(57)【要約】【課題】電気抵抗が小さく、熱伝導性及び耐食性が高く、軽量な集電体、当該集電体の製造方法及び当該集電体が組み込まれた燃料電池を提供する。【解決手段】電解質層が燃料極１１ｃ及び酸素極１１ｂで挟持された膜−電極接合体の少なくとも一側に配設され、前記燃料極１１ｃに燃料ガス、前記酸素極１１ｂに酸化ガスを供給するためのガス流路を形成すると共に、前記燃料ガスと酸化ガスとの反応により発生した電流を取り出す集電体であって、前記膜−電極接合体に接する多孔体１２ｂと、前記燃料極１１ｃに供給されるガスと酸素極１１ｂに供給されるガスを遮断する板状セパレータ１２ａと、前記多孔体１２ｂと前記板状セパレータ１２ａを接続するリブ１２１を有し、該リブ１２１が前記多孔体１２ｂ又は板状セパレータ１２ａに対して垂直に配向したカーボンナノチューブを含むようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体の少なくとも一側に配設され、前記燃料極に燃料ガス、前記酸素極に酸化ガスを供給するためのガス流路を形成すると共に、前記燃料ガスと酸化ガスとの反応により発生した電流を取り出す集電体であって、
前記膜−電極接合体に接する多孔体と、
前記燃料極に供給されるガスと酸素極に供給されるガスを遮断する板状セパレータと、
前記多孔体と前記板状セパレータを接続するリブを有し、
該リブが前記多孔体又は板状セパレータに対して垂直に配向したカーボンナノチューブを含む、集電体。
【請求項２】
前記リブは、カーボンナノチューブからなる導電部と、該導電部を支持する樹脂からなる支持部とで構成されている、請求項１に記載された集電体。
【請求項３】
前記リブは、カーボンナノチューブに樹脂が含浸されて形成されている、請求項１に記載された集電体。
【請求項４】
電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体を挟んで複数積層された燃料電池であって、
前記集電体は、前記膜−電極接合体に接する多孔体と、前記燃料極に供給されるガスと酸素極に供給されるガスを遮断する板状セパレータと、前記多孔体と前記板状セパレータとを接続するリブを有し、
該リブが多孔体又は板状セパレータに対して垂直に配向したカーボンナノチューブを含む、燃料電池。
【請求項５】
開口部がある部分帯と開口部がない部分帯が交互に繰り返される多孔体の開口部がない部分帯が触媒層で被覆される工程、
前記多孔体の開口部がある部分帯が保護層で被覆される工程、
炭素源が供給され、カーボンナノチューブが触媒層で被覆された部分上で成長される工程、
保護層が除去される工程が実施される、電解質膜が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体に接する集電体の製造方法。
【請求項６】
板状セパレータが、帯状の触媒層及び帯状の保護層で被覆される工程、
炭素源が供給され、カーボンナノチューブが触媒層で被覆された部分上で成長される工程、
保護層が除去される工程が実施される、電解質膜が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体に接する集電体の製造方法。
【請求項７】
樹脂がカーボンナノチューブに含浸される工程が実施される、請求項５又は６に記載された集電体の製造方法。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブに、これと一体に樹脂を成形してリブを形成する工程が実施される、請求項５又は６に記載された集電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体の少なくとも一側に配設され、前記燃料極に燃料ガス、前記酸素極に酸化ガスを供給するためのガス流路を形成すると共に、前記燃料ガスと酸化ガスとの反応により発生した電流を取り出す集電体に関する。更に、本発明は、当該集電体の製造方法と当該集電体が組み込まれた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用発電装置、家庭用発電装置、人工衛星の動力源、宇宙船の動力源として実用化されてきた。近年、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源としての燃料電池の開発が進んでいる。そして、燃料電池は、アルカリ水溶液形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形、直接形メタノール等のものであってもよいが、反応温度が低く、小型化に有利な固体高分子形燃料電池が一般的である。
【０００３】
固体高分子形燃料電池では、固体高分子電解質層が２枚のガス拡散電極で挟まれ、一体化されて接合されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極接合体）が使用される。そして、前記ガス拡散電極の一方を燃料極（アノード極）とし、その表面に燃料としての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン（プロトン）と電子とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質層を移動する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極（カソード極）とし、その表面に酸化剤としての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。
そして、固体高分子形燃料電池は、ＭＥＡの外側に燃料ガスとしての水素ガスや酸素等の酸化剤ガスのような反応ガスの供給通路を形成するセパレータを配設した積層構造を有する。前記セパレータは、積層方向に隣り合うＭＥＡへの反応ガスの透過を防止するとともに、発生した電流を外部へ取り出すための集電を行う。このように、ＭＥＡとセパレータとから成る単位セルを多数積層して燃料電池スタックが構成される。
【０００４】
従来の燃料電池システムにおいては、単位セルの積層方向に関して温度分布が発生し、電極の温度が上昇してしまうことがある。この場合、電極を通してＭＥＡの外側に散逸する水分の量が多くなり過ぎ、ＭＥＡ内部の湿度が低下するので、各単位セルにおける発電効率が低下してしまう。そこで、電解質層が燃料極と酸素極とで挟持された燃料電池に挟まれるセパレータユニットの集電体であって、燃料極に供給されるガスと酸素極に供給されるガスとを遮断する板状のセパレータ本体に当接するセパレータ当接部と、前記燃料極又は酸素極に当接する電極当接部と、前記セパレータ当接部及び電極当接部を接続するリブ部とを有し、前記電極当接部は、前記セパレータ当接部及びリブ部の部材よりも開口率の大きな部材から成る集電体が検討された（例えば、特許文献１参照）。当該集電体の原料は、電気抵抗が小さく、熱伝導性及び耐食性が高い金属であり、当該集電体と膜−電極接合体が積層された燃料電池スタックの重量はかなり大きい。そこで、集電体の軽量化が要求されている。
【特許文献１】特開２００７−３５５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電気抵抗が小さく、熱伝導性及び耐食性が高く、軽量な集電体の提供である。本発明が解決しようとする別の課題は、当該集電体の製造方法及び当該集電体が組み込まれた燃料電池システムの提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体の少なくとも一側に配設され、前記燃料極に燃料ガス、前記酸素極に酸化ガスを供給するためのガス流路を形成すると共に、前記燃料ガスと酸化ガスとの反応により発生した電流を取り出す集電体であって、前記膜−電極接合体に接する多孔体と、前記燃料極に供給されるガスと酸素極に供給されるガスを遮断する板状セパレータと、前記多孔体と前記板状セパレータを接続するリブを有し、該リブが前記多孔体又は板状セパレータに対して垂直に配向したカーボンナノチューブを含む、集電体である。
請求項２に係る発明では、前記リブは、カーボンナノチューブからなる導電部と、該導電部を支持する樹脂からなる支持部とで構成されている。
請求項３に係る発明では、前記リブは、カーボンナノチューブに樹脂が含浸されて形成されている。
請求項４に係る発明は、電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体を挟んで複数積層された燃料電池であって、前記集電体は、前記膜−電極接合体に接する多孔体と、前記燃料極に供給されるガスと酸素極に供給されるガスを遮断する板状セパレータと、前記多孔体と前記板状セパレータとを接続するリブを有し、該リブが多孔体又は板状セパレータに対して垂直に配向したカーボンナノチューブを含む、燃料電池である。
【０００７】
請求項５に係る発明は、開口部がある部分帯と開口部がない部分帯が交互に繰り返される多孔体の開口部がない部分帯が触媒層で被覆される工程、前記多孔体の開口部がある部分帯が保護層で被覆される工程、炭素源が供給され、カーボンナノチューブが触媒層で被覆された部分上で成長される工程、保護層が除去される工程が実施される、電解質膜が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体に接する集電体の製造方法である。
【０００８】
請求項６に係る発明は、板状セパレータが、帯状の触媒層及び帯状の保護層で被覆される工程、炭素源が供給され、カーボンナノチューブが触媒層で被覆された部分上で成長される工程、保護層が除去される工程が実施される、電解質膜が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体に接する集電体の製造方法である。
請求項７に係る発明では、上記集電体の製造方法において、樹脂がカーボンナノチューブに含浸される工程が実施される。
請求項８に係る発明では、上記集電体の製造方法において、前記カーボンナノチューブに、これと一体に樹脂を成形してリブを形成する工程が実施される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明の集電体は、カーボンナノチューブを含むリブを有しているから、軽量である。触媒層の被覆位置の変更によるカーボンナノチューブを含むリブの設計変更は容易であるから、請求項１に係る発明の集電体の設計自由度は高い。請求項２に係る発明の集電体は、上記効果に加え、小さい電気抵抗、高い熱伝導性及び耐食性を有しているという効果を奏する。
請求項３に係る発明の集電体は、上記効果に加え、リブの強度が高いという効果を奏する。
請求項４に係る発明の燃料電池は、集電体と膜−電極接合体が積層された燃料電池スタックの内部における温度分布は解消され、燃料電池スタックの温度が適切に制御される。従って、請求項４に係る発明の燃料電池の発電効率及び出力は高い。
請求項５〜８に係る発明の製造方法により、上記集電体を容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の燃料電池システムの１実施形態を示す図である。図１において、２０は燃料電池スタックであり、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウィンドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり、動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源としての燃料電池スタック２０と図示されない蓄電手段としての二次電池とを併用して使用することが望ましい。そして、燃料電池スタック２０は、アルカリ水溶液形（ＡＦＣ）、リン酸形（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）、直接形メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であることが望ましい。
更に望ましくは、水素ガスを燃料とし、酸素又は空気を酸化剤とするＰＥＭＦＣ（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）形燃料電池、又は、ＰＥＭ（Proton Exchange Membrane）形燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ形燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンが移動する固体高分子電解質層の両側に触媒層、ガス拡散層及び集電体が順に積層されたセル（Fuel Cell）を複数及び直列に結合したスタック（Stack）から成る。
【００１１】
図１には、燃料電池スタック２０に燃料ガスとしての水素ガス及び酸化剤としての空気を供給する装置が示される。なお、図示されない改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水素ガスを燃料電池スタック２０に直接供給することもできるが、車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素ガスを供給することができるようにするためには、燃料貯蔵手段７３に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。これにより、該水素ガスがほぼ一定の圧力で、常に、十分に供給されるので、前記燃料電池スタック２０は車両の負荷の変動に遅れることなく追随して、必要な電流を供給することができる。
【００１２】
水素ガスは、水素吸蔵合金を収納した容器、デカリンのような水素吸蔵液体を収納した容器、水素ガスボンベ等の燃料貯蔵手段７３から、燃料供給管路としての第１燃料供給管路２１、及び、該第１燃料供給管路２１に接続された燃料供給管路としての第２燃料供給管路３３を通って、燃料電池スタック２０の燃料室に供給される。そして、前記第１燃料供給管路２１には、燃料貯蔵手段元開閉弁２４、水素ガスの圧力を検出する圧力センサとしての水素圧センサ２７及び２８、供給される水素ガスの圧力を調整する第１の水素供給調圧弁２５ａ及び第２の水素供給調圧弁２５ｂ、並びに、燃料供給電磁弁２６が配設される。
【００１３】
ここで、前記燃料貯蔵手段７３は、十分に大きな容量を有し、常に十分に高い圧力の水素ガスを供給することができる能力を有するものである。なお、図１に示される例においては、燃料貯蔵手段７３が複数、例えば、３つ配設され、また、第１燃料供給管路２１は、各燃料貯蔵手段７３に接続される部分で複数本に分岐され、途中で合流して１本になっている。しかし、燃料貯蔵手段７３は、単数であってもよいし、また、複数であってもよい。
【００１４】
そして、燃料電池スタック２０の燃料室から排出される水素ガスは、燃料排出管路３１を通って燃料電池スタック２０の外部に排出される。前記燃料排出管路３１には、回収容器としての水回収ドレインタンク６０が配設されている。そして、該水回収ドレインタンク６０には水と分離された水素ガスを排出する燃料排出管路３０が接続され、該燃料排出管路３０には燃料強制排出装置としての吸引循環ポンプ３６が配設されている。また、前記燃料排出管路３０における水回収ドレインタンク６０と反対側の端部は、第２燃料供給管路３３に接続されている。これにより、燃料電池スタック２０の外部に導出された水素ガスを回収し、燃料電池スタック２０の燃料室に供給して再利用することができる。
【００１５】
また、前記水回収ドレインタンク６０には、燃料排出管路５６が接続され、該燃料排出管路５６には水素排気弁６２が配設され、燃料電池スタック２０の起動時等に燃料室から排出される水素ガスを大気中に排出することができるようになっている。なお、燃料排出管路５６に、必要に応じて水素燃焼器を配設することもできる。該水素燃焼器によって排出される水素ガスを燃焼させ、水にしてから大気中に排出することができる。
【００１６】
ここで、前記第１の水素供給調圧弁２５ａ及び第２の水素供給調圧弁２５ｂは、バタフライバルブ、レギュレータバルブ、ダイヤフラム式バルブ、マスフローコントローラ、シーケンスバルブ等のものであるが、前記第１の水素供給調圧弁２５ａ及び第２の水素供給調圧弁２５ｂの出口から流出する水素ガスの圧力をあらかじめ設定した圧力に調整することができるものであれば、いかなる種類のものであってもよい。なお、前記圧力の調整は、手動によってなされてもよいが、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによってなされることが望ましい。また、前記燃料供給電磁弁２６及び水素排気弁６２は、いわゆる、オン−オフ式のものであり、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによって作動させられる。なお、前記燃料貯蔵手段元開閉弁２４は手動又は電磁弁を用いて自動的に作動させられる。さらに、前記吸引循環ポンプ３６は、水素ガスを強制的に排出し、燃料室内を負圧の状態にすることができるポンプであれば、いかなる種類のものであってもよい。
【００１７】
一方、酸化剤としての空気は、酸化剤供給源としての空気供給ファン７５から、酸化剤供給管路７６を通って、燃料電池スタック２０の酸素室に供給される。なお、酸化剤供給源としては、空気供給ファン７５に代えて空気ボンベ、空気タンク等を使用することもできる。また、酸化剤として、空気に代えて酸素を使用することもできる。そして、酸素室から排出される空気は、排気マニホールド７７を通って大気中へ排出される。
【００１８】
燃料電池スタック２０の酸素極としての空気極側から膜−電極接合体を湿潤な状態に維持するために、酸素室に供給される空気中に水をスプレーして供給することもできる。この場合、例えば、水を貯留するタンクから供給された水を、酸化剤供給管路７６の途中や燃料電池スタック２０の酸素室の入口に配設された水供給ノズルを通して、空気中にスプレーすることが望ましい。また、排気マニホールド７７の途中等に凝縮器を配設して、酸素室から排出される空気に含まれる水を回収して再利用することが望ましい。
【００１９】
ところで、燃料電池スタック２０の酸素室に供給される空気は、圧力が大気圧程度の常圧の状態であってもよいし、圧力が大気圧よりも高くなるように加圧された状態であってもよいが、本実施の形態においては、加圧された状態であるものとして説明する。すなわち、本実施の形態における燃料電池システムは、いわゆる常圧システムでなく、加圧システムであるものとする。
【００２０】
燃料電池スタック２０と熱交換した冷媒が通過する冷媒管路７１が、燃料電池スタック２０に接続されている。そして、冷媒を冷却する冷却装置としてのラジエータ７２が、冷媒管路７１に配設されている。
【００２１】
燃料電池スタック２０の燃料室に供給される水素ガス及び酸素室に供給される空気は、燃料電池スタック２０を冷却する機能を有する。従って、燃料電池スタック２０に燃料ガスとしての水素ガス及び酸化剤としての空気を供給する装置は、燃料電池スタック２０を冷却するための冷却系の１つとして機能する。そして、水素ガス及び空気は、消費されたり外部に排出されたりするものであるから、水素ガス及び空気を供給する装置は開いた冷却系と言える。この場合、水素ガス及び空気は、膜−電極接合体を構成する固体高分子電解質膜、触媒層、ガス拡散層等の部材に接触しながら燃料電池スタック２０内を流通して、燃料電池スタック２０を冷却する。なお、前述のように、酸素室に供給される空気中に水を供給するようにした場合には、冷却能力が向上する。
【００２２】
燃料電池スタック２０には、図示されない電気端子の端子電圧を計測する電圧計７８、燃料電池スタック２０内を流通する空気又は燃料電池スタック２０から排出される空気の温度を検出する排出空気温度計７４が取り付けられている。
【００２３】
前記蓄電手段としての二次電池は、いわゆる、バッテリ（蓄電池）であり、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が一般的である。なお、前記蓄電手段は、必ずしもバッテリでなくてもよく、電気二重層キャパシタのようなキャパシタ（コンデンサ）、フライホイール、超伝導コイル、蓄圧器等のように、エネルギを電気的に蓄積し放出する機能を有するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
そして、前記燃料電池スタック２０は図示されない負荷に接続され、発生した電流を前記負荷に供給する。ここで、該負荷は、一般的には、駆動制御装置であるインバータ装置であり、前記燃料電池スタック２０又は蓄電手段からの直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転させる駆動モータに供給する。ここで、該駆動モータは発電機としても機能するものであり、車両の減速運転時には、いわゆる回生電流を発生する。この場合、前記駆動モータは車輪によって回転させられて発電するので、前記車輪にブレーキをかける、すなわち、車両の制動装置（ブレーキ）として機能する。そして、前記回生電流が蓄電手段に供給されて該蓄電手段が充電される。
【００２５】
本実施の形態において、燃料電池システムは、図２に示されるような制御システムを有する。図２において、８１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、入出力インターフェイス等を備える一種のコンピュータであり、燃料電池システムの動作を制御する制御装置である。該制御装置８１には、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段としてのメモリ８２が接続されている。また、前記制御装置８１には、前記電圧計７８、水位センサ５２ａ及び６０ａ、水素圧センサ２７及び２８、排出空気温度計７４、並びに、燃料電池スタック２０の燃料室から排出される水素ガス濃度を検出する水素濃度センサ８３が接続され、これら各種のセンサの出力が前記制御装置８１に入力される。さらに、該制御装置８１には、前記第１の水素供給調圧弁２５ａ及び第２の水素供給調圧弁２５ｂ、水素排気弁６２、空気供給ファン７５、並びに、燃料電池システムに故障、事故等が発生した場合に警報を出力する装置としてのアラーム８６が接続され、これらの装置は前記制御装置８１によって動作が制御される。
【００２６】
次に、本発明の集電体の実施態様を説明する。図３は、本発明の集電体と膜−電極接合体の積層構成を示している。図４は、図３に示される積層構成の上面図である。固体高分子電解質層１１ａが酸素極１１ｂ及び燃料極１１ｃで挟持され、膜−電極接合体１１が形成されている。集電体１２は、膜−電極接合体１１に接する金属多孔体１２ｂと、燃料極１１ｃに供給される水素と酸素極１１ｂに供給される空気を遮断する板状セパレータ１２ａと、多孔体１２ｂと板状セパレータ１２ａを接続するリブ１２１を有している。また、図示されていないが、集電体１２の内部には、上記した冷媒管路７１に通じる冷媒流路が形成されており、リブ１２１で仕切られた空間が空気流路１２２又は水素流路１２３である。図３では、空気流路１２２中の空気は上下方向に流れ、水素流路１２３中の水素は、図に対し垂直方向に流れている。図４では、リブで仕切られた空気流路中の空気が、図に対し垂直方向に流れ、図示されない水素流路中の水素は、図の左右方向に流れている。空気流路中の空気及び水素流路中の水素は、多孔体１２ｂを通過し、酸素極１１ｂ及び燃料極１１ｃに到達する。
【００２７】
図３及び４では、多孔体１２ｂが酸素極１１ｂ及び燃料極１１ｃに当接されているが、多孔体１２ｂは酸素極、燃料極のいずれか一方のみに当接されていてよい。
多孔体１２ｂの具体例は、発泡金属、金属繊維焼結体、金網、エキスパンドメタル、パンチングメタルである。好ましくは、Ｔｉ合金にステンレス鋼などの耐食性に優れた金属に、カーボンや金などの導電材料が表面にコーティングされる。また、銅やアルミニウムなどの卑金属に耐食金属を貼り合わせたクラッド材や、表面に導電性耐食コーティングが施された金属材料を適用できる。
【００２８】
図５は、本発明の集電体の作製フローの実施態様を示す図である。最初に、開口部がある部分帯１２４と開口部がない部分帯１２５が交互に繰り返される多孔体１２ｂが準備される（図５ａ）。
【００２９】
次に、保護物質が多孔体１２ｂの開口部がある部分帯１２４に塗布され、保護層１２６が形成され、触媒分散液が多孔体１２ｂの開口部がない部分帯１２５に塗布され、触媒層１２７が形成される（図５ｂ）。保護物質と触媒分散液の塗布順序は限定されない。保護物質が先に塗布されてもよく、触媒分散液が先に塗布されてもよく、両者が同時に塗布されてもよい。保護物質の具体例は水ガラスである。触媒の具体例は、コバルト、パラジウム、ニッケル、鉄、白金、金、銀、これらの合金である。これらの金属は、単独で用いられてもよく、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。触媒の好ましい粒子径は２０ｎｍ以下であり、更に好ましい粒径は１０ｎｍ以下であり、特に好ましい粒径は５ｎｍ以下である。
【００３０】
次に、保護層１２６及び触媒層１２７が形成された多孔体１２ｂがＣＶＤ装置内に固定され、Ａｒ等の不活性ガスが導入される。その後、上記多孔体１２ｂが加熱され、炭素源が導入されて、単層カーボンナノチューブ１２８が形成される（図５ｃ）。好ましい加熱温度は９５０〜１０００℃である。炭素源の具体例は、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の炭素数１〜１０のアルコール類；メタン、エタン、プロパン等の炭素数１〜１０のアルカン類；エチレン、プロピレン等の炭素数２〜１０のアルケン類；アセチレン、プロピレン等の炭素数２〜１０のアルキン類；アセトン等のケトン類；ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素である。
【００３１】
次に、保護層１２６が除去され、単層カーボンナノチューブ１２８からなるリブが多孔体１２ｂ上に形成される（図５ｄ）。保護物質が水ガラスである場合、保護層１２６は、溶質に溶解されて除去される。溶質の具体例は、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液、フッ酸、フッ化アンモニウムガスである。水ガラスからなる保護層が除去された後、単層カーボンナノチューブ１２８からなるリブを有する多孔体１２ｂは、硝酸、塩酸又は硫酸で洗浄され、残存している触媒が除去される。リブを有する多孔体１２ｂと板状セパレータ１２ａが重ねられ、集電体１２が作製される。
【００３２】
図６は、本発明の集電体の作製フローの別の実施態様を示す図である。最初に、板状セパレータ１２ａが準備される（図６ａ）。
【００３３】
次に、保護物質及び触媒分散液が、板状セパレータ１２ａ上に帯状に塗布され、帯状の保護層１２６と帯状の触媒層１２７が相互に形成される（図６ｂ）。保護物質と触媒分散液の塗布順序、保護物質及び触媒の具体例は上記されたとおりである。
次に、上記されたとおり、単層カーボンナノチューブ１２８が形成される（図６ｃ）。
【００３４】
その後、保護層１２６が除去され、単層カーボンナノチューブ１２８からなるリブが板状セパレータ１２ａ上に形成される（図６ｄ）。そして、酸洗浄が実施され、リブを有する板状セパレータ１２ａと多孔体１２ｂが重ねられ、集電体１２が作製される。
【００３５】
図７は、多孔体１２ｂ上に形成されたリブの拡大模式図である。リブは単層カーボンナノチューブの束で形成されている。板状セパレータ１２ａ上に形成されたリブも、同様に単層カーボンナノチューブの束で形成されている。単層カーボンナノチューブで形成されたリブは、縦方向（図７の上下方向）には十分な強度を有している。当該リブの横方向（図７の左右方向）の強度を補うため、樹脂がカーボンナノチューブに充填され得る。樹脂の充填方法の具体例は以下のとおりである。
【００３６】
（１）溶融された熱可塑性樹脂がカーボンナノチューブに充填される。
（２）反応性モノマーと重合開始剤を含む組成物がカーボンナノチューブに充填され、熱重合又は光重合が実施される。
（３）樹脂溶液がカーボンナノチューブに充填され、溶媒が蒸発される。
【００３７】
図８は、保護層の形成位置により、カーボンナノチューブからなる導電部が間隔を隔てて形成された後、当該導電部を支持する樹脂製支持部１３０が、導電部の間に射出成形により形成されるか、成形された樹脂製支持部１３０が、導電部の間に嵌め込まれて、導電部と樹脂製支持部が一体化されたリブを示す図である。図８に示されるリブは、カーボンナノチューブからなる導電部の間にある樹脂製支持部１３０により補強されている。
なお、本実施の形態では、リブを単層カーボンナノチューブで形成したが、カーボンナノチューブが多孔体又は板状セパレータに対して垂直に配向されていれば、リブは２層以上の多層カーボンナノチューブで形成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の集電体は、水素燃料固形高分子形燃料電池、直接形メタノール燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等の燃料電池に組み込まれる。そして、本発明の集電体が組み込まれた燃料電池は、車載用電源、家庭用電源、その他の電源として使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料電池システムを示す図
【図２】燃料電池システムの制御システムを示す図
【図３】集電体と膜−電極接合体の積層構成を示す図
【図４】集電体と膜−電極接合体からなる積層構成の上面図
【図５】集電体の作製フローを示す図
【図６】集電体の作製フローを示す図
【図７】リブの拡大模式図
【図８】樹脂からなる支持部を有するリブを示す図
【符号の説明】
【００４０】
１１ａ…固体高分子電解質層、１１ｂ…酸素極、１１ｃ…燃料極、１２ａ…板状セパレータ、１２ｂ…多孔体、１２１…リブ
【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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