燃料電池
【課題】簡単な構成で、電解質・電極構造体の各種の特性を良好且つ高精度に測定することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２の両面に配置される一対の計測用端子部材４２、４４を備え、前記計測用端子部材４２、４４は、前記電解質膜・電極構造体１２の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２の両面に配置される一対の計測用端子部材４２、４４を備え、前記計測用端子部材４２、４４は、前記電解質膜・電極構造体１２の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）と多孔質カーボン（ガス拡散層）からなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池では、燃料ガスがアノード側からカソード側に固体高分子電解質膜を透過する一方、酸化剤ガスが前記カソード側から前記アノード側に前記固体高分子電解質膜を透過する場合がある。
【０００４】
このため、アノード側及びカソード側では、水素と酸素とが反応して過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が発生し易い（Ｈ２＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ２）。この過酸化水素は、電極中のカーボン担体や白金（Ｐｔ）上で分解し、例えば、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が発生する。これにより、固体高分子電解質膜及び電極触媒を劣化させるという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の電極電位測定装置が知られている。この従来技術では、図１５に示すように、単位セル１を一対のセパレータ２で挟持する燃料電池スタックに電極電位測定装置３が組み込まれている。単位セル１は、固体高分子電解質１ａを酸素極１ｂと燃料極１ｃとにより挟持して構成されている。
【０００６】
電極電位測定装置３は、検出部４と、電圧計５と、導線６ａ、６ｂとを備えている。検出部４は、酸素極１ｂ内に設けられた検出片４ａと、前記検出片４ａの表面に接続された検出端子４ｂと、前記検出端子４ｂを保護する保護部材４ｃとを備えている。検出片４ａは、酸素極１ｂの一部を切り出して、絶縁部４ｄを介して前記酸素極１ｂから絶縁状態に設けられている。
【０００７】
検出片４ａは、固体高分子電解質１ａに接触し、この固体高分子電解質１ａとの間で、イオン導電可能に構成されている。これにより、燃料極１ｃ側に空気（酸素）が偏在した場所での異常電位を検出することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２６９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、検出端子４ｂが絶縁部４ｄに周回されて酸素極１ｂのガス拡散層１ｂｇ上に設けられている。このため、ガス拡散層１ｂｇでは、絶縁部４ｄが配置されている領域内におけるガス拡散性が低下するおそれがある。従って、各セパレータ２のガス流路に対しそれぞれ所望のガスを供給して各種の測定を行う際に、良好な測定精度が得られないという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質・電極構造体の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能な燃料電池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】
【００１１】
本発明は、電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関するものである。この燃料電池は、電解質・電極構造体の両面に配置される一対の計測用端子部材を備え、少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。
【００１２】
また、この燃料電池では、計測用電極層は、計測用電極部と絶縁部とを有し、ガス通過部位は、前記計測用電極部及び前記絶縁部に形成された複数本のスリット状切り欠き部位により構成されることが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池では、計測用電極層は、計測用電極部と多孔質絶縁部とを有し、ガス通過部位は、前記計測用電極部に形成された複数の孔部及び前記多孔質絶縁部により構成されることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この燃料電池では、電極は、電極触媒層及びガス拡散層を有し、前記電極触媒層は、複数のセグメントに分割されるとともに、計測用端子部材の計測用電極層は、分割された前記電極触媒層と前記ガス拡散層との間に介装されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質・電極構造体の両面に計測用端子部材が配置されるとともに、少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。このため、計測用端子部材の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質・電極構造体の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池を構成する計測用端子部材の斜視説明図である。
【図５】膜抵抗の算出処理の説明図である。
【図６】前記膜抵抗の算出処理の等価回路の説明図である。
【図７】水素透過量の算出処理及び有効白金表面積の算出処理の説明図である。
【図８】前記水素透過量の算出処理の等価回路の説明図である。
【図９】前記有効白金表面積の算出処理の等価回路の説明図である。
【図１０】過酸化水素の算出処理の説明図である。
【図１１】前記過酸化水素の算出処理の等価回路の説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１５】特許文献１の電極電位測定装置を備えた燃料電池スタックの断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数積層されることにより、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される車載用燃料電池スタックを構成する。
【００１８】
燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。
【００１９】
燃料電池１０の矢印Ｃ方向（図１中、鉛直方向）の上端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２０ａとが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２０】
燃料電池１０の矢印Ｃ方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２１】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するため一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２２】
第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する酸化剤ガス流路２６が設けられる。第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとに連通する燃料ガス流路２８が形成される。酸化剤ガス流路２６及び燃料ガス流路２８は、鉛直方向に向かって酸化剤ガス及び燃料ガスを流通させる。
【００２３】
第１セパレータ１４の面１４ａとは反対の面１４ｂと、第２セパレータ１６の面１６ａとは反対の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路３０が形成される。冷却媒体流路３０は、水平方向に向かって冷却媒体を流通させる。
【００２４】
第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材３２が一体化されるとともに、第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材３４が一体化される。
【００２５】
第１シール部材３２及び第２シール部材３４は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００２６】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード電極３８及びカソード電極４０とを備える。固体高分子電解質膜３６は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用されるとともに、アノード電極３８及びカソード電極４０よりも大きな表面積に設定される。
【００２７】
アノード電極３８及びカソード電極４０は、図３に示すように、固体高分子電解質膜３６の両面に接合される電極触媒層３８ａ、４０ａと、前記電極触媒層３８ａ、４０ａに配設されるカーボンペーパ等からなるガス拡散層３８ｂ、４０ｂとを有する。電極触媒層３８ａ、４０ａは、固体高分子電解質膜３６を挟んで対称な平面形状を有する。電極触媒層３８ａ、４０ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子及びイオン交換成分を固体高分子電解質膜３６の両面に一様に塗布して形成される。電極触媒層３８ａ、４０ａは、それぞれ複数のセグメントに分割形成される（図１及び図２参照）。
【００２８】
電解質膜・電極構造体１２の両面には、それぞれ複数の計測用端子部材４２、４４が、互いに積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合って配置される。計測用端子部材４２は、アノード電極３８側の電極面内に、前記アノード電極３８を構成する電極触媒層３８ａとガス拡散層３８ｂとの間に介装される。図１に示すように、計測用端子部材４２は、分割された各電極触媒層３８ａの中、例えば、矢印Ｂ方向外方に配置されるそれぞれ３つずつの前記電極触媒層３８ａに対応して設けられる。
【００２９】
図３に示すように、計測用端子部材４４は、カソード電極４０側の電極面内に、前記カソード電極４０を構成する電極触媒層４０ａとガス拡散層４０ｂとの間に介装される。図２に示すように、計測用端子部材４４は、分割された各電極触媒層４０ａの中、例えば、矢印Ｂ方向外方に配置されるそれぞれ３つずつの前記電極触媒層４０ａに対応して設けられる。
【００３０】
図３及び図４に示すように、計測用端子部材４２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部４６を備える。計測用電極部４６は、矩形状を有し、例えば、金（Ａｕ）で形成されるとともに、２本の導電ライン４８ａ、４８ｂに接続される。計測用電極部４６及び導電ライン４８ａ、４８ｂを覆って絶縁部５０が設けられる。絶縁部５０は、例えば、ＰＥＭ膜やポリスチレン及び耐食性の液晶ポリマー等で形成される。
【００３１】
計測用電極部４６及び絶縁部５０には、積層方向に対して電極触媒層３８ａに重なる範囲内にガス通過部位、例えば、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂが前記積層方向の同一位置に形成される。すなわち、計測用電極部４６及び絶縁部５０により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成される。スリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂは、燃料ガス流路２８での燃料ガスの流れ方向（矢印Ｃ１方向）に交差する矢印Ｂ方向に長尺である。
【００３２】
計測用端子部材４４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部５４を備える。計測用電極部５４は、矩形状を有し、例えば、金（Ａｕ）で形成されるとともに、２本の導電ライン５６ａ、５６ｂに接続される。計測用電極部５４及び導電ライン５６ａ、５６ｂを覆って絶縁部５８が設けられる。絶縁部５８は、例えば、ＰＥＭ膜やポリスチレン及び耐食性の液晶ポリマー等で形成される。
【００３３】
計測用電極部５４及び絶縁部５８には、積層方向に対して電極触媒層４０ａに重なる範囲内にガス通過部位、例えば、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂが前記積層方向の同一位置に形成される。すなわち、計測用電極部５４及び絶縁部５８により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成される。スリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂは、酸化剤ガス流路２６での酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｃ１方向）に交差する矢印Ｂ方向に長尺である。
【００３４】
なお、第１の実施形態では、計測用端子部材４２、４４の両方に、ガス通過部位が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、計測用端子部材４４のみに、又は計測用端子部材４４のみに、ガス通過部位を設けてもよい。また、以下に説明する第２以降の実施形態においても同様である。
【００３５】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００３６】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される。また、冷却媒体入口連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００３７】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路２６に導入され、矢印Ｃ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード電極４０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２０ａから第２セパレータ１６の燃料ガス流路２８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路２８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極３８に供給される。
【００３８】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層４０ａ、３８ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００３９】
次いで、カソード電極４０に供給されて少なくとも一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３８に供給されて少なくとも一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４０】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路３０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００４１】
次いで、電解質膜・電極構造体１２の膜抵抗（膜厚方向の抵抗値）を検出する方法について、以下に説明する。
【００４２】
先ず、図５に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給されるとともに、カソード電極４０には、加湿された空気（酸化剤ガス）が供給されて、発電が行われている。
【００４３】
一方、計測用端子部材４２及び４４では、図６の等価回路に示すように、交流４端子法によるインピーダンス測定が行われる。計測用端子部材４２は、一方の導電ライン４８ａが電圧計測用とし、他方の導電ライン４８ｂが交流電流源として使用される。計測用端子部材４４は、一方の導電ライン５６ａが電圧計測用とし、他方の導電ライン５６ｂが交流電流源として使用される。そして、固体高分子電解質膜３６の膜抵抗値（Ｒ）が算出され、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面の膜抵抗値が得られるとともに、前記膜抵抗値から発電面全面の含水分布が測定される。
【００４４】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、計測用電極部４６及び絶縁部５０により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成されている。同様に、計測用電極部５４及び絶縁部５８により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成されている。
【００４５】
このため、電解質膜・電極構造体１２では、計測用電極部４６が配置されている領域内にも、スリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して水素ガスを良好に供給することができるとともに、計測用電極部５４が配置されている領域内にも、スリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して空気を供給することが可能になる。従って、計測用端子部材４２、４４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面の膜抵抗値を良好且つ高精度に測定することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
しかも、金属線等とは異なり、計測対象の面積を規定できるため、単位面積当たりの電気的情報を正確に得ることができる。その上、電解質膜・電極構造体１２のＭＥＡ面方向に広がるセンサ構造であるため、前記電解質膜・電極構造体１２が積層された状態で、測定が可能であり、該電解質膜・電極構造体１２の解析を良好に遂行することができる。
【００４７】
また、第１の実施形態では、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）による電気化学測定を用いて、電流−電位曲線を取得することができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給されるとともに、カソード電極４０には、加湿された窒素ガスが供給されて、前記アノード電極３８側への水素透過量の算出や、有効白金表面積の算出が行われる。具体的には、図８には、水素透過量を算出する際に等価回路が示される一方、図９には、有効白金表面積を算出する際の等価回路が示されている。その際、計測された電流値から、水素透過量や有効白金表面積が算出される。
【００４９】
さらにまた、図１０には、過酸化水素の算出を行う際のガス供給方法が示されるとともに、図１１には、前記過酸化水素の算出を行う際の等価回路が示されている。過酸化水素の算出を行う際には、図１０に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給される一方、カソード電極４０には、先ず、加湿された窒素ガスが供給されている。次に、カソード電極４０には、加湿された空気（酸化剤ガス）が供給されている。このため、図１１に示すように、計測された電流値から過酸化水素量が算出される。
【００５０】
これにより、第１の実施形態では、計測用端子部材４２、４４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる。
【００５１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０を構成する計測用端子部材７２、７４の要部斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
計測用端子部材７２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部７６を備えるとともに、前記計測用電極部７６及び絶縁部５０には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位７８ａ、７８ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位７８ａ、７８ｂの先端側は、外部に開放される。
【００５３】
計測用端子部材７４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部８０を備えるとともに、前記計測用電極部８０及び絶縁部５８には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位８２ａ、８２ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位８２ａ、８２ｂの先端側は、外部に開放される。
【００５４】
このため、第２の実施形態では、計測用端子部材７２、７４のガス通過部位の先端が外部に開放されており、特に水滴が排出され易くなる。従って、滞留水による短絡の発生を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００５５】
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池９０を構成する計測用端子部材９２、９４の要部斜視説明図である。
【００５６】
計測用端子部材９２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部９６を備えるとともに、前記計測用電極部９６及び絶縁部５０には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位９８ａ、９８ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位９８ａ、９８ｂは、燃料ガス流れ方向に平行な矢印Ｃ方向に延在する。
【００５７】
計測用端子部材９４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部１００を備えるとともに、前記計測用電極部１００及び絶縁部５８には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位１０２ａ、１０２ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位１０２ａ、１０２ｂは、酸化剤ガス流れ方向に平行な矢印Ｃ方向に延在する。
【００５８】
このように構成される第３の実施形態では、計測用端子部材９２、９４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５９】
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１１０を構成する計測用端子部材１１２、１１４の要部斜視説明図である。
【００６０】
計測用端子部材１１２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部１１６を備えるとともに、前記計測用電極部１１６には、複数の孔部１１８が形成される。絶縁部５０には、計測用電極部１１６に対応して多孔質絶縁部位１２０が設けられ、多孔質絶縁部位１２０及び複数の孔部１１８によりガス通過部位が構成される。
【００６１】
計測用端子部材１１４は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部１２２を備えるとともに、前記計測用電極部１２２には、複数の孔部１２４が形成される。絶縁部５８には、計測用電極部１２２に対応して多孔質絶縁部位１２６が設けられ、多孔質絶縁部位１２６及び複数の孔部１２４によりガス通過部位が構成される。
【００６２】
このように構成される第４の実施形態では、通電距離が可及的に短尺化するとともに、空孔面積を最大化することができる。しかも、ガス透過性が良好になる等の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、７０、９０、１１０…燃料電池 １２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ １８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
１８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ２０ａ…燃料ガス入口連通孔
２０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ２６…酸化剤ガス流路
２８…燃料ガス流路 ３０…冷却媒体流路
３６…固体高分子電解質膜 ３８…アノード電極
３８ａ、４０ａ…電極触媒層 ３８ｂ、４０ｂ…ガス拡散層
４０…カソード電極
４２、４４、７２、７４、９２、９４、１１２、１１４…計測用端子部材
４６、５４、７６、８０、９６、１００、１１６、１２２…計測用電極部
４８ａ、４８ｂ、５６ａ、５６ｂ…導電ライン
５０、５８…絶縁部
５２ａ、５２ｂ、６０ａ、６０ｂ、７８ａ、７８ｂ、８２ａ、８２ｂ、９８ａ、９８ｂ、１０２ａ、１０２ｂ…スリット状切り欠き部位
１１８、１２４…孔部
１２０、１２６…多孔質絶縁部位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）と多孔質カーボン（ガス拡散層）からなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池では、燃料ガスがアノード側からカソード側に固体高分子電解質膜を透過する一方、酸化剤ガスが前記カソード側から前記アノード側に前記固体高分子電解質膜を透過する場合がある。
【０００４】
このため、アノード側及びカソード側では、水素と酸素とが反応して過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が発生し易い（Ｈ２＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ２）。この過酸化水素は、電極中のカーボン担体や白金（Ｐｔ）上で分解し、例えば、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が発生する。これにより、固体高分子電解質膜及び電極触媒を劣化させるという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の電極電位測定装置が知られている。この従来技術では、図１５に示すように、単位セル１を一対のセパレータ２で挟持する燃料電池スタックに電極電位測定装置３が組み込まれている。単位セル１は、固体高分子電解質１ａを酸素極１ｂと燃料極１ｃとにより挟持して構成されている。
【０００６】
電極電位測定装置３は、検出部４と、電圧計５と、導線６ａ、６ｂとを備えている。検出部４は、酸素極１ｂ内に設けられた検出片４ａと、前記検出片４ａの表面に接続された検出端子４ｂと、前記検出端子４ｂを保護する保護部材４ｃとを備えている。検出片４ａは、酸素極１ｂの一部を切り出して、絶縁部４ｄを介して前記酸素極１ｂから絶縁状態に設けられている。
【０００７】
検出片４ａは、固体高分子電解質１ａに接触し、この固体高分子電解質１ａとの間で、イオン導電可能に構成されている。これにより、燃料極１ｃ側に空気（酸素）が偏在した場所での異常電位を検出することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２６９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、検出端子４ｂが絶縁部４ｄに周回されて酸素極１ｂのガス拡散層１ｂｇ上に設けられている。このため、ガス拡散層１ｂｇでは、絶縁部４ｄが配置されている領域内におけるガス拡散性が低下するおそれがある。従って、各セパレータ２のガス流路に対しそれぞれ所望のガスを供給して各種の測定を行う際に、良好な測定精度が得られないという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質・電極構造体の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能な燃料電池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】
【００１１】
本発明は、電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関するものである。この燃料電池は、電解質・電極構造体の両面に配置される一対の計測用端子部材を備え、少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。
【００１２】
また、この燃料電池では、計測用電極層は、計測用電極部と絶縁部とを有し、ガス通過部位は、前記計測用電極部及び前記絶縁部に形成された複数本のスリット状切り欠き部位により構成されることが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池では、計測用電極層は、計測用電極部と多孔質絶縁部とを有し、ガス通過部位は、前記計測用電極部に形成された複数の孔部及び前記多孔質絶縁部により構成されることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この燃料電池では、電極は、電極触媒層及びガス拡散層を有し、前記電極触媒層は、複数のセグメントに分割されるとともに、計測用端子部材の計測用電極層は、分割された前記電極触媒層と前記ガス拡散層との間に介装されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解質・電極構造体の両面に計測用端子部材が配置されるとともに、少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けている。このため、計測用端子部材の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質・電極構造体の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池を構成する計測用端子部材の斜視説明図である。
【図５】膜抵抗の算出処理の説明図である。
【図６】前記膜抵抗の算出処理の等価回路の説明図である。
【図７】水素透過量の算出処理及び有効白金表面積の算出処理の説明図である。
【図８】前記水素透過量の算出処理の等価回路の説明図である。
【図９】前記有効白金表面積の算出処理の等価回路の説明図である。
【図１０】過酸化水素の算出処理の説明図である。
【図１１】前記過酸化水素の算出処理の等価回路の説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する計測用端子部材の要部斜視説明図である。
【図１５】特許文献１の電極電位測定装置を備えた燃料電池スタックの断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数積層されることにより、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される車載用燃料電池スタックを構成する。
【００１８】
燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。
【００１９】
燃料電池１０の矢印Ｃ方向（図１中、鉛直方向）の上端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２０ａとが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２０】
燃料電池１０の矢印Ｃ方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２１】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するため一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２２】
第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する酸化剤ガス流路２６が設けられる。第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとに連通する燃料ガス流路２８が形成される。酸化剤ガス流路２６及び燃料ガス流路２８は、鉛直方向に向かって酸化剤ガス及び燃料ガスを流通させる。
【００２３】
第１セパレータ１４の面１４ａとは反対の面１４ｂと、第２セパレータ１６の面１６ａとは反対の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路３０が形成される。冷却媒体流路３０は、水平方向に向かって冷却媒体を流通させる。
【００２４】
第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材３２が一体化されるとともに、第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材３４が一体化される。
【００２５】
第１シール部材３２及び第２シール部材３４は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００２６】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード電極３８及びカソード電極４０とを備える。固体高分子電解質膜３６は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用されるとともに、アノード電極３８及びカソード電極４０よりも大きな表面積に設定される。
【００２７】
アノード電極３８及びカソード電極４０は、図３に示すように、固体高分子電解質膜３６の両面に接合される電極触媒層３８ａ、４０ａと、前記電極触媒層３８ａ、４０ａに配設されるカーボンペーパ等からなるガス拡散層３８ｂ、４０ｂとを有する。電極触媒層３８ａ、４０ａは、固体高分子電解質膜３６を挟んで対称な平面形状を有する。電極触媒層３８ａ、４０ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子及びイオン交換成分を固体高分子電解質膜３６の両面に一様に塗布して形成される。電極触媒層３８ａ、４０ａは、それぞれ複数のセグメントに分割形成される（図１及び図２参照）。
【００２８】
電解質膜・電極構造体１２の両面には、それぞれ複数の計測用端子部材４２、４４が、互いに積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合って配置される。計測用端子部材４２は、アノード電極３８側の電極面内に、前記アノード電極３８を構成する電極触媒層３８ａとガス拡散層３８ｂとの間に介装される。図１に示すように、計測用端子部材４２は、分割された各電極触媒層３８ａの中、例えば、矢印Ｂ方向外方に配置されるそれぞれ３つずつの前記電極触媒層３８ａに対応して設けられる。
【００２９】
図３に示すように、計測用端子部材４４は、カソード電極４０側の電極面内に、前記カソード電極４０を構成する電極触媒層４０ａとガス拡散層４０ｂとの間に介装される。図２に示すように、計測用端子部材４４は、分割された各電極触媒層４０ａの中、例えば、矢印Ｂ方向外方に配置されるそれぞれ３つずつの前記電極触媒層４０ａに対応して設けられる。
【００３０】
図３及び図４に示すように、計測用端子部材４２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部４６を備える。計測用電極部４６は、矩形状を有し、例えば、金（Ａｕ）で形成されるとともに、２本の導電ライン４８ａ、４８ｂに接続される。計測用電極部４６及び導電ライン４８ａ、４８ｂを覆って絶縁部５０が設けられる。絶縁部５０は、例えば、ＰＥＭ膜やポリスチレン及び耐食性の液晶ポリマー等で形成される。
【００３１】
計測用電極部４６及び絶縁部５０には、積層方向に対して電極触媒層３８ａに重なる範囲内にガス通過部位、例えば、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂが前記積層方向の同一位置に形成される。すなわち、計測用電極部４６及び絶縁部５０により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成される。スリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂは、燃料ガス流路２８での燃料ガスの流れ方向（矢印Ｃ１方向）に交差する矢印Ｂ方向に長尺である。
【００３２】
計測用端子部材４４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部５４を備える。計測用電極部５４は、矩形状を有し、例えば、金（Ａｕ）で形成されるとともに、２本の導電ライン５６ａ、５６ｂに接続される。計測用電極部５４及び導電ライン５６ａ、５６ｂを覆って絶縁部５８が設けられる。絶縁部５８は、例えば、ＰＥＭ膜やポリスチレン及び耐食性の液晶ポリマー等で形成される。
【００３３】
計測用電極部５４及び絶縁部５８には、積層方向に対して電極触媒層４０ａに重なる範囲内にガス通過部位、例えば、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂが前記積層方向の同一位置に形成される。すなわち、計測用電極部５４及び絶縁部５８により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成される。スリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂは、酸化剤ガス流路２６での酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｃ１方向）に交差する矢印Ｂ方向に長尺である。
【００３４】
なお、第１の実施形態では、計測用端子部材４２、４４の両方に、ガス通過部位が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、計測用端子部材４４のみに、又は計測用端子部材４４のみに、ガス通過部位を設けてもよい。また、以下に説明する第２以降の実施形態においても同様である。
【００３５】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００３６】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される。また、冷却媒体入口連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００３７】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路２６に導入され、矢印Ｃ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード電極４０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２０ａから第２セパレータ１６の燃料ガス流路２８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路２８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極３８に供給される。
【００３８】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層４０ａ、３８ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００３９】
次いで、カソード電極４０に供給されて少なくとも一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３８に供給されて少なくとも一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４０】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路３０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００４１】
次いで、電解質膜・電極構造体１２の膜抵抗（膜厚方向の抵抗値）を検出する方法について、以下に説明する。
【００４２】
先ず、図５に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給されるとともに、カソード電極４０には、加湿された空気（酸化剤ガス）が供給されて、発電が行われている。
【００４３】
一方、計測用端子部材４２及び４４では、図６の等価回路に示すように、交流４端子法によるインピーダンス測定が行われる。計測用端子部材４２は、一方の導電ライン４８ａが電圧計測用とし、他方の導電ライン４８ｂが交流電流源として使用される。計測用端子部材４４は、一方の導電ライン５６ａが電圧計測用とし、他方の導電ライン５６ｂが交流電流源として使用される。そして、固体高分子電解質膜３６の膜抵抗値（Ｒ）が算出され、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面の膜抵抗値が得られるとともに、前記膜抵抗値から発電面全面の含水分布が測定される。
【００４４】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、計測用電極部４６及び絶縁部５０により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成されている。同様に、計測用電極部５４及び絶縁部５８により構成される計測用電極層には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するガス通過部位が形成されている。
【００４５】
このため、電解質膜・電極構造体１２では、計測用電極部４６が配置されている領域内にも、スリット状切り欠き部位５２ａ、５２ｂを介して水素ガスを良好に供給することができるとともに、計測用電極部５４が配置されている領域内にも、スリット状切り欠き部位６０ａ、６０ｂを介して空気を供給することが可能になる。従って、計測用端子部材４２、４４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面の膜抵抗値を良好且つ高精度に測定することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
しかも、金属線等とは異なり、計測対象の面積を規定できるため、単位面積当たりの電気的情報を正確に得ることができる。その上、電解質膜・電極構造体１２のＭＥＡ面方向に広がるセンサ構造であるため、前記電解質膜・電極構造体１２が積層された状態で、測定が可能であり、該電解質膜・電極構造体１２の解析を良好に遂行することができる。
【００４７】
また、第１の実施形態では、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）による電気化学測定を用いて、電流−電位曲線を取得することができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給されるとともに、カソード電極４０には、加湿された窒素ガスが供給されて、前記アノード電極３８側への水素透過量の算出や、有効白金表面積の算出が行われる。具体的には、図８には、水素透過量を算出する際に等価回路が示される一方、図９には、有効白金表面積を算出する際の等価回路が示されている。その際、計測された電流値から、水素透過量や有効白金表面積が算出される。
【００４９】
さらにまた、図１０には、過酸化水素の算出を行う際のガス供給方法が示されるとともに、図１１には、前記過酸化水素の算出を行う際の等価回路が示されている。過酸化水素の算出を行う際には、図１０に示すように、アノード電極３８には、加湿された水素ガス（燃料ガス）が供給される一方、カソード電極４０には、先ず、加湿された窒素ガスが供給されている。次に、カソード電極４０には、加湿された空気（酸化剤ガス）が供給されている。このため、図１１に示すように、計測された電流値から過酸化水素量が算出される。
【００５０】
これにより、第１の実施形態では、計測用端子部材４２、４４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる。
【００５１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０を構成する計測用端子部材７２、７４の要部斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
計測用端子部材７２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部７６を備えるとともに、前記計測用電極部７６及び絶縁部５０には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位７８ａ、７８ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位７８ａ、７８ｂの先端側は、外部に開放される。
【００５３】
計測用端子部材７４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部８０を備えるとともに、前記計測用電極部８０及び絶縁部５８には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位８２ａ、８２ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位８２ａ、８２ｂの先端側は、外部に開放される。
【００５４】
このため、第２の実施形態では、計測用端子部材７２、７４のガス通過部位の先端が外部に開放されており、特に水滴が排出され易くなる。従って、滞留水による短絡の発生を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００５５】
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池９０を構成する計測用端子部材９２、９４の要部斜視説明図である。
【００５６】
計測用端子部材９２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部９６を備えるとともに、前記計測用電極部９６及び絶縁部５０には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位９８ａ、９８ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位９８ａ、９８ｂは、燃料ガス流れ方向に平行な矢印Ｃ方向に延在する。
【００５７】
計測用端子部材９４は、カソード電極４０の電極触媒層４０ａに接触する計測用電極部１００を備えるとともに、前記計測用電極部１００及び絶縁部５８には、それぞれ複数本のスリット状切り欠き部位１０２ａ、１０２ｂが積層方向の同一位置に形成される。スリット状切り欠き部位１０２ａ、１０２ｂは、酸化剤ガス流れ方向に平行な矢印Ｃ方向に延在する。
【００５８】
このように構成される第３の実施形態では、計測用端子部材９２、９４の設置部位におけるガス拡散性が有効に向上し、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２の各種の特性を良好且つ高精度に測定することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５９】
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１１０を構成する計測用端子部材１１２、１１４の要部斜視説明図である。
【００６０】
計測用端子部材１１２は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部１１６を備えるとともに、前記計測用電極部１１６には、複数の孔部１１８が形成される。絶縁部５０には、計測用電極部１１６に対応して多孔質絶縁部位１２０が設けられ、多孔質絶縁部位１２０及び複数の孔部１１８によりガス通過部位が構成される。
【００６１】
計測用端子部材１１４は、アノード電極３８の電極触媒層３８ａに接触する計測用電極部１２２を備えるとともに、前記計測用電極部１２２には、複数の孔部１２４が形成される。絶縁部５８には、計測用電極部１２２に対応して多孔質絶縁部位１２６が設けられ、多孔質絶縁部位１２６及び複数の孔部１２４によりガス通過部位が構成される。
【００６２】
このように構成される第４の実施形態では、通電距離が可及的に短尺化するとともに、空孔面積を最大化することができる。しかも、ガス透過性が良好になる等の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、７０、９０、１１０…燃料電池 １２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ １８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
１８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ２０ａ…燃料ガス入口連通孔
２０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ２６…酸化剤ガス流路
２８…燃料ガス流路 ３０…冷却媒体流路
３６…固体高分子電解質膜 ３８…アノード電極
３８ａ、４０ａ…電極触媒層 ３８ｂ、４０ｂ…ガス拡散層
４０…カソード電極
４２、４４、７２、７４、９２、９４、１１２、１１４…計測用端子部材
４６、５４、７６、８０、９６、１００、１１６、１２２…計測用電極部
４８ａ、４８ｂ、５６ａ、５６ｂ…導電ライン
５０、５８…絶縁部
５２ａ、５２ｂ、６０ａ、６０ｂ、７８ａ、７８ｂ、８２ａ、８２ｂ、９８ａ、９８ｂ、１０２ａ、１０２ｂ…スリット状切り欠き部位
１１８、１２４…孔部
１２０、１２６…多孔質絶縁部位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体の両面に配置される一対の計測用端子部材を備え、
少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記計測用電極層は、計測用電極部と絶縁部とを有し、
前記ガス通過部位は、前記計測用電極部及び前記絶縁部に形成された複数本のスリット状切り欠き部位により構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、前記計測用電極層は、計測用電極部と多孔質絶縁部とを有し、
前記ガス通過部位は、前記計測用電極部に形成された複数の孔部及び前記多孔質絶縁部により構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記電極は、電極触媒層及びガス拡散層を有し、前記電極触媒層は、複数のセグメントに分割されるとともに、
前記計測用端子部材の前記計測用電極層は、分割された前記電極触媒層と前記ガス拡散層との間に介装されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体の両面に配置される一対の計測用端子部材を備え、
少なくとも一方の前記計測用端子部材は、前記電解質・電極構造体の電極面に接触する計測用電極層の一部にガス通過部位を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記計測用電極層は、計測用電極部と絶縁部とを有し、
前記ガス通過部位は、前記計測用電極部及び前記絶縁部に形成された複数本のスリット状切り欠き部位により構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、前記計測用電極層は、計測用電極部と多孔質絶縁部とを有し、
前記ガス通過部位は、前記計測用電極部に形成された複数の孔部及び前記多孔質絶縁部により構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記電極は、電極触媒層及びガス拡散層を有し、前記電極触媒層は、複数のセグメントに分割されるとともに、
前記計測用端子部材の前記計測用電極層は、分割された前記電極触媒層と前記ガス拡散層との間に介装されることを特徴とする燃料電池。
【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】
【公開番号】特開２０１３−９３２７７（Ｐ２０１３−９３２７７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５９４３（Ｐ２０１１−２３５９４３）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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