JP2009238597A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを削減することが可能であり、しかも、安定した出力を得ることが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置された複数の燃料極と、電解質膜の他方の面に配置され燃料極のそれぞれと対向する複数の空気極と、を有する膜電極接合体２と、
膜電極接合体２を挟持する絶縁基板Ｆと、
を備えた燃料電池であって、
絶縁基板Ｆは、絶縁フィルムＢＦ上に、膜電極接合体の燃料極と空気極との各組を電気的に直列に接続する集電体４０と、温度を検出する温度検出部５０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、燃料電池に係り、特に膜電極接合体の電極に接触して集電する集電体を備えた燃料電池に関する。

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。

例えば、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。

これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を、箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することも検討されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

ところで、燃料電池から得られる電圧は、通常、微小であるため、ＤＣ／ＤＣコンバーターによって昇圧して使用する場合が多い。その際の昇圧の効率を高めるため、燃料電池は、集電体を用いて電極を直列に接続して電圧を高める事が一般的に行われている。集電体としては、例えば特許文献４に記載のように、１枚の絶縁性フィルム上にカソード導電層及びアノード導電層を一体化した構造などが提案されている。

一方で、燃料電池におけるセル内部の温度を測定しようとした場合に、例えば、特許文献５に記載のように、柔軟性を有するベースフィルム上に形成された導電パターンの一部にセンサとしての機能を設けたフレキシブルプリント回路基板を適用する技術などが提案されている。
国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット 特表２００５−５１８６４６号公報 特開２００６−０８５９５２号公報 国際公開第２００６／０５７２８３号パンフレット 特開２００５−３２８００３号公報

集電体によって集電した電子を外部の回路基板に取り出すためには、集電体の出力端子を、半田などを用いて回路基板に繋がった電線と接続するといった煩雑な作業を必要とすることがある。

この発明の目的は、製造コストを削減することが可能であり、しかも、安定した出力を得ることが可能な燃料電池を提供することにある。

この発明の態様による燃料電池は、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置された複数の燃料極と、前記電解質膜の他方の面に配置され前記燃料極のそれぞれと対向する複数の空気極と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持する絶縁基板と、
を備えた燃料電池であって、
前記絶縁基板は、絶縁フィルム上に、前記膜電極接合体の前記燃料極と前記空気極との各組を電気的に直列に接続する集電体と、温度を検出する温度検出部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、製造コストを削減することが可能であり、しかも、安定した出力を得ることが可能な燃料電池を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池に関する技術について図面を参照して説明する。

図１は、この実施の形態に係る燃料電池１の主要部を概略的に示す断面図である。

燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２と、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構３と、液体燃料を収容する燃料収容部４とから主として構成されている。

すなわち、燃料電池１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とを備えて構成されている。

アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。

ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。また、触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。

電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７は、これらに限られるものではない。

アノード触媒層１１は、電解質膜１７上に配置されている。アノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に積層されている。このアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たす。カソード触媒層１４は、電解質膜１７上に配置されている。カソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に積層されている。このカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たす。これらのアノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、例えばカーボンペーパーや炭素繊維などの導電性を有する多孔質基材によって構成されている。

アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これらの導電層としては、例えば金（Ａｕ）のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。

膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード側及びカソード側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。

膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。この板状体２０は、カソードガス拡散層１５より熱伝導率が低い絶縁層あるいはそれに順ずる高抵抗の層であり、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。

この実施の形態においては、膜電極接合体２は、同一の電解質膜１７における一方の面１７Ａ上に配置された複数のアノード１３と、電解質膜１７における他方の面１７Ｂ上に配置された複数のカソード１６とを有しており、各アノード１３と各カソード１６とが電解質膜１７を介して対向している。つまり、アノード１３とカソード１６との各組は、単セルＣを構成し、それぞれが電解質膜１７の平面上において、分離されて配置されている。

図２及び図３に示した例では、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７の一方の面１７Ａ上に配置された４個のアノード１３１〜１３４と、電解質膜１７の他方の面１７Ｂに配置された４個のカソード１６１〜１６４と、を有している。アノード１３１とカソード１６１とがそれぞれ対向するように配置されており、１組の単セルＣを構成している。同様に、アノード１３２とカソード１６２とがそれぞれ対向するように配置され、アノード１３３とカソード１６３とがそれぞれ対向するように配置され、アノード１３４とカソード１６４とがそれぞれ対向するように配置されており、４組の単セルＣが同一平面上に配列されている。

燃料電池１は、これらのアノード１３とカソード１６との各組を電気的に直列に接続する集電体４０を備えている。集電体４０の構造については、後に詳細に説明する。

上述した膜電極接合体２は、絶縁基板Ｆに挟持され、燃料供給機構３とカバープレート２１との間に配置されている。カバープレート２１は、外観が略箱状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート２１は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口部（空気導入孔）２１Ａを有している。

燃料供給機構３は、箱状に形成された容器３０を備え、燃料収容部４と流路５を介して接続されている。すなわち、容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。

この容器３０は、例えば樹脂製容器によって構成される。容器３０を形成する材料としては、耐メタノール性などを有していることが好ましい。容器３０を形成する樹脂材料としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂などで構成した容器３０を除外するものではない。

燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。この実施の形態においては、燃料供給部３１は、燃料分配板３１Ａを備えた構成であるが、他の構成であっても良い。

すなわち、図４及び図５に示すように、燃料分配板３１Ａは、少なくとも１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。燃料通路は、燃料分配板３１Ａ内に形成した細管３４に代えて燃料流通溝等で構成してもよい。この場合、燃料流通溝を有する流路板を複数の燃料排出口を有する拡散板で覆うことによって、燃料分配板３１Ａを構成することも可能である。

図４及び図５に示した例では、燃料注入口３２は、１箇所にあり、容器３０の燃料導入口３０Ａと連通している。これにより、燃料分配板３１Ａの燃料注入口３２が流路５を介して燃料収容部４に接続される。燃料排出口３３は、１２８箇所にあり、液体燃料もしくはその気化成分を排出する。

細管３４の一端（始端部）には、燃料注入口３２が設けられている。細管３４は、途中で複数に分岐しており、これらの分岐した細管３４の各終端部に燃料排出口３３がそれぞれ設けられている。細管３４は、例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。

燃料注入口３２から注入された液体燃料は、複数に分岐した細管３４を介して複数の燃料排出口３３にそれぞれ導かれる。このような燃料分配板３１Ａを使用することによって、燃料注入口３２から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料排出口３３に均等に分配することができる。従って、膜電極接合体２の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。

さらに、細管３４で燃料注入口３２と複数の燃料排出口３３とを接続することによって、燃料電池の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計も可能となる。これは、膜電極接合体２の発電度合いの均一性の向上等に寄与する。

膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料分配板３１Ａの燃料排出口３３に対向するように配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメあるいはネジ止めなどの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。

燃料供給部３１は、燃料分配板３１Ａと膜電極接合体２との間に燃料拡散室３１Ｂとして機能する空間を形成するような構成であることが望ましい。この燃料拡散室３１Ｂは、燃料排出口３３から液体燃料が排出されたとしても気化を促進するとともに、面方向への拡散を促進する機能を有している。

膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、膜電極接合体２をアノード７側から支持する支持部材を配置しても良い。

また、膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、少なくとも１つの多孔体を配置しても良い。

燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。

液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。

さらに、流路５には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。

この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。

ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。

ロータリーベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。

なお、ポンプ６と燃料供給部３１との間にリザーバを設けてもよい。

また、燃料電池１の安定性や信頼性を高めるために、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。燃料遮断バルブには、電磁石、モータ、形状記憶合金、圧電セラミックス、バイメタル等をアクチュエータとして、開閉動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動バルブが適用される。燃料遮断バルブは、状態保持機能を有するラッチタイプのバルブであることが好ましい。

また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。燃料収容部４から燃料供給機構３で膜電極接合体２に燃料を供給する場合、ポンプ６に代えて燃料遮断バルブのみを配置した構成とすることも可能である。この際の燃料遮断バルブは、流路５による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。

この実施の形態の燃料電池１においては、ポンプ６を用いて燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料が間欠的に送液される。ポンプ６で送液された液体燃料は、燃料供給部３１を経て膜電極接合体２のアノード１３の全面に対して均一に供給される。

すなわち、複数の単セルＣの各アノード１３の平面方向に対して均一に燃料が供給され、これにより発電反応が生起される。燃料供給用（送液用）のポンプ６の運転動作は、燃料電池１の出力、温度情報、電力供給先である電子機器の運転情報等に基づいて制御することが好ましい。

上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ^-）は、集電体４０を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体４０を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。

６ｅ^-＋６Ｈ⁺＋（３／２）Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。

ところで、この実施の形態において適用可能な絶縁基板Ｆは、図６及び図７に示すように、膜電極接合体２の外形寸法の概ね２倍の面積を有しており、二つに折り曲げることによって膜電極接合体２を挟持するものである。この絶縁基板Ｆは、ベースとなる絶縁フィルムＢＦと、この絶縁フィルムＢＦの少なくとも一方の面にパターン化された導電層ＣＬと、導電層ＣＬをカバーするカバーフィルムＣＦと、を備えて構成されている。

絶縁フィルムＢＦやカバーフィルムＣＦは、使用する燃料や、発電反応によって生成される生成物に対する耐腐食性を有する材料によって形成されていることが望ましく、例えばポリイミドによって形成されている。なお、絶縁フィルムＢＦやカバーフィルムＣＦの材料としては、ポリイミド（ＰＩ）に限らず、電気絶縁性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性ポリエステル樹脂材料、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックスピーエルシー社商標）、パーフルオロ樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）など各種樹脂材料を用いることが可能である。

導電層ＣＬは、例えば銅（Ｃｕ）によって形成され、耐腐食性を有する導電膜によって被覆されている。この実施の形態では、導電層ＣＬにおいて、銅箔はニッケル（Ｎｉ）によって被覆され、さらにニッケル膜の表面が金（Ａｕ）によって被覆されている。つまり、導電層ＣＬの表面は、金（Ａｕ）によって形成されている。

特に、この実施の形態においては、絶縁基板Ｆは、導電層ＣＬとして、集電体４０を備えている。この集電体４０は、複数の第１電極部４１と、複数の第２電極部４２とを有している。これらの第１電極部４１及び第２電極部４２は、絶縁フィルムＢＦ上における同一面上に配置されている。また、これらの第１電極部４１及び第２電極部４２における少なくとも一部の表面（ここでは、金箔）は、カバーフィルムＣＦから露出している。

第１電極部４１は、アノード１３のそれぞれに対応して設けられたアノード集電体に相当し、膜電極接合体２に含まれるアノード１３と同数個備えられている。第２電極部４２は、カソード１６のそれぞれに対応して設けられたカソード集電体に相当し、膜電極接合体２に含まれるカソード１６と同数個備えられている。

図６に示した例では、集電体４０は、４個の第１電極部４１１〜４１４、及び、４個の第２電極部４２１〜４２４を有している。第１電極部４１１はアノード１３１に対応して配置され、同様に、第１電極部４１２はアノード１３２に対応して配置され、第１電極部４１３はアノード１３３に対応して配置され、第１電極部４１４はアノード１３４に対応して配置される。第２電極部４２１はカソード１６１に対応して配置され、同様に、第２電極部４２２はカソード１６２に対応して配置され、第２電極部４２３はカソード１６３に対応して配置され、第２電極部４２４はカソード１６４に対応して配置される。

このような集電体４０において、第１電極部４１及び第２電極部４２は、それぞれ対応するアノード１３及びカソード１６に接触するような形状に形成されている。第１電極部４１のカバーフィルムＣＦから露出した部分は、アノード１３、特にアノードガス拡散層１２に接触する。また、第２電極部４２のカバーフィルムＣＦから露出した部分は、カソード１６、特にカソードガス拡散層１５に接触する。つまり、第１電極部４１及び第２電極部４２の膜電極接合体２に接触する表面は、金（Ａｕ）によって形成されている。金箔は、電気抵抗が比較的低いのに加え、発電反応で発生する腐食性の雰囲気にも耐える強い耐食性を有しているため、電極表面を形成する材料としてより好ましい。

絶縁基板Ｆは、集電体４０に接続された出力端子４６及び４７を備えている。すなわち、集電体４０において、互いに最も離れた位置に配置された第１電極部４１１及び第２電極部４２４には、それぞれ集電した電子を取り出す出力端子４６及び４７が接続されている。これらの出力端子４６及び４７は、カバーフィルムＣＦから露出している。

出力端子を有していない第１電極部４１及び第２電極部４２は、それぞれ連結部４８によって電気的に接続されている。図６に示した例では、第１電極部４１２と第２電極部４２１とが連結部４８１によって接続され、同様に、第１電極部４１３と第２電極部４２２とが連結部４８２によって接続され、第１電極部４１４と第２電極部４２３とが連結部４８３によって接続されている。

上述したような構造の集電体４０を備えた絶縁基板Ｆにおいて、二つ折りにされた内側空間に膜電極接合体２が収容されている。すなわち、各第１電極部４１は対応するアノード１３と電気的に接続され、また、各第２電極部４２は対応するカソード１６と電気的に接続されるように、二つ折りされた絶縁基板Ｆにより膜電極接合体２が挟み込まれている。

なお、絶縁基板Ｆは、絶縁フィルムＢＦを貫通する孔を有していることが望ましい。図６に示した例では、絶縁基板Ｆは、隣接した第１電極部４１の間や隣接した第２電極部４２の間の絶縁フィルムＢＦを貫通して発電反応で発生したガス成分を放出するためのガス抜き孔Ｈ、第１電極部４１及び絶縁フィルムＢＦを貫通してアノードガス拡散層１２を露出しアノード触媒層１１に燃料を供給するための燃料供給孔４１Ｈ、第１電極部４１及び絶縁フィルムＢＦを貫通してカソードガス拡散層１５を露出しカソード触媒層１４に空気を供給するための空気導入孔４２Ｈなどを有している。

ところで、上述した絶縁基板Ｆは、集電体４０に加えて、温度を検出する温度検出部５０を備えている。この温度検出部５０は、主に膜電極接合体２の温度を検出するのに利用される。図６及び図８に示した例では、温度検出部５０は、絶縁フィルムＢＦの集電体４０が配置された面と同一の面に配置されている。

このような温度検出部５０は、導電層ＣＬとして、集電体４０と同一材料により形成可能な信号配線５１と、この信号配線５１に接続された検出素子５２と、によって構成されている。信号配線５１は、絶縁フィルムＢＦの上において、集電体４０を構成する電極部の間に配置されている。ここに示した例では、信号配線５１は、第２電極部４２の間に配置されている。この信号配線５１は、カバーフィルムＣＦによって覆われている。信号配線５１の一端側は、カバーフィルムＣＦから露出している。

検出素子５２は、例えばサーミスタによって構成されている。この検出素子５２は、カバーフィルムＣＦから露出した信号配線５１の一端側に電気的に接続されている。つまり、ここに示した例では、検出素子５２は、第２電極部４２の間に配置されている。なお、信号配線５１及び検出素子５２は、第１電極部４１の間に配置しても良い。

また、絶縁基板Ｆは、信号配線５１の他端に接続された出力端子５３を備えている。この出力端子５３は、カバーフィルムＣＦから露出している。このような構成により、温度検出部５０において、検出素子５２によって検出された検出結果に対応する信号は、信号配線５１を介して出力端子５３から取り出し可能となる。

上述したように、この実施の形態において適用した絶縁基板Ｆによれば、絶縁フィルム上において、集電体４０とともに温度検出部５０を一体化することが可能となる。このため、絶縁基板Ｆによって膜電極接合体２を挟持することにより、膜電極接合体２における複数の単セルＣを集電体４０により直列に接続して集電することが可能となるとともに、温度検出部５０により膜電極接合体２の所定位置での温度を検出することが可能となる。このため、燃料電池１の組み立て作業が容易となり、製造コストを削減することが可能となるとともに、安定して出力を得ることが可能となる。

また、温度検出部５０を所定の位置に固定的に配置することが可能となり、膜電極接合体２における所望の位置での温度を安定的に検出することが可能となる。

さらに、集電体４０に接続された出力端子４６及び４７、及び、温度検出部５０に接続された出力端子５３は、コネクタにより、外部の回路基板（電源回路を含む）に直接接続することが可能となる。このため、半田などを用いた煩雑な接続作業が不要となり、燃料電池１の組み立て作業が容易となる。

温度検出部５０は、図６に示した例に限らず、絶縁フィルムＢＦの集電体４０が配置された面とは異なる面に配置されても良い。図９及び図１０に示した例では、絶縁基板Ｆにおいて、集電体４０は、絶縁フィルムＢＦの一方の面ＢＦａに配置されているのに対して、温度検出部５０は、絶縁フィルムＢＦの他方の面ＢＦｂに配置されている。

これらの集電体４０及び温度検出部５０は、図６に示した例と同様に構成されているが、温度検出部５０については、特に配置位置に制限はない。すなわち、図６に示した例と同様に、信号配線５１及び検出素子５２は、集電体４０を構成する電極部の間に相当する位置の裏側の面ＢＦｂに配置されても良いし、電極部の裏側の面ＢＦｂに配置されても良い。

このような絶縁基板Ｆによれば、上述した効果に加えて、さらに、温度検出部５０のレイアウトの自由度を向上することが可能となる。

また、単一の絶縁基板Ｆにおいて、温度検出部５０を複数個配置しても良い。図１１に示すように、絶縁フィルムＢＦの上に複数個の温度検出部５０を配置した場合には、絶縁フィルムＢＦの上に信号配線５１を引き回すことによって１箇所の出力端子５３に集約することが望ましい。

上述した各実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、各実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、各実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。

さらに、上述した各実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。

なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、図１に示した燃料電池における膜電極接合体の外観を概略的に示す平面図である。 図３は、図２に示した膜電極接合体をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断したときの斜視図である。 図４は、図１に示した燃料電池に適用可能な燃料供給機構における燃料供給部の燃料分配板の構造を概略的に示す斜視図である。 図５は、図４に示した燃料分配板の平面図である。 図６は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池に適用可能な絶縁基板の構造を概略的に示す平面図である。 図７は、図６に示した絶縁基板をＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断したときの断面図である。 図８は、図６に示した絶縁基板をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切断したときの断面図である。 図９は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池に適用可能な絶縁基板の他の構造を概略的に示す平面図である。 図１０は、図６に示した絶縁基板をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの断面図である。 図１１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池に適用可能な絶縁基板の他の構造を概略的に示す平面図である。

符号の説明

１…燃料電池 ２…膜電極接合体 ３…燃料供給機構 ４…燃料収容部
１１…アノード触媒層 １２…アノードガス拡散層 １３…アノード（燃料極）
１４…カソード触媒層 １５…カソードガス拡散層 １６…カソード（空気極）
１７…電解質膜
２０…板状体（保湿層） ２１…カバープレート ２１Ａ…開口部
Ｆ…絶縁基板 ＢＦ…絶縁フィルム ＣＦ…カバーフィルム ＣＬ…導電層
４０…集電体 ４１…第１電極部 ４２…第２電極部 ４６、４７…出力端子 ４８…連結部
５０…温度検出部 ５１…信号配線 ５２…検出素子 ５３…出力端子

Claims (10)

1. 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置された複数の燃料極と、前記電解質膜の他方の面に配置され前記燃料極のそれぞれと対向する複数の空気極と、を有する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体を挟持する絶縁基板と、
   を備えた燃料電池であって、
   前記絶縁基板は、絶縁フィルム上に、前記膜電極接合体の前記燃料極と前記空気極との各組を電気的に直列に接続する集電体と、温度を検出する温度検出部と、を備えたことを特徴とする燃料電池。
2. 前記温度検出部は、前記絶縁フィルムの前記集電体が配置された面と同一の面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記温度検出部は、前記絶縁フィルムの前記集電体が配置された面とは異なる面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
4. 前記絶縁基板は、前記集電体及び前記温度検出部に接続された出力端子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
5. 前記集電体は、前記絶縁フィルムの同一の面上に、前記膜電極接合体における前記燃料極のそれぞれに接触する複数の第１電極部と、前記空気極のそれぞれに接触する複数の第２電極部と、前記第１電極部と前記第２電極部とを連結する連結部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
6. 前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記膜電極接合体に接触する表面が金（Ａｕ）によって形成されたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記絶縁基板は、前記絶縁フィルムを貫通する孔を有することを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
8. さらに、前記膜電極接合体に燃料を供給する燃料供給機構及び液体燃料を収容する燃料収容部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
9. 前記膜電極接合体に供給される燃料は、メタノール燃料であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
10. 前記メタノール燃料は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。

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