(57)【要約】      （修正有）【課題】膜電極接合体と集電体とをカバープレートにより押圧固定する際の湾曲に起因する膜電極接合体と集電体との接触性の低下が解消され、かつ、薄型化および軽量化を実現した燃料電池を提供する。【解決手段】燃料極、空気極、および前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜１７を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する集電体１８と、前記膜電極接合体と前記集電体１８とを前記集電体１８の前記膜電極接合体側と反対側より押圧固定するカバープレート２とを備える燃料電池であって、前記集電体１８の電極接触部１８２が前記燃料極および／または前記空気極に向かって凸構造となっている。【選択図】図９
2010129373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極、空気極、および前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持する集電体と、
前記膜電極接合体と前記集電体とを前記集電体の前記膜電極接合体側と反対側より押圧固定するカバープレートと
を備える燃料電池であって、
前記集電体の電極接触部が前記燃料極および／または前記空気極に向かって凸構造となっていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記膜電極接合体が、前記電解質膜の一方の面に間隔をおいて配置された複数の前記燃料極と、前記電解質膜の他方の面に前記燃料極のそれぞれと対向するよう間隔をおいて配置された複数の前記空気極より構成され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】
前記集電体の中央に位置する前記電極接触部の最大の厚さが、前記集電体の周辺に位置する前記電極接触部の厚さよりも大き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】
前記電極接触部の厚さが、前記集電体の長手方向に沿って一定であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電極接触部の厚さが、前記集電体の長手方向に沿って、中央を最大として周辺に向かって減少することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記電極接触部の中央部の厚さが、周辺部の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カバープレートによる前記膜電極接合体と前記集電体との押圧固定は、前記カバープレート周縁部でかしめるかしめ構造により固定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として、小型の燃料電池の使用が注目されている。従来の二次電池では、充電のために一定時間コンセントにつなぐ必要があるが、燃料電池であれば供給用の燃料を補充するだけで使用可能となるため、モバイル機器の電源として非常に適している。
【０００３】
このようなモバイル機器向けの燃料電池としては、特に直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が有望視されている。ＤＭＦＣの液体燃料の供給方式としては、内部気化型等のパッシブ方式のほか、ポンプやバルブにより燃料供給を制御するアクティブ方式が存在する。モバイル機器の電源として燃料電池を実用化する場合、小型化および安全性の向上が重要である。
【０００４】
特許文献１には、カバープレートの周縁部を燃料収容部の壁面に沿って折り曲げつつかしめることによって、膜電極接合体と燃料収容部とを挟み込んで固定する燃料電池が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、電池反応に起因する内圧上昇または温度上昇に起因する構成部材強度の低下等で生じる構成部品の変形や密着不良による電池出力特性の低下を抑えるために、膜電極接合体の上部に設けられた表面層とカバープレートとの間に弾性体を備えた燃料電池が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−８４６０８号公報
【特許文献２】特開２００７−８０６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、膜電極接合体と集電体とを集電体の膜電極接合体側と反対側よりカバープレートにより押圧固定、例えば、かしめ構造によるカバープレートの固定を採用する場合、カバープレートの周縁部を内側に折り込むことでカバープレートの湾曲が生じ、カバープレート上面部分が上方向に膨らむことを発見した。さらに、本発明者は、この湾曲によって燃料電池内部に空間が生じ、膜電極接合体と集電体との接触が低下し、結果として電池出力が低下することを発見した。
【０００７】
この湾曲による影響を解消するために、カバープレートの直下に平面状の板を挟み、集電板と膜電極接合体の接触を維持しようとする試みが行われている。しかしながら、この構成は新たな部材を導入するものであるため、燃料電池の薄型化および軽量化が妨げられている。
【０００８】
また、特許文献２の発明は、上述のように、燃料電池の運転に伴って生じる膨張の影響を弾性体によって解消しようとしている。しかしながら、この発明は、カバープレートをかしめる際に生じる湾曲を解消する目的で行われておらず、さらに、弾性体を設けることで燃料電池の薄型化および軽量化が大きく損なわれる。
【０００９】
本発明の目的は、例えば、かしめ構造によって生じるカバープレートの湾曲に起因する膜電極接合体と集電体との接触性の低下が解消され、かつ、薄型化および軽量化を実現した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】
【００１０】
本発明の一態様によると、燃料極１３、空気極１６、および前記燃料極１３と前記空気極１６とに挟持された電解質膜１７を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する集電体１８と、前記膜電極接合体と前記集電体１８とを前記集電体１８の前記膜電極接合体側と反対側より押圧固定するカバープレート２とを備える燃料電池であって、前記集電体１８の電極接触部１８２が前記燃料極１３および／または前記空気極１６に向かって凸構造となっていることを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、かしめ構造等の、カバープレートにより押圧固定する際に生じるカバープレートの湾曲に起因する膜電極接合体と集電体との接触性の低下が解消され、かつ、薄型化および軽量化を実現した燃料電池が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明による一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す断面図である。当該燃料電池は、発電部１、カバープレート２および箱状容器３を含む。更に、適宜、燃料タンク４、流路５、ネジ６およびナット７を含む。
【００１４】
図１における燃料電池は、燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池である。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料タンク４から発電部１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タンク４に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、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、燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。
【００１５】
発電部１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極または酸化剤極）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とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有する。さらに、発電部１は、膜電極接合体を挟持する集電体１８を有する。また、発電部１は、必要に応じて、Ｏリング１９、および、集電体と後述する燃料分配機構３１との間に挟持された多孔体を含むことができる。この多孔体は、多孔質状態の樹脂フィルム等を材料として作られ、燃料極１３に対する燃料供給をより平均化することができる。
【００１６】
アノード触媒層１１およびカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等白金族元素の単体、およびこれら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、メタノールおよび一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−Ｒｕ合金またはＰｔ−Ｍｏ合金等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４には、ＰｔまたはＰｔ−Ｎｉ合金等を用いることが好ましい。しかしながら、アノード触媒層１１およびカソード触媒層１４としては、これらの触媒に限定されず、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。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、または無担持触媒を用いてもよい。
【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といったフッ素系樹脂（商品名ナフィオン（デュポン社製）または商品名フレミオン（旭硝子社製）等）または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またはリンタングステン酸等の無機系材料が使用される。しかしながら、電解質膜１７の材料は、これらに限定されるわけではない。
【００１８】
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。また、カソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たす。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成される。
【００１９】
適宜使用されるＯリング１９は、好ましくは、電解質膜１７と集電体１８との間に設けられ、発電部１からの燃料漏れおよび酸化剤漏れを防止する。
【００２０】
箱状容器３は、発電部１を収納するための空間を有し、更にその空間の下部に燃料分配機構３１を有する。また、集電体１８よりのびる電子出力端子１８６および状態出力端子８を通すための端子取出孔３２を設けることができる（図２（Ａ）および（Ｂ））。電子出力端子１８６は、膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すための端子である。状態出力端子８は、発電部１の内部にその一端が接続され、発電部１内部の各状態情報を外部に送るための端子である。箱状容器３および燃料分配機構３１は、燃料となるメタノール液との接触により膨潤等の劣化を生じにくいポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ（ヴィクトレックス社商標））等の樹脂材料によって構成される。
【００２１】
燃料分配機構３１は、液体燃料の流路５を介して燃料タンク４と接続されており、この流路５を通して液体燃料が燃料タンク４から供給される。流路５は、燃料分配機構３１と燃料タンク４とを積層して一体化する場合、これらをつなぐ液体燃料の流路５であってよく、また、燃料分配機構３１が流路５を介して燃料タンク４と接続されていれば、その他の構造をとることができる。
【００２２】
さらに、流路５には、ポンプが介在していても良い。ポンプは、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料タンク４から燃料分配機構３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。
【００２３】
また、燃料分配機構３１は、図１のように箱状容器３と一体に構成することができるが、箱状容器３と独立した部材によって構成することもできる。
【００２４】
燃料分配機構３１は、図１に示すように、液体燃料が流入する少なくとも１個の燃料導入口３１１、燃料導入口３１１から導かれた液体燃料の通路となる細管３１２および液体燃料やその気化成分を発電部１に供給する複数個の燃料供給口３１３を備えている。細管３１２は、例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。複数の燃料供給口３１３は、燃料通路として機能する細管３１２にそれぞれ直接接続されている。燃料導入口３１１から導入された液体燃料は、細管３１２を介して複数の燃料供給口３１３にそれぞれ導かれる。複数の燃料供給口３１３と発電部１との間には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気体分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、発電部１のアノード（燃料極）１３には液体燃料の気化成分のみが供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構３１とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料供給口３１３からアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００２５】
燃料分配機構３１から放出された燃料は、発電部１のアノード（燃料極）１３に供給される。発電部１内において、燃料はアノードガス拡散層１２にて拡散されアノード触媒層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で下記の式（１）に示されるメタノールの内部改質反応が生じる。  
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（１）。
【００２６】
なお、純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成される水および／または電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて式（１）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。
【００２７】
この反応で生成される電子（ｅ−）は集電体を経由して外部に導かれ、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（空気極）１６に導かれる。また、式（１）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式（２）に従って反応し、この反応に伴って水が生成する。  
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ  …（２）。
【００２８】
燃料タンク４は、発電部１に対応した液体燃料が収容される。燃料タンク４は、タンクの形態であって、外部から液体燃料を補給できるものであってよく、または、カートリッジの形態であって、燃料タンク４自体を、燃料が既に充填されたものへと交換できるものであってよい。燃料タンク４は、公知のものを使用することができる。燃料タンク４の素材としては、耐メタノール性を有する素材を使用することが好ましい。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）または燃料への金属イオンの溶出を防止するために表面処理などで対策しておけば金属材料を素材として使用することができる。特に、ＰＥＳを用いることが好ましい。
【００２９】
液体燃料としては、上記のように各種濃度のメタノール水溶液または純メタノール等のメタノール燃料を使用できる。しかしながら、その他の燃料を使用することも可能であり、例えば、エタノール水溶液または純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液または純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液または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、その他の燃料を使用することができる。いずれにしても、燃料タンク４には、発電部１に対応した液体燃料が収容される。
【００３０】
カバープレート２は、図２に示されるように、本願発明による燃料電池の上部および側面の一部の外装となる部材である。カバープレート２は、端部２１を有している。カバープレート２が箱状容器３に積層された後、端部２１が箱状容器３のかしめ受け３３に向けて折り曲げられる。すなわち、いわゆるかしめ構造によって、カバープレート２が箱状容器３に固定される。このようにして、カバープレート２、箱状容器３、およびそれらに挟持される発電部１が一体となって締結される。
【００３１】
カバープレート２には、必要に応じて、更なる構造を設けることができる。例えば、カバープレート２には、酸化剤である空気を取り入れるための開口２２を設けることが出来る。また、カバープレート２には、ネジ６を通すためのネジ穴２３を設けることができる。必要に応じて使用されるネジ６は、カバープレート２に設けられたネジ穴２３および箱状容器３に設けられたネジ穴３４を通って、箱状容器３の下部においてナット７に締結固定される。これによって、カバープレート２と箱状容器３との固定をより強固にすることができる。また、カバープレート２とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層（図示せず）および／または表面層（図示せず）を設けることができる。保湿層とは、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共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層とは、空気の取入れ量を調節するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調節された複数の空気導入口を有している。
【００３２】
カバープレート２の素材は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂を用いることができるが、熱電導性を考慮して、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）のような金属材料で形成することが好ましい。
【００３３】
集電体１８は、発電部１内部の部材であり、膜電極接合体を挟持する。発電部１において、２つの集電体１８は、カソード１６およびアノード１３にそれぞれ接触しており、電池反応により発生する電子を効率よく出し入れする。
【００３４】
集電体１８は、電極の構成に合わせて、その形態が適宜選択される。図３には、本発明で使用される集電体１８の一例が図示される。図３に示される集電体１８は、特に、同一平面内に単セルが４つ並んだ平面積層方式をとる膜電極接合体に適した集電体である。平面積層方式の詳細については後述する。図３の集電体１８では、８つの短冊状の電極接触部１８２が配置されている。電極接触部１８２は、電極と接する架橋部１８４および枠部１８５、ならびに電極に対する燃料または空気を導通するための孔１８３からなる。図３では、８つの電極接触部１８２は、２列４行となるように配置されており、角の１つに位置する電極接触部１８２ａと、その対角に位置する電極接触部１８２ｈとから電子出力端子１８６が外方向へ伸びている。残る６つの電極接触部１８２は、２つずつ電極間導電部１８７によって接続されているが、このとき、１８２ｂと１８２ｅ、１８２ｃと１８２ｆおよび１８２ｄと１８２ｇがそれぞれ接続されている。
【００３５】
集電体１８において、電極接触部１８２、電子出力端子１８６および電極間導電部１８７は導電性の部材から構成されており、それらの部材の間を埋める絶縁部１８１は絶縁性の部材からなる。この導電性の部材としては、例えば、Ａｕ、Ｎｉのような導電性金属材料から成る多孔質体（例えばメッシュ）、箔体、または薄膜、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が用いられる。
【００３６】
次に、集電体１８と膜電極接合体との接触について説明する。図３による集電体１８の場合、集電体１８は、中線Ｘ−Ｘにて２つに折りたたまれ、図４および図５に示されるように、膜電極接合体を挟む込む構造をとる。図４は、集電体１８が膜電極接合体を挟持した状態の側面図であり、図５は、その状態を示す斜視図である。電極接触部１８２は、アノードまたはカソードにほぼ一致する大きさに設計されており、同一平面に並ぶ個々の電極に対して個々の電極接触部１８２が接触する。特に、電極と電極接触部１８２との接触は、架橋部１８４および枠部１８５とによって行われ、電極は孔１８３を通して上方および下方に開放されている。
【００３７】
本発明で使用される集電体１８は、図３に示されるものに限定されない。例えば、膜電極接合体の単セルの数に合わせて、電極接触部１８２の数および電極間導電部１８７の数を増減することができる。また、カソードに接触するための集電体とアノードに接触するための集電体とが独立の部材から構成され、電極間導電部１８７によって適切に電極接触部１８２同士が接続された構成を採用することもできる。
【００３８】
本発明の燃料電池は、集電体１８の電極接触部１８２が燃料極１３および空気極１６の少なくとも１つに向かって凸構造となっていることを特徴とする。本発明の燃料電池は、１対の燃料極１３と空気極１６とからなる膜電極接合体を有し、それに応じて電極接触部１８２が１対のみ存在し、その電極接触部１８２が燃料極および空気極の少なくとも１つに向かって、電極接触部１８２の厚さが、周辺部の厚さよりも大きい凸構造となる、いわゆる単セルの燃料電池であってよい。あるいは、膜電極接合体が平面積層方式であり、集電体１８に複数対存在する電極接触部１８２が、それらに応じた燃料極および空気極の少なくとも１つに向かって凸構造となる燃料電池であってもよい。本明細書で使用する「平面積層方式」という用語は、１枚の電解質膜１７の一方の面に間隔をおいて配置された複数の燃料極１３と、電解質膜の他方の面に燃料極１３のそれぞれと対向するよう間隔をおいて配置された複数の空気極１６より構成され、且つ、隣接する燃料極１３と空気極１６とが接続されることによって、電解質膜上に存在する複数の電極の対が直列に接続された膜電極接合体を意味する。当該接続は、本発明では集電体１８が担う。１対の空気極１６および燃料極１３は、電解質膜１７を介して相対する位置に固定されており、本願では、この１対の空気極１６および燃料極１３、並びにこれらに挟持される電解質膜の部位を合わせて単セルと呼ぶ場合がある。
【００３９】
図６は、本発明による集電体１８の電極接触部１８２の一例を示す斜視図である。図６は、複数存在する電極接触部１８２のうちの１つを示し、その他の電極接触部１８２および電極間導電部１８７等を省略している。この例における電極接触部１８２は、半円柱状の凸構造を有している。従来、電極接触部１８２は平坦に形成されるが、本発明の電極接触部１８２は、架橋部１８４および枠部１８５が電極側に凸に形成され、孔１８３は従来通り貫通している。図６による例では、架橋部１８４の中央において最も厚さが大きい。また、図６の例では、架橋部１８４および枠部１８５が一体となって１つの半円柱状凸構造を形成しているが、架橋部１８４および枠部１８５のそれぞれが独立に半円柱状凸構造を形成する電極接触部１８２を使用することもできる。
【００４０】
図７は、カバープレートのかしめられた２つの辺の間で４つの単セルを有した平面積層方式の膜電極接合体に対応した各種集電体１８の断面図を示す。この断面図は、図３に示される集電体１８において、Ｙ−Ｙ線にて切断した断面図である。図７中、Ａは従来の集電体である。Ａでは、電極接触部１８２は、絶縁部１８１とほぼ同一の厚さを有し、全体として平坦な構造をしている。ＢからＦは、本発明による集電体の一例をそれぞれ示している。Ｂでは、４つの電極接触部１８２のうち、中央に位置する２つの電極接触部１８２のみが、断面が長方形である凸構造をとっている。Ｃでは、４つの電極接触部１８２全てが、断面が長方形である凸構造をとっている。さらに、Ｃでは、中央の２つの電極接触部１８２の厚さのほうが、周辺の２つの電極接触部１８２の厚さよりも大きくなっている。Ｄでは、４つの電極接触部１８２のうち、中央に位置する２つの電極接触部１８２のみが、断面がアーチ状である凸構造をとっている。Ｅでは、４つの電極接触部１８２の全てが、断面がアーチ状である凸構造をとっている。さらに、Ｅでは、中央の２つの電極接触部１８２の最大の厚さのほうが、周辺の２つの電極接触部１８２の最大の厚さよりも大きくなっている。Ｆでは、集電体１８の中心を最大として、周辺の電極接触部１８２に向かうにつれて厚さが減少する凸構造を有している。言い換えれば、Ｆでは、４つの電極接触部１８２によって１つのアーチ状凸構造が形成されている。後述するように、本発明の集電体１８は、凸構造をとる燃料接触部１８２を内側に湾曲して電極に接触する（図９の下図）。このとき、短絡といった問題を防ぐために、燃料接触部１８２同士が接触してはならない。その観点から、図７のＢからＦに示される集電体のうち、当該接触の危険性が低いＤおよびＥの集電体を使用することが特に好ましい。しかしながら、図７のＢからＦの構造に限らず、電極に向けて集電体１８が凸構造をとる膜電極接合体を含むあらゆる燃料電池が本発明に含まれる。
【００４１】
図７に示される本発明の各種の集電体１８は、製造の容易さと電池出力に対する効果とのバランス等を考慮して、最適なものを選択できる。集電体１８のうち、燃料極１３および空気極１６の両方に接する面が対称的になるように凸構造を形成してもよい。あるいは、その両面の凸構造の種類またはサイズ等が異なってもよく、一方が凸構造を有さない従来の構造でもよい。好ましくは、カバープレート２側に位置する空気極１６と接触する面が凸構造を取ることが好ましい。また、集電体１８における凸構造のサイズは、燃料電池全体の大きさ、使用するカバープレートの種類等を考慮して適宜選択される。
【００４２】
図８は、各種集電体１８の断面を示している。４つの集電体１８について、右の断面図は、図３のＹ−Ｙ線における断面図であり、左の断面図は、図８中のＺ−Ｚ線における断面図を示す。図８では、特に、図７におけるＡ、ＣおよびＥの集電体について図示している。Ａは従来の集電体１８であり、両断面図において電極接触部１８２に凸構造がなく、平坦であることがわかる。Ｚ−Ｚ断面において破線で表される部分は、孔１８３であり、上下に開通していることを表す。Ｃは、Ｚ−Ｚ断面図によると、架橋部１８４が凸構造を形成していることがわかる。この例では、集電体１８の長手方向に対して厚さは一定になっている。Ｅの集電体１８の一例であるＥ−１でも、そのＺ−Ｚ断面図から、集電体１８の長手方向に対して厚さが一定である。Ｅ−１に示される集電体１８の電極接触部１８２は、図６と同様に半円柱状の凸構造を有している。一方、Ｅの集電体１８の別の例であるＥ−２では、集電体１８の長手方向に対して中央を最大の厚さとして、周辺に向かうほど厚さが減少している。図７におけるＢからＤおよびＦの集電体１８について、集電体１８の長手方向に対して中央を最大の厚さとして、周辺に向かうほど厚さが減少する集電体１８も、本発明の燃料電池に使用することができる。
【００４３】
従来の燃料電池では、カバープレート２の２辺で端部２１を内側方向にかしめることで、カバープレート２が上方向に湾曲し、集電体１８と電極との間に空間が生じる問題がある（図９（Ａ））。空間が生じることで、集電体１８と電極との接触性が低下し、結果として電池出力が低下してしまう。しかしながら、本発明の燃料電池では、図６から図８のように集電体１８が電極に向けて凸構造をとることで、カバープレート２の膨らみに起因する電極と集電体１８との接触性の低下を解消することができ、結果としてより高い電池出力をもたらす（図９（Ｂ））。図２のように、燃料電池の向かいあう短辺同士をネジ６によって固定した場合、その固定された部分の湾曲は抑えられるため、カバープレート２の中央の１点が最大に膨らんだ構造となることが予想されるが、この場合、図８のＥ−２に代表される集電体を採用することによって対応できる。また、燃料電池の向かいあう短辺同士をネジ６によって固定しない場合、カバープレート２は半円柱状に湾曲すると予想され、この場合、図６および図８のＥ−１に代表される膜電極接合体を採用することで対応できる。
【００４４】
本発明は、従来の燃料電池に新たな部材等を導入するものではないため、燃料電池全体の厚さおよび重量を増大させない。従って、本発明は、従来の燃料電池に比べて電池出力を向上させつつも、燃料電池の小型化および軽量化を実現するものである。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４６】
例えば、上記した説明では、セミパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらにはパッシブ型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。
【００４７】
また、膜電極接合体へ供給される液体燃料においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、燃料電池の構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す分解斜視図、および斜視図。
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体の１例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体と膜電極接合体の１例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体と膜電極接合体の１例を示す斜視図。
【図６】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体の電極接触部を示す斜視図。
【図７】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体を示す断面図。
【図８】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、集電体を示す断面図。
【図９】本発明の一実施形態に係る燃料電池における、膜電極接合体、集電体およびカバープレートの関係を示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…発電部、１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層、１３…アノード（燃料極）、１４…カソード触媒層、１５…カソードガス拡散層、１６…カソード（空気極または酸化剤極）、１７…電解質膜、１８…集電体、１８１…絶縁部、１８２…電極接触部、１８３…孔、１８４…架橋部、１８５…枠部、１８６…電子出力端子、１８７…電極間導電部、１９…Ｏリング、２…カバープレート、２１…端部、２２…開口、２３…ネジ穴、３…箱状容器、３１…燃料分配機構、３１１…燃料導入口、３１２…細管、３１３…燃料供給口、３２…端子取出孔、３３…かしめ受け、３４…ネジ穴、４…燃料タンク、５…流路、６…ネジ、７…ナット、８…状態出力端子。
【図１】
2010129373.tif 000003
【図２】
2010129373.tif 000004
【図３】
2010129373.tif 000005
【図４】
2010129373.tif 000006
【図５】
2010129373.tif 000007
【図６】
2010129373.tif 000008
【図７】
2010129373.tif 000009
【図８】
2010129373.tif 000010
【図９】
2010129373.tif 000011