(57)【要約】【課題】  本発明は、燃料電池用膜電極複合体内におけるガス濃度を均一化することができ、かつ、フラッディングを防止することができる、内側集電体を提供することを主目的とするものである。【解決手段】  上記目的を達成するために、本発明は、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、上記内側触媒電極層の内周面に接するように配置された内側集電体とを少なくとも有する燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体であって、上記内側集電体の外周面に、上記チューブ形状の軸方向に形成された少なくとも２本の軸方向流路と、上記軸方向流路間を連結する連結流路とを有することを特徴とする内側集電体を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ形状の固体電解質膜と、前記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、前記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、前記内側触媒電極層の内周面に接するように配置された円柱形状を有する内側集電体とを少なくとも有する燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体であって、
前記内側集電体の外周面に、前記円柱形状の軸方向に形成された少なくとも２本の軸方向流路と、前記軸方向流路間を連結する連結流路とを有することを特徴とする内側集電体。
【請求項２】
前記軸方向流路が、前記内側集電体の軸方向の一方の端部から他方の端部まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内側集電体。
【請求項３】
少なくとも１本の前記軸方向流路の下流側の端部が閉塞していることを特徴とする請求項１に記載の内側集電体。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の内側集電体を有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体、およびそれを用いた燃料電池用膜電極複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の平板構造の固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と称する場合がある。）の最小発電単位である単位セルは、一般に固体電解質膜の両側に触媒電極層が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。
【０００３】
上記燃料電池の小型化のため、および、単位体積当たりの発電反応面積を大きくするためには、燃料電池の上記構成部材の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、このような従来の平板構造の燃料電池においては、各構成部材の厚さをある一定以下の値にすることは、機能面や強度面から好ましくなく、設計限界に近づきつつある。そこで、同軸上に上記膜電極複合体の各層が積層されたチューブ形状または円柱形状の膜電極複合体が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、同軸上に内側から順に、内部電極、触媒層、電解質層、触媒層、および外部電極が設けられた膜電極複合体が開示されており、上記内部電極の外周面および外部電極の内周面には複数の溝からなるガス通路が形成されている。このような膜電極複合体はその径を細く形成することにより、一定の空間に対し密に配置することができるため、単位体積当たりの電極面積を従来のものよりも大幅に増加することができる。
【０００５】
しかしながら、径が細いチューブ形状または円柱形状の部材の内周面および外周面には幅が極めて細い溝しか形成できないため、ガス通路を通流するガスや生成水の流れが滞ってしまう可能性がある。また、上記のようなチューブ形状や円柱形状の膜電極複合体にガスを供給する場合、ガスは通常膜電極複合体の軸方向に通流されるため、膜電極複合体の軸に垂直な方向における供給ガス濃度の均一性を確保することは困難であり、ガスが十分に供給されないため、触媒電極層内に発電反応に寄与しない領域ができてしまう場合がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２９９３３公報
【特許文献２】特開２００１−６０４６１公報
【特許文献３】特開平１０−２１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池用膜電極複合体内におけるガス濃度を均一化することができ、かつ、フラッディングを防止することができる、内側集電体を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、上記内側触媒電極層の内周面に接するように配置された円柱形状を有する内側集電体とを少なくとも有する燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体であって、上記内側集電体の外周面に、上記円柱形状の軸方向に形成された少なくとも２本の軸方向流路と、上記軸方向流路間を連結する連結流路とを有することを特徴とする内側集電体を提供する。
【０００９】
本発明の内側集電体の外周面上には、軸方向流路の他に連結流路を有することから、ガスが軸方向流路とは異なる方向にも拡散しやすくなるため、燃料電池用膜電極複合体（以下、単に膜電極複合体と称する場合がある。）内におけるガスの濃度を均一化することができ、発電に寄与する電極の面積を広くすることができる。また、本発明においては、発電反応により生成された生成水は、軸方向流路だけではなく連結流路を介しても排出されるため、フラッディングを効果的に防止することができる。
【００１０】
本発明においては、上記軸方向流路が、上記内側集電体の軸方向の一方の端部から他方の端部まで連続して形成されているものであってもよい。このような軸方向流路間に上記連結流路を設けることにより、上述したような、ガス濃度の均一化効果、およびフラッディング防止効果を得ることができる。
【００１１】
また、本発明においては、少なくとも１本の上記軸方向流路の下流側の端部が閉塞しているものであってもよい。このように、軸方向流路の下流側の端部を閉塞することにより、内側集電体と接している内側触媒電極層内へガスが浸透する圧力を高めることができ、内側触媒電極層内におけるガスの拡散性を向上させることができる。さらに、このような軸方向流路間に上記連結流路を設けることにより、下流側の端部が閉塞している極めて細い流路へガスを導入することに起因する、導入ガスの圧力損失を減少することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、上述した内側集電体を有することを特徴とする膜電極複合体を提供する。上記内側集電体は、上述したようなガス濃度の均一化効果およびフラッディング防止効果を有するため、このような内側集電体を用いて膜電極複合体を構成することにより、発電に寄与する電極の面積が広く、良好な発電特性を示す膜電極複合体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内側集電体を用いることにより、膜電極複合体内におけるガス濃度を均一化することができ、かつ、フラッディングを防止することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、膜電極複合体に用いられる内側集電体、およびそれを用いた膜電極複合体に関するものである。以下、それぞれ分けて説明する。
【００１５】
Ａ．内側集電体
まず、本発明の内側集電体について説明する。
本発明の内側集電体は、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、上記内側触媒電極層の内周面に接するように配置された内側集電体とを少なくとも有する燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体であって、上記内側集電体の外周面に、上記チューブ形状の軸方向に形成された少なくとも２本の軸方向流路と、上記軸方向流路間を連結する連結流路とを有することを特徴とするものである。
以下、このような本発明の内側集電体について、図を用いて具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の内側集電体の一例を示す概略斜視図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明の内側集電体１は、円柱形状を有している。上記内側集電体１の外周面上には、円柱形状の軸方向に少なくとも２本の軸方向流路２と、上記軸方向流路２間を連結する連結流路３とが形成されている。このような、本発明の内側集電体１は、図２に例示するように、軸方向流路２および連結流路（図示せず）が形成された内側集電体１の外周面に接するように内側触媒電極層４を配置し、さらにその外周面上に固体電解質膜５および外側触媒電極層６を配置することにより、燃料電池用の膜電極複合体７として用いることができる。なお、図示はしていないが、本発明においては、上記外側触媒電極層６の外周面に接触するように外側集電体を設け、膜電極複合体７の外側の集電を行うこともできる。なお、本発明において、軸とは、内側集電体の円柱形状の軸を意味するものとする。
【００１７】
本発明の内側集電体は上記軸方向流路間を連結する連結流路を有するため、軸方向に流れてきたガスが軸方向流路とは異なる方向へ拡散しやすく、触媒電極層の全域にわたってガスを均一に供給することができる。そのため、触媒電極層の全域において発電反応が行なわれることとなり、発電に寄与する電極の面積を大幅に拡大することができる。
【００１８】
また、上記連結流路は、生成水を排水するための迂回路としても利用することができる。上記連結流路が設けられておらず、軸方向流路のみを用いて生成水を排水する場合は、局所的に発生した大量の生成水が流路を閉塞することがある。流路が閉塞されると、その下流側へのガスの供給ができなくなり、その下流の領域での発電反応が行なわれなくなる。さらに、発電反応が行なわれている上流側からの生成水は上記閉塞された箇所で滞るため、閉塞領域はその上流側へと次第に拡大し、発電反応に寄与しない領域がさらに拡大する。
【００１９】
本発明の内側集電体は上記連結流路を有しており、生成水は連結流路へ迂回することができるため、上述したような生成水による流路の閉塞は発生しにくい。また、生成水による流路の閉塞が発生した場合でも、その上流側からの生成水は連結流路へ流れることにより閉塞領域を迂回することができるため、閉塞領域の拡大を防止することができる。
【００２０】
上述したような本発明の内側集電体は、その軸方向流路の形状により２つの態様に分類することができる。以下、各態様について、それぞれ分けて説明する。なお、本発明において円柱形状は、その中心部に例えば、冷却水を流すことが可能な空洞を有するものでもよく、中実のもの、または中空のものを意味するものとする。
【００２１】
１．第１態様
本発明の第１態様の内側集電体においては、上記軸方向流路が、内側集電体の軸方向の一方の端部から他方の端部まで連続して形成されている。このように形成された軸方向流路間に連結流路を形成することにより、上述したようなガス濃度の均一化効果、およびフラッディング防止効果を得ることができる。
以下、このような軸方向流路、連結流路、および内側集電体について、それぞれ分けて説明する。
【００２２】
（１）軸方向流路
本態様において、内側集電体の外周面上に形成される軸方向流路の形状は、内側集電体の軸方向の一方の端部から他方の端部まで連続して形成されているものであれば、特に限定されるものではない。例えば、図１（ａ）に例示するように、軸方向流路２が内側集電体１の軸と同じ方向に形成されてもよい。また、スパイラル形状のように、軸方向流路が内側集電体の軸に対して斜めに形成されてもよい。
【００２３】
内側集電体の外周面上に形成される軸方向流路の幅や深さは、軸方向流路の形状や内側集電体の外径などにより大きく異なるものではあり、これらの条件により適宜調整される。一般的には、幅が０．０１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内、中でも０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内、深さが０．０１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内、中でも０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内のものが用いられる。このような軸方向流路の数は、２本以上であれば特に限定されるものではなく、２本〜１００本、中でも６本〜８本程度形成される。
【００２４】
（２）連結流路
本態様において連結流路は、上記軸方向流路間を連結するものであれば特に限定されるものではない。上記２本の軸方向流路を連結する際、連結流路は距離が短く、かつ直線的な形状である方がガスや生成水が流れやすいため、連結流路は直線または直線に近い曲線により形成されていることが好ましい。また、連結流路の上記軸方向流路の方向に対する角度は、特に限定されるものではない。
【００２５】
このような連結流路の幅、深さ、数は、軸方向流路の形状や数などにより大きく異なるものではあり、これらの条件により適宜調整される。一般的には、幅が０．０１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内、中でも０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内、深さが０．０１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内、中でも０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内のものが用いられる。また、このような軸方向流路の数は、１本〜１００本、中でも６本〜８本程度形成されることが好ましい。なお、上記連結流路は、２本の軸方向流路を連結するように形成されてもよいし、図１（ａ）に例示するように、連結流路３が３本以上の軸方向流路２を連結するように形成されてもよい。
【００２６】
（３）内側集電体
上述したような軸方向流路および連結流路が形成される内側集電体は、導電性が高く、円柱形状を有するものであれば特に限定されるものではない。このような内側集電体を形成する材料は耐腐食性が高い材料が好ましく、例えば、チタン、ステンレス鋼、白金、金、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ、またはＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、ＴｉＢ２等のチタン系合金などの金属等、またはカーボン、導電性セラミックス、導電性樹脂などを用いることができる。
【００２７】
また、本態様において内側集電体は、円柱形状であればその形状は特に限定されるものではない。ここで、円柱形状の軸に垂直な断面の断面形状は、円形状に限定されるものではないが、円形状または楕円形状のような、丸みを帯びた形状のものが好ましい。また、内側集電体の円柱形状は、上述したような流路を形成できる外周面を有している形状であれば特に限定されるものではない。例えば、本態様の内側集電体はその外周面上に流路を有しており、内側集電体の中心部を空洞にして反応ガス用の流路を設ける必要がないため、中実の円柱形状を有する内側集電体を用いることができる。あるいは、内側集電体の形成に用いられる材料の量の低減、内側集電体の軽量化、または水や空気などの冷却媒体等の流体を通流させる等の目的のため、中心部に空洞を有する中空の円柱形状を有する内側集電体を用いることもできる。さらに、内側集電体の形成に高価な材料が用いられる場合は、材料コストの削減の目的で、円柱形状の中心部を外周面とは異なる材料から形成してもよい。
【００２８】
このような内側集電体は、共に用いられる内側触媒電極層の内側に、集電が可能な程度に接するように形成される。そのため、内側集電体の外径は、共に用いられる内側集電体の内径により決定されるものであるが、通常は、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内、中でも０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内のものが用いられる。なお、上記内側集電体の軸方向の長さは、共に用いられる、膜電極複合体を構成する他の部材や、燃料電池が設置される空間の寸法等により適宜調整される。
【００２９】
上述したような円柱形状の導電性材料の外周面上に上記軸方向流路および連結流路を形成する方法は特に限定されるものではない。例えば、導電性材料を円柱形状に形成する際、または形成後に、ダイヤモンド等の硬い材料からなる型を円柱形状の導電性材料の表面に食い込むように配置して、両者の位置を相対的に移動させることによって流路用の溝を円柱形状の導電性材料の外周面上に形成することができる。また、硬い材料からなる型を導電性材料の外周面上に食い込ませることによって流路用の溝を形成してもよい。さらに、円柱形状の導電性材料を切削等することにより所望の形状を有する流路用の溝を形成してもよい。
【００３０】
本態様においては、上記の溝を形成する方法の中でも、円柱形状の導電性材料の表面に型を食い込ませる方法により溝を形成することが好ましい。この方法によれば、切削屑などの発生がないため、切削屑などを除去する作業も必要なく、形成された溝が切削屑などにより閉塞される等の不具合を防止することができる。
【００３１】
２．第２態様
本発明の第２態様の内側集電体は、少なくとも１本の上記軸方向流路の下流側の端部が閉塞しているものである。本態様の内側集電体は、軸方向流路の下流側の端部を閉塞することにより、内側集電体と接している内側触媒電極層内へのガスの浸透圧力を高め、かつ、上記軸方向流路間を連結する連結流路を設けることにより、端部が閉塞した細い流路へガスを導入する際の圧力損失を抑制しようとするものである。
以下、このような本態様の内側集電体について詳細に説明する。
【００３２】
まず、本態様の内側集電体について、図を用いて具体的に説明する。
図１（ｂ）は、本態様の内側集電体の一例を示す概略斜視図である。図１（ｂ）に示す内側集電体１の外周面に形成された軸方向流路２（上方側の軸方向流路）の下流側の端部は閉塞している。図示はしていないが、上記軸方向流路２と軸をはさんで反対側の上記内側集電体１の外周面にも軸方向流路（下方側の軸方向流路）が形成されており、この下方側の軸方向流路の上流側の端部は閉塞しており、下流側の端部は連通している。さらに、上記上方側の軸方向流路２と下流側の軸方向流路２とを連結する連結流路３が形成されている。このような流路が形成された内側集電体１においては、上記上方側の軸方向流路２から供給されたガスは、上記連結流路３を介して下方側の軸方向流路２へ流れ、下方側の軸方向流路２の下流側から排出される。
【００３３】
従来の平板構造を有する燃料電池に用いられるセパレータ等に形成される流路には、下流側の端部が閉塞している供給用流路と、上記ガス供給用流路とは別に、上記ガス供給用流路とは連通しておらず、上流側の端部が閉塞しているガス排出用流路とが設けられている、いわゆる櫛形流路が多用されている。この形状の流路においては、上記供給用流路の下流側端部を閉塞することにより流路内のガスの圧力を高め、集電体（流路）と接している触媒電極層内へガスが浸透する圧力を高めることができるため、触媒電極層内におけるガスの拡散性を向上させることができる。しかしながら、上記櫛形流路を円柱形状の膜電極複合体に採用しても、平板構造の場合のようには機能しないことが多い。これは、円柱形状の内側集電体に形成される流路が細いことに起因するものであり以下のような理由によるものである。
【００３４】
一般に、円柱形状の内側集電体の外周面上に形成されるような、幅や深さの小さい流路においては、その内部を流れる流体は流路壁の表面張力の影響を受けやすく、圧力損失が大きいため、細い流路内にガスを円滑に通流させるためには、ガスの供給圧力を高くする必要がある。このような圧力損失は、厚さが極めて薄い触媒電極層内にガスが拡散する際にも発生するため、ガス流路の下流側の端部を閉塞した場合でも、流路内の圧力がある程度高くならないと触媒電極層内にガスは浸透しない。このような状況下で触媒電極層内にガスを均一に拡散させるためには、ガスが触媒電極層に浸透する圧力、および、流路内をガスが円滑に流れる圧力に、上記圧力損失により損失される圧力を加えた圧力で流路にガスを供給する必要があり、このような高い圧力は、膜電極複合体内の部材の破損や、燃料電池システム内の部品の損傷につながる可能性がある。そのため、上述したような平板構造の燃料電池と同様に、櫛形の流路を円柱形状の内側集電体に形成しても圧力損失が大きいため、平板構造の場合と同様なガス拡散性の向上効果を得ることができず、発電効率の向上は困難である。
【００３５】
上記不具合を解消し、かつ上記櫛形流路の利点を活用するために、本態様においては、下流側の端部が閉塞している軸方向流路と、他の軸方向流路とを連結する連結流路を形成する。このように形成された流路の上流側から供給されたガスは下流側の閉塞している端部へ流れると共に上記連結流路を介して他の軸方向流路へも流れるため、流路内の流れを円滑にすることができる。そのため、圧力損失を抑制することができ、ガスの供給に必要とされる圧力を低くすることができる。
【００３６】
上記理由により、連結流路を設けることにより、ガスの圧力損失を抑制することができるので、ガスの供給圧力をそれほど高くしなくても、上記軸方向流路の下流側の端部を閉塞した場合の利点であるガス拡散性の向上効果を得ることができる。そのため、発電に必要なガスを触媒電極層内に十分に均一に行き渡らせることができ、発電効率を向上することができる。
【００３７】
本態様においては、軸方向流路の数は、２本以上であれば特に限定されるものではなく、２本〜１００本、中でも６本〜８本形成される。上記軸方向流路のうち、少なくとも１本の軸方向流路の下流側の端部が閉塞しており、好ましくは、全軸方向流路のうちの約半数の軸方向流路の下流側端部が閉塞していることが好ましい。また、下流側の端部が閉塞していない軸方向流路の上流側の端部は閉塞していることが好ましい。これにより、上記上流側の端部が閉塞している軸方向流路をガス排出用の流路として利用することができる。
【００３８】
本態様において、連結流路の数は特に限定されるものではないが、一般的には１本〜１００本、中でも６本〜８本程度形成されることが好ましい。このように連結流路を形成することにより、供給されるガスの流れを効果的に分散させることができ、圧力損失を抑制し、ガスを均一に拡散させることができる。
【００３９】
なお、本態様において、軸方向流路、連結流路、および内側集電体に関する上記以外の事項については、上記「１．第１態様」の記載と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
Ｂ．燃料電池用膜電極複合体
次に、本発明の膜電極複合体について説明する。
本発明の膜電極複合体は、上述したような内側集電体を有することを特徴とするものである。本発明の膜電極複合体は、上記「Ａ．内側集電体」に記載された、ガス濃度を均一化することができ、かつ、フラッディングを防止することができる内側集電体を用いたものであるため、単位体積当たりの出力密度が高い膜電極複合体を得ることができる。
【００４１】
本発明の膜電極複合体は、上記「Ａ．内側集電体」に記載された内側集電体が用いられているものであれば、特に限定されるものではなく、チューブ形状（内部の空間に内側集電体が挿入された円柱状を含む。）を有する一般的な膜電極複合体を用いることができる。チューブ形状を有する一般的な膜電極複合体の構成としては、例えば、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面形成された内側触媒電極層とを有するもの等を挙げることができる。本発明においては、上記内側触媒電極層の内周面に接するように上記内側集電体が配置される。この際、必要に応じて、上記外側触媒電極層の外周面に接するように外側集電体を設けてもよい。
【００４２】
上記膜電極複合体に用いられる内側集電体に関しては、上記「Ａ．内側集電体」の記載と同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、本発明の膜電極複合体を構成する、内側集電体以外の構成について説明する。
【００４３】
本発明に用いられる固体電解質膜としては、チューブ形状の形態を有し、プロトン伝導性に優れ、かつ電流を流さない材料からなるものであれば特に限定されるものではない。このような固体電解質膜を形成する電解質材料としては、ナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）などに代表されるようなフッ素系樹脂、アミド系樹脂に代表されるような炭化水素系樹脂等有機系のもの、または、ケイ素酸化物を主成分とするものなどの無機系のもの等を挙げることができる。
【００４４】
上記無機系の電解質材料を用いた固体電解質膜としては、多孔質ガラスをチューブ形状に成形し、そのナノ細孔内の表面を改質して、プロトン導電性を付与したチューブ形状の固体電解質膜や、チューブ形状のリン酸ガラスを応用したもの等を挙げることができる。上記多孔質ガラスを用いたものとしては、例えば多孔質ガラスの細孔内表面のＯＨ基にメルカプトプロピルトリメトキシシランのシランカップリング剤を反応させ、その後にメルカプト基の−ＳＨを酸化することにより、プロトン伝導性を有するスルホン酸基を導入する方法（化学と工業  第５７巻  第１号(２００４年）ｐ４１〜ｐ４４）等を挙げることができる。また、リン酸ガラスを応用したものとしては、燃料電池  Ｖｏｌ．３  Ｎｏ．３  ２００４  ｐ６９〜ｐ７１に報告された例等を挙げることができる。
【００４５】
また、本発明に用いられる内側触媒電極層、および外側触媒電極層は特に限定されるものではなく、通常の平面構造の膜電極複合体に用いられている材料をチューブ形状に成形したものを用いることが可能である。具体的には、パーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）等のプロトン伝導材、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の導電性材料、および上記導電性材料に担持された白金等の触媒を含むものである。
【００４６】
本発明に用いられる膜電極複合体の外側の集電の方法は特に限定されるものではなく、通常の膜電極複合体における集電の方法により行うことができる。例えば、触媒電極層としての機能と、集電体としての機能とを併せ持つ部材を、外側触媒電極層および外側集電体として用いてもよい。また、触媒電極層とは別の部材を集電体として用い、上記外側触媒電極層の外側に外側集電体を形成してもよい。この際、各膜電極複合体の外側触媒電極層毎に外側集電体を形成してもよいし、複数本の膜電極複合体の外側触媒電極層に対して１つの外側集電体を形成してもよい。
【００４７】
上記の中でも、本発明の膜電極複合体は、上記外側触媒電極層の外周面に配置された外側集電体を有することが好ましい。触媒電極層とは別の部材である集電体を用い、触媒電極層に導電性の高い集電体を密着させて集電を行うことにより、電子の移動を円滑にし、効率よく集電を行うことができるからである。
【００４８】
上記外側集電体は導電性が高く、膜電極複合体の円柱形状またはチューブ形状の径方向にガスを透過するものであれば特に限定されるものではない。このような外側集電体の形状の例としては、バネ形状のもの、管の壁面部に、その壁面を貫通する孔を多数有する形状や、管の壁面部が網目構造のもの、複数の直線状の導電体が円柱形状またはチューブ形状の軸方向に配置されたもの等を挙げることができ、中でもバネ形状のものが好適に用いられる。また、このような形状の外側集電体を形成する材料としては、例えば、チタン、ステンレス鋼、白金、金、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ、またはＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、ＴｉＢ２等のチタン系合金などの金属等、またはカーボンを挙げることができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の内側集電体の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の内側集電体を有する膜電極複合体の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…内側集電体
２…軸方向流路
３…連結流路
４…内側触媒電極層
５…固体電解質膜
６…外側触媒電極層
７…膜電極複合体
【図１】
2006216418.tif 000003
【図２】
2006216418.tif 000004