(57)【要約】【課題】発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】中空形状の電解質膜１、中空形状の電解質膜１の内周面側に配設される中空形状の第１電極２、及び、中空形状の電解質膜１の外周面側に配設される中空形状の第２電極３を備える中空形状の構造体４と、中空形状の構造体４の内周面と接触するように配設される第１集電体５と、中空形状の構造体４の外周面と接触するように配設される第２集電体６と、を備え、さらに、中空形状の構造体４の長手方向を法線方向とする平面による、中空形状の構造体４の断面と交差する方向へ、第２集電体６と接触するように配設される、親水性の線材７、７が備えられる、燃料電池１０とする。【選択図】図１
2008218301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状の電解質膜、前記中空形状の電解質膜の内周面側に配設される中空形状の第１電極、及び、前記中空形状の電解質膜の外周面側に配設される中空形状の第２電極を備える中空形状の構造体と、前記中空形状の構造体の内周面と接触するように配設される第１集電体と、前記中空形状の構造体の外周面と接触するように配設される第２集電体と、を備え、
さらに、前記中空形状の構造体の長手方向を法線方向とする平面による、前記中空形状の構造体の断面と交差する方向へ、前記第２集電体と接触するように配設される、親水性の線材が備えられることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記線材が、前記中空形状の構造体及び前記第２集電体によって狭持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】
前記線材が、導電性材料によって構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記導電性材料が、金属であることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記線材が、多孔体によって構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第２集電体が、多孔体によって構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第２集電体が線材からなり、前記第２集電体の長手方向を法線方向とする平面による、前記第２集電体の断面が、楕円形であることを特徴とする、請求項１〜６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、中空形状の膜電極構造体を備える、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質層（以下、「電解質膜」という。）と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、ＭＥＡの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という。）は、低温領域での運転が可能である。また、ＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。
【０００３】
単位体積当たりの発電量を向上させること等を目的として、近年、単セルが柱状のＰＥＦＣ（以下、「チューブ型ＰＥＦＣ」という。）に関する研究が進められている。チューブ型ＰＥＦＣのユニットセル（以下において、「チューブ型燃料電池セル」ということがある。）は、一般に、中空形状の電解質膜と当該電解質膜の内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される触媒層とを備える中空形状のＭＥＡ、を備えている。そして、例えば、当該ＭＥＡの内周面側に水素含有ガスを、外周面側に酸素含有ガスをそれぞれ供給することにより電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを、ＭＥＡの内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。すなわち、チューブ型ＰＥＦＣでは、各チューブ型燃料電池セルに備えられる中空形状のＭＥＡの内周面側に一方の反応ガス（例えば、水素含有ガス）を、外周面側に他方の反応ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給することにより発電エネルギーを取り出すので、隣り合う２つのチューブ型燃料電池セルの外周面側に供給される反応ガスを同一とすることができる。したがって、チューブ型ＰＥＦＣによれば、従来の平板型ＰＥＦＣではガス遮蔽性能をも併せ持っていたセパレータが不要となるため、単位体積当たりの発電量を向上させることが容易になる。
【０００４】
このようなチューブ型ＰＥＦＣに関する技術として、例えば、特許文献１には、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、前記内側集電体が、同一方向に配置された複数本の繊維状導電体の束から構成されており、かつ、前記チューブ形状の固体電解質膜の軸と、前記内側集電体の軸とが同一方向であることを特徴とする内側集電体が開示されている。かかる内側集電体によれば、製造が容易、かつ低コストである内側集電体が提供される、としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、外側触媒電極層の表面の排水性が低いため、外側触媒電極層や固体電解質膜が水浸し（以下、「フラッディング」という。）になりやすい。フラッディングが発生すると、外側触媒電極層の内部へ酸化剤又は還元剤が供給され難くなるため、特許文献１に開示されている技術では、発電性能を向上させ難いという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、発電性能を向上させることが可能な燃料電池、特に、排水性を向上させることにより発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、中空形状の電解質膜、中空形状の電解質膜の内周面側に配設される中空形状の第１電極、及び、中空形状の電解質膜の外周面側に配設される中空形状の第２電極を備える中空形状の構造体と、中空形状の構造体の内周面と接触するように配設される第１集電体と、中空形状の構造体の外周面と接触するように配設される第２集電体と、を備え、さらに、中空形状の構造体の長手方向を法線方向とする平面による、中空形状の構造体の断面と交差する方向へ、第２集電体と接触するように配設される、親水性の線材が備えられることを特徴とする、燃料電池である。
【０００９】
ここに、「電解質膜」は、プロトン伝導性ポリマーを含有する固体高分子膜を意味する。さらに、「第１電極」及び「第２電極」は、ＰＥＦＣの単セルで生じる上記電気化学反応の触媒として機能する粒子状物質とプロトン伝導性物質とを含有する層を意味する。さらに、「中空形状の構造体」とは、当該構造体に、中空形状の電解質膜、中空形状の第１電極、及び、中空形状の第２電極のみが備えられる場合には、中空形状のＭＥＡを意味する。一方、当該構造体に、中空形状のＭＥＡに加えて、第１電極の内周面側及び／又は第２電極の外周面側にガス拡散層が備えられる場合には、当該ガス拡散層及び中空形状のＭＥＡにより構成される積層体を意味する。さらに、「線材」の「親水性」は、当該線材自体に本来的に備わっている性質であっても良く、親水化処理（例えば、金めっきや、親水剤の塗布等）を施すことにより線材に付与されたものであっても良い。
【００１０】
上記本発明において、線材が、中空形状の構造体及び第２集電体によって狭持されることが好ましい。
【００１１】
ここに、「線材が、中空形状の構造体及び第２集電体によって狭持される」とは、中空形状の構造体と第２集電体との間に線材が配設されることを意味する。当該形態の具体例としては、中空形状の構造体と、中空形状の構造体の外周面と接触するように配置された線材とを束ねる形態で、線状の第２集電体が巻回される形態等を挙げることができる。
【００１２】
上記本発明において、線材が、導電性材料によって構成されることが好ましい。
【００１３】
ここに、「導電性材料」は、燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質（例えば、耐熱性、耐水性等。以下同じ。）を備える導電性材料であれば、特に限定されるものではない。導電性材料の具体例としては、金属のほか、導電性を有する炭素材料、導電性を有するポリマー等を挙げることができる。
【００１４】
上記本発明において、導電性材料が、金属であることが好ましい。
【００１５】
上記本発明において、線材が、多孔体によって構成されることが好ましい。
【００１６】
ここに、本発明における「多孔体」とは、燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を備えるとともに、その表面及び内部に多数の細孔を備え、当該細孔を水が移動可能な物質であれば特に限定されるものではない。線材が金属である場合、多孔体の具体例としては発泡金属や焼結金属等を例示することができる。これに対し、線材が導電性を有する炭素材料である場合、多孔体の具体例としては、カーボン繊維やカーボンコート線等を挙げることができる。このほか、多孔体の線材としては、各種多孔性樹脂を用いることができる。
【００１７】
上記本発明において、第２集電体が、多孔体によって構成されることが好ましい。
【００１８】
上記本発明において、第２集電体が線材からなり、第２集電体の軸方向を法線方向とする平面による、第２集電体の断面が、楕円形であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中空形状の構造体の外周面上に配置される第２集電体と接触するように配設される、親水性の線材が備えられる。そのため、中空形状の構造体の外周面上に存在する水を、線材の方へと移動させることができ、これによって中空形状の構造体の外周面側の排水性を向上させることができる。したがって、本発明によれば、排水性を向上させることにより発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供できる。
【００２０】
本発明において、線材が中空形状の構造体及び第２集電体によって狭持されることにより、中空形状の構造体の外周面と直接接触する形態で、線材を固定することができるので、排水性を向上させやすくなる。さらに、線材を固定しやすくなるので、本発明の燃料電池の生産性を向上させることができる。
【００２１】
本発明において、線材が導電性材料によって構成されることにより、上記効果に加え、さらに、集電効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明において、導電性材料が金属であることにより、集電効率を向上させやすくなる。
【００２３】
本発明において、線材が多孔体によって構成されることにより、線材を介して水を移動させやすくなるので、発電性能をさらに向上させることができる。
【００２４】
本発明において、第２集電体が多孔体によって構成されることにより、線材のみならず、多孔体の第２集電体を介して水を移動させることができるので、排水性を一層向上させることができる。したがって、かかる形態とすることにより、発電性能を一層向上させることが可能な燃料電池を提供できる。
【００２５】
本発明において、線材からなる第２集電体の断面が楕円形であることにより、第２集電体と中空形状の構造体の外周面との間に水が滞留しにくい形態とすることができるので、排水性をより一層向上させることができる。したがって、かかる形態とすることにより、発電性能をより一層向上させることが可能な燃料電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図面を参照しつつ、本発明の燃料電池について、以下に説明する。以下の説明では、中空形状の構造体（以下、「中空形状のＭＥＡ」という。）の外周面側へ酸素含有ガス（以下、「空気」という。）が供給されるとともに、同ＭＥＡの内周面側へ水素含有ガス（以下、「水素」という。）が供給される形態を例示するが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池では、中空形状のＭＥＡの外周面側へ水素を供給し、同ＭＥＡの内周面側へ空気を供給することも可能である。ただし、本発明による排水性向上効果が得られやすい構成とする観点からは、中空形状のＭＥＡの外周面側へ空気が供給されるとともに、同ＭＥＡの内周面側へ水素が供給される形態で、本発明の燃料電池が使用されることが好ましい。また、以下の説明では、熱媒体管の内部に冷媒が流通される形態（冷却管が備えられる形態）を例示するが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、例えば、寒冷地等における低温始動性を向上させる等の目的で、熱媒体管の内部に温熱媒体を流通させることも可能である。
【００２７】
図１は、本発明の燃料電池に備えられる単セルの形態例を示す概略図であり、図１の紙面奥／手前方向が、中空形状のＭＥＡの長手方向である。図２は、本発明の燃料電池に備えられる単セルの形態例を概略的に示す平面図である。図２の紙面上下方向が中空形状のＭＥＡの長手方向である。図３は、本発明の燃料電池に備えられる単セルの形態例を概略的に示す断面図であり、単セルの構成を理解しやすくするため、中空形状のＭＥＡ、第１集電体、及び、第２集電体の一部断面のみを拡大して示している。図３の紙面上下方向が中空形状のＭＥＡの径方向であり、図３の紙面左右方向が中空形状のＭＥＡの長手方向である。図４は、本発明の燃料電池に備えられる単セルの他の形態例を概略的に示す断面図であり、単セルの構成を理解しやすくするため、中空形状のＭＥＡ、第１集電体、及び第２集電体の一部断面のみを拡大して示している。図４（ａ）は、中空形状のＭＥＡの長手方向が略水平となる形態で配置された単セルの一部を拡大して示す断面図であり、図４（ｂ）は、中空形状のＭＥＡの長手方向が重力方向と略平行になる形態で配置された単セルの一部を拡大して示す断面図である。図４（ａ）の紙面上下方向及び図４（ｂ）の紙面左右方向が中空形状のＭＥＡの径方向であり、図４（ａ）の紙面左右方向及び図４（ｂ）の紙面上下方向が中空形状のＭＥＡの長手方向である。図４の直線矢印は重力方向を示している。図５は、従来の燃料電池に備えられる単セルの形態例を概略的に示す平面図である。図５の紙面奥／手前方向が中空形状のＭＥＡの長手方向である。図６は、従来の燃料電池に備えられる単セルの形態例を概略的に示す平面図である。図６の紙面上下方向が、中空形状のＭＥＡの長手方向である。図５及び図６において、図１〜図４に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図４で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図１〜図６を参照しつつ、本発明の燃料電池について具体的に説明する。
【００２８】
図１〜図３に示すように、本発明の燃料電池に備えられる単セル１０（以下、「燃料電池１０」という。）は、中空形状のＭＥＡ４と、当該ＭＥＡ４の内周面と接触するように配設された第１集電体５（以下、「内部集電体５」という。）と、当該ＭＥＡ４の外周面と接触するように配設された線材７、７と、ＭＥＡ４及び線材７、７の周囲に巻回された第２集電体６（以下、「外部集電体６」という。）と、を備えている。中空形状のＭＥＡ４には、中空形状の電解質膜１、当該電解質膜１の内周面と接触するように配設された中空形状の第１電極２（以下、「アノード触媒層２」という。）、及び、電解質膜１の外周面と接触するように配設された中空形状の第２電極３（以下、「カソード触媒層３」という。）、が備えられ、カソード触媒層３と外部集電体６とが接触している。そして、燃料電池１０の外側に、冷媒流路８ａを内部に備える冷却管８が備えられ、燃料電池１０及び冷却管８は、その周囲に巻回されるワイヤー９によって固定され、互いの接触が保たれている。
【００２９】
燃料電池１０の運転時には、内部集電体５に備えられる流路５ａ、５ａ、…を介して、アノード触媒層２へ水素が供給される。このようにしてアノード触媒層２へと供給された水素は、アノード触媒層２に含有される触媒の作用下で、プロトン及び電子へと分離する。アノード触媒層２で生じたプロトンは、アノード触媒層２及び電解質膜１を伝ってカソード触媒層３に含有される触媒へと達する。これに対し、アノード触媒層２で生じた電子は、外部回路を経由して、カソード触媒層３に含有される触媒へと達する。一方、燃料電池１０の運転時には、カソード触媒層３へ空気が供給される。そして、カソード触媒層３へと供給された空気に含まれる酸素と、アノード触媒層２から移動してきたプロトン及び電子とが、カソード触媒層３に含有される触媒の作用下で電気化学反応することにより、カソード触媒層３で水が生成される。このように、燃料電池１０の運転時には、カソード触媒層３で水が生成される。
【００３０】
カソード触媒層３で生成される水が少量である間は、カソード触媒層３へと供給される空気によって当該水が持ち去られやすいため、カソード触媒層３の外表面に水膜が形成されにくい。ところが、燃料電池１０が高電流密度状態で運転される等により、カソード触媒層３で多量の水が生成されると、空気によって持ち去られずに残存した水がカソード触媒層３の外表面に滞留し、当該外表面に水膜を形成する。このほか、相対湿度１００％に加湿された空気がカソード触媒層３へ供給されると、カソード触媒層３に含有される水は蒸発しないため、カソード触媒層３の外表面に水膜が形成されやすい。このようにしてカソード触媒層３の外表面に水膜が形成されると、当該カソード触媒層３へと供給される空気がカソード触媒層３の内部へと拡散することができないため、上記電気化学反応の発生頻度が著しく低下し、発電性能が低下する。すなわち、燃料電池１０の発電性能を向上させる（発電性能の低下を抑制する）ためには、カソード触媒層３の外表面への水膜の形成を防止することが重要である。
【００３１】
図５及び図６に示すように、線材が備えられない従来の燃料電池９０では、カソード触媒層３で生成された水が、カソード触媒層３の外表面に滞留しやすく、当該外表面に水膜を形成しやすい。カソード触媒層３の外表面に水膜が形成されると、当該カソード触媒層３へと供給される空気がカソード触媒層３の内部へと拡散できなくなるため、燃料電池９０の発電性能が低下する。
【００３２】
そこで、本発明の燃料電池１０は、親水性の線材７、７が、中空形状のＭＥＡ４の外表面と外部集電体６との間に備えられる構成としている。燃料電池１０によれば、親水性の線材７、７とＭＥＡ４の外表面（カソード触媒層３の外表面）とが接触しているので、カソード触媒層３の外表面に存在する水は、親水性の線材７、７の方へと移動し、当該線材７、７を伝って水を速やかに移動させることができる。すなわち、燃料電池１０によれば、親水性の線材７、７によってカソード触媒層３の外表面の排水性を向上させ、カソード触媒層３の外表面への水膜の形成を防止している。したがって、燃料電池１０によれば、水膜の形成を防止できるので、発電性能を向上させることができる。
【００３３】
また、燃料電池１０の線材７、７は、ＭＥＡ４の径方向と交差する（略直交する）方向に配設されている。そのため、線材７、７を介して、カソード触媒層３の外表面に存在する水を、ＭＥＡの長手方向へと排水することができる。さらに、線材７、７を、ＭＥＡ４の径方向と略直交する方向に配設することで、外部集電体６によって線材７、７を容易に固定することができる。特に、線材７、７の軸方向が鉛直方向である場合、最も効果が得られる。
【００３４】
燃料電池１０に備えられる線材７、７は、少なくとも親水性を有し、かつ、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではないが、導電性材料からなる線材７、７とすることが好ましい。かかる形態とすることにより、カソード触媒層３側の集電を、外部集電体６及び線材７、７を介して行うことができ、集電効率を向上させることが可能になる。線材７、７を導電性材料によって構成する場合、当該導電性材料は特に限定されるものではないが、良好な電子伝導性を有する材料（例えば、銅、銀、金、白金等の金属）を用いることが好ましい。線材７、７が比較的耐食性の低い金属（例えば、銅等）によって構成される場合には、線材７、７の耐食性（耐酸性）を向上させる等の観点から、その表面に金めっきや白金めっき等を施すことが好ましい。
【００３５】
さらに、燃料電池１０に備えられる線材７、７は、カソード触媒層３の外表面の排水性を容易に向上させやすい構成とする等の観点から、多孔体であることが好ましい。上述のように、カソード触媒層３には空気が供給されるので、線材７、７を多孔体とすることで、空気によって線材７、７から水が持ち去られやすい形態とすることができ、その結果、カソード触媒層３の外表面の排水性を一層向上させることができる。線材７、７が多孔体によって構成される場合、当該多孔体は、少なくとも親水性を有し、かつ、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではないが、排水性及び集電効率を向上させやすい線材７、７とする観点からは、金属の多孔体であることが好ましい。金属の多孔体の具体例としては、発泡金属や焼結金属等を挙げることができる。
【００３６】
さらに、燃料電池１０に備えられる外部集電体６は、カソード触媒層３側の集電を行う機能を担うため、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質と導電性とを有していれば、その形態は特に限定されるものではないが、カソード触媒層３側の排水性をより一層向上させ得る形態とする等の観点からは、導電性の多孔体とすることが好ましい。かかる形態とすることにより、線材７、７及び外部集電体６によって、カソード触媒層３の外表面の排水性を向上させることが可能になる。加えて、カソード触媒層３の外表面の排水性をより一層向上させ得る形態とする観点からは、外部集電体６の表面も親水性であることが好ましい。当該親水性は、外部集電体６自体に本来的に備わっている性質であっても良く、親水化処理を施すことにより外部集電体６へ付与されたものであっても良い。親水化処理を施すことにより親水性の外部集電体６とする場合には、例えば、金めっき等を施すことが好ましい。金めっき等を施すことにより、親水性の外部集電体６とすることが可能になるほか、外部集電体６の接触抵抗を低減することができる。
【００３７】
本発明において、燃料電池１０に備えられる外部集電体６は、カソード触媒層３側の集電を行い得る導電性と、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではない。外部集電体６を構成し得る材料の具体例としては、銅、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。外部集電体６が比較的耐食性の低い金属（例えば、銅等）によって構成される場合には、外部集電体６の耐食性（耐酸性）を向上させる等の観点から、その表面に金めっきや白金めっき等を施すことが好ましい。なお、金めっき等を施すと、上述のように、親水性の外部集電体６とすることも可能になるため、好ましい。
【００３８】
また、燃料電池１０に関する上記説明では、外部集電体の長手方向を法線方向とする平面による断面が略真円形状である外部集電体６が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。カソード触媒層３の外表面の排水性をより一層向上させ得る形態とする観点からは、軸方向を法線方向とする平面による断面が重力方向に長い楕円形状である外部集電体６ｘとすることが好ましい（図４参照）。かかる形態とすることにより、外部集電体６ｘとカソード触媒層３の外表面とによって挟まれる空間に水が保持され難い形態とすることが可能になるため、カソード触媒層３の外表面の排水性を向上させることが容易になる。
【００３９】
また、燃料電池１０に関する上記説明では、中空形状のＭＥＡ４と外部集電体６との間に線材７、７が配設され、線材７、７が中空形状のＭＥＡ４及び外部集電体６によって狭持される形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池が採り得る他の形態としては、線材７、７が、外部集電体６及びワイヤー９によって狭持される形態を例示することができる。線材７、７が外部集電体６及びワイヤー９によって狭持される形態の場合、線材７、７とカソード触媒層３の外表面とが直接接触しなくなるため、線材７、７が中空形状のＭＥＡ４及び外部集電体６によって狭持される形態と比較して、カソード触媒層３の外表面の排水性が低下する恐れがある。しかし、燃料電池１０に備えられる外部集電体６は、例えば、直径１ｍｍ以下程度の導電性線材であるため、線材７、７が外部集電体６及びワイヤー９によって狭持される形態で備えられていても、カソード触媒層３の外表面に存在する水を、親水性の線材７、７の方へ移動させることができる。したがって、線材７、７が外部集電体６及びワイヤー９によって狭持される形態で備えられる本発明の燃料電池であっても、線材７、７が備えられない従来の燃料電池９０と比較すれば、カソード触媒層３の外表面の排水性を向上させることができるので、発電性能を向上させることができる。
【００４０】
なお、燃料電池１０に関する上記説明では、二の線材７、７が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、線材７、７の数は一以上の適当な数とすることができる。ただし、配設される線材７、７、…の数が増加するにつれて、カソード触媒層３へ空気が供給され難くなる。そのため、カソード触媒層３の外表面の排水性向上と、カソード触媒層３への空気の供給効率とを勘案した上で、配設すべき線材７の数を決定することが好ましい。また、燃料電池１０に関する上記説明では、直線状の線材７、７が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、例えば、中空形状のＭＥＡ４の長手方向を法線方向とする平面と交差する方向へ、らせん状に巻回された形態の線材７が備えられていても良い。
【００４１】
本発明において、燃料電池１０に備えられる電解質膜１は、プロトン伝導性ポリマーを含有する固体高分子膜であれば、その形態は特に限定されるものではない。電解質膜１に含有されるプロトン伝導性ポリマーの具体例としては、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するフッ素系のポリマーや、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とする炭化水素系のポリマー等を挙げることができる。上記フッ素系のポリマーを含有する電解質膜の具体例としては、Ｎａｆｉｏｎ（「Ｎａｆｉｏｎ」は米国デュポン社の登録商標。）やフレミオン（「フレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標）等を挙げることができる。
【００４２】
本発明において、燃料電池１０に備えられるアノード触媒層２及びカソード触媒層３は、上記電気化学反応の触媒として機能する物質（触媒）と、当該電気化学反応で生じるプロトンを伝導させ得る物質（プロトン伝導性物質）とを有していれば、その形態は特に限定されるものではない。触媒層に含有される触媒の具体例としては、Ｐｔのほか、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗからなる群より選択される１以上の金属とＰｔとを有するＰｔ合金等を挙げることができる。触媒層に含有されるプロトン伝導性物質の具体例としては、上記電解質膜に含有され得る上記プロトン伝導性ポリマー等を挙げることができる。
【００４３】
本発明において、燃料電池１０に備えられる内部集電体５は、アノード触媒層２側の集電を行い得る導電性と、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではない。内部集電体５を構成し得る材料の具体例としては、銅、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。内部集電体５が比較的耐食性の低い金属（例えば、銅等）によって構成される場合には、内部集電体５の耐食性（耐酸性）を向上させる等の観点から、その表面に金めっきや白金めっき等を施すことが好ましい。
【００４４】
なお、燃料電池１０に関する上記説明では、第１集電体（内部集電体５）及び第２集電体（外部集電体６）によって狭持される中空形状の構造体として、中空形状のＭＥＡ４が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、アノード触媒層２と内部集電体５との間、及び／又は、カソード触媒層３と外部集電体６との間に、ガス拡散層が備えられる形態とすることも可能である。カソード触媒層３と外部集電体６との間にガス拡散層が備えられる場合、線材７、７は、当該ガス拡散層及び外部集電体６によって狭持される形態、又は、外部集電体６及びワイヤー９によって狭持される形態で、配設することができる。
【００４５】
また、燃料電池１０の外側に配設される冷却管８は、燃料電池１０の運転時に、中空形状のＭＥＡ４の温度を低下させ得る程度の熱交換能を有する材料によって構成され、かつ、燃料電池１０の運転時の環境に耐え得る性質を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、カソード触媒層３側の集電効率を向上させ得る形態とする等の観点からは、導電性材料によって構成されることが好ましい。冷却管８を構成する導電性材料の具体例としては、銅、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。冷却管８が比較的耐食性の低い金属（例えば、銅等）によって構成される場合には、冷却管８の耐食性（耐酸性）を向上させる等の観点から、その外表面に金めっきや白金めっき等を施すことが好ましい。さらに、導電性材料からなる冷却管８が備えられる場合には、漏電を回避するため、冷媒流路８ａへ絶縁性の冷媒を流通させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】燃料電池１０の形態例を示す概略図である。
【図２】燃料電池１０の形態例を概略的に示す平面図である。
【図３】燃料電池１０の一部の形態例を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明にかかる燃料電池の他の一部形態例を概略的に示す断面図である。
【図５】従来の燃料電池９０の形態例を示す概略図である。
【図６】従来の燃料電池９０の形態例を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…電解質膜
２…アノード触媒層（第１電極）
３…カソード触媒層（第２電極）
４…ＭＥＡ（構造体）
５…内部集電体（第１集電体）
５ａ…流路
６、６ｘ…外部集電体（第２集電体）
７…線材
８…冷却管
８ａ…冷媒流路
９…ワイヤー
１０、９０…燃料電池
【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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