(57)【要約】【課題】  電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかける。【解決手段】  上部の支持板１２とカソード側集電板２１の間に電極軸３１を設け、下部の支持板１２とアノード側集電板２２の間にアノード体１６を貫通する貫通電極軸３５を設け、電極軸３１及び貫通電極軸３５によりカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な加圧力を与え、電極軸３１及び貫通電極軸３５により電力を外部に取り出す。【選択図】図４
2012064386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応により発電を行う電解質膜と、
前記電解質膜のカソード面側に配され、カソード体に固定されるカソード側集電板と、
前記電解質膜のアノード面側に配され、アノード体に固定されるアノード側集電板と、
前記アノード体を貫通して前記アノード側集電板に当接し前記アノード側集電板からの電力を外部に導く導電性の支え軸部材とを備えた
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記支え軸部材は、前記アノード側集電板の中央部位に当接するように前記アノード体を貫通している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記支え軸部材は、前記アノード側集電板の面方向に対して複数箇所に備えられている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記カソード側集電板に当接する導電性のカソード支え軸部材を備えた
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記カソード支え軸部材は前記支え軸部材と同軸状態に配置されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記アノード体の材質は、非導電性部材を含む
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記カソード体及び前記アノード体は支持板により挟持され、前記支え軸部材の軸方向の位置が前記支持板で規制される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池において、
前記支え軸部材が前記支持板を貫通して外部に臨んでいる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池において、
前記アノード体の面方向に延びる導電部材が前記支え軸部材に接続されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記電解質膜と前記カソード側集電板との間、及び、前記電解質膜と前記アノード側集電板との間には、導電性繊維製の流体拡散層部材が備えられている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池と、前記燃料電池の発電に用いられる燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段と、前記燃料貯蔵手段と前記燃料電池の電解質膜のアノード面とアノード体との間を接続する燃料供給系とを備えたことを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池及び水素貯蔵源を備えた燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、電解質部材の両面側にカソード側触媒及びアノード側触媒が備えられた固体高分子電解質膜を有し、固体高分子電解質膜の両面側にカソード側集電板及びアノード側集電板が配される構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。カソード側触媒及びアノード側触媒とカソード側集電板及びアノード側集電板の間には、導電性繊維状部材製のガス拡散層が介装されている。
【０００３】
カソード側集電板及びアノード側集電板で挟まれた固体高分子電解質膜は、カソード流体が供給されるカソード体及び燃料が供給されるアノード体により固定され、一つのセルが構成されている。そして、単一のセルもしくは積層された複数のセルがエンドプレートにより挟まれ、エンドプレート同士を固定することで燃料電池が形成されている。
【０００４】
上述した燃料電池では、カソード体から空気など酸素を含む酸化剤ガスがカソード側触媒に供給され、アノード体から燃料がアノード側触媒に供給される。酸化剤ガス及び燃料が供給されることで、固体高分子電解質膜での電気化学反応により電力が発生する。尚、燃料としては、水素ガスやメタノール、水素化ホウ素化合物の水溶液が適用される。
【０００５】
従来から提案されている燃料電池では、エンドプレートの周囲同士を締結することで一つの燃料電池を構成している。このため、セルが面内で均一に締め付けられるように、エンドプレートの中央部位を内側に湾曲させ、エンドプレート同士を締結した時に集電板に十分な加圧力が与えられるようになっている。
【０００６】
セルが面内で均一に締め付けられ、集電板に十分な加圧力が与えられることにより、発電面全体に十分な押圧力をかけることができ、面内での発電性能が均一になり、空気や水素の漏れが防止されると共に、安定した導電状態を得ることができる。このため、発電効率を維持して燃料電池の破損を防止することができ、電池寿命を延ばすことが可能になる。
【０００７】
特に、カソード側触媒及びアノード側触媒とカソード側集電板及びアノード側集電板との間にガス拡散層が介在している構造では、集電板に十分な加圧力を与えることができ、十分な圧縮荷重がガス拡散層に加わることにより導電性が向上する。従って、セルが面内で均一に締め付けられることにより、電極の役割を効率よく果たすことが可能になり、発電効率を一層向上させることができる。
【０００８】
しかし、エンドプレートで押圧力を調整する構成となっているので、複数のセルが積層されている場合、積層されるセルが多くなるほど中央部側のセルの押圧を十分に行えず、集電板の加圧状態にばらつきが生じているのが現状であった。
【０００９】
また、カソード側集電板及びアノード側集電板で固体高分子電解質膜が挟まれ、カソード体及びアノード体によりカソード側集電板及びアノード側集電板が固定される燃料電池には、アノード体とアノード側集電板との間に、電気化学反応により生じた水や空気中の不純物（窒素等）を排出するための空間が設けられているものが知られている。
【００１０】
このような燃料電池では、エンドプレートで押圧力を調整しても、空間が存在しているので、カソード側集電板及びアノード側集電板を均等に加圧することができず、エンドプレートの中央部位を内側に湾曲させる構造を採用しても中央部には適切な押圧力をかけることができないのが現状である。
【００１１】
上述した構造では、例えば、ボス部材をカソード側集電板やアノード側集電板の面に介在させることで、集電板に十分な加圧力を与えてガス拡散層を十分な加圧力で押圧することができる場合がある。一方で、集電板には電力を外部電極に接続する配線の取り回しの構造が必要である。ガス拡散層を十分な加圧力で押圧するためのボス部材を集電板の面に介在させた場合、ボス部材の存在により電力の取り回しの構造が制約され、配線構造等の自由度が低下する虞が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１６３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることができる燃料電池を備えた燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の燃料電池は、電気化学反応により発電を行う電解質膜と、前記電解質膜のカソード面側に配され、カソード体に固定されるカソード側集電板と、前記電解質膜のアノード面側に配され、アノード体に固定されるアノード側集電板と、前記アノード体を貫通して前記アノード側集電板に当接し前記アノード側集電板からの電力を外部に導く導電性の支え軸部材とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１に係る本発明では、電解質膜を挟んでカソード側集電板とアノード側集電板がカソード体及びアノード体に固定された際、支え軸部材により少なくともアノード側集電板に十分な加圧力を与えると同時に、支え軸部材により電力を取り出すことができる。
【００１７】
このため、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることが可能になる。
【００１８】
そして、請求項２に係る本発明の燃料電池は、請求項１に記載の燃料電池において、前記支え軸部材は、前記アノード側集電板の中央部位に当接するように前記アノード体を貫通していることを特徴とし、支え軸部材がアノード側集電板の中央部位に当接するので、アノード側集電板の中央部位から電力を支え軸部材に送ることができ、通電時の電気抵抗を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、請求項３に係る本発明の燃料電池は、請求項１に記載の燃料電池において、前記支え軸部材は、前記アノード側集電板の面方向に対して複数箇所に備えられていることを特徴とし、複数箇所の支え軸部材により電力を取り回すことができる。
【００２０】
また、請求項４に係る本発明の燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード側集電板に当接する導電性のカソード支え軸部材を備えたことを特徴とし、カソード側集電板にも十分な加圧力を与えると同時に、支え軸部材により電力を取り出すことができる。
【００２１】
また、請求項５に係る本発明の燃料電池は、請求項４に記載の燃料電池において、前記カソード支え軸部材は前記支え軸部材と同軸状態に配置されていることを特徴とし、カソード側集電板及びアノード側集電板を確実に支えることができる。
【００２２】
また、請求項６に係る本発明の燃料電池は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノード体の材質は、非導電性部材を含むことを特徴とし、非導電性部材として、例えば、樹脂を用いることで軽量化を図ることができる。
【００２３】
また、請求項７に係る本発明の燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード体及び前記アノード体は支持板により挟持され、前記支え軸部材の軸方向の位置が前記支持板で規制されることを特徴とし、支持板により支え軸部材が軸方向に規制されて保持される。
【００２４】
また、請求項８に係る本発明の燃料電池は、請求項７に記載の燃料電池において、前記支え軸部材が前記支持板を貫通して外部に臨んでいることを特徴とし、支持板側で支え軸部材を外部電極に接続することができる。
【００２５】
また、請求項９に係る本発明の燃料電池は、請求項７に記載の燃料電池において、前記アノード体の面方向に延びる導電部材が前記支え軸部材に接続されていることを特徴とし、支持体の側部側で支え軸部材を外部電極に接続することができる。
【００２６】
また、請求項１０に係る本発明の燃料電池は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記電解質膜と前記カソード側集電板との間、及び、前記電解質膜と前記アノード側集電板との間には、導電性繊維製の流体拡散層部材が備えられていることを特徴とし、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与え、流体拡散層部材の全体に集電板の十分な押圧力をかけることが可能になる。
【００２７】
上記目的を達成するための請求項１１に係る本発明の燃料電池装置は、請求項１０に記載の燃料電池と、前記燃料電池の発電に用いられる燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段と、前記燃料貯蔵手段と前記燃料電池の電解質膜のアノード面とアノード体との間を接続する燃料供給系とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項１１に係る本発明では、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることができる燃料電池を備えた燃料電池装置となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の燃料電池は、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることが可能になる。
【００３０】
また、本発明の燃料電池装置は、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内で集電板に十分な加圧力を与えて発電面全体に十分な押圧力をかけることができる燃料電池を備えた燃料電池装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池装置の全体の概略構成図である。
【図２】燃料電池の外観を表す側面図である。
【図３】燃料電池の分解斜視図である。
【図４】燃料電池の断面図である。
【図５】要部拡大図である。
【図６】他の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図７】他の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図８】他の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【図９】他の実施例に係る燃料電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１から図５に基づいて燃料電池装置の実施例を説明する。
【００３３】
図１には本発明の一実施例に係る燃料電池装置の全体の概略構成、図２には燃料電池の外観を表す側面視、図３には燃料電池の分解斜視状態、図４には燃料電池の断面視、図５には図４中の貫通電極の貫通部の詳細状態を示してある。
【００３４】
図１に示すように、燃料電池装置１は、発電セルを備えた燃料電池２と、燃料電池２のアノード側に供給される燃料を貯蔵する燃料貯蔵手段としての燃料貯蔵源３を備えている。燃料としては、水素ガスやメタノール、水素化ホウ素化合物の水溶液を適用することができる。燃料貯蔵源３は、内部で水素を発生させる機能を備えたものや、外部からの水素が貯蔵されるものを適用することが可能である。燃料貯蔵源３は、内部で水素を発生させる機能を備えたものや、外部からの水素が貯蔵されるものを適用することが可能である。
【００３５】
燃料貯蔵源３は燃料供給系４により燃料電池２に接続され、詳細は後述するが、燃料電池２の電解質膜のアノード面とアノード体との間に水素が供給されるようになっている。燃料電池装置１には燃料電池２の発電状況及び発電した電力の出力状況を制御する制御回路５が備えられ、燃料電池装置１は、制御回路５を介して使用機器６に接続される。
【００３６】
図２、図３に示すように、燃料電池２は、電池セル１１が一対の支持板１２に挟まれて固定されることで、一つのスタックとして構成されている。即ち、電池セル１１の上下に支持板１２が配され、支持板１２同士が締結部材１３（例えば、ボルト、リベット、金属ベルト等）により締結固定され、電池セル１１が一対の支持板１２に挟まれて保持されることで一つのスタックが構成されている。
【００３７】
図３、図４に示すように、電池セル１１は、カソード体１５とアノード体１６の間に電解質膜としての固体高分子膜１７が配されて構成されている。固体高分子膜１７の両面側にはガス拡散層１８が配されている。ガス拡散層１８とカソード体１５との間にはカソード側集電板２１が設けられ、ガス拡散層１８とアノード体１６との間にはアノード側集電板２２が設けられている。
【００３８】
カソード体１５は、カソード側集電板２１の周縁部の固定、及び、固体高分子膜１７のカソード側に空気（酸化剤：酸素）を供給するために配置されている。カソード体１５の側面には、固体高分子膜１７のカソード面に酸素を供給するための孔が形成されている。尚、カソード体１５としては、酸化剤が供給される入口と出口のみを有する閉構造で、ファンやポンプを利用して酸化剤を供給する構造でもよい。
【００３９】
アノード体１６は、中央部が空間にされてアノード側集電板２２の周縁部を固定する。つまり、アノード空間に水素だけを供給するようにチャンバー構造とされ、水素が固体高分子膜１７のアノード側に均一に行き渡るようにされている。更に、窒素等の不純物や水が移動する空間が確保されている。また、アノード体１６は、アノード空間と外部雰囲気とを遮断するため、周縁の固体高分子膜１７との接触面に密閉手段が備えられている。
【００４０】
固体高分子膜１７の両面には、例えば、白金、ルテニウム、コバルトに代表される触媒が担持され、酸化剤が供給される側がカソードとなり、燃料が供給される側がアノードとなる。ガス拡散層１８はカーボン製の繊維で構成され、流体（燃料、酸化剤）の流通を阻害しない状態で流体を拡散させるようになっている。そして、ガス拡散層１８は、固体高分子膜１７の触媒層と接触することにより電子の移動が可能になっている。
【００４１】
また、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２は、ガス拡散層１８と接することにより集電を行う。ガス拡散層１８は金属製の導電製材料と比べて面方向の電気抵抗が高く電子の面方向の移動が制約されるため、電子を長い距離で移動させるために、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２が用いられている。
【００４２】
また、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２は、固体高分子膜１７の触媒層への酸化剤、燃料の供給を阻害しないために、多孔質の構造となっている。カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２としては、金属製の板に孔を複数空けたものや、発砲金属体等の導電性の部材が用いられる。
【００４３】
アノード側集電板２２はアノード体１６により外部と隔絶されているので、アノード側集電板２２と外部負荷（図１に示した使用機器６等）との通電を行うために、アノード体１６は、アルミ、ＳＵＳ等の金属、グラファイト等のカーボン材料が適用されている。
【００４４】
上述したように、両面にガス拡散層１８が配された固体高分子膜１７がカソード側集電板２１とアノード側集電板２２に挟まれ、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２がカソード体１５とアノード体１６に挟まれる。そして、支持板１２同士が締結されることにより、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２がカソード体１５とアノード体１６に固定され、ガス拡散層１８がカソード側集電板２１とアノード側集電板２２により所定の押圧力で挟み込まれる。
【００４５】
カソード側集電板２１の中央部位には、カソード側集電板２１と上側の支持板１２の内側面とに亘りカソード支え軸部材として電極軸３１が設けられ、上側の支持板１２の内面側には外部電極３２がカソード体１５の外側に延びて配されている。電極軸３１は、アルミ、ＳＵＳ等の金属、グラファイト等のカーボン材料で形成され、電極軸３１の一端（図中下端）はカソード側集電板２１に接触し、電極軸３１の他端部位（図中上端）は外部電極３２に接触している。
【００４６】
図４に示すように、アノード側集電板２２の中央部位には、アノード側集電板２２と下側の支持板１２の内側面とに亘り支え軸部材として貫通電極軸３５が電極軸３１に対向して設けられ、貫通電極軸３５はアノード体１６を貫通している。下側の支持板１２の内側面には外部電極３６がカソード体１５の外側に延びて配されている。貫通電極軸３５は、アルミ、ＳＵＳ等の金属、グラファイト等のカーボン材料で形成され、貫通電極軸３５の一端（図中上端）はアノード側集電板２２に接触し、貫通電極軸３５の他端部位（図中下端）は外部電極３６に接触している。
【００４７】
図４、図５に示すように、貫通電極軸３５のアノード体１６を貫通する部位には周溝３７が形成され、周溝３７にはパッキン３８が嵌合している。パッキン３８により貫通電極軸３５が貫通するアノード体１６の穴が密閉され、アノード空間と外部雰囲気とが遮断されている。パッキン３８としては、例えば、ニトリウムゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等のゴム製材料を適用することができる。
【００４８】
尚、パッキン３８に代えて接着剤により貫通電極軸３５が貫通するアノード体１６の穴を密閉することも可能である。また、貫通電極軸３５に周溝３７を形成したが、アノード体１６の穴の内周面に周溝を形成し、穴の内周面の周溝にパッキン３８を嵌合し、筒面が平坦な貫通電極軸をアノード体１６の穴に貫通させることも可能である。
【００４９】
電極軸３１及び貫通電極軸３５により、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の中央部位が支えられ、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の撓みを低減することができる。これにより、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２自身の面内変位が阻止され、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２に押圧力を十分に与えることができ、ガス拡散層１８が十分な押圧力（固体高分子膜側への押圧力）で押圧され、発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００５０】
電極軸３１及び貫通電極軸３５は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の面内の中央部位を押圧するため、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の端部と接するカソード体１５及びアノード体１６の箇所と同一平面上にあるか、それよりも高いことが好ましい。
【００５１】
電極軸３１及び貫通電極軸３５は、外部電極３２及び外部電極３６に接触しているので、燃料電池で発生した電力は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２を支える電極軸３１及び貫通電極軸３５から、外部電極３２及び外部電極３６を介して支持板１２の側部の外部に取り出される。
【００５２】
従って、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内でカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な押圧力を与えてカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２により発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００５３】
そして、燃料電池２で発生した電力を電極軸３１及び貫通電極軸３５で外部に取り出すことができるので、カソード体１５及びアノード体１６を通して電力を取り出す必要がなく、カソード体１５及びアノード体１６を絶縁体（例えば、樹脂）で形成することができる。これにより、電池セル１１を軽量化することが可能になる。
【００５４】
カソード体１５及びアノード体１６は一部を絶縁体（例えば、樹脂）で構成することも可能であり、一部を絶縁体にすることにより軽量化を図ることが可能になる。例えば、アノード体１６の貫通電極軸３５が貫通する部位を樹脂製とすることが可能であり、また、アノード体１６の貫通電極軸３５が貫通する所望部位を金属製とし、その他の部位を樹脂製とすることが可能である。また、カソード体１５及びアノード体１６をアルミ、ＳＵＳ等の金属、グラファイト等のカーボン材料で形成することも可能である。
【００５５】
図６から図９に基づいて燃料電池の他の実施例を説明する。
【００５６】
図６には支持板側に電極を設けた状態の燃料電池の断面、図７には電極軸及び貫通電極を複数設けた状態の燃料電池の断面、図８、図９には複数の電池セルを積層した燃料電池の断面を示してある。尚、図４に示した実施例の燃料電池と同一部材には同一符号を付してある。
【００５７】
図６に示した燃料電池６０の電池セル６１の構成を説明する。
【００５８】
カソード側集電板２１の中央部位には、カソード側集電板２１と上側の支持板１２の内側面とに亘りカソード支え軸部材として電極軸６２が設けられ、電極軸６２の支持板１２側には、支持板１２を貫通して外部に臨む外部電極軸６３が設けられている。電極軸６２の一端（図中下端）はカソード側集電板２１に接触し、電極軸６２の他端（図中上端）は外部電極軸６３に接続している。
【００５９】
また、アノード側集電板２２の中央部位には、アノード側集電板２２と下側の支持板１２の内側面とに亘り支え軸部材として貫通電極軸６５が設けられ、貫通電極軸６５はアノード体１６を貫通している。貫通電極軸６５の支持板１２側には、支持板１２を貫通して外部に臨む外部電極軸６６が設けられている。貫通電極軸６５の一端（図中上端）はアノード側集電板２２に接触し、貫通電極軸６５の他端部位（図中下端）は外部電極軸６６に接触している。
【００６０】
電極軸６２及び貫通電極軸６５により、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の中央部位が支えられ、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の撓みを低減することができる。これにより、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２自身の面内変位が阻止され、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２に押圧力を十分に与えることができ、ガス拡散層１８が十分な押圧力（固体高分子膜側への押圧力）で押圧され、発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００６１】
電極軸６２及び貫通電極軸６５は、外部電極軸６３及び外部電極軸６６に接触しているので、燃料電池で発生した電力は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２を支える電極軸６２及び貫通電極軸６５から、外部電極軸６３及び外部電極軸６６を介して支持板１２の面部の外側部に取り出される。
【００６２】
従って、短い経路による電力の取出しが可能になり、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内でカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な押圧力を与えてカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２により発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００６３】
そして、燃料電池６０で発生した電力を電極軸６２及び貫通電極軸６５で外部に取り出すことができるので、カソード体１５及びアノード体１６を通して電力を取り出す必要がなく、カソード体１５及びアノード体１６を絶縁体（例えば、樹脂）で形成することができる。これにより、電池セル６１を軽量化することが可能になる。
【００６４】
図７に示した燃料電池７０の電池セル７１の構成を説明する。
【００６５】
カソード側集電板２１の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、カソード側集電板２１と上側の支持板１２の内側面とに亘りカソード支え軸部材として電極軸３１が設けられ、上側の支持板１２の内面側には外部電極３２がカソード体１５の外側に延びて配されている。それぞれの電極軸３１の一端（図中下端）はカソード側集電板２１に接触し、それぞれの電極軸３１の他端部位（図中上端）は外部電極３２に接触している。
【００６６】
また、アノード側集電板２２の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、アノード側集電板２２と下側の支持板１２の内側面とに亘り支え軸部材として貫通電極軸３５がそれぞれの電極軸３１に対向して設けられ、貫通電極軸３５はアノード体１６を貫通している。下側の支持板１２の内側面には外部電極３６がカソード体１５の外側に延びて配されている。それぞれの貫通電極軸３５の一端（図中上端）はアノード側集電板２２に接触し、それぞれの貫通電極軸３５の他端部位（図中下端）は外部電極３６に接触している。
【００６７】
複数の電極軸３１及び複数の貫通電極軸３５により、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の複数箇所の部位が支えられ、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の撓みを低減することができる。これにより、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２自身の面内変位が確実に阻止され、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２に押圧力を十分に与えることができ、ガス拡散層１８が十分な押圧力（固体高分子膜側への押圧力）で押圧され、発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００６８】
電極軸３１及び貫通電極軸３５は、外部電極３２及び外部電極３６に接触しているので、燃料電池で発生した電力は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２を支える電極軸３１及び貫通電極軸３５から、外部電極３２及び外部電極３６を介して支持板１２の側部の外部に取り出される。
【００６９】
従って、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内でカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な押圧力を確実に与えてカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２により発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００７０】
そして、燃料電池７０で発生した電力を電極軸３１及び貫通電極軸３５で外部に取り出すことができるので、カソード体１５及びアノード体１６を通して電力を取り出す必要がなく、カソード体１５及びアノード体１６を絶縁体（例えば、樹脂）で形成することができる。これにより、電池セル７１を軽量化することが可能になる。
【００７１】
図８に示した燃料電池８０の電池セル８１の構成を説明する。
【００７２】
図に示すように、燃料電池８０は、３つの電池セル８１が一対の支持板１２に挟まれて固定されることで、３層構造のスタックとして構成されている。即ち、３つの電池セル８１が積層され、積層された３つの電池セル８１の層の上下に支持板１２が配され、支持板１２同士が締結部材１３（例えば、ボルト、リベット、金属ベルト等）により締結固定されている。
【００７３】
最上部の電池セル８１のカソード側集電板２１の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、カソード側集電板２１と上側の支持板１２の内側面とに亘りカソード支え軸部材として電極軸３１が設けられ、上側の支持板１２の内面側には外部電極３２がカソード体１５の外側に延びて配されている。それぞれの電極軸３１の上端部位は外部電極３２に接触している。
【００７４】
最下部の電池セル８１のアノード側集電板２２の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、アノード側集電板２２と下側の支持板１２の内側面とに亘り支え軸部材として貫通電極軸３５がそれぞれの電極軸３１に対向して設けられ、貫通電極軸３５はアノード体１６を貫通している。下側の支持板１２の内側面には外部電極３６がカソード体１５の外側に延びて配されている。それぞれの貫通電極軸３５の下端部位は外部電極３６に接触している。
【００７５】
最上部の電池セル８１のアノード側集電板２２の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、アノード側集電板２２の下面と中段部の電池セル８１のカソード側集電板２１の上面とに亘り、支え部材及びカソード支え部材としての貫通電極軸８２がそれぞれの電極軸３１に対向して設けられている。貫通電極軸８２は最上部の電池セル８１のアノード体１６を貫通し、貫通電極軸８２の貫通部にはパッキン３８が設けられている。
【００７６】
最下部の電池セル８１のカソード側集電板２１の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、カソード側集電板２１の上面と中段部の電池セル８１のアノード側集電板２２の下面とに亘り、支え部材及びカソード支え部材としての貫通電極軸８２がそれぞれの貫通電極軸３５に対向して設けられている。貫通電極軸８２は中段部の電池セル８１のアノード体１６を貫通し、貫通電極軸８２の貫通部にはパッキン３８が設けられている。
【００７７】
最上部の電池セル８１の複数の電極軸３１、最下部の電池セル８１の複数の貫通電極軸３５、及び、中段部の電池セル８１の上下に設けられた貫通電極軸８２により、３つの電池セル８１のカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の複数箇所の部位が支えられ、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の撓みを低減することができる。
【００７８】
これにより、３つの電池セル８１のカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２自身の面内変位が確実に阻止され、３つの電池セル８１のカソード側集電板２１とアノード側集電板２２に押圧力を十分に与えることができ、ガス拡散層１８が十分な押圧力（固体高分子膜側への押圧力）で押圧され、３つの電池セル８１の発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００７９】
最上部の電池セル８１の電極軸３１が外部電極３２に接触し、最下部の電池セル８１の貫通電極軸３５が外部電極３６に接触し、更に、最上部の電池セル８１のアノード側集電板２２と中段部の電池セル８１のカソード側集電板２１、及び、中段部の電池セル８１のアノード側集電板２２と最下部の電池セル８１のカソード側集電板２１が、それぞれ貫通電極軸８２で接続されている。
【００８０】
これにより、３つの電池セル８１で構成される３層構造の燃料電池８０で発生した電力は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２を支える電極軸３１、貫通電極軸３５及び貫通電極軸８２から、外部電極３２及び外部電極３６を介して支持板１２の側部の外部に取り出される。
【００８１】
従って、３層構造の燃料電池８０であっても、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内でカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な押圧力を確実に与えてカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２により発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００８２】
そして、燃料電池８０で発生した電力を電極軸３１及び貫通電極軸３５で外部に取り出すことができるので、カソード体１５及びアノード体１６を通して電力を取り出す必要がなく、カソード体１５及びアノード体１６を絶縁体（例えば、樹脂）で形成することができる。これにより、電池セル８１を軽量化することが可能になる。
【００８３】
図９に示した燃料電池９０の電池セル９１の構成を説明する。
【００８４】
図に示すように、燃料電池９０は、３つの電池セル９１が一対の支持板１２に挟まれて固定されることで、３層構造のスタックとして構成されている。即ち、３つの電池セル９１が積層され、積層された３つの電池セル９１の層の上下に支持板１２が配され、支持板１２同士が締結部材１３（例えば、ボルト、リベット、金属ベルト等）により締結固定されている。
【００８５】
最上部の電池セル９１のカソード側集電板２１の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、カソード側集電板２１と上側の支持板１２とに亘りカソード支え軸部材として電極ねじ軸９２が設けられ、電極ねじ軸９２は上側の支持板１２を貫通して螺合している。そして、電極ねじ軸９２の上端部に形成された頭部９２ａが支持板１２の上部の外側に配されている。頭部９２ａを介して電極ねじ軸９２の支持板１２に対する螺合状態を調整することにより、カソード側集電板２１に対する電極ねじ軸９２の押圧力を調整することができる。
【００８６】
最下部の電池セル９１のアノード側集電板２２の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、アノード側集電板２２と下側の支持板１２とに亘り支え軸部材として貫通電極ねじ軸９５がそれぞれの電極ねじ軸９２に対向して設けられ、貫通電極ねじ軸９５はアノード体１６を貫通し、更に、下側の支持板１２を貫通して螺合している。そして、貫通電極ねじ軸９５の下端部に形成された頭部９５ａが支持板１２の下部の外側に配されている。頭部９５ａを介して貫通電極ねじ軸９５の支持板１２に対する螺合状態を調整することにより、アノード側集電板２２に対する貫通電極ねじ軸９５の押圧力を調整することができる。
【００８７】
最上部の電池セル９１のアノード側集電板２２の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、アノード側集電板２２の下面と中段部の電池セル９１のカソード側集電板２１の上面とに亘り、支え部材及びカソード支え部材としての貫通電極軸９６がそれぞれの電極ねじ軸９２に対向して設けられている。貫通電極軸９６は最上部の電池セル９１のアノード体１６を貫通し、貫通電極軸９６の貫通部にはパッキン３８が設けられている。
【００８８】
最下部の電池セル９１のカソード側集電板２１の複数箇所（図示例では２箇所）の部位には、カソード側集電板２１の上面と中段部の電池セル９１のアノード側集電板２２の下面とに亘り、支え部材及びカソード支え部材としての貫通電極軸９６がそれぞれの貫通電極ねじ軸９５に対向して設けられている。貫通電極軸９６は中段部の電池セル９１のアノード体１６を貫通し、貫通電極軸９６の貫通部にはパッキン３８が設けられている。
【００８９】
最上部の電池セル９１の複数の電極ねじ軸９２、最下部の電池セル９１の複数の貫通電極ねじ軸９５、及び、中段部の電池セル９１の上下に設けられた貫通電極軸９６により、３つの電池セル９１のカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の複数箇所の部位が支えられ、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２の撓みを低減することができる。
【００９０】
頭部９２ａを介して電極ねじ軸９２の支持板１２に対する螺合状態を調整することにより、最上部の電池セル９１のカソード側集電板２１に対する電極ねじ軸９２の押圧力を調整することができ、頭部９５ａを介して貫通電極ねじ軸９５の支持板１２に対する螺合状態を調整することにより、最下部の電池セル９１のアノード側集電板２２に対する貫通電極ねじ軸９５の押圧力を調整することができる。
【００９１】
これにより、３つの電池セル９１のカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２自身の面内変位が確実に阻止され、３つの電池セル９１のカソード側集電板２１とアノード側集電板２２に押圧力を十分に与えることができ、ガス拡散層１８が十分な押圧力（固体高分子膜側への押圧力）で押圧され、３つの電池セル９１の発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。押圧力の調整は、３つの電池セル９１を組み付けた後に、発電面に対する集電板の押圧力の調整を行うことができ、燃料電池９０を組み立てた後であっても、燃料電池９０の個体差に拘わらず発電性能を最適に調整することができる。
【００９２】
最上部の電池セル９１の電極ねじ軸９２の頭部９２ａ及び最下部の電池セル９１の貫通電極ねじ軸９５の頭部９５ａにより電極ねじ軸９２及び貫通電極ねじ軸９５（最上部の電池セル９１のカソード側集電板２１及び最下部の電池セル９１のアノード側集電板２２）が外部と電気的に接続可能とされ、更に、最上部の電池セル９１のアノード側集電板２２と中段部の電池セル９１のカソード側集電板２１、及び、中段部の電池セル９１のアノード側集電板２２と最下部の電池セル９１のカソード側集電板２１が、それぞれ貫通電極軸９６で接続されている。
【００９３】
これにより、３つの電池セル９１で構成される３層構造の燃料電池９０で発生した電力は、カソード側集電板２１及びアノード側集電板２２を支える電極ねじ軸９２、貫通電極軸９６及び貫通電極ねじ軸９５から、頭部９２ａ及び頭部９５ａを介して支持板１２の面部の外側部に取り出される。
【００９４】
従って、３層構造の燃料電池９０であっても、短い経路による電力の取出しが可能になり、電力の配線構造に影響を与えることなく、セルの面内でカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２に十分な押圧力を確実に与えてカソード側集電板２１及びアノード側集電板２２により発電面全体に十分な押圧力をかけることができる。
【００９５】
そして、燃料電池９０で発生した電力を電極ねじ軸９２、貫通電極ねじ軸９５及び貫通電極軸９６を用いて、電極ねじ軸９２の頭部９２ａ及び貫通電極ねじ軸９５の頭部９５ａから外部に取り出すことができるので、カソード体１５及びアノード体１６を通して電力を取り出す必要がなく、カソード体１５及びアノード体１６を絶縁体（例えば、樹脂）で形成することができる。これにより、電池セル９１を軽量化することが可能になる。
【００９６】
上述したように、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２がカソード体１５及びアノード体１６に固定された際、アノード体１６を貫通して電極とされる軸部材により、固体高分子膜１７（ガス拡散層１８）に対してカソード側集電板２１とアノード側集電板２２を十分な加圧力で接触させることが可能になる。このため、電力の配線構造に影響を与えることなく、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２に十分な加圧力が与えられ、固体高分子膜１７（ガス拡散層１８）の面の全体に対して十分な押圧力をかけることが可能になる。
【００９７】
このため、電力の配線構造に影響を与えることなく、電池セルの面内での発電性能のばらつきをなくすことができ、燃料電池２の電池性能を向上させることが可能になる。また、電力の配線構造に影響を与えることなく、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２に十分な加圧力が与えられ、固体高分子膜１７（ガス拡散層１８）の面の全体に対して十分な押圧力をかけることができる燃料電池を備えた燃料電池装置とすることが可能になる。
【００９８】
また、カソード側集電板２１とアノード側集電板２２を十分な加圧力で接触させるための部材が、アノード体１６を貫通して電極となる軸部材であるので、アノード体１６（含むカソード体１５）を絶縁材で形成することができる。これにより、樹脂等でアノード体１６（含むカソード体１５）を形成することにより、電池セルを軽量化することが可能になり、燃料電池の軽量化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、燃料電池及び燃料電池装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池装置
２、６０、７０、８０、９０  燃料電池
３  燃料貯蔵源
４  燃料供給系
５  制御回路
６  使用機器
１１、６１、７１、８１、９１  電池セル
１２  支持板
１３  締結部材
１５  カソード体
１６  アノード体
１７  固体高分子膜
１８  ガス拡散層
２１  カソード側集電板
３１、６２  電極軸
３２、３６  外部電極
３５  貫通電極軸
３７  周溝
３８  パッキン
６３、６６  外部電極軸
６５、８２、９６  貫通電極軸
９２  電極ねじ軸
９５  貫通電極ねじ軸
【図１】
2012064386.tif 000003
【図２】
2012064386.tif 000004
【図３】
2012064386.tif 000005
【図４】
2012064386.tif 000006
【図５】
2012064386.tif 000007
【図６】
2012064386.tif 000008
【図７】
2012064386.tif 000009
【図８】
2012064386.tif 000010
【図９】
2012064386.tif 000011