(57)【要約】【課題】製造コストの増大を抑制しつつ、安定して高出力を得ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】電解質膜１７と、電解質膜１７の一方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれアノード主要部１３Ｍおよびアノード主要部１３Ｍから延出したアノード延出部１３Ａを備えた複数のアノード１３と、電解質膜１７の他方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれアノード主要部１３Ｍに対向するカソード主要部１６Ｍおよびカソード主要部１６Ｍから延出したカソード延出部１６Ａを備えた複数のカソード１６と、によって構成された複数の単セルＣを備えた膜電極接合体２と、複数の単セルＣのうち、一つの単セルのアノード延出部１３Ａと、他の一つの単セルのカソード延出部１６Ａとを電気的に接続する第１導電性部材４０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2010182451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれアノード主要部および前記アノード主要部から延出したアノード延出部を備えた複数のアノードと、前記電解質膜の他方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれ前記アノード主要部に対向するカソード主要部および前記カソード主要部から延出したカソード延出部を備えた複数のカソードと、によって構成された複数の単セルを備えた膜電極接合体と、
複数の前記単セルのうち一つの単セルの前記アノード延出部と、他の一つの単セルの前記カソード延出部とを電気的に接続する第１導電性部材と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記単セルにおいて、一方の単セルの前記アノード延出部は第１方向に延出し、前記カソード延出部は第１方向とは異なる向きの第２方向に延出しており、
他方の単セルの前記アノード延出部は第２方向に延出し、前記カソード延出部は第１方向に延出していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記単セルの前記アノード延出部の前記電解質膜の前記カソード側には前記カソード主要部を有せず、前記カソード延出部の前記電解質膜の前記アノード側には前記アノード主要部を有さないことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１導電性部材は、複数の単セルのうち一つの単セルの前記アノード延出部と接する第１導電部と、前記第１導電部から延出し前記アノード延出部及び前記電解質膜を貫通して折り返される第１カシメ爪と、他の単セルの前記カソード延出部と接する第２導電部と、前記第２導電部から延出し前記カソード延出部及び前記電解質膜を貫通して折り返される第２カシメ爪とを有し、前記第１導電部と前記第２導電部とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１導電性部材は、隣接する単セルのうち一方の単セルの前記電解質膜と前記アノード延出部とを挟む第１導電クリップと、他方の単セルの前記電解質膜と前記カソード延出部とを挟む第２導電クリップと、前記第１導電クリップと前記第２導電クリップとは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１導電性部材は、前記電解質膜とともに隣接する単セルのうち一方の単セルの前記アノード延出部および他方の単セルの前記カソード延出部を挟む導電クリップによって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
複数の前記単セルのうち、少なくとも２つの単セルは、前記第１導電性部材によって隣接する単セルと接続されていない前記アノード延出部または前記カソード延出部のいずれか一方を有し、前記第１導電性部材によって隣接する単セルと接続されていない前記アノード延出部および前記カソード延出部は、それぞれ第２導電性部材と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第２導電性部材は、前記アノード延出部または前記カソード延出部と接する第３導電部と、前記第３導電部から延出し前記アノード延出部または前記カソード延出部と前記電解質膜とを貫通して折り返される第３カシメ爪と、前記第３導電部に接続された端子部と、によって構成されたことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２導電性部材は、前記電解質膜とともに前記アノード延出部または前記カソード延出部を挟む第３導電クリップと、前記第３導電クリップに接続された端子部と、によって構成されたことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は、小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、有望視されている。
【０００３】
ＤＭＦＣは、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持させた構造の膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を備えている。このようなＤＭＦＣのアノードでは、導入されたメタノールが酸化分解され、プロトン、電子および二酸化炭素が生成される。一方、カソードでは、空気中の酸素とアノード側から移動してきたプロトンとアノードから外部回路を通じて供給される電子とが反応して水が生成される。また、外部回路を通る電子によって電力が供給される。
【０００４】
ＤＭＦＣでは、複数の単セルを直列につなぎ、電圧をあげるという手法をとっている。例えば、特許文献１では、隣り合う電極間の電解質膜に形成された溝穴を通して隣り合うアノード電極とカソード電極とを配線部材を用いて電気的に直列に接続している技術が開示されている。また、例えば、特許文献２では、アノード用およびカソード用の導電層を１枚の絶縁性フィルム上に一体化した状態で二つ折りにされた内部空間に膜電極接合体を収容する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４６０９２号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０５７２８３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
単セル同士を電気的に接続する集電体は、膜電極接合体の電極に押し付けられており、電極に対して固定されていない。このため、集電体を膜電極接合体に押し付ける圧力にばらつきが生じると、電極と集電体との接触抵抗のばらつきが発生し、燃料電池の出力のばらつきが発生してしまうことがある。
【０００７】
電極と集電体との接触面積を大きくさせることによって、接触抵抗のばらつきを低減させる手法がある。しかしながら、集電体としては、一般的に燃料であるメタノールに対する耐食性を有し、良導電性である金（Ａｕ）などが用いられることが多いため、製造コストの増大を招いてしまうことがある。また、膜電極接合体の大型化に伴って、電極面積が拡大すると集電体面積も大きくなるため、さらに、製造コストの増大を招いてしまうことがある。
【０００８】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、製造コストの増大を抑制しつつ、安定して高出力を得ることが可能な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の態様による燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれアノード主要部および前記アノード主要部から延出したアノード延出部を備えた複数のアノードと、前記電解質膜の他方の面に間隔をおいて配置されるとともにそれぞれ前記アノード主要部に対向するカソード主要部および前記カソード主要部から延出したカソード延出部を備えた複数のカソードと、によって構成された複数の単セルを備えた膜電極接合体と、複数の前記単セルのうち一つの単セルの前記アノード延出部と、他の一つの単セルの前記カソード延出部とを電気的に接続する導電性部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、安定して高出力を得ることが可能な燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池における膜電極接合体の断面を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した膜電極接合体の平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る燃料電池の膜電極接合体の構造を概略的に示す平面図である。
【図５】図５は、図４に示したＡ−Ａ線に沿って膜電極接合体を切断したときの断面図である。
【図６】図６は、図４に示したＢ−Ｂ線に沿って膜電極接合体を切断したときの断面図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る燃料電池の第１導電性部材の構造を概略的に示す平面図である。
【図８】図８は、図７に示したＡ方向から第１導電性部材を観察したときの断面図である。
【図９】図９は、図７に示したＢ方向から第１導電性部材を観察したときの断面図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る燃料電池の第１導電性部材の第２カシメ爪がカソード延出部を貫通している状態を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示したＡ方向から第２カシメ爪を観察したときの状態を示す図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態に係る燃料電池の第１導電性部材の第２カシメ爪が折り返された状態を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示したＡ方向から第２カシメ爪を観察したときの状態を示す図である。
【図１４】図１４は、第１実施形態に係る第２導電性部材の構造を概略的に示す平面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示したＡ方向から第２導電性部材を観察したときの断面図である。
【図１６】図１６は、図１４に示したＢ方向から第２導電性部材を観察したときの断面図である。
【図１７】図１７は、第２実施形態に係る燃料電池の第１導電性部材の構造を概略的に示す平面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示したＡ方向から第１導電性部材を観察したときの断面図である。
【図１９】図１９は、第２実施形態に係る第１導電性部材の第１クリップが電解質膜と第２延出部とを挟んでいる状態を示す図である。
【図２０】図２０は、第２実施形態に係る第１導電性部材の他の構造のクリップが電解質膜とともに、アノード延出部およびカソード延出部を挟んでいる状態を示す図である。
【図２１】図２１は、第２実施形態に係る第２導電性部材の構造を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１３】
燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２と、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構３と、から主として構成されている。
【００１４】
すなわち、燃料電池１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１およびアノード触媒層１１の上に配置されたアノードガス拡散層１２を有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４およびカソード触媒層１４に積層されたカソードガス拡散層１５を有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とを備えて構成されている。
【００１５】
アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。また、触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１６】
アノード触媒層１１およびカソード触媒層１４は、例えば、スルホン酸基を有する、例えば、パーフルオロスルホン酸重合体等のフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）、フレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸、硝酸リチウムなどの無機物等のプロトン導電剤を含んでいても良い。
【００１７】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７は、これらに限られるものではない。
【００１８】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電機能を有するものである。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤（空気あるいは酸素）を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電機能を有するものである。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は、例えばカーボンペーパーなどの導電性を有する多孔質基材によって構成されている。
【００１９】
膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード１３側およびカソード１６側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００２０】
膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。この板状体２０は、例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。
【００２１】
上述した膜電極接合体２は、燃料供給機構３とカバープレート２１との間に配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート２１は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口部（空気導入孔）２１Ａを有している。
【００２２】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００２３】
燃料供給機構３は、例えば、箱状に形成された容器３０を備えている。この燃料供給機構３は、液体燃料を収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。この容器３０は、例えば樹脂製容器によって構成される。容器３０を形成する材料としては、液体燃料に対する耐性を有している材料が選択される。
【００２４】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。ここでは、特に、燃料供給部３１が燃料分配板３１Ａを備えた構成について説明するが、燃料供給部３１は他の構成であっても良い。
【００２５】
すなわち、燃料分配板３１Ａは、１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。
【００２６】
燃料注入口３２は、容器３０の燃料導入口３０Ａと連通している。これにより、燃料分配板３１Ａの燃料注入口３２が流路５を介して燃料収容部４に接続される。燃料排出口３３は、例えば１２８箇所にあり、液体燃料もしくはその気化成分を排出する。
【００２７】
燃料注入口３２から注入された液体燃料は、複数に分岐した細管３４を介して複数の燃料排出口３３にそれぞれ導かれる。このような燃料分配板３１Ａを使用することによって、燃料注入口３２から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料排出口３３に均等に分配することができる。従って、膜電極接合体２の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。
【００２８】
さらに、細管３４で燃料注入口３２と複数の燃料排出口３３とを接続することによって、燃料電池１の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計も可能となる。これは、膜電極接合体２の発電度合いの均一性の向上等に寄与する。
【００２９】
膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料分配板３１Ａの燃料排出口３３に対向するように配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメあるいはネジ止めなどの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。
【００３０】
燃料供給部３１は、燃料分配板３１Ａと膜電極接合体２との間に燃料拡散室３１Ｂとして機能する空間を形成するような構成であることが望ましい。この燃料拡散室３１Ｂは、燃料排出口３３から液体燃料が排出されたとしても気化を促進するとともに、面方向への拡散を促進する機能を有している。
【００３１】
膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、膜電極接合体２をアノード１３側から支持する支持部材を配置しても良い。
【００３２】
また、膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、燃料をさらに面方向に拡散させるための少なくとも１つの多孔体を配置しても良い。
【００３３】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。
【００３４】
さらに、流路５には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。
【００３５】
この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００３６】
この実施の形態の燃料電池１においては、ポンプ６を用いて燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料が間欠的に送液される。ポンプ６で送液された液体燃料は、燃料供給部３１を経て膜電極接合体２のアノード１３の全面に対して均一に供給される。
【００３７】
すなわち、膜電極接合体２の平面方向に対して均一に燃料が供給され、これにより発電反応が生起される。燃料供給用（送液用）のポンプ６の運転動作は、燃料電池１の出力、温度情報、電力供給先である電子機器の運転情報等に基づいて制御することが好ましい。
【００３８】
上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００４０】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００４１】
ところで、この実施の形態においては、図２および図３に示すように、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７の一方の面１７Ａにおいて間隔をおいて配置された複数のアノード１３と、電解質膜１７の他方の面１７Ｂにおいて間隔をおいて配置された複数のカソード１６と、を備えている。ここでは、アノード１３およびカソード１６がそれぞれ４個である場合を示している。なお、図２では、アノード１３及びカソード１６の位置関係を分かり易くするために、電解質膜１７を破線で図示した。なお、図３は、膜電極接合体２をカソード１６側から見た図である。
【００４２】
アノード１３のそれぞれは、アノード主要部１３Ｍと、アノード延出部１３Ａと、を有している。このアノード延出部１３Ａは、アノード主要部１３Ｍから一体で延出している。カソード１６のそれぞれは、カソード主要部１６Ｍと、カソード延出部１６Ａと、を有している。このカソード延出部１６Ａは、カソード主要部１６Ｍから一体で延出している。カソード主要部１６Ｍとアノード主要部１３Ｍとは、互いに対向するように配置されている。
【００４３】
これらのアノード主要部１３Ｍとカソード主要部１６Ｍとの各組み合わせは、それぞれ電解質膜１７を挟持し、単セルＣをなしている。ここでは、４個の単セルＣ１乃至Ｃ４のそれぞれは、同一平面上において、その長手方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。
【００４４】
ここで、第１実施形態に係る燃料電池１について説明する。なお、以下で述べる第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２は、単セルＣの長手方向と平行である。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とは、互いに逆向きの方向である。言い換えれば、これら単セルＣのアノード１３及びカソード１６は、それぞれの延出部１３Ａ、１６Ａの相当分を互いにずらして対向するよう配置されている。
【００４５】
図２および図３に示すように、単セルＣ１およびＣ３において、アノード延出部１３Ａは、アノード主要部１３Ｍの端部から第１方向Ｄ１に延出している。また、カソード延出部１６Ａは、カソード主要部１６Ｍの端部から第１方向Ｄ２とは異なる第２方向Ｄ２に延出している。また、単セルＣ２およびＣ４において、アノード延出部１３Ａは、アノード主要部１３Ｍの端部から第２方向Ｄ２に延出している。また、カソード延出部１６Ａは、カソード主要部１６Ｍの端部から第１方向Ｄ１に延出している。つまり、各単セルにおいて、アノード延出部１３Ａは、カソード延出部１６Ａの延出方向とは逆向きの方向に延出している。
【００４６】
また、隣接する単セルＣ１およびＣ２に着目すると、単セルＣ１のアノード延出部１３Ａは、単セルＣ２のアノード延出部１３Ａと逆向きの方向に延出している。また、単セルＣ１のカソード延出部１６Ａは、単セルＣ２のカソード延出部１６Ａと逆向きの方向に延出している。
【００４７】
この構成によれば、単セルＣのアノード延出部１３Ａの電解質膜１７のカソード側１７Ｂの対向する箇所にはカソード主要部１６Ｍを有せず、カソード延出部１６Ａの電解質膜１７のアノード側１７Ａの対向する箇所にはアノード主要部１３Ｍを有していない。
【００４８】
図４乃至図６に示すように、単セルＣ１のカソード延出部１６Ａと単セルＣ２のアノード延出部１３Ａとは、ともに第２方向Ｄ２に延出しており、これらは第１導電性部材４０Ａによって接続されている。同様に、単セルＣ２のカソード延出部１６Ａと単セルＣ３のアノード延出部１３Ａとは、ともに第１方向Ｄ１に延出しており、これらは第１導電性部材４０Ｂによって接続されている。単セルＣ３のカソード延出部１６Ａと単セルＣ４のアノード延出部１３Ａとは、ともに第２方向Ｄ２に延出しており、これらは第１導電性部材４０Ｃによって接続されている。これらの第１導電性部材４０Ａ乃至Ｃは、アノード延出部１３Ａおよびカソード延出部１６Ａにそれぞれ固定されている。このように単セルＣ１乃至単セルＣ４は、３つの第１導電性部材４０Ａ乃至Ｃを用いて電気的に直列に接続される。このように第１導電性部材４０Ａ乃至Ｃにより、アノード延出部１３Ａは電解質膜１７と、隣接するカソード延出部１６Ａは電解質膜１７とで固定されることにより接続されており、アノード延出部１３Ａの電解質膜１７のカソード側１７Ｂの対向する箇所にはカソード主要部１６Ｍを有せず、カソード延出部１６Ａの電解質膜１７のアノード側１７Ａの対向する箇所にはアノード主要部１３Ｍを有していないため、それぞれの単セルＣにおいてはショートすることはない。
【００４９】
複数の単セルＣのうち、外側に配置された単セルＣ１のアノード延出部１３Ａ、及び、単セルＣ４のカソード延出部１６Ａには、第１導電性部材４０Ａ乃至Ｃのいずれにも接続されておらず、それぞれ第２導電性部材５０Ａ及び５０Ｂが接続されている。なお、単セルＣ１のカソード延出部１６Ａには、隣接する単セルＣ２のアノード延出部１３Ａと接続する第１導電性部材４０Ａが接続されている。また、単セルＣ４のアノード延出部１３Ａには、隣接する単セルＣ３のカソード延出部１６Ａと接続する第１導電性部材４０Ｃが接続されている。これらの第２導電性部材５０Ａ及び５０Ｂは、それぞれアノード延出部１３Ａおよびカソード延出部１６Ａに固定されている。このような第２導電性部材５０Ａ及び５０Ｂは、出力端子として用いられる。
【００５０】
第１導電性部材４０は、図７乃至図９に示すように、第１導電部４１Ａと、第１カシメ爪４２Ａと、第２導電部４１Ｂと、第２カシメ爪４２Ｂと、第１導電部４１Ａと第２導電部４１Ｂとを電気的に接続するリード４３と、によって構成されている。第１カシメ爪４２Ａは、第１導電部４１Ａからほぼ垂直に延出している。第２カシメ爪４２Ｂは、第２導電部４１Ｂからほぼ垂直に延出している。第１カシメ爪４２Ａおよび第２カシメ爪４２Ｂの延出する方向は、互いに逆向きの方向である。第１カシメ爪４２Ａおよび第２カシメ爪４２Ｂの先端部分は、アノード延出部１３Ａと電解質膜１７、あるいはカソード延出部１６Ａと電解質膜１７への突き刺しを容易とするためにとがっていることが望ましい。第１導電性部材４０は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等によって形成される。
【００５１】
図１０および図１１に示すように、第１導電性部材４０のうち、第２カシメ爪４２Ｂは、カソード延出部１６Ａ及び電解質膜１７を貫通している。第２導電部４１Ｂは、カソード延出部１６Ａに接している。同様に、図示を省略するが、第１導電性部材４０のうち、第１カシメ爪４２Ａは、アノード延出部１３Ａ及び電解質膜１７を貫通している。第１導電部４１Ａは、アノード延出部１３Ａに接している。第１導電部４１Ａのアノード延出部１３Ａに接する面および第２導電部４１Ｂのカソード延出部１６Ａに接する面は、アノード１３およびカソード１６との導通を良くするために、細かい鋸刃状に形成されてもよい。
【００５２】
図１２および図１３に示すように、カソード延出部１６Ａ及び電解質膜１７を貫通した第２カシメ爪４２Ｂは、電解質膜１７の一方の面１７Ａで折り返されている。これにより、第２導電部４１Ｂは、カソード延出部１６Ａに対して固定される。同様に、図示を省略するが、アノード延出部１３Ａ及び電解質膜１７を貫通した第１カシメ爪４２Ａは、電解質膜１７の他方の面１７Ｂで折り返されている。これにより、第１導電部４１Ａは、アノード延出部１３Ａに対して固定される。リード４３は、第１導電部４１Ａおよび第２導電部４１Ｂを介して、アノード延出部１３Ａとカソード延出部１６Ａとを電気的に接続している。
【００５３】
第２導電性部材５０は、図１４乃至図１６に示すように、第３導電部５１と、第３カシメ爪５２と、第３導電部５１に接続された外部接続用の端子５３と、によって構成されている。第３カシメ爪５２は、第３導電部５１からほぼ垂直に延出している。第３カシメ爪５２の先端部分は、カソード延出部１６Ａあるいはアノード延出部１３Ａと電解質膜１７への突き刺しを容易とするためにとがっていることが望ましい。第２導電性部材５０は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等によって形成される。
【００５４】
図示は省略するが、単セルＣ１において、第３カシメ爪５２は、アノード延出部１３Ａ及び電解質膜１７を貫通している。第３導電部５１は、アノード延出部１３Ａに接している。第３カシメ爪５２は、電解質膜１７の他方の面１７Ｂで折り返されている。これにより、第２導電性部材５０は、アノード延出部１３Ａに固定される。同様に、単セルＣ４において、第３カシメ爪５２は、カソード延出部１６Ａ及び電解質膜１７を貫通している。第３導電部５１は、カソード延出部１６Ａに接している。第３カシメ爪５２は、電解質膜１７の一方の面１７Ａで折り返されている。これにより、第２導電性部材５０は、カソード延出部１６Ａに固定される。第３導電部５１のアノード延出部１３Ａまたはカソード延出部１６Ａに接する面は、導通を良くするために、細かい鋸刃状に形成されてもよい。
【００５５】
上述したように、２つの単セルＣを電気的に接続する第１導電性部材４０は、一方の単セルのアノード延出部１３Ａに固定され、また、他方の単セルのカソード延出部１６Ａに機械的に固定されている。これにより、アノード１３や、カソード１６に直接接触する構造の集電体と比較して、膜電極接合体２の大きさに関わらずアノード１３やカソード１６に接触する面積を大きくする必要がなく、製造コストの増大を抑制することが可能となる。また、アノード１３やカソード１６と第１導電性部材４０との接触抵抗のばらつきを低減でき、安定して高出力を得ることが可能となる。
【００５６】
次に、第２実施形態に係る燃料電池１について説明する。本実施形態において、上述の第１実施形態に係る燃料電池１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
第２実施形態において適用した第１導電性部材４０は、第１実施形態と構造が異なる。すなわち、図１７および図１８に示すように、第１導電性部材４０は、第１導電クリップ４４Ａと、第２導電クリップ４４Ｂと、第１導電クリップ４４Ａと第２導電クリップ４４Ｂとを電気的に接続するリード４５と、によって構成されている。図１９に示すように、第２導電クリップ４４Ｂは、電解質膜１７とカソード延出部１６Ａとを挟んで固定されている。同様に、第１導電クリップ４４Ａついては図示を省略するが、第１導電クリップ４４Ａは、電解質膜１７とアノード延出部１３Ａとを挟んで固定されている。
【００５８】
また、この第２実施形態の変形例として、図２０に示すように、第１導電性部材４０は、単一の導電クリップ４６によって構成されていてもよい。この導電クリップ４６は、電解質膜１７とともに、単セルＣ１のアノード延出部１３Ａおよび単セルＣ１に隣接する単セルＣ２のカソード延出部１６Ａを挟んで固定されている。
【００５９】
本第２実施形態における第１導電クリップ４４Ａ、第２導電クリップ４４Ｂ、さらには導電クリップ４６での固定は、アノード延出部１３Ａと電解質膜１７、あるいはカソード延出部１６Ａと電解質膜１７を機械加工により圧縮して挟持する方法、ばね性を有する材料に導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材を使用しばね力により挟持する方法などを採用することができる。
【００６０】
このような構造の複数の第１導電性部材４０を用いることにより、図４に示すように、単セルＣ１のカソード延出部１６Ａと単セルＣ２のアノード延出部１３Ａとが接続され、単セルＣ２のカソード延出部１６Ａと単セルＣ３のアノード延出部１３Ａとが接続され、単セルＣ３のカソード延出部１６Ａと単セルＣ４のアノード延出部１３Ａとが接続される。
【００６１】
第２実施形態において適用した第２導電性部材５０は、第１実施形態と構造が異なる。すなわち、図２１に示すように、第２導電性部材５０は、第３導電クリップ５４と、第３導電クリップ５４に接続された端子５５と、によって構成されている。この第３導電クリップ５４は、電解質膜１７とともに、アノード延出部１３Ａまたはカソード延出部１６Ａを挟んで固定されている。図４に示すように、単セルＣ１において、第３導電クリップ５４は、電解質膜１７とアノード延出部１３Ａとを挟んでいる。また、単セルＣ４において、第３導電クリップ５４は、電解質膜１７とカソード延出部１６Ａとを挟んでいる。この第３導電クリップ５４による固定は、前述の各クリップ４４Ａ、４４Ｂ、４６と同様の方法を採用することができる。
【００６２】
このような第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、製造コストの増大を抑制し、安定した出力を得ることが可能な燃料電池１を提供することが可能となる。
【００６３】
次に、本実施の形態に係る燃料電池１の効果を検証するため、第１実施形態、第２実施形態および比較例において、燃料電池１の出力のばらつきを測定した。第１実施形態及び第２実施形態は、図４に示した通り、４つの単セルＣ１乃至Ｃ４について、３つの第１導電性部材４０を用いて電気的に直列に接続した燃料電池１であり、第１実施形態の第１導電性部材４０は図７に示した構成、第２実施形体の第１導電性部材４０は図１７に示した構成を採用し、単セルＣ１及び単セルＣ４に接続した第２導電性部材５０によって取り出した出力を測定した。比較例は、４つの単セルＣの各アノードガス拡散層および各カソードガス拡散層に積層した集電体によって電気的に直列に接続した燃料電池１である。なお、膜電極接合体２の構成を前記構成とする以外の燃料電池１の構成は同一のものを採用した。
【００６４】
両者に燃料を注入して一定電圧で発電を行い、初期の出力から一定時間後の出力を測定した。
【００６５】
その結果、第１実施形態及び第２実施形態の燃料電池１の出力維持率は比較例に比べ高いことが確認でき、使用時においても出力のばらつきは、比較例の燃料電池１の出力のばらつきと比較して小さくなることが確認された。このように、第１実施形態の燃料電池１は、比較例よりも、安定した出力を得ることが可能であることが確認された。
【００６６】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００６７】
図４に示した例では、隣接する単セルＣ、例えば、単セルＣ１および単セルＣ２のそれぞれのアノード延出部１３Ａが逆向きに延出しているが、この例に限らず、単セルＣ１および単セルＣ２のそれぞれのアノード延出部１３Ａが同じ向きに延出していてもよい。同様に、隣接する単セルＣのそれぞれのカソード延出部１６Ａが同じ向きに延出していても良い。
【００６８】
図４に示した例では、隣接する単セルＣ、例えば、単セルＣ１および単セルＣ２を第１導電性部材によって接続したが、この例に限らず、隣接しない単セルＣ、例えば、単セルＣ１および単セルＣ４を第１導電性部材によって接続してもよい。つまり、第１導電性部材は、複数の単セルのうちのいずれか２つの単セルを電気的に接続するものである。
【００６９】
また、図４に示した例では、外側に配置された２つの単セルＣ、すなわち、単セルＣ１およびＣ４にそれぞれ第２導電性部材を接続したが、この例に限らず、外側に配置されていない２つの単セルＣ、例えば、単セルＣ２および単セルＣ３にそれぞれ第２導電性部材を接続してもよい。つまり、第２導電性部材は、複数の単セルのうちのいずれか２つの単セルにそれぞれ接続されていれば良い。
【符号の説明】
【００７０】
２…膜電極接合体  １３…アノード  １３Ｍ…アノード主要部  １３Ａ…アノード延出部  １６…カソード  １６Ｍ…カソード主要部  １６Ａ…カソード延出部  １７…電解質膜  Ｃ…単セル  ４０…第１導電性部材
【図１】
2010182451.tif 000003
【図２】
2010182451.tif 000004
【図３】
2010182451.tif 000005
【図４】
2010182451.tif 000006
【図５】
2010182451.tif 000007
【図６】
2010182451.tif 000008
【図７】
2010182451.tif 000009
【図８】
2010182451.tif 000010
【図９】
2010182451.tif 000011
【図１０】
2010182451.tif 000012
【図１１】
2010182451.tif 000013
【図１２】
2010182451.tif 000014
【図１３】
2010182451.tif 000015
【図１４】
2010182451.tif 000016
【図１５】
2010182451.tif 000017
【図１６】
2010182451.tif 000018
【図１７】
2010182451.tif 000019
【図１８】
2010182451.tif 000020
【図１９】
2010182451.tif 000021
【図２０】
2010182451.tif 000022
【図２１】
2010182451.tif 000023