(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、電位測定を高精度に行うことを可能にする。【解決手段】燃料電池用電位計測装置１０は、電解質膜・電極構造体１４に設けられる。電位計測装置１０は、アノード電極２２及びカソード電極２４に設置されるアノード側参照電極５１及びカソード側参照電極５３と、前記アノード電極２２に接続され、前記アノード側参照電極５１の間の各アノード電位を計測する電位センサ５４、５６、５８及び６０とを備えるとともに、前記アノード側参照電極５１は、基材６２ａを介して前記電位センサ５４、５６、５８及び６０と一体に設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられ、燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置であって、
前記一方の電極に配置される参照電極と、
少なくとも前記一方の電極に配置される複数個の計測電極と、
を備えるとともに、
前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、一方の電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されることを特徴とする燃料電池用電位計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用電位計測装置において、前記他方の電極に配置される他方の参照電極を有し、前記他方の参照電極は、他方の電極シートに一体化されるとともに、
前記一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で前記電解質膜を挟持することを特徴とする燃料電池用電位計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用電位計測装置において、前記複数個の計測電極は、配列方向に沿って段階的に端部位置をずらして配置されることを特徴とする燃料電池用電位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられる燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）と多孔質カーボン（ガス拡散層）とを有するアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この場合、燃料電池では、運転停止に伴って燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止された後、この燃料電池内部に残存する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが反応し易い。このため、特に、燃料ガス流路側の燃料ガスの体積の減少に伴って前記燃料ガス流路内の圧力が低下し、酸化剤ガス流路から電解質膜を透過して前記燃料ガス流路内に酸化剤ガスが侵入するおそれがある。これにより、燃料ガス流路内では、燃料ガスが偏在した部分に局部電池が形成され易く、酸化剤ガスが偏在した部分に正常発電時とは逆向きの電流が流れるという問題がある。
【０００４】
このため、特許文献１には、燃料電池内部の状態を検出するために、簡単な構成及び工程で、燃料電池の電位測定を確実且つ良好に行うとともに、装置全体の薄肉化を図ることが可能な燃料電池用電位測定装置及びその製造方法が提案されている。この電位測定装置は、アノード電極に配置される一端部に、アノード側電位印加電極及びアノード側電位測定電極が設けられる第１シート部材と、カソード電極に配置される一端部に、カソード側電位印加電極及びカソード側電位測定電極が設けられる第２シート部材とを備え、前記第１シート部材の他端部及び前記第２シート部材の他端部は、互いに接合されている。
【０００５】
このため、電位印加電極と電位測定電極とを個別に構成する場合に比べ、構成が一挙に簡素化されるとともに、組み付け作業等が大幅に削減され、経済的であるという効果が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、最近、アノード電極やカソード電極では、どこの部位の電位を測定しているかを詳細に特定することが望まれている。このため、アノード電極やカソード電極には、複数個の電位測定電極を配置する必要があり、前記電位測定電極の位置合わせ作業が煩雑化するおそれがある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、電位測定を高精度に行うことが可能な燃料電池用電位計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられ、燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関するものである。
【００１０】
この燃料電池用電位計測装置では、一方の電極に配置される参照電極と、少なくとも一方の電極に配置される複数個の計測電極と、を備えるとともに、前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されている。
【００１１】
また、この燃料電池用電位計測装置では、複数個の計測電極は、配列方向に沿って段階的に端部位置をずらして配置されることが好ましい。
【００１２】
さらに、この燃料電池用電位計測装置では、他方の電極に配置される他方の参照電極を有し、前記他方の参照電極は、他方の電極シートに一体化されるとともに、一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で電解質膜を挟持することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、参照電極及び複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて一方の電極に接続されている。このため、複数個の計測電極は、一体に取り扱うことができ、設置作業が一挙に簡素化するとともに、製造作業の効率化が容易に図られる。しかも、各計測電極同士を近接して配置させることが可能になり、所望の位置のアノード電位又はカソード電位を確実に計測することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、電位測定及び電位分布測定を高精度に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記電位計測装置の斜視説明図である。
【図４】前記電位計測装置の正面説明図である。
【図５】前記電位計測装置の他の配置を示す正面説明図である。
【図６】前記電位計測装置の、図４中、ＶＩ−ＶＩ線断面説明図である。
【図７】前記電位計測装置の回路説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。
【図９】前記電位計測装置の斜視説明図である。
【図１０】前記電位計測装置の断面説明図である。
【図１１】前記電位計測装置の回路説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。
【図１３】前記電位計測装置の斜視説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置の概略斜視説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置の概略斜視説明図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置１０が組み込まれる燃料電池１２では、電解質膜・電極構造体１４が、カソード側セパレータ１６及びアノード側セパレータ１８に挟持されて矢印Ａ方向（例えば、水平方向）又は矢印Ｃ方向（鉛直方向）に積層される。
【００１６】
複数の燃料電池１２は、矢印Ａ方向に積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、複数の燃料電池１２は、矢印Ｃ方向に積層してもよい。
【００１７】
カソード側セパレータ１６及びアノード側セパレータ１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、チタニウム（Ｔｉ）板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板で構成されてもよく、又は、カーボン部材等で構成されてもよい。
【００１８】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体１４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２０と、前記固体高分子電解質膜２０を挟持するアノード電極２２及びカソード電極２４とを備える。固体高分子電解質膜２０としては、例えば、フッ素系電解質、又は、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
【００１９】
図２に示すように、アノード電極２２は、固体高分子電解質膜２０の一方の面２０ａに接合されるアノード電極触媒層２２ａと、前記アノード電極触媒層２２ａに積層されるアノードガス拡散層２２ｂとを有する。カソード電極２４は、固体高分子電解質膜２０の他方の面２０ｂに接合されるカソード電極触媒層２４ａと、前記カソード電極触媒層２４ａに積層されるカソードガス拡散層２４ｂとを有する。
【００２０】
アノード電極触媒層２２ａとカソード電極触媒層２４ａとは、異なる平面寸法（アノード側寸法＜カソード側寸法）に設定されるとともに、カソードガス拡散層２４ｂの外周端部は、アノードガス拡散層２２ｂの外周端部よりも外側に突出する。なお、アノード側寸法＞カソード側寸法でもよく、アノード電極触媒層２２ａとカソード電極触媒層２４ａとは、同一の平面寸法を有していてもよい。また、アノードガス拡散層２２ｂは、カソードガス拡散層２４ｂよりも大きな平面寸法を有していてもよく、あるいは、同一の平面寸法を有していてもよい。
【００２１】
アノード電極触媒層２２ａ及びカソード電極触媒層２４ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜２０の両面２０ａ、２０ｂに印刷、塗布又は転写することによって構成される。なお、アノード電極触媒層２２ａとカソード電極触媒層２４ａとは、アノードガス拡散層２２ｂとカソードガス拡散層２４ｂとに印刷、塗布又は転写することによって構成してもよく、その他、種々の構成を採用することができる。
【００２２】
電解質膜・電極構造体１４は、固体高分子電解質膜２０の外周を周回する樹脂製枠部材２６を備える。樹脂製枠部材２６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＬＣＰ、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ等のスーパーエンプラ、若しくは、２種以上のポリマーアロイやＰＰ（ポリプロピレン）等の汎用エンプラ、若しくは、２種以上のポリマーアロイ等で構成され、必要に応じて設けられる。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池１２の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂとが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２４】
燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３０ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２５】
燃料電池１２の矢印Ｃ方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔３２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３２ｂが設けられる。なお、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び冷却媒体出口連通孔３２ｂは、それぞれ１つであってもよい。
【００２６】
カソード側セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔２８ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。アノード側セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとに連通する燃料ガス流路３８が形成される。酸化剤ガス流路３６及び燃料ガス流路３８は、水平方向に向かって酸化剤ガス及び燃料ガスを流通させる。
【００２７】
カソード側セパレータ１６の面１６ａとは反対の面１６ｂと、アノード側セパレータ１８の面１８ａとは反対の面１８ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。冷却媒体流路４０は、鉛直方向下方（鉛直方向上方でもよい）に向かって冷却媒体を流通させる。
【００２８】
カソード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このカソード側セパレータ１６の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化される。アノード側セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、このアノード側セパレータ１８の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。
【００２９】
第１シール部材４２及び第２シール部材４４は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３０】
電位計測装置１０は、例えば、電解質膜・電極構造体１４の水分量が最も多い領域及び最も少ない領域に配置される。具体的には、電位計測装置１０は、水分量が最も多い領域である重力方向下方で且つ燃料ガス出口連通孔３０ｂの近傍、及び、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂの近傍と、水分量が最も少ない領域である重力方向上方で且つ燃料ガス入口連通孔３０ａの近傍、及び、酸化剤ガス入口連通孔２８ａの近傍に配置される。
【００３１】
なお、電位計測装置１０の設定部位は、上記の領域に限定されるものではなく、電解質膜・電極構造体１４の電位測定が必要な任意の位置に設置することができる。
【００３２】
図２に示すように、電位計測装置１０は、電解質膜・電極構造体１４を構成する固体高分子電解質膜２０のアノード側の面２０ａ上のアノード側参照電極用電極触媒２２ａｓと、導電体で構成されるアノード側電極５０とにより構成されるアノード側参照電極５１、前記固体高分子電解質膜２０のカソード側の面２０ｂ上のカソード側参照電極用電極触媒２４ａｓと、導電体で構成されるカソード側電極５２とにより構成されるカソード側参照電極５３、及びアノード電極触媒層２２ａ上並びに面２０ａ上に配置される複数の電位センサ５４、５６、５８及び６０を備える。アノード側電極５０とカソード側電極５２とは、固体高分子電解質膜２０を挟んで互いに対向して配置される。
【００３３】
第１の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒２２ａｓ及びカソード側参照電極用電極触媒２４ａｓは、固体高分子電解質膜２０に一体に設けられているが、後述する基材６２ａ、６２ｂに設けてもよい。
【００３４】
図２〜図４に示すように、アノード側電極５０及び電位センサ５４、５６、５８及び６０は、絶縁性の基材６２ａに一体に設けられるとともに、カソード側電極５２は、絶縁性の基材６２ｂに一体に設けられる。図３に示すように、基材６２ｂは、カソード側電極５２側とは反対側の端部が基材６２ａに固定（接着）又は溶着され、アノード側電極５０及びカソード側電極５２が互いに離間して配置される。なお、基材６２ａ、６２ｂは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してアノード側電極５０とカソード側電極５２との間に位置して折り曲げて構成することも可能である。
【００３５】
アノード側電極５０には、２本の導線ライン６４ａ、６４ｂが接続されるとともに、カソード側電極５２には、１本の導線ライン６６が接続される。導線ライン６４ａ、６４ｂ及び６６は、絶縁性カバー６８により覆われており、先端の電極部のみが外部に露呈する。以下に説明する他の実施形態でも同様である。
【００３６】
電位センサ５４、５６、５８及び６０は、例えば、薄膜状又は細線状の金（Ａｕ）により形成されるとともに、前記電位センサ５４から前記電位センサ６０に向かって、順次、短尺に構成される。なお、図５に示すように、電位センサ５４、５６、５８及び６０は、同一の長さに構成されてもよい。電位センサ５４、５６、５８及び６０は、一方の端部側に厚さ方向に突出する計測部５４ａ、５６ａ、５８ａ及び６０ａを有する（図３及び図６参照）。
【００３７】
図６に示すように、電位センサ５４、５６、５８及び６０は、基材６２ａと絶縁シート７０とに覆われており、前記絶縁シート７０に形成された開口部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄから計測部５４ａ、５６ａ、５８ａ及び６０ａが外部に長さＬ（数μｍ〜数十μｍ）だけ突出する。電位センサ５４、５６、５８及び６０の下端部に導線ライン７２ａ、７２ｂ、７２ｃ及び７２ｄが接続される。
【００３８】
基材６２ａ、６２ｂ及び絶縁シート７０は、電気的絶縁性を有し、耐熱水性、耐酸性及び耐熱性に優れるとともに、フレキシブルな材料で形成される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド等が好適である。
【００３９】
図７に示すように、電位計測装置１０は、アノード側参照電極５１の導線ライン６４ｂとカソード側参照電極５３の導線ライン６６とに接続される直流電源７４を備える。アノード側参照電極５１の導線ライン６４ａと電位センサ５４、５６、５８及び６０の導線ライン７２ａ、７２ｂ、７２ｃ及び７２ｄとは、図示しない計測器に接続されており、前記アノード側参照電極５１と前記電位センサ５４、５６、５８及び６０との電位差から各アノード電位が検出される。
【００４０】
なお、カソード電極２４側にも、カソード電極触媒層２４ａ上に位置して電位センサ５４ｃａ等を設けることができる。その際、電位センサ５４ｃａの導線ライン７４ｃａとアノード側参照電極５１の導線ライン６４ａとは、図示しない計測器に接続されるとともに、前記アノード側参照電極５１と前記電位センサ５４ｃａとの電位差からカソード電位が検出される。
【００４１】
電位センサ５４、５６、５８及び６０は、アノード電極触媒層２２ａ上並びに固体高分子電解質膜２０上に設けられているが、前記固体高分子電解質膜２０と前記アノード電極触媒層２２ａとの間に配置されてもよい。
【００４２】
このように構成される燃料電池１２の動作について、以下に説明する。
【００４３】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２８ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００４４】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２８ａからカソード側セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３６に沿って矢印Ｂ方向に流通し、電解質膜・電極構造体１４のカソード電極２４に供給される。
【００４５】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３０ａからアノード側セパレータ１８の燃料ガス流路３８に導入される。この燃料ガス流路３８では、燃料ガスが矢印Ｂ方向に流通することにより、電解質膜・電極構造体１４のアノード電極２２に供給される。
【００４６】
従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード電極２４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２に供給される燃料ガスとが、カソード電極触媒層２４ａ及びアノード電極触媒層２２ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４７】
次いで、カソード電極２４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４８】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ１６とアノード側セパレータ１８との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００４９】
ところで、電位計測装置１０では、図７に示すように、直流電源７４が駆動されてアノード側参照電極５１とカソード側参照電極５３とに電圧が印加されている。従って、固体高分子電解質膜２０に含まれている水が電気分解され、水素が発生するため、これを基準にしてアノード側参照電極５１と電位センサ５４、５６、５８及び６０との各電位差が検出される。なお、カソード側参照電極５３を設けることなく、アノード側参照電極５１を単独で、電位を測定する基準電極として用いてもよい。
【００５０】
この場合、第１の実施形態では、電解質膜・電極構造体１４に設けられている電位センサ５４、５６、５８及び６０からの出力（アノードやカソードに設置した電位）を容易且つ確実に検出することができる。
【００５１】
しかも、少なくともアノード側電極５０は、図２〜図４に示すように、電位センサ５４、５６、５８及び６０と一体に基材６２ａに設けられている。このため、少なくともアノード側電極５０、電位センサ５４、５６、５８及び６０の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、アノード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、アノード側電極５０と電位センサ５４、５６、５８及び６０とを可及的に近接して配置することが可能になり、正確なアノード電位を安定して計測することができる。
【００５２】
これにより、簡単且つ経済的な構成で、電解質膜・電極構造体１４の複数個所の電位を高精度に計測することが可能になるという効果が得られる。
【００５３】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置８０が組み込まれる電解質膜・電極構造体８２の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る電位計測装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図８に示すように、電位計測装置８０は、電解質膜・電極構造体８２を構成する固体高分子電解質膜２０のアノード側の面２０ａ上のアノード側参照電極用電極触媒２２ａｓと、導電体で構成されるアノード側電極５０とにより構成されるアノード側参照電極５１、前記固体高分子電解質膜２０のカソード側の面２０ｂ上のカソード側参照電極用電極触媒２４ａｓと、導電体で構成されるカソード側電極５２とにより構成されるカソード側参照電極５３、及びカソード電極触媒層２４ａ上並びに面２０ｂ上に配置される複数の電位センサ８４、８６、８８及び９０を備える。第２の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒２２ａｓ及びカソード側参照電極用電極触媒２４ａｓは、固体高分子電解質膜２０に一体に設けられている。
【００５５】
図８及び図９に示すように、カソード側電極５２と電位センサ８４、８６、８８及び９０とは、絶縁性の基材９２ａに一体に配置されるとともに、アノード側電極５０は、絶縁性の基材９２ｂに設けられる。図９に示すように、基材９２ａは、アノード側電極５０側とは反対側の端部が基材９２ｂに固定（接着又は溶着）され、アノード側電極５０及びカソード側電極５２が互いに離間して配置される。なお、基材９２ａ、９２ｂは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してもよい。
【００５６】
電位センサ８４、８６、８８及び９０は、例えば、薄膜状又は細線状の金（Ａｕ）により形成されるとともに、前記電位センサ８４から前記電位センサ９０に向かって、順次、短尺に構成される。なお、電位センサ８４、８６、８８及び９０は、同一の長さに設定されてもよい。電位センサ８４、８６、８８及び９０の各計測部８４ａ、８６ａ、８８ａ及び９０ａは、絶縁シート９４に形成された開口部９４ａ、９４ｂ、９４ｃ及び９４ｄから外部に数μｍ〜数十μｍだけ突出する。
【００５７】
図１０に示すように、基材９２ａは、電位センサ８４（８６〜９０も同様）の計測部８４ａの裏面側に、絶縁シート９４側に膨出する突起部位９２ａｔを有する。電位センサ８４、８６、８８及び９０の端部には、導線ライン９６ａ、９６ｂ、９６ｃ及び９６ｄが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
【００５８】
図１１に示すように、電位計測装置８０では、電位センサ８４、８６、８８及び９０の導線ライン９６ａ、９６ｂ、９６ｃ及び９６ｄとアノード側電極５０の導線ライン６４ａとは、図示しない計測器に接続されている。アノード側参照電極５１と電位センサ８４、８６、８８及び９０との電位差から各カソード電位が検出される。
【００５９】
なお、アノード電極２２側にも、アノード電極触媒層２２ａ上に位置して電位センサ８４ａｎ等を設けることができる。その際、電位センサ８４ａｎの導線ライン９６ａｎとアノード側電極５０の導線ライン６４ａとは、図示しない計測器に接続されるとともに、アノード側参照電極５１と前記電位センサ８４ａｎとの電位差からアノード電位が検出される。
【００６０】
このように構成される第２の実施形態では、基材９２ａにカソード側電極５２と電位センサ８４、８６、８８及び９０とが一体に設けられている。これにより、少なくともカソード側電極５２、電位センサ８４、８６、８８及び９０の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、カソード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、各計測部８４ａ、８６ａ、８８ａ及び９０ａ同士を可及的に隣接して設けることが可能になるとともに、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置１００が組み込まれる電解質膜・電極構造体１０２の要部断面説明図である。なお、電位計測装置１００は、第１の実施形態（電位計測装置１０）と第２の実施形態（電位計測装置８０）とを組み合わせて構成される。
【００６２】
絶縁性の基材１０４ａには、アノード側電極５０と複数の電位センサ５４、５６、５８及び６０とが一体に配置されるとともに、絶縁性の基材１０４ｂには、カソード側電極５２と複数の電位センサ８４、８６、８８及び９０とが一体に配置される。図１３に示すように、基材１０４ａと基材１０４ｂとは、アノード側電極５０側とは反対側の端部とカソード側電極５２側とは反対側の端部とが固定（接着）又は溶着される。なお、基材１０４ａと基材１０４ａとは、互いに分離して構成されてもよく、又は、単一の基材により構成してもよい。
【００６３】
このように構成される第３の実施形態では、アノード側及びカソード側のそれぞれ複数の測定点を同時に計測することができるとともに、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置１２０の概略斜視説明図である。
【００６５】
電位計測装置１２０は、アノード側電極５０と一体に一対の絶縁シート（絶縁基材）１２２、１２４間に被覆されてアノード側に配置される複数の電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２を備える。カソード側電極５２は、基材１２５に配置されるとともに、前記基材１２５は、カソード側電極５２側とは反対側の端部が絶縁シート１２２に固定（接着）又は溶着される。なお、基材１２５は、絶縁シート１２２と分離して、又は、一体に構成されてもよい。
【００６６】
絶縁シート１２２、１２４は、一端側に幅狭部１２２ａ、１２４ａを設けるとともに、前記幅狭部１２２ａ、１２４ａは、外方に広がる肩部を介して幅広部１２２ｂ、１２４ｂに一体に連なっている。
【００６７】
電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２は、例えば、薄膜状又は細線状の金（Ａｕ）により形成される。電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部１２６ａ、１２８ａ、１３０ａ及び１３２ａが膨出形成される。計測部１２６ａ、１２８ａ、１３０ａ及び１３２ａは、絶縁シート１２２の表面と同一の高さ（厚さ方向）に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート１２２の表面から僅かに突出して構成してもよい。
【００６８】
電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２は、互いに平行して幅狭部１２２ａ、１２４ａに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部１２２ｂ、１２４ｂに沿って互いに平行して延在する。電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２の端部には、導線ライン１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ及び１３６ｄが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
【００６９】
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１の実施形態等と同様の効果が得られる他、導線ライン１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ及び１３６ｄにおける接続部位が幅広部１２２ｂ、１２４ｂを構成している。このため、各導線ライン１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ及び１３６ｄの結線作業が、容易且つ良好に遂行可能になるという利点がある。
【００７０】
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置１４０の概略正面説明図である。
【００７１】
電位計測装置１４０は、カソード側電極５２と一体に一対の絶縁シート１４２、１４４間に被覆されてカソード側に配置される複数の電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２を備える。アノード側電極５０は、基材１４５に配置されるとともに、前記基材１４５は、前記アノード側電極５０側とは反対側の端部が絶縁シート１４２に固定（接着）される。なお、基材１４５は、絶縁シート１４２と分離して、又は、一体に構成されてもよい。
【００７２】
絶縁シート１４２、１４４は、一端側に幅狭部１４２ａ、１４４ａを設けるとともに、前記幅狭部１４２ａ、１４４ａは、外方に広がる肩部を介して幅広部１４２ｂ、１４４ｂに一体に連なっている。
【００７３】
電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２は、例えば、薄膜状又は細線状の金（Ａｕ）により形成される。電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部１４６ａ、１４８ａ、１５０ａ及び１５２ａが膨出形成される。計測部１４６ａ、１４８ａ、１５０ａ及び１５２ａは、絶縁シート１４２の表面と同一の高さ（厚さ方向）に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート１４２の表面から僅かに突出して構成してもよい。
【００７４】
電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２は、互いに平行して幅狭部１４２ａ、１４４ａに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部１４２ｂ、１４４ｂに沿って互いに平行して延在する。電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２の端部には、導線ライン１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ及び１５６ｄが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
【００７５】
このように構成される第５の実施形態では、上記の第２の実施形態等と同様の効果が得られる。
【００７６】
なお、第４の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせて、第３の実施形態と同様に構成することも可能である。具体的には、アノード側に複数の電位センサ１２６、１２８、１３０及び１３２を配置するとともに、カソード側に複数の電位センサ１４６、１４８、１５０及び１５２を配置することができる。
【００７７】
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置１６０が組み込まれる電解質膜・電極構造体１６２の要部断面説明図である。
【００７８】
電位計測装置１６０は、アノード側の基材６２ａ上に白金（Ｐｔ）等の導電体により、又は導電体上に白金（Ｐｔ）を一体で塗布することにより構成されるアノード側参照電極１６４、カソード側の基材６２ｂ上に白金（Ｐｔ）等の導電体により、又は導電体上に白金（Ｐｔ）を一体で塗布することにより構成されるカソード側参照電極１６６、及びアノード電極触媒層２２ａ上並びに面２０ａ上に配置される複数の電位センサ５４、５６、５８及び６０を備える。
【００７９】
このように構成される第６の実施形態では、アノード側参照電極１６４及びカソード側参照電極１６６は、基材６２ａ、６２ｂ上に白金（Ｐｔ）、又は導電体上に白金（Ｐｔ）を塗布することにより構成されている。このため、固体高分子電解質膜２０上でのアノード側参照電極用電極触媒２２ａｓとアノード側電極５０との位置合わせ、及びカソード側参照電極用電極触媒２４ａｓとカソード側電極５２との位置合わせが不要になる。従って、アノード側参照電極１６４及びカソード側参照電極１６６の設置作業が一層簡素化するという効果が得られる。
【００８０】
なお、第６の実施形態では、実質的に第１の実施形態と同様の構成を採用しているが、第２の実施形態〜第５の実施形態にも、適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０、８０、１００、１２０、１４０、１６０…電位計測装置
１２…燃料電池                          １４、８２、１０２、１６２…電解質膜・電極構造体
１６…カソード側セパレータ              １８…アノード側セパレータ
２０…固体高分子電解質膜                ２２…アノード電極
２２ａ…アノード電極触媒層              ２２ｂ…アノードガス拡散層
２４…カソード電極                      ２４ａ…カソード電極触媒層
２４ｂ…カソードガス拡散層              ３６…酸化剤ガス流路
３８…燃料ガス流路                      ４０…冷却媒体流路
５１、１６４…アノード側参照電極        ５３、１６６…カソード側参照電極
５４、５６、５８、６０、８４、８６、８８、９０、１２６、１２８、１３０、１３２、１４６、１４８、１５０、１５２…電位センサ
６２ａ、６２ｂ、９２ａ、９２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１２５、１４５…基材
６４ａ、６４ｂ、６６、９６ａ〜９６ｄ、１３６ａ〜１３６ｄ、１５６ａ〜１５６ｄ…導線ライン
６８…絶縁性カバー
７０、９４、１２２、１２４、１４２、１４４…絶縁シート
７４…直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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