(57)【要約】【課題】コネクタを備えた平板型燃料電池アセンブリを提供する。【解決手段】電解質膜と、その両面に位置するアノード電極及びカソード電極からそれぞれなる複数の膜−電極接合体を備える燃料電池本体と、燃料電池本体内で複数のアノード電極にそれぞれ対応して位置し、燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のアノード集電体と、燃料電池本体内で複数のカソード電極にそれぞれ対応して位置し、燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のカソード集電体、そして、複数のアノード集電体及び複数のカソード集電体の複数の末端部を電気的に接続するための配線を備えるコネクタを含む。【選択図】図２
2007184228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の両面に位置するアノード電極及びカソード電極からそれぞれなる複数の膜−電極接合体を備える燃料電池本体、
前記燃料電池本体内で前記複数のアノード電極にそれぞれ対応して位置し、前記燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のアノード集電体、
前記燃料電池本体内で前記複数のカソード電極にそれぞれ対応して位置し、前記燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のカソード集電体、及び
前記複数のアノード集電体及び前記複数のカソード集電体の複数の末端部を電気的に接続するための配線を備えるコネクタを含む平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項２】
前記コネクタは、前記燃料電池本体の少なくとも一面にスライド結合する請求項１に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項３】
前記コネクタは、前記複数の膜−電極接合体にそれぞれ結合し、前記燃料電池本体から複数の電圧を引き出すための複数の端子結合部を備える請求項１に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項４】
前記コネクタは、前記端子結合部に結合される脚状の複数のリード端子をさらに備える請求項３に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項５】
前記燃料電池本体は、
燃料の流入と流出のための流入口及び流出口と、前記燃料の流動のためのマニホールド、及び前記燃料の分配供給のための複数のホールを備えるミドルプレート、
前記ミドルプレートの両面上にそれぞれ位置する前記複数の膜−電極接合体、
前記ミドルプレートと前記膜−電極接合体の一面との間にそれぞれ位置し、前記ホールを通して供給される前記燃料の流動をガイドするチャネルをそれぞれ備える前記複数のアノード集電体、
前記膜−電極接合体の他面上にそれぞれ位置し、前記カソード電極を露出させる開口部をそれぞれ備える前記複数のカソード集電体、
前記ミドルプレートを介して前記複数のカソード集電体上に位置する一対のエンドプレート、及び
前記一対のエンドプレートを所定圧力で締結する締結手段を備える請求項１に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項６】
前記締結手段は、前記一対のエンドプレート及び前記ミドルプレートを貫通するねじ結合手段を含む請求項５に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項７】
前記燃料電池本体は、前記ミドルプレート及び前記アノード集電体の間に位置するガスケットをさらに備える請求項５に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項８】
燃料供給のための流路を備えるミドルプレート、
前記ミドルプレートの両面上にそれぞれ配置され、電解質膜と、前記電解質膜の両面に接合されるアノード電極及びカソード電極からなる複数の膜−電極接合体、
前記ミドルプレートの両面と前記複数の膜−電極接合体の一面との間にそれぞれ配置され、前記流路に連結され、前記燃料の流動をガイドするチャネルをそれぞれ備える複数のアノード集電体、
前記複数の膜−電極接合体の他面上にそれぞれ配置される複数のカソード集電体、及び
前記ミドルプレートの互いに対向する両側面で前記アノード集電体及び前記カソード集電体から曲脚形状にそれぞれ突出延長される少なくとも１つの第１リード端子及び少なくとも１つの第２リード端子を含む平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１リード端子及び前記少なくとも１つの第２リード端子を支持し、前記平板型燃料電池アセンブリに固定結合するコネクタをさらに含む請求項８に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項１０】
前記ミドルプレートの両面上で前記カソード集電体上に位置する一対のエンドプレートをさらに備える請求項８に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項１１】
前記一対のエンドプレートを所定圧力で締結する締結手段をさらに備える請求項１０に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【請求項１２】
前記締結手段は、前記一対のエンドプレート及び前記ミドルプレートを貫通するねじ結合手段を含む請求項１１に記載の平板型燃料電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型燃料電池アセンブリに関し、より詳しくは、サンドイッチ構造の平板型燃料電池アセンブリで各電池セルの電気的接続を容易にし、通気性を確保することができるコネクタを備えた平板型燃料電池アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）は、燃料が有するエネルギーを化学反応によって直接電気エネルギーに変換する発電システムである。例えば、燃料電池は、水素と酸素から水が生成される反応、すなわち、水素の燃焼反応を利用して電気エネルギーを発生させる。このような燃料電池は、使用される電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  ｏｒ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＰＥＭＦＣ）、アルカリ型燃料電池などに分類される。前記それぞれの燃料電池は、基本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。
【０００３】
そのうち、高分子電解質型燃料電池は、他の燃料電池に比べて出力特性がはるかに高く、作動温度が低く、同時に、迅速な始動及び応答特性とともに、携帯型電子機器用のような移動用（ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ）電源や自動車用動力源のような輸送用電源はもちろん、住宅、公共ビルの静止型発電所のような分散用電源など、その応用範囲が広いという長所を有する。
【０００４】
また、前述の燃料電池のうち、高分子電解質型燃料電池の一種で、炭化水素系燃料のように水素を含有する燃料を改質する装置を用いることなく、反応燃料として、改質ガスの代わりに、メタノールなどといった液状の燃料を直接使用するダイレクトメタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＤＭＦＣ）がある。ダイレクトメタノール型燃料電池は、改質装置を用いないため、高分子電解質型燃料電池よりも小型化に有利である。
【０００５】
ダイレクトメタノール型燃料電池は、通常、スタック構造で製作される。スタックは、水素イオンを選択的に交換する電解質膜と、該電解質膜の両面に接合されるアノード電極及びカソード電極を備え、カソード電極とアノード電極から発生する起電力によって電気を生成する膜−電極アセンブリ（ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＡ）と、該膜−電極アセンブリの電極に結合され、電極間の電子の伝達機能とともに燃料と酸化剤の供給及び反応生成物を排出する役割、及び各電極の集電体の役割をするセパレータ（ｓｅｐｅｒａｔｏｒ）が交互に積層された構造を有する。前述のダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノールなどの液状燃料を直接使用するため体積当たりのエネルギー密度が高く、貯蔵性及び携帯性に優れるため、低出力、長期間運転が要求される発電システムに好適である。
【０００６】
最近、ダイレクトメタノール型燃料電池を用いて各種電子機器の電源として使用しようとする研究開発が行われている。特に、携帯電話やＰＤＡなどの小型電子機器には燃料電池を用いた電源システムの容積と騷音を減少させるために、空気ポンプや燃料ポンプなどを省略したパッシブタイプの燃料電池システムまたはセミパッシブタイプの燃料電池システムが研究開発されている。概略的に、パッシブタイプの燃料電池システムは、ポンプや送風機などの手段を用いることなく、燃料電池に燃料と酸化剤を供給する方式の燃料電池システムを表し、セミパッシブタイプの燃料電池システムは、ポンプや送風機などの手段を用いて燃料電池のアノード及びカソードのいずれか一方にのみ燃料または酸化剤を供給する方式の燃料電池システムを表すと言える。
【０００７】
しかし、パッシブまたはセミパッシブタイプの燃料電池システムにおいて、燃料電池は、複数の電池セルを積層せずに実質的に平面上に配置するため、それぞれの電池セルを電気的に直列接続することが難しい。
【０００８】
例えば、図１に示すように、電解質膜１１、アノード電極１２、カソード電極１３、アノード集電体１４、カソード集電体１５、及び電気伝導のための手段または配線１６を含む従来のパッシブタイプの燃料電池システムにおいて、一番目（左側）の電池セルのアノード電極と二番目（真ん中）の電池セルのカソード電極とを接続し、二番目の電池セルのアノード電極と三番目（右側）の電池セルのカソード電極とを接続するために、電解質膜１１を貫通するか外側に迂回する配線が設置されなければならない。配線が電解質膜１１を貫通する場合、電解質膜１１の穴によってアノードとカソードとの間の気密が弱くなり、アノードに供給される燃料がカソード側に漏洩しかねないという問題がある。そして、燃料電池の外側に迂回する配線の場合、配線が長くかつ複雑であるという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１６４２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする技術的課題は、酸化剤として、大気中の空気を直接利用するセミパッシブ方式のサンドイッチ構造のダイレクトメタノール型燃料電池アセンブリにおいて、コネクタに設置される配線を用いて電解質膜を貫通する配線を使用することなく、それぞれの電池セルに結合される複数の端子を用いて多様な出力電圧を得ることができ、実装時、通気性を確保し、外部の衝撃を遮断することができる平板型燃料電池アセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を達成するために、本発明の第１側面によると、電解質膜と、その両面に位置するアノード電極及びカソード電極からそれぞれなる複数の膜−電極接合体を備える燃料電池本体、燃料電池本体内で複数のアノード電極にそれぞれ対応して位置し、燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のアノード集電体、燃料電池本体内で複数のカソード電極にそれぞれ対応して位置し、燃料電池本体の外部に突出した末端部をそれぞれ備える複数のカソード集電体、そして複数のアノード集電体及び複数のカソード集電体の複数の末端部を電気的に接続するための配線を備えるコネクタを含む平板型燃料電池アセンブリが提供される。
【００１２】
好ましくは、コネクタは、燃料電池本体の少なくとも一面にスライド結合する。
【００１３】
さらに、コネクタは、複数の膜−電極接合体にそれぞれ結合し、燃料電池本体から複数の電圧を引き出すための複数の端子結合部を備える。
【００１４】
また、前記平板型燃料電池アセンブリは、端子結合部に結合される脚状の複数のリード端子をさらに備える。
【００１５】
また、燃料電池本体は、燃料の流入と流出のための流入口及び流出口と、燃料の流動のためのマニホールド、及び燃料の分配供給のための複数のホールを備えるミドルプレート、ミドルプレートの両面上にそれぞれ位置する複数の膜−電極接合体、ミドルプレートと膜−電極接合体の一面との間にそれぞれ位置し、ホールを通して供給される燃料の流動をガイドするチャネルをそれぞれ備える複数のアノード集電体、膜−電極接合体の他面上にそれぞれ位置し、カソード電極を露出させる開口部をそれぞれ備える複数のカソード集電体、ミドルプレートを介してカソード集電体上に位置する一対のエンドプレート、及び一対のエンドプレートを所定圧力で締結する締結手段を備える。
【００１６】
本発明の第２側面によると、燃料供給のための流路を備えるミドルプレート、ミドルプレートの両面上にそれぞれ配置され、電解質膜と、その両面に接合されるアノード電極及びカソード電極からなる複数の膜−電極接合体、ミドルプレートの両面と複数の膜−電極接合体の一面との間にそれぞれ配置され、流路に連結され、燃料の流動をガイドするチャネルをそれぞれ備える複数のアノード集電体、複数の膜−電極接合体の他面上にそれぞれ配置される複数のカソード集電体、及びミドルプレートの互いに対向する両側面でアノード集電体及びカソード集電体から曲脚形状（ｂｅｎｄｉｎｇ  ｌｅｇ  ｓｈａｐｅ）にそれぞれ突出延長される少なくとも１つの第１リード端子及び少なくとも１つの第２リード端子を含む平板型燃料電池アセンブリが提供される。
【００１７】
好ましくは、平板型燃料電池アセンブリは、少なくとも１つの第１リード端子及び少なくとも１つの第２リード端子を支持し、平板型燃料電池アセンブリに固定結合するコネクタをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる好ましい実施例を、添付された図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施例による平板型燃料電池アセンブリを概略的に示す分解斜視図である。図３ａ及び図３ｂは、図２の平板型燃料電池アセンブリの結合構造を示す構成図である。
【００２０】
図２を参照すると、本実施例の平板型燃料電池アセンブリ１００は、燃料電池本体１１０、第１コネクタ１２０及び第２コネクタ１３０を含む。
【００２１】
燃料電池本体１１０は、燃料と酸化剤を電気化学的に反応させて電気と熱を発生させる。燃料電池本体１１０は、燃料電池の必須的な構成要素である膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＡ）を備える。膜−電極接合体は、電解質膜と、該電解質膜の両面に位置するアノード電極とカソード電極とからなる。
【００２２】
前述の燃料電池本体１１０は、ポンプなどの圧縮装置を通して燃料を供給されるが、酸化剤としては、大気中の空気を用いる方式で設計される。このような構造の一例は、図７ないし図９を参照して詳細に説明する。
【００２３】
また、燃料電池本体１１０は、図２から見ると、その両方の側面上で突出する第１末端部１１２ａ及び第２末端部１１４ａを備える。第１末端部１１２ａは、カソード集電体から延長され、第２末端部１１４ａは、アノード集電体から延長される。
【００２４】
第１コネクタ１２０は、燃料電池本体１１０の第１側面上で突出延長される第１及び第２末端部１１２ａ、１１４ａが挿入される結合溝１２２を備える。また、第１コネクタ１２０は、外部との電気的な接続のための端子結合部を備える。これと同様に、第２コネクタ１３０は、燃料電池本体１１０の第１側面と対向する第２側面上で突出延長される第１及び第２末端部が挿入される結合溝を備える。また、第２コネクタ１３０は、外部との電気的な接続のための端子結合部１３２を備える。
【００２５】
また、第１及び第２コネクタ１２０、１３０は、図３ａ及び図３ｂに示すように、燃料電池本体１１０との安定的かつ固定的な結合のために燃料電池本体１１０の側面にスライド結合するための構造１４０を備えることができる。このようなスライド結合構造１４０を用いると、燃料電池本体１１０と第１及び第２コネクタ１２０、１３０がより堅固に固定結合されることができる。
【００２６】
図４は、図２の平板型燃料電池アセンブリの電気的な回路構成を概略的に示す図である。
【００２７】
図４を参照すると、本実施例の平板型燃料電池アセンブリは、燃料電池本体１１０と、該燃料電池本体１１０の両側面から突出延長される末端部と電気的に接続される配線を備えたコネクタ１２０、１３０とを備える。
【００２８】
燃料電池本体１１０は、電解質膜１１１の一面に位置するカソード電極１１１ａと、電解質膜１１１の他面上で電解質膜１１１を介してカソード電極１１１ａと対向して位置するアノード電極（図示せず）からそれぞれ発生する起電力を収集するためのカソード集電体１１２とアノード集電体とを備える。カソード集電体１１２とアノード集電体は、上述したように、燃料電池本体１１０の外部に延長突出される末端部を備える。
【００２９】
第１及び第２コネクタ１２０、１３０は、末端部に電気的に接続される配線１３１を備える。配線１３１は、いずれか一つの膜−電極接合体のアノード電極に接触するアノード集電体と、他の一つの膜−電極接合体のカソード電極に接触するカソード集電体とを電気的に接続する。
【００３０】
また、第１及び第２コネクタ１２０、１３０は、２つの膜−電極接合体を直列接続する配線１３１と電気的に接続され、外部電線またはリード端子との電気的な接触のための端子結合部１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆ、１３２ｇを備える。
【００３１】
前述の構成によると、燃料電池本体１１０から複数段階の電圧及び電流の出力を得ることができる。
【００３２】
図５は、本発明の第２実施例による平板型燃料電池アセンブリを示す斜視図である。
【００３３】
図５を参照すると、本実施例の平板型燃料電池アセンブリは、燃料電池本体１１０、第１コネクタ１２０ａ、第２コネクタ１３０ａ及びリード端子１５０を含む。
【００３４】
本実施例の平板型燃料電池アセンブリは、上述した第１実施例の平板型燃料電池アセンブリと比べると、複数のリード端子１５０が第１及び第２コネクタ１２０ａ、１３０ａによってそれぞれ固定結合され、各コネクタ１２０ａ、１３０ａが単に複数のリード端子１５０を固定支持するためのものであることに違いがある。以下の詳細な説明においては、第１実施例の構成と重複する詳細な説明はなるべく省略する。
【００３５】
リード端子１５０は、第１及び第２コネクタ１２０ａ、１３０ａの端子結合部１３２ａに結合される。つまり、複数のリード端子１５０は、第１及び第２コネクタ１２０ａ、１３０ａによって一定の形態で固定設置され、燃料電池本体１１０から突出延長される末端部にそれぞれ電気的に接続される。
【００３６】
前述のリード端子１５０は、各電池セルの電圧及び電流を引き出す。したがって、本発明では、リード端子１５０を電気的に直列、並列、または直列と並列を組み合わせて連結することにより、多様な出力を提供することができる。また、前述のリード端子１５０は、平板型燃料電池アセンブリを用いるアプリケーションにおいて所定の電気的な回路配線を備える回路基板上に実装されることができる。同時に、前述のリード端子１５０は、平板型燃料電池アセンブリが実装面から所定の高さを持たせることにより、図５から見ると、平板型燃料電池アセンブリの上下面に露出するカソード電極に空気が円滑に供給できるように作用する。
【００３７】
一方、平板型燃料電池アセンブリは、図２または図５に示された形態で実装されるのではなく、図６に示されるように、側面に立てて実装されることができる。この場合、平板型燃料電池アセンブリは、燃料電池本体１１０への適切な燃料供給を考慮して、コネクタの一側面が実装面に向かうように垂直に立てて実装されることが好ましい。同時に、平板型燃料電池アセンブリが垂直に立てて実装される場合、コネクタ１３０に設置される端子結合部１３４は、実装面と対向しないように上述した実施例の側面と接する他の側面に設置されることが好ましい。
【００３８】
図７は、本発明による平板型燃料電池アセンブリに採用可能な燃料電池本体と、それに対応するコネクタを示す斜視図である。
【００３９】
図７を参照すると、本実施例の平板型燃料電池アセンブリ２００は、燃料電池本体２１０、第１コネクタ２２０及び第２コネクタ２３０を含む。
【００４０】
燃料電池本体２１０は、サンドイッチ構造と同様に、ミドルプレートを介して上下両面に対称的に位置する複数の膜−電極接合体を備える。また、燃料電池本体２１０は、膜−電極接合体のアノード電極とカソード電極とに結合するアノード集電体とカソード集電体とを備える。そして、燃料電池本体２１０は、アノード集電体とカソード集電体から外部にそれぞれ突出延長される末端部２１２ａ、２１４ａを備える。
【００４１】
また、燃料電池本体２１０は、ミドルプレートの第１側面に位置し、燃料を供給する燃料供給装置に結合される燃料流入口２１１ｂと、ミドルプレートの第１側面と対向する第２側面に位置し、燃料の排出のための燃料排出口（図示せず）とを備える。
【００４２】
第１コネクタ２２０は、燃料電池本体２１０の第３側面上で突出延長される第１及び第２末端部が挿入される結合溝２２２を備える。また、第１コネクタ２２０は、外部との電気的な連結のための端子結合部２３４を備える。これと同様に、第２コネクタ２３０は、燃料電池本体２１０の第３側面と対向する第４側面上で突出延長される第１及び第２末端部２１２ａ、２１４ａが挿入される結合溝を備える。また、第２コネクタ２３０は、外部との電気的な連結のための第１端子結合部２３２及び第２端子結合部２３４を備える。第１及び第２端子結合部２３２、２３４は、平板型燃料電池アセンブリ２００の実装構造によって選択的に用いられることができる。
【００４３】
前述の燃料電池本体２１０を具体的に説明する。図８は、図７の燃料電池本体に対する分解斜視図である。
【００４４】
図８を参照すると、燃料電池本体２１０は、ミドルプレート２１１、カソード集電体２１２、膜−電極接合体２１３、アノード集電体２１４、ガスケット２１５、エンドプレート２１６及び締結手段２１７ａ、２１７ｂを含む。本実施例では、ミドルプレート２１１の上下側にそれぞれ６個の単位電池が実質的に同一平面上に揃うように設置される。
【００４５】
具体的に説明すると、ミドルプレート２１１は、ガスケット２１５、アノード集電体２１４、膜−電極接合体２１３、カソード集電体２１２をそれぞれ含む６個の単位電池が上下側に独立して位置するように上下面に６個の凹状に区分された領域を備え、燃料電池本体２１０の最外側で一対のエンドプレートに締結圧を提供するための締結手段２１７ａが通過する穴２１１ａを備える。
【００４６】
また、ミドルプレート２１１は、燃料の流入と流出のための流入口２１１ｂ及び流出口（図示せず）を備える。そして、ミドルプレート２１１は、流入口２１１ｂ及び流出口からミドルプレート２１１の内部に延長され、流入された燃料が通過するマニホールド（図示せず）、及びマニホールドから燃料の分配供給のための複数のホール２１１ｃを備える。
【００４７】
ガスケット２１５は、図８から見ると、ミドルプレート２１１の上下側でミドルプレート２１１とアノード集電体２１４との間に位置し、膜−電極接合体２１３のアノード電極に供給される燃料が漏洩しないように作用し、燃料電池本体２１０の締結時、締結圧が加えられる方向と対向する方向に弾性を提供して燃料電池本体２１０の密封効果を高めるように作用する。前述のガスケット２１５は、シリコーンなどの適切な材料を用いて図８に示された構成やそれ以外の他の適切な構造及び形態で具現されることができる。
【００４８】
アノード集電体２１４は、ミドルプレート２１１の上下側でミドルプレート２１１と膜−電極接合体２１３との間に位置する。アノード集電体２１４は、燃料電池本体２１０の外部に延長される末端部２１４ａを備える。末端部２１４ａは、上述した実施例の場合と同様に、コネクタとのスライド結合に適合するように、略Ｌ字状に曲がった構造を備える。
【００４９】
また、アノード集電体２１４は、アノード電極で発生する起電力を収集する。そして、アノード集電体２１４は、膜−電極接合体２１３のアノード電極に燃料を効率的に供給するためのチャネル２１４ｂを備える。チャネル２１４ｂは、蛇行状以外に、直線などの多様な形状に具現されることができる。前述のアノード集電体２１４は、高導電性材料で具現されることが好ましい。
【００５０】
膜−電極接合体２１３は、ミドルプレート２１１の上下側でアノード集電体２１４とカソード集電体２１２との間に位置する。膜−電極接合体２１４は、電解質膜と、該電解質膜の両面に位置するアノード電極及びカソード電極を備える。電解質膜、アノード電極及びカソード電極を既存の多様な材料及び構造で具現することができる。
【００５１】
カソード集電体２１２は、ミドルプレート２１１の上下側で膜−電極接合体２１３のアノード電極上に位置する。カソード集電体２１２は、燃料電池本体２１０の外部に延長される末端部２１２ａを備える。末端部２１２ａは、上述したように、コネクタとのスライド結合に適合するように略Ｌ字状に曲がった構造を備える。
【００５２】
また、カソード集電体２１２は、カソード電極で発生する起電力を収集する。そして、カソード集電体２１２は、膜−電極接合体２１３のカソード電極に大気中の空気を供給するための開口部２１２ｂを備える。開口部２１２ｂは、円形ホール状以外に、四角形などの多様な構造及び大きさで具現されることができる。前述のカソード集電体２１２は、疎水性コーティング層を選択的に備える高導電性材料で具現されることが好ましい。高導電性材料としては、金、銀、アルミニウム、銅などの金属またはこれらの少なくとも１つを主成分とする合金、または複合材料が用いられてもよい。
【００５３】
一対のエンドプレート２１６は、ミドルプレート２１１の上下側でカソード集電体２１２上に位置し、締結手段が通過する穴２１６ａをそれぞれ備え、ボルト２１７ａとナット２１７ｂとからなる締結手段によって締結される。エンドプレート２１６は、締結手段による締結圧が燃料電池本体２１０に均一に伝達される構造を備えることが好ましい。また、エンドプレート２１６は、空気の流れを円滑にするようにカソード集電体２１２の開口部２１２ｂを最大限露出させることができる構造を備えることが好ましい。そして、前述の締結手段は、ボルトとナットとからなる締結手段以外に、ベルト、空気圧、モールディングなどの既存の多様な締結手段で具現されることができる。
【００５４】
図９は、図７の燃料電池本体の作動過程を説明するための図である。図９の燃料電池本体は、説明の便宜上、ミドルプレートの上下側にそれぞれ２個の単位電池を有する構造で概略的に示されている。
【００５５】
図９を参照すると、燃料電池本体２１０ａのミドルプレート２１１の燃料流入口に燃料が流入すると、流入した燃料は、ミドルプレート２１１のマニホールドに連結されたホールを通してそれぞれのアノード集電体２１４に備えられたチャネルを通過する。チャネルを通過する燃料がアノード集電体２１４に接触するアノード電極の拡散層２１３ａ２を通して触媒層２１３ａ１に到逹すると、燃料は、触媒による酸化反応によって水素イオンと電子を発生させる。このとき、酸化剤として、空気中の酸素がカソード集電体２１２の開口部２１２ｂを通してカソード電極の拡散層２１３ｂ２を経て触媒層２１３ｂ１に供給されると、供給された酸素は、アノード電極から電解質膜２１３ｍを通過してカソード電極に至った水素イオンと外部導線２１９を通してアノード電極からカソード電極に移動した電子と反応して水と熱を発生させる。このとき、電子の移動は、電気を発生させる。
【００５６】
そして、未反応の燃料と酸化反応によって生成された二酸化炭素は、アノード流出物として、ミドルプレート２１のさらに他のマニホールドに連結されたホールと燃料排出口を順次通過して排出される。また、カソード電極で発生した水は、カソード流出物として、カソード集電体２１２の開口部２１２ｂを通して排出される。外部導線２１９は、各単位電池を電気的に接続する。
【００５７】
一方、前述の電解質膜２１３ｍ、触媒層２１３ａ１、２１３ｂ１及び拡散層２１３ａ２、２１３ｂ２に対する構成及び作用は、当業者にとって自明であるため、それらに対する詳細な説明は省略する。
【００５８】
本発明によると、平板型燃料電池アセンブリの配線を容易にし、製作工程を単純化することができる。同時に、平板型燃料電池アセンブリをアプリケーションに通気性よく設置しやすく、外部の衝撃が燃料電池に伝達されることを防止することができ、多様な出力電圧を選択的に用いることができるという利点がある。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されるのではなく、本発明の技術的思想の範囲内で当分野における通常の知識を有する者によって多様に変形されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、従来のパッシブタイプの燃料電池システムの主要部分を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例による平板型燃料電池アセンブリを概略的に示す分解斜視図である。
【図３ａ】図３ａは、図２の平板型燃料電池アセンブリの結合構造を示す構成図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図２の平板型燃料電池アセンブリの結合構造を示す構成図である。
【図４】図４は、図２の平板型燃料電池アセンブリの電気的な回路構成を概略的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施例による平板型燃料電池アセンブリを示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施例による平板型燃料電池アセンブリのさらなる実装構造を示す部分斜視図である。
【図７】図７は、本発明による平板型燃料電池アセンブリに採用可能な燃料電池本体と、それに対応するコネクタを示す斜視図である。
【図８】図８は、図７の燃料電池本体に対する分解斜視図である。
【図９】図９は、図７の燃料電池本体の作動過程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１００      平板型燃料電池アセンブリ
１１０      燃料電池本体
１１２ａ、１１４ａ  末端部
１２０      第１コネクタ
１２２      結合溝
１３０      第２コネクタ
１３２      端子結合部
【図１】
2007184228.tif 000003
【図２】
2007184228.tif 000004
【図３ａ】
2007184228.tif 000005
【図３ｂ】
2007184228.tif 000006
【図４】
2007184228.tif 000007
【図５】
2007184228.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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