(57)【要約】【課題】フェルト状の集電体では繊維間の接触抵抗が大きく、これにより厚さ方向の抵抗が増大するという問題点があった。【解決手段】一方の構造物Ｍ１と他方の構造物Ｍ２と間に介装して層を成す集電体Ａ１であって、三次元的に配向させた線状物質Ｆから成り、層の厚さ方向において線状物質Ｆ間に隙間を有すると共に、線状物質Ｆの少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面に露出している構成とし、表裏両面わたる線状物質Ｆの連続部分を電流パスとして機能させ、線状物質Ｆ間の接触抵抗を小さくして厚さ方向の抵抗を低減した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方及び他方の構造物間に介装して層を成す集電体であって、三次元的に配向させた線状物質から成り、層の厚さ方向において線状物質間に隙間を有すると共に、線状物質の少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面に露出していることを特徴とする集電体。
【請求項２】
線状物質が弾力性を有する材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の集電体。
【請求項３】
連続した線状物質を規則的に編むことにより形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の集電体。
【請求項４】
多数の線状物質を積層して成る不織布状の基材と、この基材を表裏に貫通する連続の線状物質を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の集電体。
【請求項５】
少なくとも一方の構造物に対して、少なくとも一箇所で接合固定してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集電体。
【請求項６】
少なくとも一方の構造物と当該集電体との接合界面に、ろう材及びガラスのいずれか一方を介在させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の集電体。
【請求項７】
熱膨張係数が異なる複数種の線状物質を用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の集電体。
【請求項８】
線状物質が、熱膨張係数が異なる材料を少なくとも一部に備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の集電体。
【請求項９】
線状物質が、Ｎｉ及びＦｅのいずれか一方を主成分とする合金材料、又はＰｔ及びＡｇの少なくとも一方を含む合金材料から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の集電体。
【請求項１０】
固体電解質型燃料電池用の集電体であって、構造物である発電要素と構造物であるセパレータ板との間に介装されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の集電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方及び他方の構造物間に介装して層を成す集電体に関し、例えば固体電解質型の燃料電池において、発電要素とセパレータ板との間に介装して集電を行うのに用いられる集電体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体電解質型燃料電池は、電解質層を燃料極層及び空気極層で挟持して発電要素（燃料電池セル）を構成し、この発電要素とガス流路を形成するセパレータ板とを交互に積層した構造を有している。また、このような燃料電池には、発電要素とセパレータ板との間に集電体を介装したものがあることも周知である。
【０００３】
上記の集電体には、本来の集電機能だけでなく、ガスの透過性や積層時における加圧応力の緩和体としての機能も要求されており、従来には、例えば、金属板をプレスなどで筒状のばねに加工したもの（特許文献１）や、ランタンマンガナイトを含浸・焼結したセラミックス繊維から成るフェルト体によるもの（特許文献２）などが提案されていた。
【特許文献１】特開平５−１９２３９号公報
【特許文献２】特開平９−４５３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したような従来の集電体において、金属板をばねに加工したものにあっては、発電要素やセパレータ板に対する接触が局所的で接触面積が小さいことから、集電機能が充分であるとは言い難いうえに、次第にばね性が失われて長期的な安定性に不安があるという問題点があった。
【０００５】
これに対して、セラミックス繊維製のフェルト体を用いたものにあっては、発電要素やセパレータ板に対する接触を均一にして接触面積を拡大することが可能であると共に、長期的な安定性を確保し易いのであるが、セラミックス繊維に導電性材料を含浸・焼結することが不可欠である。
【０００６】
そこで、導電性に優れた材料から成る繊維を用いてフェルト体を形成することが考えられるが、フェルト体では繊維間の接触抵抗が大きく、これにより発電要素からセパレータ板に至る厚さ方向の抵抗が増大するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、一方及び他方の構造物間に介装して層を成す集電体において、線状物質を用いたうえで、層内での接触抵抗を小さくして厚さ方向の抵抗を低減することができる集電体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の集電体は、例えば固体電解質型燃料電池を構成する発電要素である一方の構造物と、同燃料電池を構成するセパレータ板である他方の構造物との間に介装して層を成すものであって、主として導電性を有する線状物質を用いることとし、この線状物質を三次元的に配向させて全体として所定厚さの層状に形成してある。
【０００９】
線状物質としては、適当な長さを有する多数の線状物質や連続した線状物質を用いることができ、これらの線状物質を不規則的に折り曲げたり規則的に編んだりすることにより三次元的に配向させる。
【００１０】
このとき、集電体は、層の厚さ方向において線状物質間に隙間を有し、これにより厚さ方向において線状物質間に通気性を確保すると共に、線状物質の少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面に露出しており、表裏にわたる連続部分を接触抵抗の無い電流パスとしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の集電体は、三次元的に配向させた線状物質を用いたことにより、一方及び他方の構造物に対して均一に接触して広い接触面積が得られると共に、通気性や長期的な安定性を確保したうえで、層内部での接触抵抗を小さくして厚さ方向の抵抗を低減することができる。
【００１２】
そして、本発明の集電体は、上記したように、構造物に対する充分な接触面積、通気性及び長期的安定性の確保、並びに厚さ方向の抵抗低減を実現することから、固体電解質型燃料電池を構成する集電体として用いるのに非常に好適なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明の集電体の一実施形態を示す断面図である。図示の集電体Ａ１は、例えば固体電解質型燃料電池において、発電要素である一方の構造物Ｍ１とセパレータ板である他方の構造物Ｍ２との間に介装して層を成すものであって、主として導電性を有する線状物質Ｆを用いており、連続した線状物質Ｆを不規則的に折り曲げることで三次元的に配向させ、全体として所定厚さの層状（シート状）に形成してある。
【００１４】
このとき、集電体Ａ１は、線状物質Ｆの線径よりも充分に大きい厚さＴを有していて、その厚さ方向及び表裏面に沿う方向において線状物質Ｆ間に隙間を有しており、これにより通気性を確保すると共に、図２に示すように、線状物質Ｆの少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面（図では上下両面）に露出している。
【００１５】
なお、集電体Ａ１は、少なくとも厚さ方向において線状物質Ｆ間に隙間を有し、且つ表裏にわたる線状物質Ｆの連続部分を有するものであるから、その厚さＴの最低条件は、線状物質Ｆの線径の二倍を超える大きさである。また、図２には線状物質Ｆの連続部分を表すために疎の状態を示したが、実際には線状物質Ｆが図示例よりも密の状態となる。
【００１６】
上記の集電体Ａ１は、例えば、連続した線状物質Ｆを不規則的に且つ三次元的に折り曲げて適当な形と大きさにまとめた後、水平方向及び垂直方向から加圧して圧縮することで形成することが可能である。また、表裏にわたる線状物質Ｆの連続部分は、集電体の製造方法によって分布等に差が生じるものの、上述の如く不規則的な曲成を行った場合でも、比較的均一な分布で多数箇所に形成することができる。
【００１７】
そして、集電体Ａ１は、一方の構造物（発電要素）Ｍ１及び他方の構造物（セパレータ）Ｍ２に対して広い接触面積が得られると共に、通気性を有することから、固体電解質型燃料電池においては燃料ガスや空気の拡散層としても機能し、集電を行う際には、とくに、表裏にわたる線状物質Ｆの連続部分が接触抵抗の無い電流パスとして機能するので、層内部での接触抵抗が小さく、厚さ方向の抵抗も小さいものとなる。
【００１８】
さらに、本発明の集電体は、線状物質Ｆとして弾力性を有するものを用いることがより望ましい。このように弾力性を有する線状物質Ｆを用いると、上述したように厚さ方向において線状物質Ｆ間に隙間を有するものであるから、厚さ方向のクッション性に富む集電体Ａ１を得ることができる。
【００１９】
上記の集電体Ａ１は、一方の構造物Ｍ１と他方の構造物Ｍ２の間隔よりも大きい厚さＴに形成して、両構造物Ｍ１，Ｍ２間に潰して介装することにより、これらに常に押付けられる状態となり、両構造物Ｍ１，Ｍ２に対する接触状態を均一に且つ長期的に安定して得ることができる。
【００２０】
ここで、本発明の集電体における線状物質は、少なくとも表裏両面にわたる連続部分を形成するものについては、導電性を有し且つ充分な強度を有するものが望ましく、例えば金属材料や耐熱合金が用いられる。また、固体電解質型燃料電池では、動作温度が６００℃以上となるため、集電体を形成する線状物質には耐熱性が必要となる。
【００２１】
そこで、上記の線状物質には、Ｎｉ及びＦｅのいずれか一方を主成分とする合金材料や、Ｐｔ及びＡｇの少なくとも一方を含む合金材料を用いることが望ましく、これにより、固体電解質型燃料電池のように高温動作するシステムに非常に好適なものとなる。
【００２２】
また、線状物質は、合金材料を用いる場合、インコネルとしては６００，７５０，７１８が望ましく、ＳＵＳとしては４３０，３１６Ｌ，３１０ＳなどのようにＣｒを多めに含むものが望ましい。これらの材料は比較的安価で入手可能であり、集電体の製造コストを低減し得るなどの利点がある。さらに、ＰｔやＡｇを含む合金材料を用いれば、耐酸化性にも優れたものとなる。なお、耐熱性という観点から見れば、炭素や合成樹脂なども利用することが可能である。
【００２３】
さらに、本発明の集電体における線状物質は、単繊維又は単繊維を縒り合わせたものを用いたり、線径や長さの異なるものを用いたりすることができ、単一又は同種の材料から成るものだけでなく、異種材料を含むものとすることができる。
【００２４】
すなわち、集電体Ａ１には、例えば、図３に示すように、発電要素の電極となる周知の触媒材料Ｃを担持している線状物質Ｆ、図４に示すように、熱膨張係数が異なる複数種の線状物質Ｆａ，Ｆｂ、あるいは図５に示すように、熱膨張係数が異なる材料Ｄを少なくとも一部に備えている線状物質Ｆｃなどを用いることができる。
【００２５】
熱膨張係数が異なる複数種の線状物質Ｆａ，Ｆｂとしては、金属同士に限らず、金属とセラミックスの組合せでも良い。
【００２６】
熱膨張係数が異なる材料を少なくとも一部に備えた線状物質Ｆｃの具体的な製造方法としては、例えば、Ｎｉ系の耐熱合金製の繊維を平面状に並べて、熱膨張係数の異なる材料を一方向から成膜することにより、表面の片側が熱膨張係数の異なる材料で被覆された線状物質を得る方法がある。
【００２７】
また、熱膨張が殆ど生じないＮｉ合金（アンバー）と、これよりも熱膨張の大きい合金（例えば、ＦｅとＮｉの合金にＭｎ，Ｃｒ，Ｃｕなどを多量に添加した合金）の薄板とを冷間圧延により圧着させ、これを延線加工することにより、線径断面に２つの材料が表れる線状物質を得る方法などがあり、このほか、熱膨張係数が異なる材料を長手方向に所定間隔で成膜した線状物質などでも良い。
【００２８】
さらには、例えばＮｉ系の耐熱合金製の繊維にめっき処理することで熱膨張係数の異なる白金で繊維全体を被覆し、これにより芯材と被覆材が熱膨張係数の異なる線状物質を得るという方法も好適に使用できる。
【００２９】
上記のように熱膨張係数が異なる複数種の線状物質や、熱膨張係数が異なる材料を少なくとも一部に備えた線状物質を用いて形成した集電体は、固体電解質型燃料電池のように温度変化が生じる環境下で使用すると、高温時における熱膨張の違いにより線状物質が変形し、結果として集電体全体の変形や膨張が生じることとなり、これにより当該集電体を挟む構造物への接触性が高められ、厚さ方向の接触抵抗を低減させることができる。
【００３０】
さらに、本発明の集電体は、図１に示す如く線状物質を不規則的に曲成して三次元的に配向させるほか、連続した線状物質を規則的に編むことによって同線状物質を三次元的に配向させることができ、この場合においても、層の厚さ方向において線状物質間に隙間を有すると共に、線状物質の少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面に露出している状態となる。
【００３１】
上記の集電体は、図１に例示した集電体と同様に、表裏両面にわたる線状物質の連続部分が電流パスとなって、厚さ方向の抵抗を小さくすることができ、とくに、厚さ方向のクッション性や電流パスとなる部分（線状物質の連続部分）の分布を均一に得ることができる。
【００３２】
上記の集電体における線状物質の編み方としては、表裏両面にわたる線状物質の連続部分が得られれば良く、メリヤス編みや天竺編み等の平編み、フライスやリブ編み等のゴム編み、パール編み、パイル編みやコイル編等の立体的な編み方などの様々な方法を採用することができる。
【００３３】
また、上記の集電体は、線状物質を平面状に編んで形成するほか、例えば組紐のように形成したものを渦巻状やジグザグ状の適宜形状に配置して形成したり、これらをプレスにより圧縮して形成したりすることができる。
【００３４】
図６に示す集電体Ａ２は、線状物質Ｆをコイル編みすることによって形成したものである。このような集電体Ａ２では、それ自体で厚さ方向のクッション性が得られると共に、線状物質Ｆの材料を選択することでクッション性を制御することができ、さらに、線状物質Ｆの線径、コイル（ループ）の大きさ及び重ね方、プレスの荷重などの条件によっても厚さ方向のクッション性を制御することが可能である。また、コイルを大きく形成すれば構造物に対する接触面積の確保に効果的である。
【００３５】
以上のように線状物質を編んで形成した集電体は、固体電解質型燃料電池に適用するには、発電要素とセパレータ板との間隔やクッション性（バネ性）、通気性及び接触面積などの条件にもよるが、例えば、発電要素とセパレータ板との間隔が１ｍｍ程度である場合には、線径０．１ｍｍ程度の金属製の線状物質を用い、単位体積当たりの重量を１ｇ／ｃｍ３程度とするのが望ましい。
【００３６】
ここで、金属製の線状物質をメリヤス編みにして集電体を形成し、その変位−反力特性を調べた。ここでは、インコネルｘ７５０を素材とした線径０．１５ｍｍの線状物質を用いて、１２０Φ×０．１５ｍｍで、単位体積当たりの重量が１．８ｇ／ｃｍ３の集電体を形成し、これに厚さ方向の荷重を徐々に加えてその変位量と反発力を測定した。その結果を以下の表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１から明らかなように、集電体は、変位の増加に伴って単位面積当たりの反力が急激に高まる特性を有している。したがって、固体電解質型燃料電池において、上記集電体を発電要素とセパレータ板との間に圧縮して介装すれば、発電要素やセパレータ板に対する充分な接触性が得られることとなる。
【００３９】
さらに、本発明の集電体は、多数の線状物質を積層して成る不織布状（フェルト状）の基材と、この基材を表裏に貫通する連続の線状物質を備えたものとすることができる。
【００４０】
図７に示す集電体Ａ３は、線状物質である多数の短繊維Ｆｄを積層した不織布状の基材Ｆｅと、この基材Ｆｅに対して規則的に縫い付けた連続する線状物質Ｆを備えたものであって、基材Ｆｅにおいて通気性やクッション性を確保すると共に、表裏両面に貫通する線状物質Ｆが電流パスとして機能する。
【００４１】
上記の集電体Ａ３において、基材Ｆｅを形成する短繊維Ｆｄには、金属繊維、炭素繊維及び樹脂繊維などを用いることができ、この際、基材Ｆｅに縫い付けた線状物質Ｆが電流パスとして機能することから、上記短繊維Ｆｄは必ずしも充分な導電性を必要とするものではない。
【００４２】
他方、基材Ｆｅに縫い付けた線状物質Ｆは、当然のことながら充分な導電性を有するもので、当該集電体Ａ３を固体電解質型燃料電池に適用する場合には、耐熱性が必要となるため、耐熱合金製のものがより望ましい。
【００４３】
また、上記の集電体Ａ３は、固体電解質型燃料電池に適用する場合、発電要素とセパレータ板との間隔やクッション性（バネ性）、通気性及び接触面積などの条件にもよるが、例えば、発電要素とセパレータ板との間隔が１ｍｍ程度である場合には、線径０．０４ｍｍ程度の線状物質を用い、単位体積当たりの重量を１０００ｇ／ｍ３程度とするのが望ましい。
【００４４】
さらに、本発明の集電体は、少なくとも一方の構造物に対して、少なくとも一箇所で接合固定してあるものとすることができる。
【００４５】
このとき、線状物質及び構造物がいずれも金属製である場合には、双方をレーザ溶接やシーム溶接などの溶接により接合することができ、拡散接合などで荷重をかけて双方を密着させる必要がある場合は、構造物側の接合箇所に、プレス等により密度の高い部分を形成しておくことが有効である。
【００４６】
これにより、集電体は、一方及び他方の構造物間においてずれることなく確実に固定され、耐久性や耐振動性に優れたものになると共に、固体電解質型燃料電池に適用した場合には、発電要素やセパレータ板の外部端子などに直接固定することで、耐久性や耐振動性を高めたうえで、接触抵抗をより一層低減することができる。
【００４７】
さらに、本発明の集電体は、少なくとも一方の構造物と当該集電体との接合界面に、ろう材及びガラスのいずれか一方を介在させたものとすることができる。
【００４８】
これにより、集電体は、構造物との関係が、金属とセラミックスのように溶接困難な異種材料である場合に、双方を確実に接合固定することができる。なお、ガラスは一般的に導電性が低いので、あくまでも接合するためである。また、ろう材は構造物が曝される温度によって最適なものが異なり、例えば固体電解質型燃料電池のように動作温度が高い環境に適用する場合には、Ａｇ系のろう材を用いるのが望ましい。
【実施例】
【００４９】
以下、図面に基いて、本発明に係わる集電体の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
図８は、本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池を説明する図である。図示の固体電解質型燃料電池１は、円形薄板状を成す金属製のセパレータ板２と、同じく円形薄板状を成すセル板３と、これらの中心部分に配置する二枚の流路部品４Ａ，４Ｂと、流路部品４Ａ，４Ｂの外側に同心状に配置するドーナツ状の集電体５を備えている。
【００５１】
そして、セパレータ板２とセル板３との間に流路部品４Ａ，４Ｂ及び集電体５を挟んだ状態にして、セパレータ板２とセル板３の外周縁部同士を溶接等で気密的に接合し、この状態でセパレータ板２とセル板３との間にガス流通空間を形成する。
【００５２】
セパレータ板２は、中心部分に、円形を成す上方への凸状段差部２１がプレス加工により形成してあり、凸状段差部２１の中心にガス導入口２２を有すると共に、このガス導入口２２を中心にして四個のガス排出口２３を有している。
【００５３】
セル板３は、中心部分に、セパレータ板２の凸状段差部２１と同形の下方への凸状段差部３１がプレス加工により形成してあり、セパレータ板２と同様に、凸状段差部３１の中心にガス導入口３２を有すると共に、このガス導入口３２を中心にして四個のガス排出口３３を有している。
【００５４】
また、セル板３は、凸状段差部３１を中心にして、円形状の八個の発電要素（単セル）６が円周方向に等間隔で配置してある。この発電要素６は、電解質層を燃料極層と空気極層で挟持した周知のものであって、この実施例では上側を燃料極層とし、図示しない下側を空気極層としている。
【００５５】
流路部品４Ａ，４Ｂは、セパレータ板２及びセル板３と同様に、中心のガス導入口４２及びガス排出口４３を有すると共に、互いの対向面に適宜形状の溝及び突条を有し、重ね合わせた状態にして、セパレータ板２の凸状段差部２１とセル板３の凸状段差部３１との間に収容される。
【００５６】
このとき、セパレータ板２、セル板３及び流路部品４Ａ，４Ｂの各ガス導入口２２，３２，４２が互いに連通状態となってガス導入路を形成し、同じく各ガス排出口２３，３３，４３が互いに連通状態となってガス排出路を形成する。
【００５７】
また、流路部品４Ａ，４Ｂは、対向面に設けた溝及び突条により、ガス導入口４２からガス排出口４３に至る直接的な流通を阻止すると共に、ガス導入口４２からセパレータ板２とセル板３との間のガス流通空間に至る流路と、ガス流通空間から個々のガス排出口４３に至る流路を形成する。
【００５８】
集電体５は、先に図１〜図７に基いて説明したように、導電性、弾力性及び耐熱性を有する金属製の線状物質を曲成して三次元的に配向させると共に、これを層状（シート状）に形成したものであって、層の厚さ方向において線状物質間に隙間を有すると共に、線状物質の少なくとも一部が厚さ方向に連続して表裏両面に露出したものとなっており、表裏両面にわたる線状物質の連続部分が接触抵抗の無い電流パスとして機能する。
【００５９】
つまり、集電体５は、一方の構造物である発電要素６と他方の構造物であるセパレータ板２との間に介装して層状を成すものであって、通気性すなわちガスの透過性並びに拡散性や、厚さ方向のクッション性を有すると共に、線状物質間の接触抵抗を小さくして厚さ方向の抵抗を低減したものとなっている。
【００６０】
この集電体５は、セパレータ板２とセル板３との間隔よりも大きい厚さに形成してあって、セパレータ板２とセル板３との間に圧縮した状態で介装され、この際、クッション性を有することから、セパレータ板２及びセル板３に対する接触性を良好に維持することができる。
【００６１】
また、集電体５は、その一部をセパレータ２及びセル板３の少なくとも一方に対して溶接等で固定することにより、ずれることなく確実に固定されて耐久性や耐振動性が得られると共に、この実施例では金属製のセパレータ板２が外部端子として機能するので、とくにセパレータ板２に接合固定することで接触抵抗をより一層低減し得る。
【００６２】
上記構成を備えた固定電解質型燃料電池１は、同一構成のものを多段に積層することで燃料電池スタックを構成する。この際、隣接する燃料電池間には、セパレータ板２及びセル板３に設けた凸状段差部２１，３１によって隙間が形成され、この隙間すなわちセル板３の下面と隣接する燃料電池のセパレータ板の上面との間に、空気極層側の集電体と絶縁層を介装する。
【００６３】
そして、上記構成を備えた燃料電池スタックをケースに収容し、各燃料電池１のガス導入路（２２，３２，４３）に水素を含む燃料ガスを導入して、セパレータ板２とセル板３との間のガス流通空間並びに発電要素６の燃料極層に燃料ガスを供給すると共に、ケース内に酸素を含む酸化ガス（空気）を導入して、各燃料電池１の発電要素６の空気極層に酸化ガスを供給する。これにより、各燃料電池１の発電要素６において電気化学反応が生じ、電極から電気エネルギが取り出されることとなる。
【００６４】
以上のように、本発明の集電体５を備えた固体電解質型燃料電池１は、集電体５が、通気性及びクッション性を有するので、燃料ガスや酸化ガスの流通性が良好であると共に、セパレータ板２や発電要素６に対する接触性が安定したものとなり、また、集電体５が、線状物質間の接触抵抗が小さくて厚さ方向の抵抗を低減したものであるから、長期間にわたって良好な発電性能を維持し得るものとなる。
【００６５】
図９は、本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池の他の実施例を説明する図である。図示の固体電解質型燃料電池５１は、底部を半球状にした円筒形状を成すものであって、発電要素５２として、電解質層５３と、電解質層５３の内側に設けた空気極層５４と、電解質層５３の外側に設けた燃料極層５５を備えている。
【００６６】
そして、固体電解質型燃料電池５１は、その内部に、酸化ガス（空気）の導入管５６を同軸状に配置すると共に、空気極層５４と導入管５６との間に、線状物質を三次元的に配向させて成る集電体５７を介装し、図示しない上部において空気極層５４と導入管５６との間からガスを排出するようになっている。つまり、この実施例では、発電要素５２が一方の構造物に相当し、導入管５６が他方の構造物に相当する。
【００６７】
集電体５７は、先の実施例と同様に、導電性、弾力性及び耐熱性を有する線状物質から成るものであって、通気性及び厚さ方向のクッション性を有すると共に、表裏両面にわたる線状物質の連続部分が電流パスとして機能するものであり、厚さ方向の抵抗を低減したものとなっている。
【００６８】
上記の固体電解質型燃料電池５１は、ケース内に収容され、導入管５６に酸化ガスを導入して同ガスを空気極層５４に供給すると共に、ケース内に燃料ガスを導入して同ガスを燃料極層５５に供給することで電気エネルギを発生させることとなり、この際、上記集電体５７を用いていることから、先の実施例と同様に、長期間にわたって良好な発電性能を維持し得るものとなる。
【００６９】
なお、上記したような固体電解質型燃料電池の構成は、円筒形状を成すものに限らず、図９に示す断面を連続的に備えて全体として平板状を成すものにも適用することが可能である。
【００７０】
図１０は、本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体電解質型燃料電池６１は、二枚の金属製のセパレータ板６２，６２、セル板６３、セル板６３の中央に設けた発電要素６４、及び二枚の集電体６５，６５が、いずれも正方形の薄板状を成しており、この実施例では、発電要素６４の上面が燃料極層であり、図示しない下面が空気極層である。
【００７１】
セパレータ板６２及びセル板６３は、発電要素６４の一方の対向辺に沿う位置に、燃料ガスの導入口６２ａ，６３ａ及び排出口６２ｂ，６３ｂを有すると共に、発電要素６４の他方の対向辺に沿う位置に、酸化ガスの導入口６２ｃ，６３ｃ及び排出口６２ｄ，６３ｄを有している。
【００７２】
そして、セパレータ板６２及びセル板６３は、互いに重ねた状態において、各導入口６２ａ，６３ａ，６２ｃ，６３ｃが互いに連通して導入路を形成すると共に、各排出口６２ｂ，６３ｂ，６２ｄ，６３ｄが互いに連通して排出路を形成する。
【００７３】
このとき、燃料ガスの導入口６２ａ，６３ａ及び排出口６２ｂ，６３ｂは、一方（上側）のセパレータ板６２とセル板６３の上面（燃料極層側）との間のみに連通し、酸化ガスの導入口６２ｃ，６３ｃ及び排出口６２ｄ，６３ｄは、他方（下側）のセパレータ板６２とセル板６３の下面（空気極層側）との間のみに連通する。
【００７４】
上記の固体電解質型燃料電池６１にあっても、発電要素（一方の構造物）６４と各セパレータ板（他方の構造物）６２との間に介装した集電体６５が、通気性及び厚さ方向のクッション性を有すると共に、厚さ方向の抵抗を低減したものとなっていることから、先の実施例と同様に、長期間にわたって良好な発電性能を維持し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の集電体の一実施形態を説明する断面図である。
【図２】図１に示す集電体の細部を疎の状態にして示す断面図である。
【図３】電極触媒を担持した線状物質から成る集電体の実施形態を説明する断面図である。
【図４】複数種の線状物質から成る集電体の一実施形態を説明する断面図である。
【図５】異種材料を用いた線状物質から成る集電体の一実施形態を説明する断面図である。
【図６】線状物質を編んで形成した集電体の一実施形態を説明する断面図である。
【図７】不織布状の基材と連続する線状物質から成る集電体の一実施形態を説明する断面図である。
【図８】本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池の一実施例を説明する分解斜視図である。
【図９】本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池の他の実施例を説明する断面図である。
【図１０】本発明の集電体を用いた固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を説明する分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ１  Ａ２  Ａ３  集電体
Ｆ                線状物質
Ｆａ  Ｆｂ  Ｆｃ  線状物質
Ｆｄ              短繊維（線状物質）
Ｆｅ              基材
Ｍ１              一方の構造物
Ｍ２              他方の構造物
１  ５１  ６１    固体電解質型燃料電池
２  ６２          セパレータ板（他方の構造物）
５  ５７  ６５    集電体
６  ５２  ６４    発電要素（一方の構造物）
５６              導入管（他方の構造物）
【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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【図１０】
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