(57)【要約】【課題】燃料電池が直列に配置されている場合に、接触抵抗のロスを無くすことができる筒状燃料電池接合体と筒状燃料電池接合体の製造方法の提供。【解決手段】（１）複数の筒状の燃料電池２０と、複数の燃料電池２０を接続する筒状の接続部３０と、接続部３０に設けられるシール材４０と、を有し、各燃料電池２０は、通気性導電体からなる外周側集電体２１と、通気性導電体からなる内周側集電体２２と、外周側集電体２１と内周側集電体２２との間に設けられる筒状のＭＥＡ２３と、を備えており、接続部３０は、通気性導電体からなり、軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池２０のうち隣接する２つの燃料電池２０の外周側集電体２１と内周側集電体２２とを一体に接続しており、シール材４０は、接続部３０の内周と外周とを遮断している、筒状燃料電池接合体、および筒状燃料電池接合体の製造方法。【選択図】        図１
2007141463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の筒状の燃料電池と、
前記複数の燃料電池を接続する筒状の接続部と、
前記接続部に設けられるシール材と、
を有し、
各前記燃料電池は、通気性導電体からなる外周側集電体と、通気性導電体からなる内周側集電体と、前記外周側集電体と前記内周側集電体との間に設けられる筒状のＭＥＡと、を備えており、
前記接続部は、通気性導電体からなり、該接続部の軸方向に直列に並べられた複数の前記燃料電池のうち隣接する２つの前記燃料電池の前記外周側集電体と前記内周側集電体とを一体に接続しており、
前記シール材は、前記接続部の内周側空間と外周側空間とを遮断している、
筒状燃料電池接合体。
【請求項２】
筒状の通気性導電体を、外周側集電体と、内周側集電体と、外周側集電体と内周側集電体とを軸方向に接続する接続部と、を備えるように成形する工程と、
複数の通気性導電体を軸方向に直列に配置し、軸方向に直列に並べられた複数の通気性導電体のうち隣接する２つの通気性導電体の外周側集電体と内周側集電体との間に筒状のＭＥＡを挟む工程と、
外周側集電体の外側および内周側集電体の内側からプレスしてＭＥＡに面圧をかける工程と、
接続部の内周側空間と外周側空間とをシール材にて遮断する工程と、
を有する筒状燃料電池接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状燃料電池接合体と筒状燃料電池接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（ａ）  図３は、燃料電池１を並列に配置して構成した筒状燃料電池接合体を示している。
（ｂ）  特開２００３−３１７７９０号公報は、燃料電池を直列に配置して構成した筒状燃料電池接合体を開示している。各燃料電池は、外周側集電体と、内周側集電体と、外周側集電体と内周側集電体との間に設けられるＭＥＡと、を有する。軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池のうち隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体とは別体である。
【０００３】
しかし、従来の筒状燃料電池接合体にはつぎの問題点がある。
（ａ）  図３の筒状燃料電池接合体
燃料電池１が並列に配置されているため、各燃料電池１へガスを分配するために複雑な分配管２が必要である。
燃料電池１が並列に配置されているため、必要な電圧を得るために複数の燃料電池１を配線３にて直列的に接続する必要がある。
燃料電池が並列に配置されているため、複数の燃料電池を互いに固定する固定部材４が必要となる。
（ｂ）  特開２００３−３１７７９０号公報開示の筒状燃料電池接合体
燃料電池が直列に配置されているため並列に配置される場合（上記（ａ）の場合）に生じる問題点は生じないが、以下の問題点がある。
軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池のうち隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体とが別体であるため、隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体との間の接触抵抗のロスがある。
【特許文献１】特開２００３−３１７７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、燃料電池が直列に配置されている場合、接触抵抗のロスがあることである。
本発明の目的は、燃料電池が直列に配置されている場合に、接触抵抗のロスを無くすことができる筒状燃料電池接合体と筒状燃料電池接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  複数の筒状の燃料電池と、
前記複数の燃料電池を接続する筒状の接続部と、
前記接続部に設けられるシール材と、
を有し、
各前記燃料電池は、通気性導電体からなる外周側集電体と、通気性導電体からなる内周側集電体と、前記外周側集電体と前記内周側集電体との間に設けられる筒状のＭＥＡと、を備えており、
前記接続部は、通気性導電体からなり、該接続部の軸方向に直列に並べられた複数の前記燃料電池のうち隣接する２つの前記燃料電池の前記外周側集電体と前記内周側集電体とを一体に接続しており、
前記シール材は、前記接続部の内周側空間と外周側空間とを遮断している、
筒状燃料電池接合体。
（２）  筒状の通気性導電体を、外周側集電体と、内周側集電体と、外周側集電体と内周側集電体とを軸方向に接続する接続部と、を備えるように成形する工程と、
複数の通気性導電体を軸方向に直列に配置し、軸方向に直列に並べられた複数の通気性導電体のうち隣接する２つの通気性導電体の外周側集電体と内周側集電体との間に筒状のＭＥＡを挟む工程と、
外周側集電体の外側および内周側集電体の内側からプレスしてＭＥＡに面圧をかける工程と、
接続部の内周側空間と外周側空間とをシール材にて遮断する工程と、
を有する筒状燃料電池接合体の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）の筒状燃料電池接合体または上記（２）の筒状燃料電池接合体の製造方法では、軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池のうち隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体とを接続部で一体に接続しているので、従来と異なり、隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体との間の接触抵抗のロスが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明実施例の筒状燃料電池接合体および筒状燃料電池接合体の製造方法を図１、図２を参照して説明する。
本発明実施例の筒状燃料電池接合体１０は、たとえば、車載用電装品の電源、燃料電池自動車に搭載される場合にはメインの燃料電池スタックの補助電源等として使用される。ただし、筒状燃料電池接合体１０は、上記に限定されるものではなく、自動車以外に用いられていてもよく、たとえば家庭用弱電部品に活用されていてもよい。
筒状燃料電池接合体１０は、図１に示すように、複数の筒状の燃料電池２０と、複数の燃料電池２０を接続する筒状の接続部３０と、接続部３０に設けられるシール材４０と、を有する。
【０００８】
燃料電池（セル）２０は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。燃料電池２０は、通気性導電体（金属メッシュ等の通気性を有する導電体、以下同じ）からなる外周側集電体２１と、通気性導電体からなる内周側集電体２２と、外周側集電体２１と内周側集電体２２との間に設けられる筒状のＭＥＡ２３との積層体からなる。複数の燃料電池２０は、軸方向に直列に並べられる。
外周側集電体２１は、周方向に連続している。内周側集電体２２は、周方向に連続している。外周側集電体２１の内径は内周側集電体２２の外径よりも大である。外周側集電体２１と内周側集電体２２の軸方向長さは同じかまたはほぼ同じである。
【０００９】
ＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly ）２３は、膜―電極アッセンブリである。ＭＥＡ２３は、周方向に切れ目無く形成されていることが望ましいが、帯状のＭＥＡを巻くなどして形成される場合には周方向に切れ目を備えていてもよい。
ＭＥＡ２３は、イオン交換膜からなる電解質膜２３ａと、電解質膜２３ａの外周面と内周面のいずれか一方の面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）２３ｂと、電解質膜２３ａの外周面と内周面のいずれか他方の面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）２３ｃとからなる。なお、本発明図示例では、アノード２３ｂが電解質膜２３ａの内周面に配置され、カソード２３ｃが電解質膜２３ａの外周面に配置されている場合を示している。アノード２３ｂに供給される燃料ガス（水素）とカソード２３ｃに供給される酸化ガス（酸素、通常は空気）は、筒状燃料電池接合体１０の内外周にガスを流すことで、アノード２３ｂとカソード２３ｃに供給される。
電解質膜２３ａの軸方向長さは、外周側集電体２１および内周側集電体２２の軸方向長さと同じかまたはほぼ同じである。電極２３ｂ、２３ｃの軸方向長さは、外周側集電体２１および内周側集電体２２の軸方向長さよりも短く、また電解質膜２３ａの軸方向長さよりも短い。
【００１０】
各セル２０の、アノード２３ｂ側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜２３ａ中をカソード２３ｃ側に移動し、カソード２３ｃ側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子が集電体を通してくる、または燃料電池２０積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００１１】
接続部３０は、外周側集電体２１および内周側集電体２２と同じ通気性導電体からなる。接続部３０は、軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池２０のうち隣接する２つの燃料電池２０の外周側集電体２１と内周側集電体２２とを一体に接続する。
【００１２】
シール材４０は、絶縁材である。シール材４０は、たとえば接着樹脂からなる。シール材４０は、隣接する２つの燃料電池２０の電解質膜２３ａの両方にかかっている。シール材４０は、隣接する２つの燃料電池２０の外周側集電体２１と内周側集電体２２とにかかっている。シール材４０は、隣接する２つの燃料電池２０の電極２３ｂ、２３ｃにはかかっていない。
【００１３】
ここで、本発明実施例の筒状燃料電池接合体の製造方法を、図２を参照して、説明する。
（ｉ）  まず、図２（ａ）に示す通気性導電体チューブ５０を、図２（ｂ）に示すように、外周側集電体２１と内周側集電体２２と接続部３０とを備えるように、異径しぼり成形する。
（ｉｉ）次いで、図２（ｃ）に示すように、複数の成形後の通気性導電体チューブ５０を軸方向に直列に配置し、軸方向に直列に並べられた複数の通気性導電体チューブ５０のうち隣接する２つの通気性導電体チューブ５０の外周側集電体２１と内周側集電体２２との間に筒状のＭＥＡ２３を挟む。
（ｉｉｉ）次いで、図２（ｄ）に示すように、外周側集電体２１の外側および内周側集電体２２の内側からプレスしてＭＥＡ２３に面圧をかける。プレスすることで、ＭＥＡ２３の表面の電極２３ｂ、２３ｃと外周側集電体２１および内周側集電体２２とを確実に接触させて接触抵抗を減らすことができる。
（ｉｖ）次いで、図２（ｅ）に示すように、接続部３０の内周側空間と外周側空間とをシール材４０にて遮断する（封止する）。
【００１４】
つぎに、本発明実施例の作用・効果を説明する。
本発明実施例では、軸方向に直列に並べられた複数の燃料電池２０のうち隣接する２つの燃料電池２０の外周側集電体２１と内周側集電体２２とを接続部３０で一体に接続しているので、従来と異なり、隣接する２つの燃料電池の外周側集電体と内周側集電体との間の接触抵抗のロスが無い。また、構造がシンプルにできコスト低減が可能である。また、熱もこもらないシンプルな構造のため、冷却系もシンプル化可能である。
【００１５】
外周側集電体２１と内周側集電体２２と接続部３０が通気性導電体からなるので、外周側集電体２１と内周側集電体２２ｑと接続部３０の成形が容易である。
外周側集電体２１と内周側集電体２２が通気性導電体からなるので、筒状燃料電池接合体１０の内周を流れるガスと外周を流れるガスをＭＥＡ２３に供給できる。
外周側集電体２１と内周側集電体２２が通気性導電体からなるので、通気性導電体で内周・外周を通るガスのＭＥＡ２３に対する保持が容易になる。そのため、筒状燃料電池接合体１０を通るガスがそのまま接合体１０を通り抜けることを少なくしてガスを有効利用できる。また、通気性導電体でメッシュ部を通るガスを拡散できるため、従来に比べて電極全域に反応ガスを均一に流すことができる。
外周側集電体２１と内周側集電体２２と接続部３０が通気性導電体からなるので、筒状燃料電池接合体１０を容易に変形できる。そのため、接合体１０の断面を楕円、扁平化することによりダウンサイジングも可能である。
ＭＥＡ２３が外周側集電体２１と内周側集電体２２との間に設けられるので、電気はＭＥＡ２３ではなく通気性導電体を流れる。そのため、ＭＥＡ２３を流れる場合に比べて抵抗を少なくすることができる。
【００１６】
筒状燃料電池接合体１０は、複数の燃料電池２０が直列に配置されて構成されているので、燃料電池を並列に並べる場合と異なり、複雑なガス分配管が不要である。そのため、複雑な流路を要する場合に比べて圧力損失を小にできる。その結果、流体を流すために図示略のコンプレッサ等を用いる必要はない。
筒状燃料電池接合体１０は、複数の燃料電池２０が直列に配置されて構成されているので、電池間の配線が不要である。そのため、発熱、電圧低下によるロスを少なくできる。
筒状燃料電池接合体１０は、複数の燃料電池２０が直列に配置されて構成されているので、生成水の排水性がよい。
【００１７】
シール材４０が隣接する２つの燃料電池２０の電解質膜２３ａの両方にかかっているため、筒状燃料電池１０の内周側空間を流れるガスが外周側空間に流出することを防止でき、筒状燃料電池１０の外周側空間を流れるガスが内周側空間に流入することを防止することができる。
シール材４０が隣接する２つの燃料電池２０の外周側集電体２１と内周側集電体２２とにかかっているため、筒状燃料電池接合体１０の形状を固定できる。
【００１８】
筒状燃料電池接合体１０が燃料電池自動車に搭載される場合であってメインの燃料電池へ燃料ガスを供給するのに液体水素を利用する場合には、気化する水素を筒状燃料電池接合体１０に導くことにより、気化水素を有効活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明実施例の筒状燃料電池接合体の断面図である。
【図２】本発明実施例の筒状燃料電池接合体の製造方法を工程順に示した各工程の斜視図または断面図である。
【図３】従来の燃料電池を並列に配置して構成した筒状燃料電池接合体の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  筒状燃料電池接合体
２０  燃料電池
２１  外周側集電体
２２  内周側集電体
２３  ＭＥＡ
２３ａ  電解質膜
２３ｂ、２３ｃ  電極
３０  接続部
４０  シール材
５０  通気性導電体チューブ
【図１】
2007141463.tif 000003
【図２】
2007141463.tif 000004
【図３】
2007141463.tif 000005