(57)【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−電極接合体の両側に配設され、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金属多孔体と、
熱可塑性樹脂と導電性炭素を含有する熱可塑性樹脂組成物からなり、前記金属多孔体を支持するリブを有するカーボンバイポーラープレートとが、熱圧着されて一体化しており、
前記金属多孔体は、前記カーボンバイポーラープレートの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する導電性の被覆材により被覆されていることを特徴とする集電体。
【請求項２】
前記被覆材は、耐食性を有する導電性材料が混在するダイヤモンドライクカーボンである請求項１に記載の集電体。
【請求項３】
電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体が集電体を挟んで複数積層された燃料電池において、
前記集電体は、熱可塑性樹脂と導電性炭素を含有する熱可塑性樹脂組成物からなり、ガス流路を形成するリブを有するカーボンバイポーラープレートと、
前記カーボンバイポーラープレートのリブに支持され、前記カーボンバイポーラープレートの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する導電性被覆材が被覆され、前記膜−電極接合体の燃料極又は酸化極の一方に接する金属多孔体とが、熱圧着されて一体化されてなる燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜−電極接合体に接する金属多孔体と金属多孔体に接するリブを有するカーボンバイポーラープレートが一体化されてなる集電体及び燃料電池に係り、詳しくは、金属多孔体に線膨張係数の低い材料が被覆された集電体及び燃料電池に関するものである。
【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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。 
ところで、樹脂と導電性炭素を含み、安価で成形性が高い組成物からバイポーラープレートからなる集電体が検討されてきた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−３５５２７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、集電体の材料である金属が腐食しないように表面に貴金属を被覆する必要があり、また、特許文献２に記載の発明は、耐食性が高く、加工性に優れるため、両者の特性を生かして、燃料電池の集電体を構成する材料として、両者を一体して採用することが好ましい。しかし、樹脂の膨張係数と金属の膨張係数との差が大きい為に、温度変化による内部応力が発生し易くなる。特に、発電駆動時と停止時との間の温度差の大きい燃料電池の構成部品として用いること、内部応力により金属製の構成部材と樹脂製の構成部材の間に剥離が発生するといった問題が生じる恐れがある。 
そこで、本発明は、金属と樹脂を構成材料として有するとともに、温度変化による部材間の歪みが抑制された集電体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該集電体が組み込まれ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】
【０００７】
以上のような目的は、以下の本発明によって達成される。 
（１）電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体の両側に配設され、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金属多孔体と、
熱可塑性樹脂と導電性炭素を含有する熱可塑性樹脂組成物からなり、前記金属多孔体を支持するリブを有するカーボンバイポーラープレートとが、熱圧着されて一体化しており、
前記金属多孔体は、前記カーボンバイポーラープレートの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する導電性の被覆材により被覆されていることを特徴とする集電体。
【０００８】
（２）前記被覆材は、耐食性を有する導電性材料が混在するダイヤモンドライクカーボンである上記（１）に記載の集電体。
【０００９】
（３）電解質層が燃料極及び酸素極で挟持された膜−電極接合体が集電体を挟んで複数積層された燃料電池において、
前記集電体は、熱可塑性樹脂と導電性炭素を含有する熱可塑性樹脂組成物からなり、ガス流路を形成するリブを有するカーボンバイポーラープレートと、
前記カーボンバイポーラープレートのリブに支持され、前記カーボンバイポーラープレートの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する導電性被覆材が被覆され、前記膜−電極接合体の燃料極又は酸化極の一方に接する金属多孔体とが、熱圧着されて一体化されてなる燃料電池。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、熱可塑性樹脂と導電性炭素を含み、安価で成形性が高い熱可塑性樹脂組成物が成形されたバイポーラープレートと金属多孔体が熱圧着されて一体化されているから、高い設計自由度を有している。特に、金属多孔体には、バイポーラープレートよりも線膨張係数が小さい被覆材が被覆されているので、被覆材が被覆された金属多孔体とバイポーラープレートとの間の線膨張係数の差が小さくなり、両者の間での温度変化による内部応力の発生が抑制される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、被覆材をダイヤモンドライクカーボンとすることにより、被覆材が被覆された金属多孔体全体の線膨張係数を、バイポーラープレートの線膨張係数に一層近づけることができる。 
請求項３に記載の発明によれば、集電体を構成するバイポーラープレートと金属多孔体との間に生じる内部応力が抑制されるので、その集電体が組み込まれた燃料電池は、金属多孔体とバイポーラープレートとの間の剥離が抑制され、寿命が延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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を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を順に積層したセル（Fuel Cell）を複数及び直列に結合したスタック（Stack）から成る。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。 
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。
【００２３】
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層、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。 
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。リブ１２１を有するカーボンバイポーラープレート１２ａのリブ１２１が金属多孔体１２ｂに熱圧着され、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂが一体化されて、集電体１２が形成されている。集電体１２の金属多孔体側が、膜−電極接合体１１の酸素極側及び燃料極側に当接されている。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、金属多孔体１２ｂを通過し、酸素極１１ｂ及び燃料極１１ｃに到達する。
【００２８】
図３及び４では、金属多孔体１２ｂが酸素極１１ｂ及び燃料極１１ｃに当接されているが、金属多孔体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。 
金属多孔体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、パンチングメタルなどの金属部材に耐食性と導電性を有する被覆材をコーティングして構成される。このような金属部材は、Ｔｉ合金にステンレス鋼などの耐食性に優れた金属であることが好ましい。さらに、金属部材には、線膨張係数がカーボンバイポーラープレート１２ａより小さい被覆材がコーティングされる。
【００２９】
該被覆材は、集電体としての特性を損なわないように導電性を備え、さらに通電による腐食を抑制するために、耐食性を備える必要がある。このような、被覆材としては、耐食性と導電性を備える材料が混在されたダイヤモンドライクカーボンが挙げられる。このダイヤモンドライクカーボンに混在される材料としては、貴金属、炭素などが挙げられ、本実施形態では、黒鉛が混在される。 
カーボンバイポーラープレート１２ａの線膨張係数に比較して、線膨張係数が十分小さい被覆材を、カーボンバイポーラープレート１２ａよりも線膨張係数の大きな金属部材にコーティングすることにより、金属多孔体の全体の線膨張係数を、カーボンバイポーラープレート１２ａの線膨張係数に近づけている。これにより、温度変化によってカーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂとの間に生じる内部応力を減少させることができる。
【００３０】
黒鉛とダイヤモンドライクカーボンのナノコンポジット成膜の方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、特開２００４−２１７９７５号公報に掲載されているように、工程１として、金属部材の酸化皮膜除去と電気導電層を形成する。真空容器内にメタンガスプラズマを発生させ、金属部材に負高電圧パルスを印加することで、金属部材表面の酸化皮膜が除去されるとともに、電気導電層を形成する。工程２としてダイヤモンドライクカーボン膜を形成する。つまり、工程１に続いて、分子量の大きい炭化水素ガス（例えば、トルエン）に切り替え、工程１の同様の処理を施し、ダイヤモンドライクカーボンを成膜する。以上の成膜方法の一例であって、他の方法を用いることもできる。
【００３１】
カーボンバイポーラープレート１２ａは、熱可塑性樹脂と導電性炭素を含有する熱可塑性組成物がモールド成形されて作製される。熱可塑性樹脂の具体例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレンである。導電性炭素の具体例は、導電性カーボンブラック、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレン、これらの混合物である。
【００３２】
図５は、本発明の集電体の作製フローを示す図である。最初に、熱可塑性樹脂と導電性炭素が混合され、熱可塑性樹脂組成物が作製される。次に、当該熱可塑性樹脂組成物がモールド成形され、カーボンバイポーラープレート１２ａが作製される。一方、これに平行して、例えばエキスパンドメタル等の金属部材に対して、既述の公知の方法により、黒鉛とダイヤモンドライクカーボンのナノコンポジット成膜が施され、金属多孔体１２ｂが構成される。
【００３３】
その後、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂが、カーボンバイポーラープレート１２ａの軟化点以上の温度で熱圧着され、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂが一体化された集電体１２が作製される。金属多孔体１２ｂ作製時の厚み誤差及びカーボンバイポーラープレート１２ａ作製時の厚み誤差は、熱圧着時に補償される。従って、集電体１２の厚み誤差は小さい。従って、ガスシール部のクリアランスを精度よく規定できることから、シールガスケット厚さの許容範囲を広くとることができ、ガスシール性の確保が容易となる。
【００３４】
図６ａ及びｂは、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂの嵌合部の結合状態を示している。図６ａは、カーボンバイポーラープレート１２ａと、金網のように曲面凸部を有する金属多孔体１２ｂの嵌合部の結合状態を示している。図６ｂは、カーボンバイポーラープレート１２ａと、エキスパンドメタル、パンチングメタルのようにプレス加工により形成された鋸刃状凸部を有する金属多孔体１２ｂの嵌合部の結合状態を示している。熱可塑性のカーボンバイポーラープレート１２ａのリブ１２１に形成された凹部は、金属多孔体１２ｂの凸部の形状に沿っている。従って、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂの密着性は高く、これらは１つの部品として扱われる。また、カーボンバイポーラープレート１２ａと金属多孔体１２ｂとは、ダイヤモンドライクカーボンのコーティングによって、膨張係数値の差を縮めるよう構成されているため、温度変化によって両者の間に生ずる内部応力が抑制され、温度変化による剥離が生じにくい構成となっている。更に、カーボンバイポーラープレート１２ａのリブ１２１と金属多孔体１２ｂの嵌合部の接触面積が大きいから、これらの接触抵抗は低い。
【００３５】
尚、カーボンバイポーラープレート１２ａよりも、線膨張係数が小さい材料として、タングステン、タンタル、チタンなどの酸化物、炭化物、窒化物が挙げられ、更にセラミックス系材料がある。これらの材料に、導電性を有する材料（例えば、炭素）を付与して、黒鉛とダイヤモンドライクカーボンのナノコンポジット膜に代わる被覆材として使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
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】
【００３７】
【図１】燃料電池システムを示す図である。
【図２】燃料電池システムの制御システムを示す図である。
【図３】集電体と膜−電極接合体の積層構成を示す図である。
【図４】集電体と膜−電極接合体からなる積層構成の上面図である。
【図５】集電体の作製フローを示す図である。
【図６】カーボンバイポーラープレートと金属多孔体の結合状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１ａ…固体高分子電解質層、１１ｂ…空気極、１１ｃ…燃料極、１２ａ…カーボンバイポーラープレート、１２ｂ…金属多孔体、１２１…リブ
【図１】
0005217533.tif 000002
【図２】
0005217533.tif 000003
【図３】
0005217533.tif 000004
【図４】
0005217533.tif 000005
【図５】
0005217533.tif 000006
【図６】
0005217533.tif 000007