(57)【要約】【課題】モノポーラ型膜−電極アセンブリーを提供する。【解決手段】複数のセル領域が形成される電解質膜と、電解質膜の一の面に複数の開口部が形成されるアノード支持体と、電解質膜の他の面において複数の開口部が形成されるカソード支持体と、アノード支持体の開口部に対応するように形成される第１の電流集電部と第１の導電部と第１の導線とを備えるアノード電流集電体と、カソード支持体の開口部に対応するように形成される第２の電流集電部と第２の導電部と第２の導線とを備えるカソード電流集電体と、アノード電流集電部上に設置されるアノード電極と、カソード電流集電部上に設置されるカソード電極と、第１の導線および第２の導線と連結される回路部とを備え、回路部を通じてセル領域それぞれの接続関係は変更され、セル領域それぞれは、直列もしくは並列に接続される、または、電気的に分離されるモノポーラ型膜−電極アセンブリーが提供される。【選択図】図３
2007311331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセル領域が形成される電解質膜と；
前記電解質膜の一の面において、前記セル領域に該当する複数の開口部が形成されるアノード支持体と；
前記電解質膜の他の面において、前記セル領域に該当する複数の開口部が形成されるカソード支持体と；
前記アノード支持体の前記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第１の電流集電部と、前記第１の電流集電部の一側に連結される第１の導電部と、前記第１の導電部を外部に連結する第１の導線とを備えるアノード電流集電体と；
前記カソード支持体の前記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第２の電流集電部と、前記第２の電流集電部の一側に連結される第２の導電部と、前記第２の導電部を外部に連結する第２の導線とを備えるカソード電流集電体と；
前記アノード電流集電部上に設置されるアノード電極と；
前記カソード電流集電部上に設置されるカソード電極と；
前記アノード電流集電体の第１の導線および前記カソード電流集電体の第２の導線と連結される回路部と；
を備え、
前記回路部を通じて前記セル領域それぞれの接続関係は変更され、前記セル領域それぞれは、直列もしくは並列に接続される、または、電気的に分離されることを特徴とする、モノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項２】
前記アノード支持体は、第１の延長部をさらに備え、
前記カソード支持体は、前記第１の延長部と対応する位置に第２の延長部をさらに備え、
前記第１の導線の端部は前記第１の延長部に位置し、前記第２の導線の端部は前記第２の延長部に位置することを特徴とする、請求項１に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項３】
前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上である第１金属、または導電性高分子で形成されることを特徴とする、請求項１に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項４】
前記第１金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されることを特徴とする、請求項３に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項５】
前記第１金属上には、第２金属がメッキされることを特徴とする、請求項４に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項６】
前記第２金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されることを特徴とする、請求項５に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項７】
前記導電性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなるグループのうちから選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項３に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項８】
前記アノード支持体、およびカソード支持体は、非導電性高分子で製造されることを特徴とする、請求項１に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項９】
前記アノード支持体、およびカソード支持体は、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルで製造されることを特徴とする、請求項８に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１０】
前記アノード支持体、およびカソード支持体と、前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体とは、一体型に形成されるフレキシブル印刷回路基板であることを特徴とする、請求項８に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１１】
前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、スパッタリング法、ＣＶＤ蒸着法、電気的蒸着法、パターニング法、金属エッチング法のうちいずれか一つの方法で形成されることを特徴とする、請求項１に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１２】
複数のセル領域が形成される電解質膜と；
前記電解質膜の一の面、および他の面において前記セル領域に形成される触媒層と；
前記一の面に形成される触媒層に該当する複数の開口部が形成されるアノード支持体と；
前記他の面に形成される触媒層に該当する複数の開口部が形成されるカソード支持体と；
前記アノード支持体の前記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第１の電流集電部と、前記第１の電流集電部の一側に連結される第１の導電部と、前記第１の導電部を外部に連結する第１の導線とが一体型に形成されるアノード電流集電体と；
前記カソード支持体の前記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第２の電流集電部と、前記第２の電流集電部の一側に連結される第２の導電部と、前記第２の導電部を外部に連結する第２の導線とが一体型に形成されるカソード電流集電体と；
前記アノード電流集電体およびカソード電流集電体上にそれぞれ設置される燃料拡散層と；
前記アノード電流集電体の第１の導線および前記カソード電流集電体の第２の導線と接点連結される回路部と；
を備え、
前記回路部を通じて前記セル領域それぞれの接続関係は変更され、前記セル領域それぞれは、直列もしくは並列に接続される、または、電気的に分離されることを特徴とする、モノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１３】
前記アノード支持体は、第１の延長部をさらに備え、
前記カソード支持体は、前記第１の延長部と対応する位置に第２の延長部をさらに備え、
前記第１の導線の端部は前記第１の延長部に位置し、前記第２の導線の端部は前記第２の延長部に位置することを特徴とする、請求項１２に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１４】
前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上である第１金属、または導電性高分子で形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１５】
前記第１金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されることを特徴とする、請求項１４に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１６】
前記第１金属上には第２金属がメッキされることを特徴とする、請求項１５に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１７】
前記第２金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されることを特徴とする、請求項１６に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１８】
前記導電性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなるグループのうちから選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項１４に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項１９】
前記アノード支持体、およびカソード支持体は、非導電性高分子で製造されることを特徴とする、請求項１２に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項２０】
前記アノード支持体、およびカソード支持体は、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルで製造されることを特徴とする、請求項１９に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項２１】
前記アノード支持体、およびカソード支持体と、前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体とは、一体型に形成されるフレキシブル印刷回路基板であることを特徴とする、請求項１９に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【請求項２２】
前記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、スパッタリング法、ＣＶＤ蒸着法、電気的蒸着法、パターニング法、金属エッチング法のうちいずれか一つの方法で形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のモノポーラ型膜−電極アセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のモノポーラ型膜−電極アセンブリーの構造に係り、より詳細には、単位セル間の電気的な連結の変更が容易な構造のモノポーラ型膜−電極アセンブリーの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノポーラ型燃料電池は、電解質膜の両面に複数のセルを配列した後、各セルを直列に連結するものである。モノポーラ型燃料電池に係る電解質膜の第１面のアノード電極と第２面のカソード電極とを直列するための構造は、例えば、特許文献１および２に開示されている。上記のような連結構造は、電流集電体を効率的に直列連結するが、一つのセルが損傷した場合、全体燃料電池の性能が低下する恐れがある。
【０００３】
また、特許文献３には、各電極上に設置されたメッシュタイプの電流集電部と電流集電部を連結する導電部とが開示している。しかし、電極上に電流集電部が位置することによって、電流集電部および電極の接触抵抗増加と、触媒層で生成された電子が電極の燃料拡散層および支持体を通過して電流集電部に移動するときに生じる抵抗増加とが、燃料電池の効率を低下させてしまうことがある。また、特許文献３に開示された構成では、電流集電部と導電部との接触抵抗も大きい。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１８０５９４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１９８８５３号明細書
【特許文献３】米国特許第６４１０１８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電極と電解質膜との間、または触媒層と燃料拡散層との間に電流集電体を形成することによって、抵抗を最小化することが可能な、新規かつ改良されたモノポーラ型膜−電極アセンブリーを提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、複数のセル間の電気的な連結の変更を容易とするモノポーラ型膜−電極アセンブリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、複数のセル領域が形成される電解質膜と、上記電解質膜の一の面において、上記セル領域に該当する複数の開口部が形成されるアノード支持体と、上記電解質膜の他の面において、上記セル領域に該当する複数の開口部が形成されるカソード支持体と、上記アノード支持体の上記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第１の電流集電部と、上記第１の電流集電部の一側に連結される第１の導電部と、上記第１の導電部を外部に連結する第１の導線とを備えるアノード電流集電体と、上記カソード支持体の上記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第２の電流集電部と、上記第２の電流集電部の一側に連結される第２の導電部と、上記第２の導電部を外部に連結する第２の導線とを備えるカソード電流集電体と、上記アノード電流集電部上に設置されるアノード電極と、上記カソード電流集電部上に設置されるカソード電極と、上記アノード電流集電体の第１の導線および上記カソード電流集電体の第２の導線と連結される回路部とを備え、上記回路部を通じて上記セル領域それぞれの接続関係は変更され、上記セル領域それぞれは、直列もしくは並列に接続される、または、電気的に分離されるモノポーラ型膜−電極アセンブリーが提供される。
【０００８】
また、上記アノード支持体は、第１の延長部をさらに備え、上記カソード支持体は、上記第１の延長部と対応する位置に第２の延長部をさらに備え、上記第１の導線の端部は上記第１の延長部に位置し、上記第２の導線の端部は上記第２の延長部に位置するとしてもよい。
【０００９】
また、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上である第１金属、または導電性高分子で形成されるとしてもよい。
【００１０】
また、上記第１金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されるとしてもよい。
【００１１】
また、上記第１金属上には、第２金属がメッキされるとしてもよい。
【００１２】
また、上記第２金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されるとしてもよい。
【００１３】
また、上記導電性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなるグループのうちから選択されるいずれか一つであるとしてもよい。
【００１４】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体は、非導電性高分子で製造されるとしてもよい。
【００１５】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体は、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルで製造されるとしてもよい。
【００１６】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体と、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体とは、一体型に形成されるフレキシブル印刷回路基板であるとしてもよい。
【００１７】
また、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、スパッタリング法、ＣＶＤ蒸着法、電気的蒸着法、パターニング法、金属エッチング法のうちいずれか一つの方法で形成されるとしてもよい。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の観点によれば、複数のセル領域が形成される電解質膜と、上記電解質膜の一の面、および他の面において上記セル領域に形成される触媒層と、上記一の面に形成される触媒層に該当する複数の開口部が形成されるアノード支持体と、上記他の面に形成される触媒層に該当する複数の開口部が形成されるカソード支持体と、上記アノード支持体の上記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第１の電流集電部と、上記第１の電流集電部の一側に連結される第１の導電部と、上記第１の導電部を外部に連結する第１の導線とが一体型に形成されるアノード電流集電体と、上記カソード支持体の上記開口部に対応するように形成されて電流を集電する第２の電流集電部と、上記第２の電流集電部の一側に連結される第２の導電部と、上記第２の導電部を外部に連結する第２の導線とが一体型に形成されるカソード電流集電体と、上記アノード電流集電体およびカソード電流集電体上にそれぞれ設置される燃料拡散層と、上記アノード電流集電体の第１の導線および上記カソード電流集電体の第２の導線と接点連結される回路部とを備え、上記回路部を通じて上記セル領域それぞれの接続関係は変更され、上記セル領域それぞれは、直列もしくは並列に接続される、または、電気的に分離されるモノポーラ型膜−電極アセンブリーが提供される。
【００１９】
また、上記アノード支持体は、第１の延長部をさらに備え、上記カソード支持体は、上記第１の延長部と対応する位置に第２の延長部をさらに備え、上記第１の導線の端部は上記第１の延長部に位置し、上記第２の導線の端部は上記第２の延長部に位置するとしてもよい。
【００２０】
また、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上である第１金属、または導電性高分子で形成されるとしてもよい。
【００２１】
また、上記第１金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されるとしてもよい。
【００２２】
また、上記第１金属上には第２金属がメッキされるとしてもよい。
【００２３】
また、上記第２金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、およびこれらの合金からなるグループのうちから選択されるとしてもよい。
【００２４】
また、上記導電性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンからなるグループのうちから選択されるいずれか一つであるとしてもよい。
【００２５】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体は、非導電性高分子で製造されるとしてもよい。
【００２６】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体は、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルで製造されるとしてもよい。
【００２７】
また、上記アノード支持体、およびカソード支持体と、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体とは、一体型に形成されるフレキシブル印刷回路基板であるとしてもよい。
【００２８】
また、上記アノード電流集電体、およびカソード電流集電体は、スパッタリング法、ＣＶＤ蒸着法、電気的蒸着法、パターニング法、金属エッチング法のうちいずれか一つの方法で形成されるとしてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電極と電解質膜との間、または触媒層と燃料拡散層との間に電流集電体を形成することによって、抵抗を最小化することができる。また、本発明によれば、複数のセル間の電気的な連結の変更を容易とすることができる。
【００３０】
本発明に係るモノポーラ型膜−電極アセンブリーは、回路部を通じて連結されて、直列、並列、または電気的分離を運転中に容易に調節できる連結構造を保有し、燃料電池の寿命を延長させることができる。
【００３１】
また、本発明に係る電流集電部は、直接電子が生成される触媒層に接触するように設置されるので、抵抗が小さくなり、電池効率を向上させることができる。また、本発明に係る電流集電部は、燃料供給部と電極との間に設置されないので、燃料の疎通を円滑にさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る一体型電流集電体を備えたモノポーラ型膜−電極アセンブリーの概略的分離断面図であり、図２は、図１のそれぞれのセル領域に該当する開口部を有した支持体の平面図である。図３は、図１の支持体上に電流集電部、導電部および導線が一体型に形成された電流集電体を示す平面図である。
【００３４】
図１〜図３を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る電流集電体が挿入されたモノポーラ型膜−電極アセンブリー１００は、複数のセル領域、例えば、６個のセル（第１〜６セル）領域が形成される電解質膜１１０を備える。電解質膜１１０の両面には、それぞれセル領域に対応する複数の四角開口ホール１１４ａ、１１６ａが形成された非導電性支持体１１４、１１６（アノード支持体、カソード支持体）が設置されている。支持体１１４、１１６には、電解質膜１１０の外側のに延びるように延長部１１４ｂ、１１６ｂが形成されている。各支持体１１４、１１６で各セル領域上には、アノード電流集電部１２０とカソード電流集電部１６０が形成されている。
【００３５】
非導電性支持体１１４、１１６は、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレンで形成することができる。
【００３６】
アノード電流集電部１２０の一側には導電部１２２が形成されており、導電部１２２から延びて外部への電気的な連結のための導線１２４は、延長部１１４ｂ上に形成される。カソード電流集電部１６０の一側には導電部１６２が形成されており、導電部１６２から延びて外部への電気的な連結のための導線１６４は、延長部１１６ｂ上に形成される。アノード電流集電部１２０上にはアノード電極１３０が設置されており、カソード電流集電部１６０上にはカソード電極１７０が設置されている。導線１２４、１６４はそれぞれ回路部２００に連結される。
【００３７】
電流集電部１２０、１６０、導電部１２２、１６２および導線１２４、１６４は、例えば、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上の遷移金属である第１金属で製造される。第１金属としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎおよびこれらの合金を用いることができる。第１金属上には、腐食を防止するための第２金属をメッキすることができる。第２金属としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎおよびこれらの合金を用いることができる。
【００３８】
電流集電部１２０、１６０、導電部１２２、１６２および導線１２４、１６４は、例えば、導電度が１Ｓ／ｃｍ以上である導電性高分子で形成することができる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、またはポリチオフェンが挙げられる。
【００３９】
各電極１３０、１７０は、電流集電部と接触する触媒層、触媒層上の燃料拡散層および電極支持層から形成されうる。
【００４０】
図３を参照すると、導電性金属からなる一体型電流集電体（電流集電部１２０、および／または、１６０）は、フレキシブル印刷回路基板（Flexible  Printed  Circuit  Board：ＦＰＣＢ）とするために、ポリイミドフィルムの支持体１１４、１１６と統合されることができる。この場合、一体型電流集電体は、ポリイミドフィルムの支持体１１４、１１６と一体型にされた後、電解質膜１１０と接合される。
【００４１】
本発明の実施形態に係る膜−電極アセンブリー構造は、カソード電流集電部１６０、導電部１６２および導線１６４が支持体１１６に統合されたフレキシブル印刷回路基板をカソード電極１７０と電解質膜１１０との間に配置し、アノード電流集電部１２０、導電部１２２および導線１２４が支持体１１４に統合されたフレキシブル印刷回路基板をアノード電極１３０と電解質膜１１０との間に配置した後、これらを１２５℃、３トンの圧力で３分間ホットプレッシングすることにより形成することができる。
【００４２】
図４および図５は、本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第１の説明図である。図４は、６個セルのそれぞれの電圧を図示したグラフであり、図５は、６個セル総出力密度を図示したグラフである。なお、図４、図５に示すグラフは、本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための一例であることは、言うまでもない。
【００４３】
第１セルＣＥ１〜第６セルＣＥ６が直列連結された状態において第６セルＣＥ６の電圧が低くなって逆電位を持つようになる（性能が低下する）場合、総出力密度が低くなって燃料電池としての機能を行い難くなる。このとき、第６セルＣＥ６を電気的に短絡させて他のセルから電気的に分離させると、総出力密度を正常レベルに回復させることができる。次いで、第１セルＣＥ１の電圧が順次低くなった場合には総出力密度も不安定となる。このとき、第１セルＣＥ１を他のセルから電気的に分離させると、総出力密度が安定した正常レベルに回復させることができる。
【００４４】
本発明の実施形態に係るモノポーラ膜−電極アセンブリー構造を利用する場合、容易に不良セルを電気的に分離でき、不良セルを電気的に分離させることによって、燃料電池の使用寿命を延長させることができる。
【００４５】
図６および図７は、本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第２の説明図であり、図６は、６個セルのそれぞれの電圧を図示したものであり、図７は、６個セルの総出力密度を図示したグラフである。なお、図６、図７に示すグラフは、本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための一例であることは、言うまでもない。
【００４６】
第１セルＣＥ１〜第６セルＣＥ６が直列連結された状態において第１セルＣＥ１および第６セルＣＥ６の性能が低下した場合、総出力密度が低くなって燃料電池としての機能を行い難くなる。図４では、このようなセルを他のセルと電気的に分離させる方法を使用したが、本発明の実施形態は、上記に限られない。例えば、性能の低下したセルを他のセルと並列に連結することによって、性能が低下したセルは、全体の電圧を低下させることなく、総出力密度の上昇に寄与することができる。このような例として、図３および図４で第１セル、第６セルが電気的に他のセルと分離された状態で、第６セルＣＥ６を回路部で第５セルＣＥ５と電気的に並列で連結させると、総出力密度は上昇した。次いで、電圧が低くなって電気的に分離させていた第１セルＣＥ１を第２セルＣＥ２と並列連結させると、同様に、総出力密度を上昇させることができた。したがって、不良セルを他の正常単位セルと並列連結させることは、総出力密度上昇に役に立つことが分かる。
【００４７】
本発明の実施形態に係る燃料電池用膜−電極アセンブリーは、回路部で容易に不良セルを他の正常単位セルと並列連結させることによって出力密度を向上させ、燃料電池の使用寿命を延長させることができる。
【００４８】
図８は、本発明の実施形態によって電解質膜と触媒層との間に電流集電体を挿入した構造の燃料電池単位セルの性能と、従来技術によって電極の外部上に金属メッシュ電流集電体を使用した単位セルの性能との比較を示す説明図（グラフ）である。出力電圧０．３Ｖでの電流密度値は、金属メッシュを使用した場合に３７ｍＡ／ｃｍ２であるが、電解質膜と触媒層との間に電流集電体を挿入した場合は、４２ｍＡ／ｃｍ２で約１３％程度向上した。すなわち、本発明の実施形態に係る燃料電池単位セルは、電子が生成する触媒層での電流集電が電極外部での電流集電より電気的抵抗が小さいために、性能向上を示した。
【００４９】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る電流集電体が挿入されたモノポーラ型膜−電極アセンブリー３００の概略的分離断面図であり、図１〜図３での構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
図９を参照すると、電解質膜１１０の両面のセル領域には触媒層３１２、３１４がそれぞれ形成されている。触媒層３１２上には、支持体１１４およびアノード電流集電体（電流集電部１２０、導電部１２２および導線１２４）が形成されており、触媒層３１４上には、支持体１１６およびカソード電流集電体（電流集電部１６０、導電部１６２および導線１６４）が形成されている。電流集電部１２０、１６０上には燃料拡散層３３０／電極支持層３７０が設置されている。
【００５１】
本発明の第２の実施形態に係る膜−電極アセンブリー３００は、電解質膜１１０両面にデカル（ｄｅｃａｌ）法、スクリーンプリンティング法、または直接コーティング法により触媒層３１２、３１４をまず形成した後、その上に電流集電体と燃料拡散層３３０／電極支持層３７０とを形成し、これらをホットプレッシングして電流集電体が統合することにより形成することができる。図９の膜−電極アセンブリー３００の作用は、図１〜図３の膜−電極アセンブリー１００の作用と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、モノポーラ型燃料電池関連の技術分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモノポーラ型膜−電極アセンブリーの概略的分離断面図である。
【図２】図１のそれぞれのセル領域に該当する開口部を有した支持体の平面図である。
【図３】図１の支持体上に電流集電部、導電部および導線が一体型に形成された電流集電体を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第１の説明図であり、６個セルのそれぞれの電圧を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第１の説明図であり、６個セルの総出力密度を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第２の説明図であり、６個セルのそれぞれの電圧を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る直接液体燃料電池の性能を説明するための第２の説明図であり、６個セルの総出力密度を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態によって電解質膜と触媒層との間に電流集電体を挿入した構造の燃料電池単位セルの性能と、従来技術によって電極外部上に金属メッシュ電流集電体を使用した単位セルの性能との比較を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る電流集電体が挿入されたモノポーラ型膜−電極アセンブリーの概略的分離断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１０    電解質膜
１１４、１１６      ポリイミドフィルムの支持体
１１４ａ、１１６ａ  四角開口ホール
１２０    アノード電流集電部
１２２、１６２      導電部
１２４、１６４      導線
１３０    アノード電極
１６０    カソード電流集電部
２００    回路部
【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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