燃料電池
【課題】平面配列型の燃料電池をコンパクト化する。
【解決手段】電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、隣接するセルを電気的に接続する電気接続手段と、絶縁体と、を備え、電気接続手段の周囲に電解質膜及び／又は絶縁体が存在し、電気接続手段がアノードおよびカソードの周囲の全体または一部に接することにより、電気接続手段と各セルのアノードおよびカソードとの電気的な接続が得られ、電気接続手段が屈曲し、電気接続手段および電気接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体がアノード面又はカソード面に突出していることを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、隣接するセルを電気的に接続する電気接続手段と、絶縁体と、を備え、電気接続手段の周囲に電解質膜及び／又は絶縁体が存在し、電気接続手段がアノードおよびカソードの周囲の全体または一部に接することにより、電気接続手段と各セルのアノードおよびカソードとの電気的な接続が得られ、電気接続手段が屈曲し、電気接続手段および電気接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体がアノード面又はカソード面に突出していることを特徴とする。
【選択図】図３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。より具体的には、本発明は、セルが平面配列された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている（特許文献１参照）。燃料としては、特許文献１に示したメタノールの他、水素吸蔵合金や水素ボンベに格納された水素を利用することが研究されている。
【特許文献１】特開２００４−１４６０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セルが平面配列された平面配列型の燃料電池では、各セルから電力を取り出すために、電極（アノードおよびカソード）の表面に集電体が接触して設けられている。集電体を電極の表面に接触させる場合には、電極と集電体との接触性を高めるために、ねじなどの締結部材を用いて集電体を電極に押しつける必要がある。このため、締結部材が占める部分が燃料電池をコンパクト化する際の障害となっていた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面配列型の燃料電池をコンパクト化する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、隣接するセルを電気的に接続する電気接続手段と、絶縁体と、を備え、電気接続手段の周囲に電解質膜及び絶縁体が存在し、電気接続手段がアノードおよびカソードの周囲の全体または一部に接することにより、電気接続手段と各セルのアノードおよびカソードとの電気的な接続が得られ、電気接続手段が屈曲し、電気接続手段および接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体がアノード面またはカソード面のいずれか一方の面に突出していることを特徴とする。ここで、電気接続手段とは、集電体、インターコネクタなどの導電部材をいう。
【０００７】
この態様によれば、電極（アノードおよびカソード）と集電体との接触が電極の周囲の全
体または一部において得られているため、電極の表面に集電体を接触させる場合に必要とされた締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【０００８】
上記態様の燃料電池において、電気接続手段がアノードの面に突出し、カソードの少なくとも一部は、その外周部分に接続された電気接続手段に対して凸になっていてもよい。
【０００９】
上記態様の燃料電池において、電気接続手段が隣接するセルを電気的に直列に接続するインターコネクタを含み、インターコネクタが隣接するセルの間に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平面配列型の燃料電池をより一層コンパクト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（参考の形態１）
図１は、参考の形態１に係る燃料電池の分解斜視図である。燃料電池１０は、膜電極接合体２０、水素吸蔵合金タンク３０、アノード側筐体４０、カソード側筐体４２を備える。膜電極接合体２０の詳細な構造については後述し、燃料電池１０の全体的な概略構造について説明する。
【００１３】
膜電極接合体２０の一方の面には、アノード側筐体４０が設けられ、アノード側筐体４０内に、アノード側の部材が格納される。具体的には、膜電極接合体２０のアノード側の面には、アノードカバー５０および水素吸蔵合金タンク３０が設けられている。
【００１４】
アノードカバー５０によって、膜電極接合体２０のアノードに面し、水素が充填される空間が形成される。水素吸蔵合金タンク３０には、水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金（たとえば、希土類系のＭｍ（ミッシュメタル）Ｎｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1 Ｆｅ0.1 Ｃｏ0.3）が格納されている。なお、水素吸蔵合金は、希土類系に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｔｉ−Ｚｒ系、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｚｒ−Ｍｎ系等であってもよい。
【００１５】
水素吸蔵合金タンク３０には、補給用の水素を貯蔵する外部ボンベ（図示せず）に接続可能な燃料補給口３２が設けられている。燃料補給口３２に外部ボンベを接続することにより、水素吸蔵合金タンク３０内の水素吸蔵合金に水素を補充可能である。
【００１６】
水素吸蔵合金タンク３０に貯蔵された水素は、レギュレータ３４を介して膜電極接合体２０のアノードに供給される。レギュレータ３４により、外部ボンベから水素吸蔵合金に水素が補充される際や、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、アノードに供給される水素の圧力が低減され、アノードが保護される。
【００１７】
また、アノード側筐体４０内には、制御回路７０が格納されている。制御回路７０は、燃料電池１０で発生する電圧を調整し、一定の値を外部に出力するＤＣ−ＤＣコンバータなどの電気回路を含む。
【００１８】
一方、膜電極接合体２０の他方の面には、カソード側筐体４２が設けられ、カソード側筐体４２内に、カソード側の部材が格納される。具体的には、膜電極接合体２０のカソード側の面には、パッキン６０を介してメッシュ状のカソードフィルタ６２が設けられている。カソードフィルタ６２により、外部から取り込まれる空気の塵やほこりが除去される。
【００１９】
図２は、膜電極接合体２０の構造の要部を示す斜視図である。膜電極接合体２０は、電解質膜２２、アノード２４ａ、ｂおよび、アノード２４ａ、ｂにそれぞれ対向するカソード２６ａ、ｂを備える。すなわち、膜電極接合体２０において、複数のセルが平面状に形成されている。アノード２４ａ、ｂには、水素吸蔵合金タンク３０から水素が供給される。カソード２６ａ、ｂには空気が供給される。燃料電池１０は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。なお、図２に示した膜電極接合体の例では、セルの数が２であるが、セルの数は任意である。また、複数のセルを縦横に配列することも可能である。
【００２０】
アノード２４ａ、ｂは、電解質膜２２の一方の面に離間した状態で形成されている。本実施の形態では、各アノード２４ａ、ｂの周囲の一辺にそれぞれ集電体８０ａ、ｂが接続されている。また、集電体８０ａ、ｂが設けられた辺とは反対側の各アノード２４ａ、ｂの側面には、絶縁体８４ａ、ｂが設けられている。絶縁体８４ａ、ｂにより、隣接するアノード間において一方のアノードに接続された集電体と他方のアノードとが絶縁されている。
【００２１】
一方、カソード２６ａ、ｂは、電解質膜２２の他方の面に離間した状態で形成されている。アノードと同様に、各カソード２６ａ、ｂの周囲の一辺にそれぞれ集電体８２ａ、ｂが接続されている。ただし、カソード側において、集電体８２ａ、ｂは、電解質膜２２を挟んでアノード側に設けられた絶縁体８４ａ、ｂとそれぞれ対向する位置に設けられている。また、集電体８２ａ、ｂが設けられた辺とは反対側の各カソード２６ａ、ｂの側面には、絶縁体８６ａ、ｂが設けられている。絶縁体８６ａ、ｂにより、隣接するカソード間において一方のカソードに接続された集電体と他方のカソードとが絶縁されている。
【００２２】
なお、集電体８０ａ，ｂおよび集電体８２ａ、ｂは、たとえば、アルミニウム、金、白金などの金属あるいはカーボンからなる導電材料により構成される。
【００２３】
隣接するセルにおいて、一方のセルのアノード側の集電体８０と他方のセルのカソード側の集電体８２とは、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタ（図示せず）により電気的に接続される。図２の例では、集電体８０ｂと集電体８２ａとがインターコネクタにより接続される。これにより、各セルが電気的に直列に接続される。
【００２４】
電解質膜２２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、アノード２４とカソード２６との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜２２は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
【００２５】
アノード２４ａ、ｂおよびカソード２６ａ、ｂは、イオン交換樹脂と触媒粒子からなる触媒層で構成される。
【００２６】
イオン交換樹脂は、触媒担持炭素粒子と電解質膜２２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、電解質膜２２と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。
【００２７】
参考の形態の燃料電池によれば、電極（アノードおよびカソード）と集電体との接触が電極の周囲において得られているため、電極の表面に集電体を接触させる場合に必要とされ
た締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、集電体が電極の一辺に沿って設けられているため、集電体の投影面積を小さくすることができ、この分だけセル（発電部分）の面積を大きくすることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。図３は、実施の形態２に係る燃料電池の膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態２の膜電極接合体２０では、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部１００が形成されている。突出部１００において、電解質膜２２が折り返されている。カソード２６ａと接する集電体８２ａの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａの延長部分は、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａと接し、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂとは離間している。集電体８２ａと電解質膜２２ｂとの間に絶縁体８６ｂが埋め込まれている。絶縁体８６ｂにより、集電体８２ａと電解質膜２２ｂとが絶縁されている。また、アノード側において、アノード２４ｂと接する集電体８０ｂの延長部分が、電解質膜２２ｂに沿って設けられている。なお、突出部（電気接続手段）がアノード側に突き出しているため、本実施の形態では、カソードにおける空気の拡散性が確保されている。
【００３０】
本実施の形態によれば、セルの間隔を広げることなく（発電面積効率を損なうことなく）、集電体の断面積を大きくすることにより、集電体における抵抗による電圧ロスを低減することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態のように、膜電極接合体２０に突出部１００を設ける場合には、図４に示すように、アノードカバー５０に突出部１００を挿入可能な溝５２を設けることが望ましい。これによれば、突出部１００を安定的に固定することができる。
【００３２】
（参考の形態３）
参考の形態３に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。参考の形態１の燃料電池では、膜電極接合体２０の端部にインターコネクタを設けることにより、各セルを電気的に直列に接続しているが、各セルを直列に接続する手段はこれに限られない。参考の形態３の膜電極接合体２０では、図５に示すように、インターコネクタ１１０が隣接するセルの間に設けられている。具体的には、隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが参考の形態１に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００３３】
参考の形態によれば、インターコネクタが膜電極接合体２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、電子の移動距離が小さくなり、集電体における抵抗による電圧ロスをさらに低減することができる。
【００３４】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。図６は、実施の形態４で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態４の膜電極接合体２０では、実施の形態２と同様に、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部１００が形成されている。本実施の形態では、セル間に設けられたインターコネクタ１１０が突出部１００において電解質膜２２を貫通している。インターコネクタ１１０により、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが電気的
に接続されている。
【００３５】
本実施の形態によれば、参考の形態３の効果に加えて、セルの間隔を広げることなく（発電面積効率を損なうことなく）、集電体の断面積を大きくすることにより、集電体における抵抗による電圧ロスを低減することができる。
【００３６】
（参考の形態５）
参考の形態５に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。参考の形態１，３および実施の形態２、４では、各セルの電極の一辺に沿って集電体が設けられているが、参考の形態では、各セルの電極の周囲全体（四辺）に集電体が設けられ、電極周囲の各辺と集電体とが接している。図７は、参考の形態５で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。参考の形態では、集電体８０ａ、ｂは、それぞれ、アノード２４ａ、ｂの周囲全体に設けられ、アノード２４ａ、ｂ周囲の四辺の側面に接している。また、集電体８２ａ、ｂは、それぞれ、カソード２６ａ、ｂの周囲全体に設けられ、カソード２６ａ、ｂ周囲の四辺の側面に接している。隣接するセルの間において、集電体８０ａと集電体８０ｂとは、絶縁体８４ａによって絶縁されている。また、集電体８２ａと集電体８２ｂとは、絶縁体８６ａによって絶縁されている。隣接するセルにおいて、一方のセルのアノード側の集電体８０と他方のセルのカソード側の集電体８２とは、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタ（図示せず）により電気的に接続される。これにより、各セルが電気的に直列に接続される。
【００３７】
これによれば、電極周囲の四辺が集電体と接しているため、集電性を損なうことなく、セルの大きさ(幅)を大きくすることができる。また、集電体が電極に対して対称的に設けられているため、電子(電流)が分散し、集電性を高めることができる。
【００３８】
（実施の形態６）
図８は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。本実施の形態では、参考の形態５に示した膜電極接合体のアノード側において隣接するセルの間に突出部１００が設けられている。突出部１００において、電解質膜２２が折り返されている。カソード２６ａと接する集電体８２ａの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａの延長部分は、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａと接し、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂとは離間している。また、カソード２６ｂと接する集電体８２ｂの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ｂの延長部分は、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂと接し、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａとは離間している。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａと集電体８２ｂとの間に絶縁体８６ａが埋め込まれている。絶縁体８６ａにより、集電体８２ａと集電体８２ｂとが絶縁されている。
【００３９】
また、アノード側において、アノード２４ａと接する集電体８０ａの延長部分が、電解質膜２２aに沿って設けられている。また、アノード２４ｂと接する集電体８０ｂの延長部分が、電解質膜２２ｂに沿って設けられている。集電体８０ａと集電体８０ｂとは絶縁体８４ａにより絶縁されている。
【００４０】
（膜電極接合体の作製方法１）
図９は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の作製方法を示す工程図である。まず、図９（Ａ）に示すように、印刷法を用いて、電解質膜２２の一方の面に所定の間隔で複数のカソード（触媒層）２６を形成するとともに、電解質膜２２の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード（触媒層）２４を形成する。また、隣接するカソード間において、各カソードの周囲全体に設けられ、カソード周囲の各辺に接続された一対
の集電体８２を形成した後、一対の集電体８２を被覆するように、絶縁体８６を形成する。また、隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体８０を形成する。
【００４１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、隣接するカソードの中心部分で電解質膜２２を折り曲げることにより、アノード側に突出部１００を突出させる。次に、絶縁性の接着ペーストなどを用いて、図９（Ｂ）に示した部分Ｘ（絶縁体８６の端部）同士を接着させる。また、隣接するセルの間の集電体８０同士を絶縁するために、領域Ｙに絶縁体を形成する。以上の工程により、実施の形態６で用いられる膜電極接合体を形成することができる。
【００４２】
（膜電極接合体の作製方法２）
図１０は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の他の作製方法を示す工程図である。本工程では、まず、図１０（Ａ）に示すように、絶縁体８６の両面にそれぞれ集電体８２を形成した部材を予め作製する。一方、電解質膜２２の一方の面に所定の間隔で複数のカソード（触媒層）２６を形成する。また、電解質膜２２の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード（触媒層）２４を形成する。隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体８０を形成する。
【００４３】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、隣接するカソードの中心部分で電解質膜２２を折り曲げることにより、アノード側に突出部１００を突出させる。次に、集電体８２とカソード２６の側面との接合部分Ｚを導電ペースト１２０で接着する。さらに、また、隣接するセルの間の集電体８０同士を絶縁するために、領域Ｙに絶縁体を形成する。
【００４４】
（参考の形態７）
参考の形態５では、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態７では、参考の形態５に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図１１に示すように、参考の形態７の膜電極接合体２０では、インターコネクタ１１０が隣接するセルの間に設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが参考の形態５に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００４５】
参考の形態によれば、参考の形態５の効果に加えて、インターコネクタが膜電極接合体２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、電子の移動距離が小さくなり、集電体における抵抗による電圧ロスをさらに低減することができる。
【００４６】
（実施の形態８）
実施の形態６では、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態８では、実施の形態６に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図１２に示すように、実施の形態８の膜電極接合体２０では、突出部１００内において、隣接するセルの間にインターコネクタ１１０が設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが実施の形態６に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００４７】
本実施の形態によれば、実施の形態６の効果に加えて、インターコネクタが膜電極接合体
２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、インターコネクタに必要な占有面積を低減することができる。この結果、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【００４８】
（実施の形態９）
実施の形態８の膜電極接合体２０では、カソード２６ａ、ｂが平坦な形状であるが、カソード２６ａ、ｂの形状は平坦でなくてもよい。図１３に示すように、実施の形態９の膜電極接合体２０では、カソード２６ａ、ｂは、それぞれ、その外周部分に対して中央部分が凸になっている。また、カソード２６ａ、ｂの外周部分は、なめらかに湾曲した形状（Ｒ部分）となっている。
【００４９】
これによれば、突出部（電気接続手段）を突出させるために要する集電体のＲ部分をも電極として有効に使えるようになるので、燃料電池の投影面積当たりの有効電極面積を増大させることが可能となり、小型高出力化の効果が高まる。
【００５０】
また、拡散性の点で拡散分極の増加要因になりやすい空気（大気）との接触界面、および生成水の放出面積が相対的に増加するため、前記拡散分極が低減し、小型化、高出力化の効果が高まる。
【００５１】
なお、アノードに燃料として純水素を供給する場合には、燃料の拡散性の影響が小さいので、アノード側に設けられた一組の突出部に挟まれた凹部に触媒層またはガス拡散層などのアノードの一部が埋め込まれていてもよい。これによれば、セル強度が向上する。
【００５２】
なお、本実施の形態では、カソード２６ａ、ｂは、それぞれ、その外周部分に対して中央部分が凸になっているが、カソード２６ａ、ｂは波状であってもよい。上述した効果は、カソード２６ａ、ｂの少なくとも一部が、その外周部分に接続された集電体に対して凸になっている構成によっても得られる。
【００５３】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００５４】
たとえば、突出部１００の形状および形態は、実施の形態２、４、６および８に示したようなＵ字状に限られない。たとえば、図１４に示すように、突出部１００は三角形状であってもよい。また、図１５に示すように、突出部１００に屈曲箇所が２カ所設けられていてもよい。また、図１６に示すように、突出部１００において、集電体８２ａおよび８２ｂが巻回され、集電体８２ａと集電体８２ｂとが絶縁体８６により絶縁されていてもよい。これによれば、集電体８２ａ、８２ｂの断面積を大きくすることにより、電圧ロスをより低減することができる。
【００５５】
また、上述の各形態では、一枚の電解質膜の表裏に複数のセルに対応してアノードおよびカソードが形成されているが、電解質膜は、複数のセル毎に分離されていてもよい。具体的には、参考の形態１の変形例としては、図１７に示すように、隣接するセル間において、ポリイミド、テフロン（登録商標）シートなどの樹脂基材２００を設け、樹脂基材２００の一方の面に、アノード２４ｂの側面に接触する集電体８０ｂと、集電体８０ｂとアノード２４ａとを絶縁する絶縁体８４ａが設けられる。一方、樹脂基材２００の他方の面に、カソード２６ａの側面に接触する集電体８２ａと、集電体８２ａとカソード２６ｂとを絶縁する絶縁体８６ａが設けられる。また、図１８は、実施の形態２の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。この場合には、樹脂基材２００に折り返しを予め設けておき、この樹脂基材２００に実施の形態２と同様に、集電体８２ａ、８
０ｂおよび絶縁体８６ｂが形成されている。
【００５６】
このような変形例によれば、樹脂基材２００が膨潤しにくいため、集電体および絶縁体が剥離することを抑制することができる。
【００５７】
このような変形例に係る膜電極接合体は、たとえば、以下に示す手順により作製可能である。まず、未加工の樹脂基材を用意し、エッチングなどにより、セル部分などに必要な穴を樹脂基材にあける。次に、隣接するセル部分の間の樹脂基材の表裏に集電体および絶縁体を形成する。次に、セル部分の穴に電解質溶液を充填する。最後に、電解質の表裏にそれぞれ、カソード用、アノード用の触媒層を作製する。以上の工程により、図１８に示す実施の形態２の変形例の膜電極接合体を作製することができる。
【００５８】
なお、燃料電池を構成する複数のセルは、全てが直列に接続されている必要はない。たとえば、複数のセルの半分ずつを直列に接続し、直列に接続されたセルの組を並列に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】参考の形態１に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図２】参考の形態１で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図３】実施の形態２で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る燃料電池の要部を示す分解斜視図である。
【図５】参考の形態３で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図６】実施の形態４で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図７】参考の形態５で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図８】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図９】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の作製方法を示す工程図である。
【図１０】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の他の作製方法を示す工程図である。
【図１１】参考の形態７で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１２】実施の形態８で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１３】実施の形態９で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１４】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１５】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１６】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１７】参考の形態１の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図１８】実施の形態２の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 燃料電池、２０ 膜電極接合体、２２ 電解質膜、３０ 水素吸蔵合金タンク、４０ アノード側筐体、４２ カソード側筐体、５０ アノードカバー、６０ パッキン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。より具体的には、本発明は、セルが平面配列された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている（特許文献１参照）。燃料としては、特許文献１に示したメタノールの他、水素吸蔵合金や水素ボンベに格納された水素を利用することが研究されている。
【特許文献１】特開２００４−１４６０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セルが平面配列された平面配列型の燃料電池では、各セルから電力を取り出すために、電極（アノードおよびカソード）の表面に集電体が接触して設けられている。集電体を電極の表面に接触させる場合には、電極と集電体との接触性を高めるために、ねじなどの締結部材を用いて集電体を電極に押しつける必要がある。このため、締結部材が占める部分が燃料電池をコンパクト化する際の障害となっていた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面配列型の燃料電池をコンパクト化する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、隣接するセルを電気的に接続する電気接続手段と、絶縁体と、を備え、電気接続手段の周囲に電解質膜及び絶縁体が存在し、電気接続手段がアノードおよびカソードの周囲の全体または一部に接することにより、電気接続手段と各セルのアノードおよびカソードとの電気的な接続が得られ、電気接続手段が屈曲し、電気接続手段および接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体がアノード面またはカソード面のいずれか一方の面に突出していることを特徴とする。ここで、電気接続手段とは、集電体、インターコネクタなどの導電部材をいう。
【０００７】
この態様によれば、電極（アノードおよびカソード）と集電体との接触が電極の周囲の全
体または一部において得られているため、電極の表面に集電体を接触させる場合に必要とされた締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【０００８】
上記態様の燃料電池において、電気接続手段がアノードの面に突出し、カソードの少なくとも一部は、その外周部分に接続された電気接続手段に対して凸になっていてもよい。
【０００９】
上記態様の燃料電池において、電気接続手段が隣接するセルを電気的に直列に接続するインターコネクタを含み、インターコネクタが隣接するセルの間に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平面配列型の燃料電池をより一層コンパクト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（参考の形態１）
図１は、参考の形態１に係る燃料電池の分解斜視図である。燃料電池１０は、膜電極接合体２０、水素吸蔵合金タンク３０、アノード側筐体４０、カソード側筐体４２を備える。膜電極接合体２０の詳細な構造については後述し、燃料電池１０の全体的な概略構造について説明する。
【００１３】
膜電極接合体２０の一方の面には、アノード側筐体４０が設けられ、アノード側筐体４０内に、アノード側の部材が格納される。具体的には、膜電極接合体２０のアノード側の面には、アノードカバー５０および水素吸蔵合金タンク３０が設けられている。
【００１４】
アノードカバー５０によって、膜電極接合体２０のアノードに面し、水素が充填される空間が形成される。水素吸蔵合金タンク３０には、水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金（たとえば、希土類系のＭｍ（ミッシュメタル）Ｎｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1 Ｆｅ0.1 Ｃｏ0.3）が格納されている。なお、水素吸蔵合金は、希土類系に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｔｉ−Ｚｒ系、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｚｒ−Ｍｎ系等であってもよい。
【００１５】
水素吸蔵合金タンク３０には、補給用の水素を貯蔵する外部ボンベ（図示せず）に接続可能な燃料補給口３２が設けられている。燃料補給口３２に外部ボンベを接続することにより、水素吸蔵合金タンク３０内の水素吸蔵合金に水素を補充可能である。
【００１６】
水素吸蔵合金タンク３０に貯蔵された水素は、レギュレータ３４を介して膜電極接合体２０のアノードに供給される。レギュレータ３４により、外部ボンベから水素吸蔵合金に水素が補充される際や、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、アノードに供給される水素の圧力が低減され、アノードが保護される。
【００１７】
また、アノード側筐体４０内には、制御回路７０が格納されている。制御回路７０は、燃料電池１０で発生する電圧を調整し、一定の値を外部に出力するＤＣ−ＤＣコンバータなどの電気回路を含む。
【００１８】
一方、膜電極接合体２０の他方の面には、カソード側筐体４２が設けられ、カソード側筐体４２内に、カソード側の部材が格納される。具体的には、膜電極接合体２０のカソード側の面には、パッキン６０を介してメッシュ状のカソードフィルタ６２が設けられている。カソードフィルタ６２により、外部から取り込まれる空気の塵やほこりが除去される。
【００１９】
図２は、膜電極接合体２０の構造の要部を示す斜視図である。膜電極接合体２０は、電解質膜２２、アノード２４ａ、ｂおよび、アノード２４ａ、ｂにそれぞれ対向するカソード２６ａ、ｂを備える。すなわち、膜電極接合体２０において、複数のセルが平面状に形成されている。アノード２４ａ、ｂには、水素吸蔵合金タンク３０から水素が供給される。カソード２６ａ、ｂには空気が供給される。燃料電池１０は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。なお、図２に示した膜電極接合体の例では、セルの数が２であるが、セルの数は任意である。また、複数のセルを縦横に配列することも可能である。
【００２０】
アノード２４ａ、ｂは、電解質膜２２の一方の面に離間した状態で形成されている。本実施の形態では、各アノード２４ａ、ｂの周囲の一辺にそれぞれ集電体８０ａ、ｂが接続されている。また、集電体８０ａ、ｂが設けられた辺とは反対側の各アノード２４ａ、ｂの側面には、絶縁体８４ａ、ｂが設けられている。絶縁体８４ａ、ｂにより、隣接するアノード間において一方のアノードに接続された集電体と他方のアノードとが絶縁されている。
【００２１】
一方、カソード２６ａ、ｂは、電解質膜２２の他方の面に離間した状態で形成されている。アノードと同様に、各カソード２６ａ、ｂの周囲の一辺にそれぞれ集電体８２ａ、ｂが接続されている。ただし、カソード側において、集電体８２ａ、ｂは、電解質膜２２を挟んでアノード側に設けられた絶縁体８４ａ、ｂとそれぞれ対向する位置に設けられている。また、集電体８２ａ、ｂが設けられた辺とは反対側の各カソード２６ａ、ｂの側面には、絶縁体８６ａ、ｂが設けられている。絶縁体８６ａ、ｂにより、隣接するカソード間において一方のカソードに接続された集電体と他方のカソードとが絶縁されている。
【００２２】
なお、集電体８０ａ，ｂおよび集電体８２ａ、ｂは、たとえば、アルミニウム、金、白金などの金属あるいはカーボンからなる導電材料により構成される。
【００２３】
隣接するセルにおいて、一方のセルのアノード側の集電体８０と他方のセルのカソード側の集電体８２とは、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタ（図示せず）により電気的に接続される。図２の例では、集電体８０ｂと集電体８２ａとがインターコネクタにより接続される。これにより、各セルが電気的に直列に接続される。
【００２４】
電解質膜２２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、アノード２４とカソード２６との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜２２は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
【００２５】
アノード２４ａ、ｂおよびカソード２６ａ、ｂは、イオン交換樹脂と触媒粒子からなる触媒層で構成される。
【００２６】
イオン交換樹脂は、触媒担持炭素粒子と電解質膜２２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、電解質膜２２と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。
【００２７】
参考の形態の燃料電池によれば、電極（アノードおよびカソード）と集電体との接触が電極の周囲において得られているため、電極の表面に集電体を接触させる場合に必要とされ
た締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、集電体が電極の一辺に沿って設けられているため、集電体の投影面積を小さくすることができ、この分だけセル（発電部分）の面積を大きくすることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。図３は、実施の形態２に係る燃料電池の膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態２の膜電極接合体２０では、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部１００が形成されている。突出部１００において、電解質膜２２が折り返されている。カソード２６ａと接する集電体８２ａの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａの延長部分は、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａと接し、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂとは離間している。集電体８２ａと電解質膜２２ｂとの間に絶縁体８６ｂが埋め込まれている。絶縁体８６ｂにより、集電体８２ａと電解質膜２２ｂとが絶縁されている。また、アノード側において、アノード２４ｂと接する集電体８０ｂの延長部分が、電解質膜２２ｂに沿って設けられている。なお、突出部（電気接続手段）がアノード側に突き出しているため、本実施の形態では、カソードにおける空気の拡散性が確保されている。
【００３０】
本実施の形態によれば、セルの間隔を広げることなく（発電面積効率を損なうことなく）、集電体の断面積を大きくすることにより、集電体における抵抗による電圧ロスを低減することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態のように、膜電極接合体２０に突出部１００を設ける場合には、図４に示すように、アノードカバー５０に突出部１００を挿入可能な溝５２を設けることが望ましい。これによれば、突出部１００を安定的に固定することができる。
【００３２】
（参考の形態３）
参考の形態３に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。参考の形態１の燃料電池では、膜電極接合体２０の端部にインターコネクタを設けることにより、各セルを電気的に直列に接続しているが、各セルを直列に接続する手段はこれに限られない。参考の形態３の膜電極接合体２０では、図５に示すように、インターコネクタ１１０が隣接するセルの間に設けられている。具体的には、隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが参考の形態１に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００３３】
参考の形態によれば、インターコネクタが膜電極接合体２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、電子の移動距離が小さくなり、集電体における抵抗による電圧ロスをさらに低減することができる。
【００３４】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。図６は、実施の形態４で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態４の膜電極接合体２０では、実施の形態２と同様に、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部１００が形成されている。本実施の形態では、セル間に設けられたインターコネクタ１１０が突出部１００において電解質膜２２を貫通している。インターコネクタ１１０により、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが電気的
に接続されている。
【００３５】
本実施の形態によれば、参考の形態３の効果に加えて、セルの間隔を広げることなく（発電面積効率を損なうことなく）、集電体の断面積を大きくすることにより、集電体における抵抗による電圧ロスを低減することができる。
【００３６】
（参考の形態５）
参考の形態５に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態１と同様である。参考の形態１，３および実施の形態２、４では、各セルの電極の一辺に沿って集電体が設けられているが、参考の形態では、各セルの電極の周囲全体（四辺）に集電体が設けられ、電極周囲の各辺と集電体とが接している。図７は、参考の形態５で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。参考の形態では、集電体８０ａ、ｂは、それぞれ、アノード２４ａ、ｂの周囲全体に設けられ、アノード２４ａ、ｂ周囲の四辺の側面に接している。また、集電体８２ａ、ｂは、それぞれ、カソード２６ａ、ｂの周囲全体に設けられ、カソード２６ａ、ｂ周囲の四辺の側面に接している。隣接するセルの間において、集電体８０ａと集電体８０ｂとは、絶縁体８４ａによって絶縁されている。また、集電体８２ａと集電体８２ｂとは、絶縁体８６ａによって絶縁されている。隣接するセルにおいて、一方のセルのアノード側の集電体８０と他方のセルのカソード側の集電体８２とは、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタ（図示せず）により電気的に接続される。これにより、各セルが電気的に直列に接続される。
【００３７】
これによれば、電極周囲の四辺が集電体と接しているため、集電性を損なうことなく、セルの大きさ(幅)を大きくすることができる。また、集電体が電極に対して対称的に設けられているため、電子(電流)が分散し、集電性を高めることができる。
【００３８】
（実施の形態６）
図８は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。本実施の形態では、参考の形態５に示した膜電極接合体のアノード側において隣接するセルの間に突出部１００が設けられている。突出部１００において、電解質膜２２が折り返されている。カソード２６ａと接する集電体８２ａの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａの延長部分は、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａと接し、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂとは離間している。また、カソード２６ｂと接する集電体８２ｂの延長部分が、折り返された電解質膜２２の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ｂの延長部分は、カソード２６ｂ側の電解質膜２２ｂと接し、カソード２６ａ側の電解質膜２２ａとは離間している。折り返された電解質膜２２の間において、集電体８２ａと集電体８２ｂとの間に絶縁体８６ａが埋め込まれている。絶縁体８６ａにより、集電体８２ａと集電体８２ｂとが絶縁されている。
【００３９】
また、アノード側において、アノード２４ａと接する集電体８０ａの延長部分が、電解質膜２２aに沿って設けられている。また、アノード２４ｂと接する集電体８０ｂの延長部分が、電解質膜２２ｂに沿って設けられている。集電体８０ａと集電体８０ｂとは絶縁体８４ａにより絶縁されている。
【００４０】
（膜電極接合体の作製方法１）
図９は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の作製方法を示す工程図である。まず、図９（Ａ）に示すように、印刷法を用いて、電解質膜２２の一方の面に所定の間隔で複数のカソード（触媒層）２６を形成するとともに、電解質膜２２の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード（触媒層）２４を形成する。また、隣接するカソード間において、各カソードの周囲全体に設けられ、カソード周囲の各辺に接続された一対
の集電体８２を形成した後、一対の集電体８２を被覆するように、絶縁体８６を形成する。また、隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体８０を形成する。
【００４１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、隣接するカソードの中心部分で電解質膜２２を折り曲げることにより、アノード側に突出部１００を突出させる。次に、絶縁性の接着ペーストなどを用いて、図９（Ｂ）に示した部分Ｘ（絶縁体８６の端部）同士を接着させる。また、隣接するセルの間の集電体８０同士を絶縁するために、領域Ｙに絶縁体を形成する。以上の工程により、実施の形態６で用いられる膜電極接合体を形成することができる。
【００４２】
（膜電極接合体の作製方法２）
図１０は、実施の形態６で用いられる膜電極接合体の他の作製方法を示す工程図である。本工程では、まず、図１０（Ａ）に示すように、絶縁体８６の両面にそれぞれ集電体８２を形成した部材を予め作製する。一方、電解質膜２２の一方の面に所定の間隔で複数のカソード（触媒層）２６を形成する。また、電解質膜２２の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード（触媒層）２４を形成する。隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体８０を形成する。
【００４３】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、隣接するカソードの中心部分で電解質膜２２を折り曲げることにより、アノード側に突出部１００を突出させる。次に、集電体８２とカソード２６の側面との接合部分Ｚを導電ペースト１２０で接着する。さらに、また、隣接するセルの間の集電体８０同士を絶縁するために、領域Ｙに絶縁体を形成する。
【００４４】
（参考の形態７）
参考の形態５では、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態７では、参考の形態５に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図１１に示すように、参考の形態７の膜電極接合体２０では、インターコネクタ１１０が隣接するセルの間に設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが参考の形態５に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００４５】
参考の形態によれば、参考の形態５の効果に加えて、インターコネクタが膜電極接合体２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、電子の移動距離が小さくなり、集電体における抵抗による電圧ロスをさらに低減することができる。
【００４６】
（実施の形態８）
実施の形態６では、膜電極接合体２０の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態８では、実施の形態６に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図１２に示すように、実施の形態８の膜電極接合体２０では、突出部１００内において、隣接するセルの間にインターコネクタ１１０が設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体８０ｂとカソード側の集電体８２ａとが対向するように、集電体８０ｂおよび集電体８２ａが実施の形態６に比べて延長している。インターコネクタ１１０は、集電体８０ｂと集電体８２ａとの間に設けられ、集電体８０ｂと集電体８２ａを電気的に接続する。
【００４７】
本実施の形態によれば、実施の形態６の効果に加えて、インターコネクタが膜電極接合体
２０の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、インターコネクタに必要な占有面積を低減することができる。この結果、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
【００４８】
（実施の形態９）
実施の形態８の膜電極接合体２０では、カソード２６ａ、ｂが平坦な形状であるが、カソード２６ａ、ｂの形状は平坦でなくてもよい。図１３に示すように、実施の形態９の膜電極接合体２０では、カソード２６ａ、ｂは、それぞれ、その外周部分に対して中央部分が凸になっている。また、カソード２６ａ、ｂの外周部分は、なめらかに湾曲した形状（Ｒ部分）となっている。
【００４９】
これによれば、突出部（電気接続手段）を突出させるために要する集電体のＲ部分をも電極として有効に使えるようになるので、燃料電池の投影面積当たりの有効電極面積を増大させることが可能となり、小型高出力化の効果が高まる。
【００５０】
また、拡散性の点で拡散分極の増加要因になりやすい空気（大気）との接触界面、および生成水の放出面積が相対的に増加するため、前記拡散分極が低減し、小型化、高出力化の効果が高まる。
【００５１】
なお、アノードに燃料として純水素を供給する場合には、燃料の拡散性の影響が小さいので、アノード側に設けられた一組の突出部に挟まれた凹部に触媒層またはガス拡散層などのアノードの一部が埋め込まれていてもよい。これによれば、セル強度が向上する。
【００５２】
なお、本実施の形態では、カソード２６ａ、ｂは、それぞれ、その外周部分に対して中央部分が凸になっているが、カソード２６ａ、ｂは波状であってもよい。上述した効果は、カソード２６ａ、ｂの少なくとも一部が、その外周部分に接続された集電体に対して凸になっている構成によっても得られる。
【００５３】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００５４】
たとえば、突出部１００の形状および形態は、実施の形態２、４、６および８に示したようなＵ字状に限られない。たとえば、図１４に示すように、突出部１００は三角形状であってもよい。また、図１５に示すように、突出部１００に屈曲箇所が２カ所設けられていてもよい。また、図１６に示すように、突出部１００において、集電体８２ａおよび８２ｂが巻回され、集電体８２ａと集電体８２ｂとが絶縁体８６により絶縁されていてもよい。これによれば、集電体８２ａ、８２ｂの断面積を大きくすることにより、電圧ロスをより低減することができる。
【００５５】
また、上述の各形態では、一枚の電解質膜の表裏に複数のセルに対応してアノードおよびカソードが形成されているが、電解質膜は、複数のセル毎に分離されていてもよい。具体的には、参考の形態１の変形例としては、図１７に示すように、隣接するセル間において、ポリイミド、テフロン（登録商標）シートなどの樹脂基材２００を設け、樹脂基材２００の一方の面に、アノード２４ｂの側面に接触する集電体８０ｂと、集電体８０ｂとアノード２４ａとを絶縁する絶縁体８４ａが設けられる。一方、樹脂基材２００の他方の面に、カソード２６ａの側面に接触する集電体８２ａと、集電体８２ａとカソード２６ｂとを絶縁する絶縁体８６ａが設けられる。また、図１８は、実施の形態２の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。この場合には、樹脂基材２００に折り返しを予め設けておき、この樹脂基材２００に実施の形態２と同様に、集電体８２ａ、８
０ｂおよび絶縁体８６ｂが形成されている。
【００５６】
このような変形例によれば、樹脂基材２００が膨潤しにくいため、集電体および絶縁体が剥離することを抑制することができる。
【００５７】
このような変形例に係る膜電極接合体は、たとえば、以下に示す手順により作製可能である。まず、未加工の樹脂基材を用意し、エッチングなどにより、セル部分などに必要な穴を樹脂基材にあける。次に、隣接するセル部分の間の樹脂基材の表裏に集電体および絶縁体を形成する。次に、セル部分の穴に電解質溶液を充填する。最後に、電解質の表裏にそれぞれ、カソード用、アノード用の触媒層を作製する。以上の工程により、図１８に示す実施の形態２の変形例の膜電極接合体を作製することができる。
【００５８】
なお、燃料電池を構成する複数のセルは、全てが直列に接続されている必要はない。たとえば、複数のセルの半分ずつを直列に接続し、直列に接続されたセルの組を並列に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】参考の形態１に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図２】参考の形態１で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図３】実施の形態２で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る燃料電池の要部を示す分解斜視図である。
【図５】参考の形態３で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図６】実施の形態４で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図７】参考の形態５で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図８】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図９】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の作製方法を示す工程図である。
【図１０】実施の形態６で用いられる膜電極接合体の他の作製方法を示す工程図である。
【図１１】参考の形態７で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１２】実施の形態８で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１３】実施の形態９で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【図１４】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１５】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１６】膜電極接合体に設けられた突出部の変形例を示す図である。
【図１７】参考の形態１の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す斜視図である。
【図１８】実施の形態２の変形例で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 燃料電池、２０ 膜電極接合体、２２ 電解質膜、３０ 水素吸蔵合金タンク、４０ アノード側筐体、４２ カソード側筐体、５０ アノードカバー、６０ パッキン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、
隣接する前記セルを電気的に接続する電気接続手段と、
絶縁体と、
を備え、
前記電気接続手段の周囲に電解質膜及び絶縁体が存在し、
前記電気接続手段が前記アノードおよび前記カソードの周囲の全体または一部に接することにより、前記電気接続手段と各セルの前記アノードおよび前記カソードとの電気的な接続が得られ、前記電気接続手段が屈曲し、前記電気接続手段および前記電気接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体が前記アノード面または前記カソードのいずれか一方の面に突出していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記電気接続手段が前記アノードの面に突出し、前記カソードの少なくとも一部は、その外周部分に接続された前記電気接続手段に対して凸になっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電気接続手段が隣接するセルを電気的に直列に接続するインターコネクタを含み、前記インターコネクタが隣接するセルの間に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、
隣接する前記セルを電気的に接続する電気接続手段と、
絶縁体と、
を備え、
前記電気接続手段の周囲に電解質膜及び絶縁体が存在し、
前記電気接続手段が前記アノードおよび前記カソードの周囲の全体または一部に接することにより、前記電気接続手段と各セルの前記アノードおよび前記カソードとの電気的な接続が得られ、前記電気接続手段が屈曲し、前記電気接続手段および前記電気接続手段の周囲の電解質膜及び／又は絶縁体が前記アノード面または前記カソードのいずれか一方の面に突出していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記電気接続手段が前記アノードの面に突出し、前記カソードの少なくとも一部は、その外周部分に接続された前記電気接続手段に対して凸になっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電気接続手段が隣接するセルを電気的に直列に接続するインターコネクタを含み、前記インターコネクタが隣接するセルの間に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−５８５００（Ｐ２０１３−５８５００Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８４０６９（Ｐ２０１２−２８４０６９）
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００７−１３７２５５（Ｐ２００７−１３７２５５）の分割
【原出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【分割の表示】特願２００７−１３７２５５（Ｐ２００７−１３７２５５）の分割
【原出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]