KR20090068262A

KR20090068262A - Fuel cell

Info

Publication number: KR20090068262A
Application number: KR1020097007988A
Authority: KR
Inventors: 다까시 시모야마다; 히로유끼 하세베; 히데아끼 야스이; 미찌유끼 기따모또; 기요시 세노우에; 요시에 오제끼; 노부야스 네기시; 겐이찌 다까하시; 고이찌 가와무라
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-06-25
Also published as: JPWO2008050640A1; TW200828661A; WO2008050640A1

Abstract

Disclosed is a fuel cell comprising a membrane electrode assembly, wherein an electrode containing a catalyst layer and a diffusion layer is arranged on both sides of an electrolyte membrane, and collectors which are respectively in surface contact with the diffusion layers of the electrodes for taking out the generated power. At least a part of the collectors comes into respective diffusion layers.

Description

연료 전지{FUEL CELL}Fuel cell {FUEL CELL}

본 발명은 휴대 기기의 동작에 유효한 평면 배치 직렬 접속의 연료 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell in planar arrangement series connection effective for the operation of a portable device.

휴대 전화나 노트북 퍼스널 컴퓨터 등의 모빌 기기의 전원으로서 충전이 불필요한 소형의 연료 전지가 주목받고 있다. 일반적으로 모빌 기기의 전원으로 사용되고 있는 이차 전지는 전지 용량을 다 써버린 경우에 충전할 필요가 있지만, 이에 비하여 연료 전지는 연료를 보충하기만 하면 되기 때문에 사용성이 좋다. 그러나, 소형의 연료 전지는 단일 전지의 출력이 낮은 것이 하나의 결점이다. 이 때문에, 기기를 구동시키는 출력을 얻기 위해서, 예를 들면 일본 특허 공개 제2004-014148호 공보 및 국제 공개 번호 제2005/112172A1호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 복수의 단일 전지를 직렬로 접속해야 한다. 이 경우에, 출력의 저하를 억제하기 위해서 접속부에서 발생하는 전기 저항을 최대한 작게 할 필요가 있다. A small fuel cell that does not need charging as a power source for mobile devices such as mobile phones and laptop personal computers has attracted attention. In general, a secondary battery used as a power source for a mobile device needs to be charged when the battery capacity is exhausted. On the other hand, fuel cells need only be replenished with fuel, so the usability is good. However, a small fuel cell has one drawback that the output of a single cell is low. For this reason, in order to obtain the output which drives an apparatus, several single batteries must be connected in series as described, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-014148 and International Publication No. 2005 / 112172A1. . In this case, in order to suppress the fall of the output, it is necessary to make the electrical resistance generated at the connecting portion as small as possible.

단일 전지 사이의 접속부의 전기 저항에는 많은 매개 변수가 관여하는데, 그 중에서도 특히 집전체와 확산층의 재질과 구조가 접속부의 전기 저항에 강한 영향력을 갖고 있다. 따라서, 집전체와 확산층의 구조를 연구함으로써 접속부의 전기 저항을 작게 할 수 있다면, 재료 선택의 폭이 넓어져서 설계의 자유도가 증가하는 등의 장점이 있다. Many parameters are involved in the electrical resistance of a connection between a single cell, especially the material and structure of the current collector and the diffusion layer have a strong influence on the electrical resistance of the connection. Therefore, if the electrical resistance of the connection portion can be reduced by studying the structures of the current collector and the diffusion layer, there is an advantage that the range of material selection is increased and the degree of freedom in design is increased.

<발명의 개시><Start of invention>

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 단일 전지 사이를 접속하는 접속부의 전기 저항을 작게 할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. This invention is made | formed in order to solve the said subject, and an object of this invention is to provide the fuel cell which can make the electrical resistance of the connection part which connects between single cells small.

본 발명에 따른 연료 전지는 전해질막의 양면에 촉매층과 확산층을 포함하는 전극이 각각 배치된 막전극 접합체 및 발전 출력을 얻기 위해서 상기 양 전극의 확산층에 각각 면접촉하는 집전체를 구비하는 연료 전지로서, 상기 집전체의 적어도 일부가 상기 확산층 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다. A fuel cell according to the present invention is a fuel cell including a membrane electrode assembly in which electrodes including a catalyst layer and a diffusion layer are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a current collector in surface contact with the diffusion layers of both electrodes, respectively, in order to obtain power generation output. At least a portion of the current collector is inserted into the diffusion layer.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지를 도시하는 내부 투시 단면도이다. 1 is an internal perspective sectional view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 집전체의 일례를 도시하는 평면도이다. 2 is a plan view illustrating an example of a current collector.

도 3은 실시 형태에 따른 집전체의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of the current collector according to the embodiment.

도 4는 다른 실시 형태에 따른 집전체의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a current collector according to another embodiment.

도 5는 다른 실시 형태에 따른 집전체(6 직렬)의 평면도이다. 5 is a plan view of a current collector 6 in series according to another embodiment.

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 연료 전지를 도시하는 내부 투시 단면도이다. 6 is an internal perspective sectional view showing a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 7은 연료 분배 기구를 도시하는 사시도이다. 7 is a perspective view illustrating the fuel distribution mechanism.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention

집전체를 확산층에 파ㄴ고들게 하기 위해서는, 확산층이 집전체보다도 부드럽고 변형하기 쉬운 재료로 되어 있을 필요가 있다. 확산층에는 카본 페이퍼나 카본 클로스 등을 이용한다. 집전체에는 백금, 금 등의 귀금속, 니켈, 스테인리스강 등의 내식성 금속 등의 금속 재료를 포함하는 다공질층(예를 들면 금속 메쉬) 또는 박체를 이용하는 것이 바람직하고, 또한 금이나 카본 등의 도전성 재료를 이종 금속으로 표면 처리한 재료 예를 들면 구리나 스테인리스강에 금 등의 양호한 도전성 금속을 피복한 복합재 등을 각각 사용하는 것이 가능하다. 카본 페이퍼는 애노드에 공급되는 연료나 캐소드에 공급되는 에어의 확산층으로서의 역할이 있기 때문에 다공체를 사용하는데, 균일하게 연료나 에어를 확산시키기 위해서 세공 분포는 균일한 것이 바람직하다. 또한, 카본 페이퍼는 도전체의 역할도 담당하기 때문에 부피 저항률이 작은 쪽이 좋고, 예를 들면 도레이사 제조의 TGP(Toray Graphite Paper: 상품명)이나 재팬 고어텍스사 제조의 카벨(상품명) 등을 사용할 수 있다. 집전체의 두께는 30 μm 이상, 200 μm 이하의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로서 50 내지 100 μm이다. 집전체의 두께가 30 μm 미만이 되면, 재료의 종류에도 의존하지만, 강성이 부족하여 변형하기 쉬워져서 이것을 확산층에 파고들게 할 수 없게 된다. 한편, 집전체의 두께가 200 μm를 초과하면, 연료 전지 자체의 두께가 불필요하게 두꺼워져 스페이스 효율이 악화되어 버리기 때문이다.In order to embed the current collector into the diffusion layer, the diffusion layer needs to be made of a material that is softer and easier to deform than the current collector. Carbon paper, carbon cloth, etc. are used for a diffusion layer. As the current collector, it is preferable to use a porous layer (for example, a metal mesh) or a thin body containing metal materials such as precious metals such as platinum and gold, and corrosion resistant metals such as nickel and stainless steel, and conductive materials such as gold and carbon. It is possible to use the material which surface-treated with the dissimilar metal, for example, the composite material which coat | covered favorable electroconductive metals, such as gold, on copper and stainless steel, respectively. Since carbon paper has a role as a diffusion layer of fuel supplied to the anode and air supplied to the cathode, a porous body is used. In order to uniformly diffuse fuel or air, the pore distribution is preferably uniform. Since carbon paper also plays a role as a conductor, the smaller the volume resistivity is, the better, for example, Toray Graphite Paper (TGP) manufactured by Toray Corporation, Carbel (trade name) manufactured by Japan Gore-Tex Corporation, etc. may be used. Can be. It is preferable that the thickness of an electrical power collector shall be 30 micrometers or more and 200 micrometers or less, and it is 50-100 micrometers as a more preferable range. When the thickness of the current collector is less than 30 µm, depending on the type of material, the rigidity is insufficient and the deformation becomes easy, so that it cannot be penetrated into the diffusion layer. On the other hand, if the thickness of the current collector exceeds 200 m, the thickness of the fuel cell itself is unnecessarily thick, which causes a deterioration in space efficiency.

집전체를 확산층 내에 삽입시키는 방법에는, 프레스 가공으로 대표되는 압력에 의해 가압하는 방법을 간이한 방법으로서 들 수 있다. 예를 들면, 막전극 접합 체의 양측에 배치되는 집전체로 막전극 접합체를 사이에 끼우고, 그 상태에서 프레스기에 의해 압박하여 삽입시키는 방법이다. 이 때, 프레스 가공은 워크를 100℃ 이상(예를 들면 100 내지 150℃)으로 가열하여 열간에서 행할 수도 있고, 실온보다 조금 높은 온도(예를 들면 40 내지 60℃)로 가열하여 온간에서 행할 수도 있고, 또한 실온에서 행할 수도 있다. 또한, 이 집전체 사이에 끼워진 막전극 접합체는 최종적으로는 외장재에 내장되어 연료 전지가 되는데, 이 내장되는 과정에서 집전체를 압박하여 삽입시킬 수도 있다. 구체적으로는 코킹이나 나사 고정 등에 의해 외장재는 고정되게 되는데, 이 때 집전체가 막전극 접합체의 확산층에 삽입하도록 압력이 가해지도록 할 수도 있다.As a method of inserting an electrical power collector into a diffusion layer, the method of pressurizing by the pressure represented by press working is mentioned as a simple method. For example, a current collector disposed on both sides of the membrane electrode assembly is a method of sandwiching the membrane electrode assembly in between, and pressing the membrane electrode assembly in such a state so as to be pressed. At this time, press work may be performed by heating a workpiece | work to 100 degreeC or more (for example, 100-150 degreeC), and may perform it in a warm state by heating to a temperature slightly higher than room temperature (for example, 40-60 degreeC). It can also be performed at room temperature. In addition, the membrane electrode assembly sandwiched between the current collectors is finally embedded in an outer packaging material to form a fuel cell. In this process, the current collectors may be pressed and inserted. Specifically, the exterior member is fixed by caulking, screwing, or the like. At this time, pressure may be applied to insert the current collector into the diffusion layer of the membrane electrode assembly.

상기한 바와 같이, 상기 집전체가 상기 확산층에 압입되는 것에 의해 상기 집전체의 적어도 일부가 상기 확산층 내에 삽입되어 있는 경우에, 상기 집전체를 상기 확산층에 압입하기 전의 부피 평균 공극률을 α％로 하고, 집전체의 적어도 일부를 확산층에 압입했을 때의 상기 확산층이 찌부러지는 부분의 찌부러짐률을 β％로 한 경우에, β≤α/3의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이것으로부터 벗어나는 β>α/3의 범위에서는, 확산층이 너무 찌부러짐으로써 확산이 저해되거나, 또한 극단적인 케이스로는 확산층이 과도하게 변형하여 파단하거나 할 우려가 있기 때문이다. 여기서 「부피 평균 공극률」이란 단위 부피 당의 평균 공극률이고, 확산층에 집전체를 압입하기 전의 확산층의 공극률인데, 확산층에 집전체가 압입된 후의 것을 평가하는 경우에는, 확산층에 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 공극률로 대체하여 정의할 수 있다. 부피 평균 공극률은 예를 들면 세공 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 「찌부러짐률」은 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께에 대한 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분과의 비율(집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분/집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께)이다. 예를 들면 확산층이 직사각형인 경우에는, 확산층에 집전체가 압입되어 있지 않은 부분을 5점(부분의 중앙부 근방과, 각 변의 중앙 근방) 측정한 결과의 평균을 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께로 한다. 또한, 집전체를 동일한 확산층 상에 다수 직렬 배치한 경우에는, 각 집전체의 중앙 근방의 집전체가 존재하는 부분에서 측정한 결과의 평균을 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분으로 한다. As described above, when at least a part of the current collector is inserted into the diffusion layer due to the current collector being pressed into the diffusion layer, the volume average porosity before pressing the current collector into the diffusion layer is set to α%. When the crush rate of the portion at which the diffusion layer is crushed when at least a part of the current collector is press-fitted into the diffusion layer is preferably set to β%, it is preferable to satisfy the relationship of β ≦ α / 3. This is because in the range of β> α / 3 deviating from this, diffusion may be inhibited by crushing the diffusion layer too much, or in extreme cases, the diffusion layer may be excessively deformed and broken. Here, the "volume average porosity" is the average porosity per unit volume, and is the porosity of the diffusion layer before the current collector is pressed into the diffusion layer. When evaluating that the current collector is pressed into the diffusion layer, the current collector is not pressed into the diffusion layer. Can be defined by substituting the porosity of the part. The volume average porosity can be measured using a pore meter, for example. In addition, the "crushing rate" is a ratio of the thickness of the diffusion layer of the portion in which the current collector is pressed into the diffusion layer with respect to the thickness of the diffusion layer of the portion where the current collector is not press-fitted (of the portion in which the current collector is pressed into the diffusion layer). Thickness of the diffusion layer / thickness of the diffusion layer in a portion where the current collector is not press-fitted). For example, in the case where the diffusion layer is rectangular, the average of the results obtained by measuring five points (near the central portion of the portion and the central portion of each side) of the portion where the current collector is not press-fitted into the diffusion layer is obtained. It is set as the thickness of a diffusion layer. In the case where a plurality of current collectors are arranged in series on the same diffusion layer, the thickness reduction of the diffusion layer in a portion in which the current collector is pressed into the diffusion layer is obtained by averaging the result of measurement at a portion where the current collector in the vicinity of the center of each current collector exists. It is done.

집전체로서, 연료 또는 공기를 통류시키기 위한 복수의 구멍이 개구된 유공평판(有孔平板)을 사용할 수 있다. 이 유공평판의 개구율을 35％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 50％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 복수의 구멍을 이차원 투영한 합계 면적을 집전체 전체를 이차원 투영한 전면적에 대하여 35％ 이상으로 한다. 개구율이 35％ 미만이 되면, 집전체의 압입에 의해 확산층이 없어지는 부분이 증가하여, 오히려 연료 전지의 출력 특성을 저하시키기 때문이다. 개구율을 50％ 이상으로 하면 더욱 출력 특성이 향상되어 안정된 출력 특성이 얻어진다.As the current collector, a hole flat plate having a plurality of openings for flowing fuel or air can be used. It is preferable to make the opening ratio of this hole flat plate 35% or more, and it is more preferable to set it as 50% or more. That is, the total area which two-dimensionally projected the plurality of holes is set to 35% or more with respect to the entire area which two-dimensionally projected the entire current collector. This is because when the opening ratio is less than 35%, the portion where the diffusion layer disappears due to the indentation of the current collector increases, rather deteriorating the output characteristics of the fuel cell. When the aperture ratio is 50% or more, the output characteristics are further improved, and stable output characteristics are obtained.

본 발명의 연료 전지에서는, 확산층 위에 집전체를 중첩시키고 프레스 등에 의해 면압을 걸어 집전체를 확산층 내에 파고들게 하고 있기 때문에, 양자의 밀착 성이 향상함과 함께 양자의 상호 접촉 면적이 증가한다. 이 때문에, 집전체/확산층 사이의 접속부에서의 접촉 저항이 작아져, 발전 출력의 손실이 적어진다. In the fuel cell of the present invention, since the current collector is superposed on the diffusion layer and subjected to surface pressure by a press or the like to cause the current collector to penetrate into the diffusion layer, the adhesion between the two is improved and the mutual contact area of the both increases. For this reason, the contact resistance in the connection part between an electrical power collector / diffusion layer becomes small, and the loss of a power generation output becomes small.

또한, 집전체의 삽입 부분이 종래의 구조보다도 촉매층에 가까운 곳에 위치하도록 되기 때문에, 발전부 내에서의 전류 경로가 단축되어 내부 저항이 작아진다. 이것에 의해서도 발전 출력의 손실이 적어진다. In addition, since the insertion portion of the current collector is located closer to the catalyst layer than the conventional structure, the current path in the power generation portion is shortened, and the internal resistance is reduced. This also reduces the loss of power generation output.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 다양한 형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, various forms for implementing this invention are demonstrated with reference to attached drawing.

(제1 실시 형태)(1st embodiment)

우선, 연료 전지의 전체 개요에 관해서 도 1을 참조하여 설명한다. First, the entire outline of a fuel cell will be described with reference to FIG. 1.

연료 전지 (1)은 외측을 외장 케이스 (21)로 덮고, 내부에 평면 배치·직렬 접속된 복수의 단일 전지를 갖는 것이다. 연료 전지 (1)은 예를 들면 외장 케이스 (21)의 단부를 연료 수용실 구조체 (20)의 외면에 코킹 가공함으로써, 복수의 단일 전지를 일체화한 1개의 유닛으로서 구성할 수도 있고, 외장 케이스 (21)과 연료 수용실 구조체 (20)을 볼트와 너트로 체결함으로써, 이들을 일체화 형성하도록 할 수도 있다. The fuel cell 1 covers the outside with an outer case 21 and has a plurality of single cells which are arranged in a plane and connected in series. The fuel cell 1 may be configured as one unit in which a plurality of single cells are integrated by, for example, caulking an end portion of the outer case 21 to the outer surface of the fuel chamber 20. 21 and the fuel accommodating chamber structure 20 may be integrally formed by fastening the bolts and the nuts with each other.

연료 전지 (1)은 발전부로서 막전극 접합체 (10), 집전체로서 캐소드 집전체 (7) 및 애노드 집전체 (9), 기화막으로서 기액 분리막 (13), 액체 연료 스페이스 (14)를 형성하는 연료 수용실 구조체 (20)을 구비하고 있다. 막전극 접합체 (10)은 양성자 전도성의 고체 전해질막 (6)을 사이에 두고 그 양측에 캐소드 촉매층 (2)와 애노드 촉매층 (3)이 열 프레스법으로 일체 성형되고, 또한 그 외측에 캐소 드 가스 확산층 (4)와 애노드 가스 확산층 (5)를 갖고 있다. 또한, 막전극 접합체 (10)의 캐소드 가스 확산층 (4)에는 정극 집전체 (7)이 도통하고, 애노드 가스 확산층 (5)에는 부극 집전체 (9)가 도통하고 있다. 이들 정부 한쌍의 집전체 (7), (9)를 통해 발전부에서 발전된 전력이 도시하지 않은 부하에 출력되도록 되어 있다. The fuel cell 1 forms a membrane electrode assembly 10 as a power generating portion, a cathode current collector 7 and an anode current collector 9 as a current collector, a gas-liquid separator 13 as a vaporized film, and a liquid fuel space 14. And a fuel storage chamber structure 20 to be provided. The membrane electrode assembly 10 has a cathode catalyst layer 2 and an anode catalyst layer 3 integrally formed by hot pressing on both sides thereof with a proton conductive solid electrolyte membrane 6 therebetween, and on the outside thereof, a cathode gas The diffusion layer 4 and the anode gas diffusion layer 5 are provided. In addition, the cathode current collector 7 conducts to the cathode gas diffusion layer 4 of the membrane electrode assembly 10, and the anode current collector 9 conducts to the anode gas diffusion layer 5. Through these pairs of current collectors (7) and (9), the power generated by the power generation unit is output to a load not shown.

연료 전지 (1)의 내부에는 고무 밀봉 (8)이나 O링(도시하지 않음)에 의해서 다양한 스페이스나 간극이 형성되어 있다. 이들 스페이스나 간극 중, 예를 들면 캐소드측의 스페이스는 보습판을 갖는 공기 도입부로서 이용되고, 애노드측의 스페이스는 기액 분리막 (13)을 통해 액체 연료 수용실 (14)에 연통하는 기화실로서 이용된다. Inside the fuel cell 1, various spaces and gaps are formed by a rubber seal 8 or an O-ring (not shown). Of these spaces and gaps, for example, the space on the cathode side is used as an air inlet having a moisturizing plate, and the space on the anode side is used as the vaporization chamber in communication with the liquid fuel storage chamber 14 through the gas-liquid separation membrane 13. do.

기화실(도시하지 않음)은 액체 연료 수용실 (14)에 인접하여 설치되고, 양실사이는 기액 분리막 (13)에 의해 구획되어 있다. 기액 분리막 (13)은 그 주연부가 밀봉 부재(도시하지 않음)와 연료 수용실 구조체 (20)의 플랜지와의 사이에 끼워진 상태로 지지되어 있다. 기액 분리막 (13)은 다수의 세공을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 시트로 이루어지고, 액체 연료(메탄올액 또는 그 수용액 등)를 차단하고, 기화 연료(메탄올 가스 등)를 투과시키는 것이다. A vaporization chamber (not shown) is provided adjacent to the liquid fuel containing chamber 14, and the two chambers are partitioned by the gas-liquid separation membrane 13. The gas-liquid separation membrane 13 is supported with its periphery sandwiched between a sealing member (not shown) and the flange of the fuel compartment chamber 20. The gas-liquid separation membrane 13 is made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet having a large number of pores, blocks a liquid fuel (methanol solution or an aqueous solution thereof), and permeates a vaporized fuel (methanol gas or the like).

외장 케이스 (21)의 주요면에는 복수의 통기공 (22)이 소정 피치 간격마다 개구되고, 내부의 보습판 (19)에 각각 연통하고 있다. 이들 통기공 (22)는 외기가 통과하는 개구를 형성하는데, 외기의 통과를 저해하지 않고서 외부로부터 캐소드 가스 확산층 (4)에의 미소 또는 침 형상의 이물의 삽입·접촉을 방지할 수 있는 형 상이 연구되어 있다. A plurality of vent holes 22 are opened at predetermined pitch intervals on the main surface of the outer case 21 and communicate with the internal moisturizing plate 19, respectively. These vent holes 22 form openings through which outside air passes, and studies have been made to prevent the insertion and contact of minute or needle-like foreign objects from the outside to the cathode gas diffusion layer 4 without inhibiting the passage of outside air. It is.

외장 케이스 (21)의 재료에는 스테인리스강이나 니켈 합금 등의 내식성이 우수한 금속 재료를 이용하는 것이 바람직하지만, 금속 재료에 한정되지 않고 수지 재료를 이용하는 것도 가능하고, 예를 들면 폴리에테르에테르케톤(PEEK: 빅트렉스 피엘씨 사의 상표), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 액체 연료로 팽윤 등을 발생시키기 어려운 경질의 수지를 이용할 수도 있다. It is preferable to use a metal material excellent in corrosion resistance, such as stainless steel and a nickel alloy, for the material of the exterior case 21, It is not limited to a metal material, It is also possible to use a resin material, For example, polyether ether ketone (PEEK: Hard resin which is hard to generate swelling with liquid fuels, such as a Victrex PLC brand, polyphenylene sulfide (PPS), and polytetrafluoroethylene (PTFE), can also be used.

밀봉 부재에는 경질로부터 연질까지의 각종 고무계 재료, 수지계 재료 또는 금속 재료를 사용할 수 있는데, 이 중 고무계 재료(예를 들면 EPDM(에틸렌프로필렌 고무), FKM(불소 고무), NBR(니트릴부타디엔 고무), SBR(스티렌부타디엔 고무))가 가장 적합하다. As the sealing member, various rubber-based materials, resin-based materials, or metal materials, from hard to soft, can be used. Among them, rubber-based materials (for example, EPDM (ethylene propylene rubber), FKM (fluorine rubber), NBR (nitrile butadiene rubber), SBR (styrene butadiene rubber) is the most suitable.

연료 전지 (1)의 내부에서, 1개의 단일 전지의 부극 집전체 (9)를 도 2에 도시하였다. 부극 집전체 (9)에는 복수의 개구부 (16)이 개구되어 있다. 이들 개구부 (16)은 애노드 가스 확산층 (3) 측에 각각 연통하고 있다. 액체 연료 수용실 (14) 내의 액체 연료의 일부가 기화하면, 기화 연료는 기액 분리막 (13)을 통하여 기화실 내에 들어 가고, 또한 기화실로부터 집전체 (9)의 개구부 (16)을 통하여 애노드 가스 확산층 (5) 및 애노드 촉매층 (3)에 도입되어 발전 반응에 기여한다. Inside the fuel cell 1, the negative electrode current collector 9 of one single cell is shown in FIG. A plurality of openings 16 are opened in the negative electrode current collector 9. These openings 16 communicate with the anode gas diffusion layer 3 side, respectively. When a part of the liquid fuel in the liquid fuel containing chamber 14 vaporizes, the vaporized fuel enters the vaporization chamber through the gas-liquid separation membrane 13, and also the anode gas from the vaporization chamber through the opening 16 of the current collector 9. It is introduced into the diffusion layer 5 and the anode catalyst layer 3 to contribute to the power generation reaction.

마찬가지로, 정극 집전체 (7)에도 복수의 개구부 (16)이 개구되어 있다. 이들 개구부 (16)은 보습판(도시하지 않음)을 통해 외장 케이스 (21)의 통기공 (22)에 연통하고 있다. 공기가 통기공 (22)으로부터 도입되면, 공기 조정 스페이스의 보습판을 통하여 가습되고, 집전체 (7)의 개구부 (16)을 통하여 캐소드 가스 확산 층 (4) 및 캐소드 촉매층 (2)에 도입되어, 발전 반응에 기여한다. Similarly, a plurality of openings 16 are also opened in the positive electrode current collector 7. These openings 16 communicate with the ventilation holes 22 of the outer case 21 through a moisturizing plate (not shown). When air is introduced from the air vent 22, it is humidified through the humidifying plate of the air conditioning space, and is introduced into the cathode gas diffusion layer 4 and the cathode catalyst layer 2 through the opening 16 of the current collector 7. Contribute to the development reaction.

집전체 (7), (9)는, 도 2에 도시된 바와 같이 전체의 형상이 거의 정방형이고, 그 1변의 중앙으로부터 리드 (7a), (9a)가 연장되어 나와 있다. 리드 (7a), (9a)는 도시하지 않은 부하의 양극 단자에 각각 접속된다. 집전체의 개구부 (16)은 실질적으로 동일한 크기의 직사각형이고, 세로 5열×가로 4열의 합계 20이 격자 형상으로 규칙 배열되어 있다. As shown in FIG. 2, the current collectors 7 and 9 have almost square shapes, and the leads 7a and 9a extend out from the center of one side thereof. Leads 7a and 9a are respectively connected to the positive terminal of a load (not shown). The openings 16 of the current collectors are rectangular with substantially the same size, and a total of 20 vertically arranged 5 rows × 4 rows are regularly arranged in a lattice shape.

발전부 (10)의 애노드측으로부터 부극 집전체 (9)에 전자를 취출하여, 발전 에너지의 효율적인 이용을 가능하게 하기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이 집전체 (9)의 일부를 확산층 (5) 내에 파고들게 하고 있다. 캐소드측에서도 동일하게 정극 집전체 (7)의 일부를 확산층 (4) 내에 파고들게 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 프레스 가공기를 이용하여 약 100℃의 온도에서 온간 프레스함으로써, 각 집전체 (7), (9)를 두께의 절반(t1/2)까지 확산층 (4), (5)에 각각 파고들게 하였다. 집전체 (7), (9)의 두께 t1을 예를 들면 0.1 mm(100 μm)로 하면, 확산층 (4), (5)에 대한 집전체 (7), (9)의 파고든 깊이 d1은 50 μm가 된다. Since electrons are taken out of the anode current collector 9 from the anode side of the power generation section 10 to enable efficient use of power generation energy, as shown in FIG. 3, a part of the current collector 9 is diffused into the diffusion layer 5. ) To dig into. Similarly, part of the positive electrode current collector 7 is also made to penetrate into the diffusion layer 4 on the cathode side. In this embodiment, by pressing warm at a temperature of about 100 ° C. using a press working machine, the current collectors 7 and 9 are respectively applied to the diffusion layers 4 and 5 to half (t 1/2) of the thickness. Digging into it. If the thickness t1 of the current collectors 7 and 9 is, for example, 0.1 mm (100 μm), the digging depth d1 of the current collectors 7 and 9 for the diffusion layers 4 and 5 is 50. μm.

또한, 도 4는 집전체 (9A)의 일부를 확산층 (5A) 내에 파고들게 한 예이다. 캐소드측에서도 동일하게, 정극 집전체 (7A)의 일부를 확산층 (4A) 내에 파고들게 하고 있다. 본 실시 형태에서는 프레스 가공기를 이용하여 약 150℃의 온도로 핫 프레스함으로써, 각 집전체 (7A), (9A)를 그 두께 t1까지 확산층 (4), (5)에 각각 파고들게 하였다. 집전체 (7A), (9A)의 두께 t1을 예를 들면 0.1 mm(100 μm)으로 하면, 확산층 (4A), (5A)에 대한 집전체 (7A), (9A)의 파고든 깊이 d1은 100 μm가 된다. 4 shows an example in which a part of the current collector 9A is penetrated into the diffusion layer 5A. Similarly on the cathode side, part of the positive electrode current collector 7A is penetrated into the diffusion layer 4A. In this embodiment, by pressing hot at a temperature of about 150 ° C. using a press working machine, each of the current collectors 7A and 9A is drilled into the diffusion layers 4 and 5 to the thickness t1, respectively. If the thickness t1 of the current collectors 7A and 9A is set to 0.1 mm (100 μm), for example, the depth d1 of the current collectors 7A and 9A with respect to the diffusion layers 4A and 5A is 100. μm.

집전체 (7), (9)에는 0.1 mm 두께의 스테인리스 강판에 금도금을 실시한 것을 이용하고, 애노드극에 공급되게 되는 연료와 캐소드극에서 필요해지는 공기의 투입을 방해하지 않기 위한 구멍 가공이 각각 실시되어 있다. 이들 집전체 (7), (9)의 일부는 연료 전지 외부로 인출되어, 외부 단자의 역할을 한다. In the current collectors 7 and 9, 0.1 mm-thick stainless steel plate was used for gold plating, and holes were drilled so as not to disturb the input of fuel to be supplied to the anode and the air required from the cathode. It is. Some of these current collectors 7 and 9 are taken out to the outside of a fuel cell, and serve as an external terminal.

고체 고분자막 (6)의 양면에 백금 또는 백금과 그 밖의 금속을 포함하는 촉매를 도포하여 촉매층 (2), (3)을 형성하고, 그 양측에 배치하는 확산층 (4), (5)에는 카본 페이퍼를 사용하였다. 사용하는 카본 페이퍼의 두께 t2는 애노드측, 캐소드측 모두 0.4 mm 두께로 하고, 발전에 기여하는 촉매 부분 및 카본 페이퍼의 크기는 40 mm변의 정방형, 그 발전부의 각 변에서 고체 고분자막 (6)이 5 mm 돌출하도록 고체 고분자막 (6)의 크기를 50 mm×50 mm변으로 하였다. Catalysts containing platinum or platinum and other metals are applied to both surfaces of the solid polymer film 6 to form catalyst layers 2 and 3, and carbon paper is provided in the diffusion layers 4 and 5 disposed on both sides thereof. Was used. The thickness t2 of the carbon paper to be used is 0.4 mm thick on both the anode side and the cathode side, and the size of the catalyst portion and carbon paper that contributes to power generation is a square of 40 mm sides, and the solid polymer membrane 6 is formed on each side of the power generation portion. The size of the solid polymer membrane 6 was set to 50 mm x 50 mm side so as to protrude mm.

액체 연료 수용실 (14)에는 연료 도입구 (15)가 개구되어 있다. 연료 도입구 (15)에는 예를 들면 키홈형의 커플러가 부착되고, 이 커플러에 도시하지 않은 연료 카트리지의 노즐이 삽입되고, 액체 연료가 액체 연료 수용실 (14)에 보급되도록 되어 있다. The fuel inlet 15 is opened in the liquid fuel containing chamber 14. For example, a keyway-type coupler is attached to the fuel inlet 15, a nozzle of a fuel cartridge (not shown) is inserted into the coupler, and liquid fuel is supplied to the liquid fuel storage chamber 14.

액체 연료 수용실 (14) 내에는 액체 연료 함침층(도시하지 않음)이 수용되어 있다. 액체 연료 함침층에는 예를 들면 다공질 폴리에스테르 섬유, 다공질 올레핀계 수지 등 다경질 섬유나, 연속 기포 다공질체 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 액체 연료 함침층은 연료 탱크 내의 액체 연료가 감소한 경우나 연료 전지 본체가 경사지도록 장착되어 연료 공급이 편향된 경우에도, 기액 분리막에 균질하게 연료 공급되고, 그 결과, 애노드 촉매층 (3)에 균질하게 기화된 액체 연료를 공급하는 것이 가능해진다. 폴리에스테르 섬유 이외에도, 아크릴산계의 수지 등의 각종 흡수성 중합체에 의해 구성할 수도 있고, 스폰지 또는 섬유의 집합체 등 액체의 침투성을 이용하여 액체를 보유할 수가 있는 재료에 의해 구성한다. 본 액체 연료 함침부는 본체의 자세에 상관없이 적량의 연료를 공급하는 데 유효하다. The liquid fuel impregnation layer (not shown) is accommodated in the liquid fuel containing chamber 14. For the liquid fuel impregnation layer, it is preferable to use, for example, porous fibers such as porous polyester fibers and porous olefin resins, or continuous bubble porous resin. The liquid fuel impregnation layer is evenly supplied to the gas-liquid separator even when the liquid fuel in the fuel tank is reduced or the fuel cell main body is inclined so that the fuel supply is deflected. As a result, the anode catalyst layer 3 is homogeneously vaporized. It is possible to supply the prepared liquid fuel. In addition to polyester fiber, it can also be comprised by various water absorbing polymers, such as acrylic acid resin, and is comprised by the material which can hold | maintain a liquid using the permeability of liquid, such as a sponge or aggregate of fibers. The liquid fuel impregnation portion is effective for supplying an appropriate amount of fuel irrespective of the attitude of the main body.

또한, 액체 연료에는, 메탄올 수용액, 순수 메탄올 등의 메탄올 연료, 에탄올 수용액, 순수 에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순수 프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순글리콜 등의 글리콜 연료, 포름산 수용액, 포름산나트륨 수용액, 아세트산 수용액, 수소화붕소나트륨 수용액, 수소화붕소칼륨 수용액, 수소화리튬 수용액, 에틸렌글리콜 수용액, 디메틸에테르 등의 수소를 포함하는 유기계의 수용액이 이용된다. 그 중에서도 메탄올 수용액은 탄소수가 1이고 반응 시에 발생하는 것이 탄산 가스임과 함께, 저온에서의 발전 반응이 가능하고, 산업 폐기물로부터 비교적 용이하게 제조할 수가 있기 때문에 바람직하다. 또한, 연료는 농도 100％ 내지 수％까지의 범위에서 다양한 농도의 것을 사용할 수 있다.In addition, the liquid fuel includes methanol fuel such as methanol aqueous solution and pure methanol, ethanol aqueous solution such as ethanol aqueous solution and pure ethanol, propanol fuel such as aqueous propanol solution and pure propanol, glycol fuel such as aqueous glycol solution and pure glycol, aqueous formic acid solution and formic acid. An aqueous organic solution containing hydrogen, such as aqueous sodium solution, aqueous acetic acid solution, aqueous sodium borohydride solution, aqueous potassium borohydride solution, aqueous lithium hydride solution, aqueous ethylene glycol solution and dimethyl ether, is used. Among them, the methanol aqueous solution is preferably carbon dioxide because carbon dioxide gas is generated at the time of reaction, and the power generation reaction at low temperature is possible and can be produced relatively easily from industrial waste. In addition, the fuel can use various concentrations in the range of 100%-several%.

고체 전해질막 (6)은 애노드 촉매층 (3)에서 발생한 양성자를 캐소드 촉매층 (2)에 수송하기 위한 것으로서, 전자 전도성을 갖지 않고, 양성자를 수송하는 것이 가능한 재료에 의해 구성되어 있다. 예를 들면, 폴리퍼플루오로술폰산계의 수지막, 구체적으로는, 듀퐁사 제조의 나피온막, 아사히 글래스사 제조의 플레미온막, 또는 아사히 가세이 고교사 제조의 아시플렉스막 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 폴리퍼플루오로술폰산계의 수지막 이외에도, 트리플루오로스티렌 유도체의 공중합 막, 인산을 함침시킨 폴리벤즈이미다졸막, 방향족 폴리에테르케톤술폰산막, 또는 지방족탄화수소계 수지막 등 양성자를 수송 가능한 전해질막 (6)을 구성하도록 할 수도 있다. The solid electrolyte membrane 6 is for transporting protons generated in the anode catalyst layer 3 to the cathode catalyst layer 2, and is composed of a material which does not have electronic conductivity and can transport protons. For example, it is comprised by the resin film of a polyperfluorosulfonic-acid type, specifically, the Nafion film by Dupont, the plemion film by Asahi Glass, or the Aflexex film by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd., etc., for example. . In addition to polyperfluorosulfonic acid resin films, protons such as copolymerized films of trifluorostyrene derivatives, polybenzimidazole films impregnated with phosphoric acid, aromatic polyether ketonesulfonic acid films, or aliphatic hydrocarbon resin films can be transported. The electrolyte membrane 6 may be configured.

애노드 촉매층 (3)은 가스 확산층 (5)를 통해 공급되는 기화 연료를 산화시켜서 연료로부터 전자와 양성자를 얻는 것이다. 애노드 촉매층 (3)은 예를 들면 촉매를 포함하는 탄소 분말에 의해 구성되어 있다. 촉매에는 예를 들면 백금(Pt)의 미립자, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 루테늄(Ru) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 전이 금속 또는 그 산화물 또는 이들의 합금 등의 미립자가 이용된다. 단, 촉매를 루테늄과 백금의 합금에 의해 구성하도록 하면, 일산화탄소(CO)의 흡착에 의한 촉매의 불활성화를 방지할 수가 있기 때문에 바람직하다. The anode catalyst layer 3 oxidizes the vaporized fuel supplied through the gas diffusion layer 5 to obtain electrons and protons from the fuel. The anode catalyst layer 3 is made of, for example, carbon powder containing a catalyst. The catalyst includes, for example, fine particles of platinum (Pt), transition metals such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru) or molybdenum (Mo), or fine particles such as oxides or alloys thereof. Is used. However, when the catalyst is made of an alloy of ruthenium and platinum, it is preferable because deactivation of the catalyst due to adsorption of carbon monoxide (CO) can be prevented.

또한, 애노드 촉매층 (3)은 전해질막 (6)에 이용되는 수지의 미립자를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 발생시킨 양성자의 이동을 용이하게 하기 위해서이다. 애노드 가스 확산층 (5)는 예를 들면 다공질의 탄소 재료를 포함하는 박막으로 구성되고, 구체적으로는 카본 페이퍼 또는 탄소 섬유 등으로 구성되어 있다. In addition, the anode catalyst layer 3 more preferably contains fine particles of a resin used in the electrolyte membrane 6. This is to facilitate the movement of the protons generated. The anode gas diffusion layer 5 is made of, for example, a thin film containing a porous carbon material, and specifically made of carbon paper or carbon fiber.

캐소드 촉매층 (2)는 산소를 환원하여 전자와 애노드 촉매층 (3)에서 발생한 양성자를 반응시켜 물을 생성하는 것으로서, 예를 들면 상술한 애노드 촉매층 (3) 및 애노드 가스 확산층 (5)와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 캐소드는 고체 전해질막 (11) 측으로부터 순서대로 촉매를 포함하는 탄소 분말을 포함하는 캐소드 촉매층 (3)과 다공질의 탄소 재료를 포함하는 캐소드 가스 확산층 (5)가 중첩된 적층 구조를 하고 있다. 캐소드 촉매층 (2)에 이용되는 촉매는 애노드 촉매층 (3)의 그 것과 동일하고, 애노드 촉매층 (3)이 고체 전해질막 (6)에 이용되는 수지의 미립자를 포함하는 경우가 있는 것도 애노드 촉매층 (3)과 동일하다. 덧붙여서 말하면, 전해질막 (6)의 두께는 10 내지 250 μm, 캐소드 촉매층 (2), 애노드 촉매층 (3)의 두께는 50 내지 100 μm, 캐소드 확산층 (4), 애노드 확산층 (5)의 두께는 250 내지 500 μm, 정극 집전체 (7), 부극 집전체 (9)의 두께는 30 내지 200 μm의 범위에서 각각 최적치를 선택할 수 있다. The cathode catalyst layer 2 generates oxygen by reducing oxygen to react protons generated in the anode catalyst layer 3 to generate water. For example, the cathode catalyst layer 2 is configured in the same manner as the anode catalyst layer 3 and the anode gas diffusion layer 5 described above. It is. That is, the cathode has a laminated structure in which the cathode catalyst layer 3 containing the carbon powder containing the catalyst and the cathode gas diffusion layer 5 containing the porous carbon material are superimposed in order from the solid electrolyte membrane 11 side. . The catalyst used for the cathode catalyst layer 2 is the same as that of the anode catalyst layer 3, and the anode catalyst layer 3 may contain the fine particles of the resin used for the solid electrolyte membrane 6. Same as). Incidentally, the thickness of the electrolyte membrane 6 is 10 to 250 µm, the thickness of the cathode catalyst layer 2 and the anode catalyst layer 3 is 50 to 100 µm, the thickness of the cathode diffusion layer 4 and the anode diffusion layer 5 is 250. To 500 micrometers, the thickness of the positive electrode electrical power collector 7 and the negative electrode electrical power collector 9 can select an optimal value in the range of 30-200 micrometers, respectively.

외장 케이스 (21) 및 연료 수용실 구조체 (20)은, 스테인리스강이나 니켈 금속 등의 내식성이 우수한 금속 재료로 만들 수 있다. 이 경우, 금속 이온의 용출을 막기 위해서 수지 코팅을 실시하는 것이 바람직하다. 이들을 폴리에테르에테르케톤(PEEK: 빅트렉스 plc사의 상표), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 등의 액체 연료로 팽윤 등을 발생시키기 어려운 경질의 플라스틱으로 만드는 것도 가능하다.The exterior case 21 and the fuel storage chamber structure 20 can be made of a metal material excellent in corrosion resistance, such as stainless steel and nickel metal. In this case, it is preferable to perform resin coating in order to prevent elution of metal ions. They can also be made of rigid plastics that are hard to cause swelling with liquid fuels such as polyether ether ketone (PEEK: trademark of Victrex plc), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like. Do.

(제2 실시 형태)(2nd embodiment)

다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 실시 형태가 상기 제1 실시 형태와 중복하는 부분의 설명은 생략한다. Next, with reference to FIG. 5, 2nd Embodiment of this invention is described. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with the said 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

연료 전지 (1A)는 실질적으로 동일한 평면 상에 배치된 복수의 단일 전지를 내부에 갖고 있다. 이들 동일한 평면에 평치(平置) 배치된 복수의 단일 전지는 정부 양극의 집전체 (7A), (9A)를 통해 직렬로 접속되어 있다. 휴대 기기는 두께 사이즈가 엄격하게 제한되기 때문에, 그것에 내장되는 연료 전지에도 동일한 요구가 있어, 복수의 단일 전지를 중첩하는 스택 구조를 채용하는 것이 곤란하기 때문에, 동일한 평면 상에 열거하여 배치하는 평치 배치 구조를 채용한다. 이와 같이 평치 배치하는 복수의 단일 전지를 직렬로 접속함으로써 조전지를 형성한다. The fuel cell 1A has a plurality of single cells disposed therein substantially on the same plane. A plurality of single cells arranged flat on these same planes are connected in series via current collectors 7A and 9A of the positive electrode. Since the size of the portable device is strictly limited, the fuel cells embedded therein have the same requirements, and since it is difficult to adopt a stack structure in which a plurality of single cells are superposed, the flat arrangement arranged by enumerating on the same plane Adopt a structure. Thus, the assembled battery is formed by connecting a plurality of single cells arranged in a flat manner in series.

본 실시 형태의 연료 전지 (1A)에서는, 집전체 (7A), (9A)는 도 5에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형의 집전체 (7A), (9A)를 6열 배치한 것이고, 그 1변의 중앙으로부터 리드 (7a), (9a)가 연장되어 나와 있다. 리드 (7a), (9a)는 도시하지 않은 부하의 양극 단자에 각각 접속된다. In the fuel cell 1A of the present embodiment, the current collectors 7A and 9A are arranged in six rows of substantially rectangular current collectors 7A and 9A, as shown in FIG. Leads 7a and 9a extend from the center of the sides. Leads 7a and 9a are respectively connected to the positive terminal of a load (not shown).

집전체 (7A), (9A)에는 0.1 mm 두께의 스테인리스 강판에 금도금을 실시한 것을 이용하고, 애노드극에 공급되게 되는 연료와 캐소드극에서 필요해지는 공기의 투입을 방해하지 않기 위한 구멍 가공이 각각 실시되어 있다. 이들 집전체 (7A), (9A)의 일부는 연료 전지 외부로 인출되어, 외부 단자의 역할을 한다. In the current collectors 7A and 9A, gold plated on a 0.1 mm thick stainless steel sheet was used, and hole processing was performed to prevent the input of fuel to be supplied to the anode and the air required from the cathode. It is. Some of these current collectors 7A and 9A are drawn out of the fuel cell to serve as external terminals.

집전체 (7A), (9A)의 개구부 (16)은 실질적으로 동일한 크기의 직사각형이고, 세로 8개로 규칙 배열되어 있다. The openings 16 of the current collectors 7A and 9A are rectangular with substantially the same size and are arranged in regular order of eight vertically.

발전부 (10)의 애노드측으로부터 부극 집전체 (9A)에 전자를 취출하여, 발전 에너지의 효율적인 이용을 가능하게 하기 때문에, 제1 실시 형태와 동일하게 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 집전체의 일부를 확산층 내에 파고들게 하고 있다.Since electrons are taken out of the anode current collector 9A from the anode side of the power generation section 10 to enable efficient use of generated energy, as shown in FIG. 3 or 4 as in the first embodiment. A part of the whole is dug into the diffusion layer.

[실시예 1 내지 5][Examples 1 to 5]

일반적인 연료 전지로는 복수의 단일 전지를 직렬로 접속한 조전지로 출력 전압을 확보하게 되는데, 이하에 진술하는 실시예 1 내지 5에서는 본 발명의 효과를 확인하는 목적을 위하여 단일 전지로 연료 전지를 구성하는 것으로 하였다. As a general fuel cell, an output voltage is secured by an assembled battery in which a plurality of single cells are connected in series. In Examples 1 to 5 described below, a fuel cell is used as a single cell for the purpose of confirming the effects of the present invention. It was supposed to be configured.

고체 고분자막 (6)의 양면에 백금 또는 백금과 그 밖의 금속으로 이루어지는 촉매를 도포하여 촉매층 (2), (3)을 형성하고, 그 양측에 배치하는 확산층 (4), (5)에는 카본 페이퍼를 사용하였다. 사용하는 카본 페이퍼의 두께 t2는 애노드측, 캐소드측 모두 0.4 mm 두께로 하고, 발전에 기여하는 촉매 부분 및 카본 페이퍼의 크기는 40 mm변의 정방형, 그 발전부의 각 변에서 고체 고분자막 (6)이 5 mm 돌출하도록 고체 고분자막 (6)의 크기를 50 mm×50 mm변으로 하였다. A catalyst composed of platinum or platinum and other metals is applied to both surfaces of the solid polymer film 6 to form catalyst layers 2 and 3, and diffusion layers 4 and 5 disposed on both sides of the carbon paper include carbon paper. Used. The thickness t2 of the carbon paper to be used is 0.4 mm thick on both the anode side and the cathode side, and the size of the catalyst portion and carbon paper that contributes to power generation is a square of 40 mm sides, and the solid polymer membrane 6 is formed on each side of the power generation portion. The size of the solid polymer membrane 6 was set to 50 mm x 50 mm side so as to protrude mm.

집전체 (7), (9)에는 0.1 mm 두께의 스테인리스 강판에 금도금을 실시한 것을 이용하고, 애노드극에 공급되게 되는 연료와 캐소드극에서 필요해지는 공기의 투입을 방해하지 않기 위한 구멍 가공이 각각 실시되어 있다. 이들 집전체 (7), (9)의 일부는 연료 전지 외부로 인출되어 외부 단자의 역할을 한다. In the current collectors 7 and 9, 0.1 mm-thick stainless steel plate was used for gold plating, and holes were drilled so as not to disturb the input of fuel to be supplied to the anode and the air required from the cathode. It is. Some of these current collectors 7 and 9 are drawn out of the fuel cell to serve as external terminals.

이들 적층체를 외장재가 되는 플라스틱 부품에 의해 고무 밀봉 (8)을 개재하여 사이에 끼우고, 나사 고정함으로써 밀봉하여 연료 전지로 하는데, 고무 밀봉 (8)은 카본 페이퍼 (4), (5)로부터의 고체 고분자막 (6)의 튀어나온 부분에 맞닿도록 설치하고, 그 부분에서 밀봉하였다. These laminates are sandwiched between the rubber seals 8 with a plastic part serving as an outer material and sealed by screwing to form a fuel cell. The rubber seals 8 are formed from carbon papers 4 and 5, respectively. It installed so that abutting the protruding part of the solid polymer film 6 of and sealed in that part.

끼우는 애노드측 외장재 (20)의 재질은 PPS로 하였다. 외장재 (20)의 내측이 애노드극에 인접함으로써 액체 연료 수용실 (14)를 형성하고, 외부로부터의 연료 공급구 (15)가 형성되게 된다. 또한, 캐소드극측 외장재 (21)에도 PPS를 사용하고, 외부로부터 공기를 도입되도록 복수의 통기공 (22)이 개구하고 있다. The material of the anode side packaging material 20 to be sandwiched was PPS. By the inner side of the exterior packaging material 20 being adjacent to the anode electrode, the liquid fuel containing chamber 14 is formed, and the fuel supply port 15 from the outside is formed. In addition, a PPS is also used for the cathode-side exterior packaging material 21, and the some ventilation hole 22 opens so that air may be introduce | transduced from the exterior.

또한, 본 실시예에서는 애노드극으로의 균일한 연료 공급을 보조할 목적으로 연료 보유부와 애노드측 집전체의 사이에 연료를 흡수·보유할 수 있는 부직포 (13)을 배치하였다. In addition, in this embodiment, a nonwoven fabric 13 capable of absorbing and retaining fuel is disposed between the fuel holding portion and the anode-side current collector for the purpose of assisting uniform fuel supply to the anode electrode.

다만, 애노드극에의 연료 공급 및 캐소드 전극에의 에어 공급에 대해서는, 펌프 등의 보조 기기를 사용하여 공급하더라도 상관없고, 또한 그 경우에 유로를 형성한 부품을 이용하여 연료 및 에어를 공급하더라도 상관없다. However, the fuel supply to the anode electrode and the air supply to the cathode electrode may be supplied by using an auxiliary device such as a pump, and in this case, fuel and air may be supplied by using a part having a flow path formed therein. none.

[실시예 1] Example 1

실시예 1로서 이하의 연료 전지를 50개 제조하였다. As Example 1, 50 fuel cells below were manufactured.

상술한 바와 같이, 애노드측, 캐소드측 모두 막전극 구조체의 확산층 (4), (5)에는 두께 0.4 mm의 카본 페이퍼를 사용하고 있는데, 이 카본 페이퍼는 공극률 75％의 것을 선택하였다. 그 외측에 배치되는 집전체의 두께는 0.1 mm로 하고 있는데, 실시예 1의 연료 전지에서는 전극막 구조체를 집전체 사이에 끼운 상태에서 프레스하여, 집전체의 두께 전체를 카본 페이퍼에 매설시켜, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 하였다. As described above, 0.4 mm thick carbon paper was used for the diffusion layers 4 and 5 of the membrane electrode structure on both the anode side and the cathode side. The carbon paper was selected to have a porosity of 75%. The thickness of the current collector disposed on the outer side is 0.1 mm. In the fuel cell of Example 1, the electrode membrane structure is pressed while sandwiched between the current collectors, and the entire thickness of the current collector is embedded in carbon paper, and the carbon The thickness of the paper and the current collector were adjusted to 0.4 mm.

이 경우의 찌부러짐률 β는, 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께 0.4 mm와, 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분 0.1 mm의 비율(0.1/0.4)이 되어 25％이다. 따라서, 공극률 α가 75％이기 때문에, β≤α/3의 관계가 된다. 또한, 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분은 (프레스 전의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께)-(프레스 후의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께)이다. The crush rate β in this case is a ratio (0.1 / 0.4) of 0.4 mm in thickness of the diffusion layer in the portion where the current collector is not press-fitted and 0.1 mm in thickness reduction of the diffusion layer in the portion in which the current collector is press-fitted in the diffusion layer. 25%. Therefore, since the porosity α is 75%, the relationship is β ≦ α / 3. In addition, the thickness reduction of the diffusion layer of the part which pressed the collector into the diffusion layer is (the thickness which combined the carbon paper before a press and the collector)-(the thickness which combined the carbon paper and the collector after a press).

집전체의 형상에 관해서는 카본 페이퍼의 크기와 동일한 40 mm변의 부분에 외부 단자가 되는 단자부를 연장시키는데, 애노드극에의 연료와 캐소드극에의 공기를 공급하기 위한 구멍으로서, 5×8 mm 크기의 구멍을 도 2와 같이 20개소 형성하 였다. 이때의 구멍의 간격은 Dx=1.6 mm, Dy=2.5 mm가 되고, 집전체의 개구율은 50％가 된다. As for the shape of the current collector, the terminal portion serving as an external terminal is extended to a portion of the 40 mm side that is the same as the size of the carbon paper, and is a hole for supplying fuel to the anode electrode and air to the cathode electrode. 20 holes were formed as shown in FIG. At this time, the space | interval of a hole becomes Dx = 1.6 mm and Dy = 2.5 mm, and the aperture ratio of an electrical power collector is 50%.

[실시예 2]Example 2

실시예 2로서, 집전체를 프레스에 의해 카본 페이퍼에 매설시킬 때, 카본 페이퍼에 파고들게 하는 집전체의 두께를 0.05 mm로 하고, 애노드측, 캐소드측 각각의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.45 mm가 되는 점만 실시예 1과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. In Example 2, when the current collector is embedded in the carbon paper by pressing, the thickness of the current collector to be embedded in the carbon paper is 0.05 mm, and the thickness of the carbon paper and the current collector of the anode side and the cathode side, respectively, Only 50 fuel cells different from Example 1 were manufactured at the point of 0.45 mm.

전극막 구조체와 집전체를 합친 두께는 실시예 1보다 두껍게 되는데, 외장재를 단단히 조이는 나사의 토크를 동일하게 하고, 조이기는 실시예와 동일하게 하였다. 후술하는 두께가 다른 예에 대해서도 동일한 처치를 실시하고 있다.The combined thickness of the electrode film structure and the current collector is thicker than that of Example 1, but the torque of the screws for tightly tightening the packaging material is the same, and the tightening is the same as the embodiment. The same procedure is performed also about the example in which the thickness mentioned later is different.

이 경우의 찌부러짐률 β는 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께 0.4 mm와, 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분0.05 mm의 비율(0.05/0.4)가 되어 12.5％이다. 따라서, 공극률 α가 75％이기 때문에, β≤α/3의 관계가 된다. In this case, the crush rate β becomes a ratio (0.05 / 0.4) of 0.4 mm of the thickness of the diffusion layer in the portion where the current collector is not press-fitted and a thickness reduction of 0.05 mm of the diffusion layer of the portion where the current collector is press-fitted into the diffusion layer. %to be. Therefore, since the porosity α is 75%, the relationship is β ≦ α / 3.

[실시예 3] Example 3

실시예 3으로서, 집전체의 구멍의 크기를 5×6 mm로 하고, 구멍의 간격은 Dx=3.2 mm, Dy=2.5 mm, 집전체의 개구율을 37.5％로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 연료 전지를 50개 제작하였다. As Example 3, the hole size of the collector was 5x6 mm, and the space | interval of a hole was changed to Example 1 except having changed Dx = 3.2mm, Dy = 2.5mm, and the aperture ratio of the collector to 37.5%. 50 identical fuel cells were produced.

[실시예 4] Example 4

실시예 4로서, 집전체의 구멍의 크기를 5×5 mm로 하고, 구멍의 간격은 Dx=4.0 mm, Dy=2.5 mm, 집전체의 개구율을 31.2％로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 연료 전지를 50개 제작하였다. As Example 4, the hole size of the collector was set to 5 x 5 mm, and the space | interval of the hole was changed to Example 1 except having changed Dx = 4.0 mm, Dy = 2.5 mm, and the aperture ratio of the collector to 31.2%. 50 identical fuel cells were produced.

[실시예 5]Example 5

실시예 5로서, 집전체의 두께를 0.15 mm로 변경하고 실시예 1과 동일하게 프레스 가공에 의해 집전체의 두께를 전체를 카본 페이퍼에 매설시켜, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 한 연료 전지를 50개 제조하였다. In Example 5, the thickness of the current collector was changed to 0.15 mm, and the entire thickness of the current collector was embedded in carbon paper by pressing, similarly to Example 1, and the thickness of the carbon paper and the current collector was 0.4 mm. 50 fuel cells were prepared.

이 경우의 찌부러짐률 β는 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께 0.4 mm와, 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분0.15 mm의 비율(0.15/0.4)이 되어 37.5％이다. β≥α/3의 관계가 된다. In this case, the crush rate β becomes a ratio (0.15 / 0.4) of 0.45 mm in thickness of the diffusion layer in the portion where the current collector is not press-fitted and 0.15 mm in thickness reduction of the diffusion layer in the portion in which the current collector is press-fitted in the diffusion layer. %to be. β≥α / 3.

[비교예 1]Comparative Example 1

비교예 1로서, 실시예 1과 연료 전지를 구성하는 부품은 동일하지만, 전극막 구조체만 프레스하여 카본 페이퍼의 두께를 0.3 mm가 되도록 하고, 그 양측에 집전체를 배치하고, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 한 점만 실시예 1과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. As Comparative Example 1, the components constituting the fuel cell were the same as those of Example 1, but only the electrode film structure was pressed so that the thickness of the carbon paper was 0.3 mm, the current collectors were disposed on both sides, and the carbon paper and the current collector were disposed. 50 fuel cells different from Example 1 were produced in such a manner that the combined thickness was 0.4 mm.

[비교예 2]Comparative Example 2

비교예 2로서, 실시예 1과 연료 전지를 구성하는 부품은 동일하지만, 카본 페이퍼에 집전체를 파고들게 하는 것을 하지 않고, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.5 mm가 되는 점만 실시예 1과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. As Comparative Example 2, the components constituting the fuel cell are the same as those of Example 1, except that the thickness of the carbon paper and the current collector is 0.5 mm without digging the current collector into the carbon paper. 50 other fuel cells were made.

각 실시예 및 비교예의 연료 전지를 50개씩 제조하여 출력을 확인하였다. 출력을 확인하는 조건은 연료에 5 질량％의 메탄올 수용액을 사용하고, 0.2 V의 정 전압 출력을 확인하였다. 50 fuel cells of each Example and Comparative Example were manufactured, and the output was confirmed. As a condition for confirming the output, a constant voltage output of 0.2 V was confirmed using a 5 mass% aqueous methanol solution for fuel.

비교예 1의 출력 평균치를 100으로 한 경우의, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1, 2에 의한 연료 전지의 출력 평균치를 표 1에 나타내었다. Table 1 shows the output average values of the fuel cells according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 when the output average value of Comparative Example 1 is 100.

표 1의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 5에서는 비교예 1, 2 보다도 양호한 출력을 확인할 수 있었다. 그 중에서 집전체의 개구율이 31.2％로 작은 실시예 4에 대해서는 확산층이 찌부러지는 부분이 많아 출력 평균치 105.0％로 약간 효과가 작은 결과가 되었고, 본 발명에 따른 연료 전지에서 사용하는 집전체의 개구율은 35％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50％ 이상이다. As is clear from the results of Table 1, in Examples 1 to 5, better output than Comparative Examples 1 and 2 was confirmed. In Example 4, the diffusion layer had a lot of crushed portions, which resulted in a small effect of the output average value of 105.0%. The opening ratio of the current collector used in the fuel cell according to the present invention was 35% or more is preferable, More preferably, it is 50% or more.

또한, 공극률 75％의 카본 페이퍼를 사용하고 있지만, 집전체가 해당하는 부분의 카본 페이퍼의 찌부러지는 비율이 37.5％인 실시예 5의 연료 전지도 출력 평균치가 106.5％로 효과가 약간 작은 결과가 되어, 카본 페이퍼를 너무 짓이김으로써 효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. In addition, although the carbon paper of 75% of porosity is used, the fuel cell of Example 5 which has a 37.5% crushing ratio of the carbon paper of the part to which an electrical power collector corresponds also has a slightly small effect with an output average value of 106.5%. It was confirmed that the effect was reduced by crushing the carbon paper too much.

[실시예 6 내지 10] [Examples 6 to 10]

이하에 진술하는 실시예 6 내지 10에서는 복수의 단일 전지를 직렬로 접속한 조전지의 예이다. 조전지인 이외에는, 기본적인 연료 전지로서의 구성은 실시예 1 내지 5와 동일하다. Examples 6 to 10 stated below are examples of battery packs in which a plurality of single batteries are connected in series. Except for the assembled battery, the configuration as a basic fuel cell is the same as in Examples 1 to 5.

실시예 6으로서, 도 5에 도시한 바와 같은 발전부를 갖는 연료 전지를 50개 제조하였다. As Example 6, 50 fuel cells having a power generation unit as shown in Fig. 5 were manufactured.

집전체 (7), (9)는 전체의 형상이 스트립 형상으로 가늘고 긴 직사각형이고, 그 1변의 중앙으로부터 리드 (7a), (9a)가 연장되어 나와 있다. 리드 (7a), (9a)는 도시하지 않은 부하의 양극 단자에 각각 접속된다. 집전체의 개구부 (16)은 실질적으로 동일한 크기의 직사각형이고, 세로 8열×가로 6열의 합계 48이 격자 형상으로 규칙 배열되어 있다. The collectors 7 and 9 are strip | belt-shaped rectangular in the shape of the whole, and the leads 7a and 9a extend out from the center of the one side. Leads 7a and 9a are respectively connected to the positive terminal of a load (not shown). The openings 16 of the current collector are rectangles having substantially the same size, and a total of 48 rows of 8 columns × 6 columns are regularly arranged in a lattice shape.

사용하는 막전극 복합체는 동일한 평면에 배치된 6개의 발전부를 포함하는 데, 고체 전해질막은 공통의 것을 사용하고 있다. 고체 전해질막의 크기는 106 mm×111 mm의 크기이고, 거기에 길이 Gy=100 mm, 폭 Gx=15 mm의 전극을 6개 배치하는데, 전극 간의 거리 Mx나 전극으로부터의 고체 전해질막의 튀어나온 양 My는 전부 3 mm로 하였다. The membrane electrode composite used includes six power generation units arranged on the same plane, and the solid electrolyte membrane uses a common one. The size of the solid electrolyte membrane is 106 mm x 111 mm, and there are six electrodes having a length of Gy = 100 mm and a width of Gx = 15 mm, where the distance between the electrodes Mx or the amount of protruding solid electrolyte membrane from the electrodes My All were set to 3 mm.

각 전극의 애노드측, 캐소드측 각각에 대하여, 길이 Ey=100 mm, 폭 Ex=11 mm의 집전체를 배치한다. 배치된 집전체, 전극 외부로 인출되는 단자부(리드) (7a), (9a)를 통해 인접하는 전극의 애노드와 캐소드가 전기적으로 접속되고, 6개의 전극이 직렬로 접속된다. 본 실시예에서는 집전체의 폭 Ex는 전극의 폭보다 좁게 되어 있는데, 집전체의 폭 방향의 중심이 전극의 폭 방향의 중심에 일치하도록 집전체를 배치하였다. 각각의 집전체에는 연료나 에어를 도입하기 위한 구멍 (16)을 개구하고 있고, 본 실시예에서 길이 Hy=8 mm, 폭 Hx=5 mm의 구멍을 길이 방향 1열에 8개소 형성하였다. 구멍의 길이 방향의 간격 Dy=4 mm, 폭 방향은 집전체의 중앙에 구멍이 위치하도록 하고, 프레임 부분의 폭 Dx=3 mm로 하였다. On the anode side and the cathode side of each electrode, a current collector having a length of Ey = 100 mm and a width Ex = 11 mm is disposed. The anode and the cathode of the adjacent electrode are electrically connected through the arranged current collector and the terminal portions (leads) 7a and 9a drawn out of the electrodes, and six electrodes are connected in series. In the present embodiment, the width Ex of the current collector is narrower than the width of the electrode, but the current collector is disposed so that the center of the width direction of the current collector coincides with the center of the width direction of the electrode. In each current collector, holes 16 for introducing fuel and air were opened. In this embodiment, eight holes having a length of Hy = 8 mm and a width of Hx = 5 mm were formed in one row in the longitudinal direction. The distance Dy of the longitudinal direction of the hole was 4 mm and the width direction was such that the hole was located at the center of the current collector, and the width Dx of the frame portion was 3 mm.

각 전극의 면적에 차지하는 집전체의 면적은 52％가 되고, 개구율은 48％이다.The area of the current collector occupying the area of each electrode is 52%, and the opening ratio is 48%.

애노드측, 캐소드측의 확산층에는 각각 두께 0.4 mm, 공극률 75％의 카본 페이퍼를 사용하였다. 집전체에는 스테인리스의 표면에 금도금을 실시한 재료를 사용하고, 도금 후의 재료 두께는 0.1 mm로 하였다. 이들 전극막 구조체를 집전체로 끼운 상태로 프레스하여, 집전체의 두께 전체를 카본 페이퍼에 매설시켜, 애노드측, 캐소드측 각각의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 하였다.For the anode and cathode diffusion layers, carbon paper having a thickness of 0.4 mm and a porosity of 75% was used, respectively. The material which gold-plated on the surface of stainless steel was used for the electrical power collector, and the material thickness after plating was 0.1 mm. These electrode film structures were pressed in a state where the current collector was sandwiched, and the entire thickness of the current collector was embedded in carbon paper, so that the thickness of the carbon paper and the current collector on each of the anode and cathode sides was 0.4 mm.

이 경우의 찌부러짐률 β는 집전체가 압입되어 있지 않은 부분의 확산층의 두께 0.4 mm와, 집전체를 확산층에 압입되어 있는 부분의 확산층의 두께 감소분 0.1 mm의 비율(0.1/0.4)이 되어 25％이다. 따라서, 공극률 α가 75％이기 때문에, β≤α/3의 관계가 된다. 또한, 집전체를 확산층에 압입하고 있는 부분의 확산층의 두께 감소분은, (프레스 전의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께)-(프레스 후의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께)이다. The crush rate β in this case is a ratio (0.1 / 0.4) of 0.4 mm of the thickness of the diffusion layer in the portion where the current collector is not press-fitted and 0.1 mm of the thickness reduction of the diffusion layer of the portion where the current collector is press-fitted into the diffusion layer. %to be. Therefore, since the porosity α is 75%, the relationship is β ≦ α / 3. In addition, the thickness reduction of the diffusion layer of the part which pressed the collector into the diffusion layer is (thickness which combined the carbon paper before a press, and an electrical power collector)-(thickness which combined the carbon paper after an press, and an electrical power collector).

[실시예 7]Example 7

실시예 7로서, 집전체를 프레스에 의해 카본 페이퍼에 매설시킬 때 카본 페이퍼에 파고들게 하는 집전체의 두께를 0.05 mm로 하고, 애노드측, 캐소드측 각각의 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.45 mm가 되는 점만 실시예 6과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. In Example 7, when the current collector was embedded in the carbon paper by pressing, the thickness of the current collector that was made to infiltrate the carbon paper was 0.05 mm, and the thickness of each of the carbon paper and the current collector on the anode side and the cathode side was 0.45. 50 fuel cells different from Example 6 were produced only in terms of mm.

전극막 구조체와 집전체를 합친 두께는 실시예 6보다 두꺼워지지만, 외장재를 단단히 조이는 나사의 토크를 동일하게 하고, 조이기는 실시예와 동일하게 하였다. 후술하는 두께가 다른 예에 관해서도 동일한 처치를 실시하고 있다.The combined thickness of the electrode film structure and the current collector became thicker than in Example 6, but the torques of the screws for tightly tightening the packaging material were the same, and the tightening was the same as in the Examples. The same procedure is performed also about the example of the thickness mentioned later.

[실시예 8] Example 8

실시예 8로서, 각 전극의 애노드측, 캐소드측 각각에 배치하는 집전체의 크기를 이하와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 6과 동일한 연료 전지를 50개 제작하였다. As Example 8, 50 fuel cells similar to those of Example 6 were produced except that the size of the current collectors disposed on the anode side and the cathode side of each electrode was changed as follows.

사용한 집전체는 길이 Ey=100 mm, 폭 Ex=13 mm로 하고, 구멍의 크기는 길이 Hy=4 mm, 폭 Hx=5 mm로 하였다. 구멍은 실시예 6과 동일한 길이 방향 1열에 배치하지만, 구멍의 수는 12개소로 하고, 구멍의 길이 방향의 간격 Dy=4 mm, 폭 방향은 집전체의 중앙에 구멍이 위치하도록 하고, 프레임 부분의 폭 Dx=3 mm로 하였다. The current collector used was length Ey = 100 mm, width Ex = 13 mm, and the size of the hole was length Hy = 4 mm and width Hx = 5 mm. The holes are arranged in one column in the same longitudinal direction as in Example 6, but the number of holes is 12, the distance Dy = 4 mm in the longitudinal direction of the holes, and the width direction is such that the holes are located at the center of the current collector. The width Dx was set to 3 mm.

각 전극에 차지하는 집전체의 면적은 약 64.3％가 되고, 개구율은 35.7％이다.The area of the current collector occupying each electrode is about 64.3%, and the aperture ratio is 35.7%.

[실시예 9]Example 9

각 전극의 애노드측, 캐소드측 각각에 배치하는 집전체의 크기를 이하와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 6과 동일한 연료 전지를 50개 제작하였다. 50 fuel cells similar to those of Example 6 were produced except that the size of the current collectors disposed on the anode side and the cathode side of each electrode was changed as follows.

사용한 집전체는 길이 Ey=100 mm, 폭 Ex=13 mm로 하고, 구멍의 크기는 길이 Hy=2 mm, 폭 Hx=5 mm로 하였다. 구멍은 실시예 1과 동일한 길이 방향 1열에 배치하지만, 구멍의 수는 16개소로 하고, 구멍의 길이 방향의 간격 Dy=4 mm, 폭 방향은 집전체의 중앙에 구멍이 위치하도록 하고, 프레임 부분의 폭 Dx=3 mm로 하였다. The current collector used was length Ey = 100 mm, width Ex = 13 mm, and the size of the hole was length Hy = 2 mm and width Hx = 5 mm. The holes are arranged in one column in the same longitudinal direction as in Example 1, but the number of holes is 16, the distance Dy is equal to 4 mm in the longitudinal direction of the hole, and the width direction is such that the hole is located at the center of the current collector. The width Dx was set to 3 mm.

각 전극에 차지하는 집전체의 면적은 약 71.8％가 되고, 개구율은 28.2％이다.The area of the current collector occupying each electrode is about 71.8%, and the aperture ratio is 28.2%.

[실시예 10] Example 10

실시예 10으로서, 집전체의 두께를 0.15 mm로 하는 이외에는 실시예 6과 동일하게 하고, 프레스 가공에 의해 집전체의 두께 전체를 카본 페이퍼에 매설시켜, 애노드측, 캐소드측 각각에서 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 한 연료 전지를 50개 제조하였다. In Example 10, the thickness of the current collector was changed to that of Example 6 except that the thickness of the current collector was 0.15 mm, and the entire thickness of the current collector was embedded in carbon paper by press working, and the carbon paper and the current collector on the anode side and the cathode side, respectively. 50 fuel cells in which the total thickness was 0.4 mm were manufactured.

[비교예 3]Comparative Example 3

비교예 3으로서, 실시예 6과 연료 전지를 구성하는 부품은 동일하지만, 전극막 구조체만 프레스하여 카본 페이퍼의 두께를 0.3 mm가 되도록 하고, 그 양측에 집전체를 배치하고, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.4 mm가 되도록 한 점만 실시예 1과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. As Comparative Example 3, although the components constituting the fuel cell were the same as those of Example 6, only the electrode membrane structure was pressed so that the thickness of the carbon paper was 0.3 mm, and the current collectors were disposed on both sides, and the carbon paper and the current collector were disposed. 50 fuel cells different from Example 1 were produced in such a manner that the combined thickness was 0.4 mm.

[비교예 4][Comparative Example 4]

비교예 4로서, 실시예 6과 연료 전지를 구성하는 부품은 동일하지만, 카본 페이퍼에 집전체가 파고들게 하지 않고, 카본 페이퍼와 집전체를 합친 두께가 0.5 mm가 되는 점만 실시예 6과 다른 연료 전지를 50개 제조하였다. As Comparative Example 4, although the components constituting the fuel cell are the same as those of Example 6, the fuel is different from that of Example 6, in that the current collector is not infiltrated into the carbon paper and the thickness of the carbon paper and the current collector is 0.5 mm. 50 cells were prepared.

상기한 실시예 6 내지 10 및 비교예 3, 4의 집전체 (7), (9)의 각부 크기를 표 2에 통합하여 나타내었다. Table 2 shows the size of each part of the current collectors (7) and (9) of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 and 4 described above.

각 실시예 및 비교예의 연료 전지를 50개씩 제조하여 출력을 확인하였다. 출력을 확인하는 조건은 연료에 5 질량％의 메탄올 수용액을 사용하고, 0.2 V의 정전압 출력을 확인하였다. 50 fuel cells of each Example and Comparative Example were manufactured, and the output was confirmed. As a condition for confirming the output, a constant voltage output of 0.2 V was confirmed using a 5 mass% aqueous methanol solution for fuel.

종래예의 하나인 비교예 3의 출력 평균치를 100으로 한 경우의, 실시예 6 내지 10 및 비교예 4에 의한 연료 전지의 출력 평균치를 표 3에 나타내었다.Table 3 shows the output average values of the fuel cells according to Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 when the output average value of Comparative Example 3, which is one of the conventional examples, is 100.

표 3의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 6 내지 10에서는 비교예 3, 4보다도 양호한 출력을 확인할 수 있었다. 그 중에서, 집전체의 개구율이 28.3％로 작은 실시예 9에 관해서는 확산층이 찌부러지는 부분이 많아, 출력 평균치 101％로 약간 효과가 작은 결과가 되어 있고, 본 발명에 의한 연료 전지로 사용하는 집전체의 개구율은 35％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50％ 이상이다. As apparent from the results of Table 3, in Examples 6 to 10, better output than Comparative Examples 3 and 4 was confirmed. Among them, in Example 9, in which the diffusion layer of the current collector was small at 28.3%, the diffusion layer was largely crushed, resulting in a slightly smaller effect at an output average value of 101%, and used in the fuel cell according to the present invention. 35% or more of the total aperture ratio is preferable, More preferably, it is 50% or more.

또한, 공극률 75％의 카본 페이퍼를 사용하고 있지만, 집전체가 해당하는 부분의 카본 페이퍼가 찌부러지는 비율이 37.5％인 실시예 10의 연료 전지도 출력 평균치가 106.5％로 효과가 약간 작은 결과가 되어, 카본 페이퍼의 너무 짓이김에 의해 효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. In addition, although the fuel paper of 75% of porosity is used, the fuel cell of Example 10 in which the ratio of the carbon paper of the part to which an electrical power collector falls is 37.5% also has a small average effect with an output average value of 106.5%. It was confirmed that the effect was reduced by crushing the carbon paper too much.

이상의 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 4로부터, 전해질막의 양면에 촉매층 및 다공질의 확산층을 포함하는 전극이 배치된 막전극 접합체를 발전부에 갖고, 상기 막전극 접합체의 양측에 배치된 집전체를 통하여 전기 에너지를 취출하는 연료 전지에 있고, 집전체를 확산층에 삽입시켜, 카본 페이퍼를 찌부러뜨리는 비율이나 집전체의 개공율을 컨트롤함으로써 연료나 공기의 공급을 양호하게 유지하는 본 발명의 연료 전지가 양호한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.From Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 described above, a current collector having a membrane electrode assembly in which an electrode including a catalyst layer and a porous diffusion layer are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane is disposed on both sides of the membrane electrode assembly. A fuel cell according to the present invention which maintains a good supply of fuel or air by inserting a current collector into a diffusion layer and controlling the rate at which carbon paper is crushed or the porosity of the current collector by inserting a current collector into a diffusion layer. It was confirmed that exhibits good characteristics.

상기한 실시 형태에서는, 연료 전지의 구조로서 막전극 접합체(MEA) (10)의 하부에 액체 연료 수용실 (14)를 갖는 패시브 방식의 연료 전지에 관해서 설명했지만, 본 발명을 다른 구조의 연료 전지에 적용할 수도 있다. 예를 들면 도 6에 도시한 바와 같은 세미 패시브 방식의 연료 전지 (301)에 본 발명을 이용하도록 할 수도 있다. In the above embodiment, the passive fuel cell having the liquid fuel storage chamber 14 below the membrane electrode assembly (MEA) 10 as the structure of the fuel cell has been described. However, the present invention is a fuel cell having another structure. It can also be applied to. For example, the present invention may be used for a semi-passive fuel cell 301 as shown in FIG.

(제3 실시 형태)(Third embodiment)

본 실시 형태에 따른 연료 전지의 발전부 (301a)는, 막전극 접합체 (10)과, 집전체로서의 캐소드 집전체 (7) 및 애노드 집전체 (9)를 구비하고 있다. 막전극 접합체 (10)은 양성자 전도성의 전해질막 (6)을 사이에 두고 그 양측에 캐소드 촉매층 (2)와 애노드 촉매층 (3)이 열 프레스법으로 일체 성형되고, 또한 그 외측에 캐소드 가스 확산층 (4)와 애노드 가스 확산층 (5)를 갖고 있다. 또한, 막전극 접합체 (10)의 캐소드 가스 확산층 (4)에는 정극 집전체 (7)이 도통하고, 애노드 가스 확산층 (5)에는 부극 집전체 (9)가 도통하고 있다. 정극 집전체 (7)은 그 일부가 도 3에 도시된 바와 같이 캐소드 가스 확산층 (4) 내에 삽입되어 있다. 마찬가지로, 부극 집전체 (9)는 그 일부가 도 3에 도시된 바와 같이 애노드 가스 확산층 (5) 내에 삽입되어 있다. 이들 정부 한쌍의 집전체 (7), (9)를 통해 발전부에서 발전된 전력이 도시하지 않은 부하에 출력되도록 되어 있다. The power generation unit 301a of the fuel cell according to the present embodiment includes a membrane electrode assembly 10, a cathode current collector 7 as a current collector, and an anode current collector 9. The membrane electrode assembly 10 has a cathode catalyst layer 2 and an anode catalyst layer 3 integrally formed by a hot press method on both sides thereof with a proton conductive electrolyte membrane 6 interposed therebetween, and on the outside thereof, a cathode gas diffusion layer ( 4) and the anode gas diffusion layer 5. In addition, the cathode current collector 7 conducts to the cathode gas diffusion layer 4 of the membrane electrode assembly 10, and the anode current collector 9 conducts to the anode gas diffusion layer 5. A part of the positive electrode current collector 7 is inserted into the cathode gas diffusion layer 4 as shown in FIG. 3. Similarly, a part of the negative electrode current collector 9 is inserted into the anode gas diffusion layer 5 as shown in FIG. 3. Through these pairs of current collectors (7) and (9), the power generated by the power generation unit is output to a load not shown.

전해질막 (6)과 후술하는 연료 분배 기구 (301e) 및 커버 플레이트 (21)과의 사이에는, 각각 고무제의 O링 (8)이 삽입되고, 이들 한쌍의 O링 (8)에 의해서 연료 전지 발전부 (301a)로부터의 연료 누설이나 산화제 누설을 방지하도록 하고 있다.A rubber O ring 8 is inserted between the electrolyte membrane 6, the fuel distribution mechanism 301e and the cover plate 21, which will be described later. Fuel leakage and oxidant leakage from the power generation section 301a are prevented.

커버 플레이트 (21)은 산화제(공기)를 도입하기 위한 복수의 개구(도시하지 않음)을 갖고 있다. 커버 플레이트 (21)과 발전부 (301a)의 캐소드 사이에는, 필요에 따라서 보습층이나 표면층이 배치된다. 보습층(도시하지 않음)은 캐소드 촉매층 (2)에서 생성된 물의 일부가 함침되어, 물의 증발 비산을 억제함과 함께, 캐소드 촉매층 (2)에의 공기의 균일 확산을 촉진하는 것이다. 표면층(도시하지 않음)은 공기의 도입량을 조정하는 것이고, 공기의 도입량에 따라서 개수나 크기 등이 조정된 복수의 공기 도입구를 갖고 있다. The cover plate 21 has a plurality of openings (not shown) for introducing an oxidant (air). Between the cover plate 21 and the cathode of the power generation part 301a, a moisture retention layer and a surface layer are arrange | positioned as needed. A moisturizing layer (not shown) impregnates a part of the water produced in the cathode catalyst layer 2, suppresses evaporation of water and promotes uniform diffusion of air into the cathode catalyst layer 2. The surface layer (not shown) adjusts the amount of air introduced, and has a plurality of air inlets whose number, size and the like are adjusted in accordance with the amount of air introduced.

발전부 (301a)의 애노드측에는 연료 분배 기구 (301e)가 배치되어 있다. 연료 분배 기구 (301e)에는 배관과 같은 연료의 유로 (301c)를 통해 연료 수용부 (301b)가 접속되어 있다. 연료 수용부 (301b)에는, 발전부 (301a)에 대응하는 타입의 액체 연료가 수용되어 있다. The fuel distribution mechanism 301e is disposed on the anode side of the power generation unit 301a. The fuel container 301b is connected to the fuel distribution mechanism 301e via a flow path 301c of a fuel such as a pipe. The fuel container 301b contains a liquid fuel of a type corresponding to the power generator 301a.

연료 분배 기구 (301e)에는 연료 수용부 (301b)로부터 유로 (301c)를 통해 연료가 도입된다. 유로 (301c)는 연료 분배 기구 (301e)나 연료 수용부 (301b)와 독립한 배관에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연료 분배 기구 (301e)와 연료 수용부 (301b)를 적층하여 일체화하는 경우, 이들을 연결하는 액체 연료의 유로일 수도 있다. 연료 분배 기구 (301e)는 유로 (301c)를 통해 연료 수용부 (301b)와 접속되어 있으면 된다. The fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 301e through the oil passage 301c from the fuel containing portion 301b. The flow path 301c is not limited to the piping independent of the fuel distribution mechanism 301e and the fuel accommodating part 301b. For example, when stacking and integrating the fuel distribution mechanism 301e and the fuel accommodating part 301b, it may be the flow path of the liquid fuel which connects these. The fuel distribution mechanism 301e may be connected to the fuel containing portion 301b via the flow path 301c.

여기서, 연료 분배 기구 (301e)는 도 7에 도시된 바와 같이, 연료가 유로 (301c)를 통해 유입하는 적어도 1개의 연료 주입구 (25)와, 액체 연료나 그 기화 성분을 배출하는 복수개의 연료 배출구 (26)을 갖는 연료 분배판 (23)을 구비하고 있다. 연료 분배판 (23)의 내부에는 도 6에 도시된 바와 같이 공극부 (24)가 형성되어 있다. 공극부 (24)는, 연료 주입구 (25)로부터 도입된 연료가 통류하는 한편 일시적으로 체류하는 유로의 기능과 헤더의 기능을 겸비한 것이다. 복수의 연료 배출구 (26)은 공극부 (24)에 각각 직접 연통하고 있다. Here, as shown in FIG. 7, the fuel distribution mechanism 301e includes at least one fuel inlet 25 through which fuel flows through the flow path 301c, and a plurality of fuel outlets through which liquid fuel or its vaporized components are discharged. A fuel distribution plate 23 having a 26 is provided. Inside the fuel distribution plate 23, a gap 24 is formed as shown in FIG. 6. The space | gap part 24 combines the function of the flow path and the function of a header which the fuel which introduce | transduced from the fuel injection port 25 flows and temporarily stays. The plurality of fuel outlets 26 are in direct communication with the cavity 24, respectively.

연료는 연료 주입구 (25)로부터 연료 분배 기구 (301e)에 도입되고, 공극부 (24)에 들어가고, 공극부 (24)로부터 복수의 연료 배출구 (22)에 각각 유도된다. 복수의 연료 배출구 (22)에는, 예를 들면 연료의 기화 성분만을 투과하고, 액체 성분은 투과시키지 않는 기액 분리체(도시하지 않음)을 배치할 수도 있다. 이것에 의해서, 발전부 (301a)의 애노드 (3), (5)에는 연료의 기화 성분이 공급된다. 또한, 기액 분리막(도시하지 않음)을 연료 분배 기구 (301e)와 발전부 (301a)의 애노드 (3), (5)의 사이에 삽입하도록 할 수도 있다. 액체 연료의 기화 성분은 복수의 연료 배출구 (26)으로부터 발전부 (301a)의 애노드 (3), (5)의 복수 개소를 향하여 배출된다. The fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 301e from the fuel inlet 25, enters the void 24, and is led from the void 24 to the plurality of fuel outlets 22, respectively. For example, a plurality of fuel outlets 22 may be provided with a gas-liquid separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the fuel and does not transmit the liquid component. Thereby, the vaporization component of a fuel is supplied to the anodes 3 and 5 of the power generation part 301a. It is also possible to insert a gas-liquid separation membrane (not shown) between the fuel distribution mechanism 301e and the anodes 3 and 5 of the power generation unit 301a. The vaporized component of the liquid fuel is discharged from the plurality of fuel outlets 26 toward a plurality of locations of the anodes 3 and 5 of the power generation unit 301a.

연료 배출구 (26)은 발전부 (301a)의 전체에 연료를 공급하는 것이 가능하도록, 연료 분배판 (23)이 발전부 (301a)의 애노드 (3), (5)와 접하는 면에 복수 설치된다. 연료 배출구 (26)의 개수는 2개 이상이면 되지만, 연료 전지 발전부 (301a)의 면내에서의 연료 공급량을 균일화시키기 위하여, 0.1 내지 10개/cm²의 연료 배출구 (26)이 존재하도록 형성하는 것이 바람직하다. A plurality of fuel outlets 26 are provided on a surface of the fuel distribution plate 23 in contact with the anodes 3 and 5 of the power generation unit 301a so that fuel can be supplied to the entire power generation unit 301a. . Although the number of the fuel outlets 26 should just be 2 or more, in order to make the fuel supply amount in the surface of the fuel cell power generation part 301a uniform, it is formed so that the fuel outlet 26 of 0.1-10 piece / cm <^2> exists. It is preferable.

연료 분배 기구 (301e)와 연료 수용부 (301b) 사이를 접속하는 유로 (301c)에는 펌프 (301d)가 삽입되어 있다. 이 펌프 (301d)는 연료를 순환시키는 순환 펌프가 아니고, 어디까지나 연료 수용부 (301b)로부터 연료 분배 기구 (301e)로 연료를 이송하는 연료 공급 펌프이다. 이러한 펌프 (301d)로 필요 시에 연료를 송액함으로써, 연료 공급량의 제어성을 높이는 것이다. 이 경우, 펌프 (301d)로는, 소량의 연료를 제어성이 양호하게 송액할 수가 있고, 또한 소형 경량화가 가능하다고 하는 관점에서, 로터리 베인 펌프, 전기 침투류 펌프, 다이어프램 펌프, 연동 펌프 등을 사용하는 것이 바람직하다. 로터리 베인 펌프는 모터로 날개를 회전시켜서 송액하는 것이다. 전기 침투류 펌프는 전기 침투류 현상을 일으키는 실리카 등의 소결 다공체를 이용한 것이다. 다이어프램 펌프는 전자석이나 압전 세라믹에 의해 다이어프램을 구동하여 송액하는 것이다. 연동 펌프는 유연성을 갖는 연료유로의 일부를 압박하여, 연료를 짜내어 보내는 것이다. 이들 중에서, 구동 전력이나 크기 등 측면에서, 전기 침투류 펌프나 압전 세라믹을 갖는 다이어프램 펌프를 사용하는 것이 보다 바람직하다. The pump 301d is inserted in the flow path 301c which connects between the fuel distribution mechanism 301e and the fuel accommodating part 301b. This pump 301d is not a circulation pump for circulating fuel, but a fuel supply pump for transferring fuel from the fuel container 301b to the fuel distribution mechanism 301e to the last. By supplying fuel to the pump 301d as needed, the controllability of the fuel supply amount is increased. In this case, as the pump 301d, a rotary vane pump, an electric permeation pump, a diaphragm pump, a peristaltic pump, etc. are used from the viewpoint of delivering a small amount of fuel with good controllability and enabling small and light weight. It is desirable to. The rotary vane pump rotates the blades with a motor to deliver the liquid. The electric permeate flow pump utilizes a sintered porous body such as silica that causes the electric permeation flow phenomenon. The diaphragm pump drives the diaphragm and delivers the liquid by electromagnets or piezoelectric ceramics. The peristaltic pump presses on a portion of the flexible fuel path and squeezes the fuel out. Among them, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having a piezoelectric ceramic in terms of driving power and size.

이러한 구성에서, 연료 수용부 (301b)에 수용된 액체 연료는 펌프 (301d)에 의해 유로 (301c)를 이송되어, 연료 분배 기구 (301e)에 공급된다. 그리고, 연료 분배 기구 (301e)로부터 방출된 연료는 발전부 (301a)의 애노드 (3), (5)에 공급된다. 발전부 (301a) 내에서 연료는 애노드 가스 확산층 (5)를 확산하여 애노드 촉매층 (3)에 공급된다. 액체 연료로서 메탄올 연료를 이용한 경우, 애노드 촉매층 (3)으로 소정의 메탄올의 내부 개질 반응이 생긴다. 또한, 메탄올 연료로서 순수 메탄올을 사용한 경우에는, 캐소드 촉매층 (2)에서 생성된 물이나 전해질막 (6) 중의 물을 메탄올과 반응시키는 내부 개질 반응이 생긴다. 또는, 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 내부 개질 반응을 발생시킨다.In this configuration, the liquid fuel contained in the fuel accommodating portion 301b is transferred to the fuel distribution mechanism 301e by transporting the flow path 301c by the pump 301d. The fuel discharged from the fuel distribution mechanism 301e is supplied to the anodes 3 and 5 of the power generation unit 301a. In the power generation section 301a, fuel diffuses the anode gas diffusion layer 5 and is supplied to the anode catalyst layer 3. When methanol fuel is used as the liquid fuel, internal reforming reaction of predetermined methanol occurs in the anode catalyst layer 3. In addition, when pure methanol is used as the methanol fuel, an internal reforming reaction occurs in which water generated in the cathode catalyst layer 2 or water in the electrolyte membrane 6 is reacted with methanol. Alternatively, the internal reforming reaction is generated by another reaction mechanism that does not require water.

또한, 연료 분배 기구 (301e)로부터 MEA에의 연료 공급이 행하여지는 구성이면 펌프 (301d) 대신에 연료 차단 밸브를 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 연료 차단 밸브는 유로에 의한 액체 연료의 공급을 제어하기 위해서 설치되는 것이다. In addition, as long as fuel supply from the fuel distribution mechanism 301e to the MEA is performed, the fuel shutoff valve may be arranged in place of the pump 301d. In this case, the fuel shutoff valve is provided to control the supply of the liquid fuel by the flow path.

본 발명에 따르면, 단일 전지 사이를 접속하는 접속부의 전기 저항이 작은 연료 전지가 제공된다. 본 발명에 따르면 양호한 전지 성능이 안정적으로 얻어지게 되어, 휴대 전화, 노트북 퍼스널 컴퓨터, 휴대 오디오, 휴대 게임기 등의 모빌 기기의 전원으로서 변동이 적은 출력 특성을 얻을 수 있다. According to the present invention, a fuel cell having a small electrical resistance of a connecting portion for connecting between single cells is provided. According to the present invention, good battery performance can be obtained stably, and output characteristics with low fluctuation can be obtained as a power source for mobile devices such as mobile phones, notebook personal computers, portable audio systems, and portable game machines.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그 자체에 한정되는 것이 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않은 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇가지의 구성 요소를 삭제할 수도 있다. 또한, 서로 다른 실시 형태에 걸치는 구성 요소를 적절하게 조합하여도 된다. In addition, this invention is not limited to the said embodiment itself, In an implementation step, a component can be modified and actualized in the range which does not deviate from the summary. Moreover, various inventions can be formed by appropriate combination of the some component disclosed by the said embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Moreover, you may combine suitably the components which apply to different embodiment.

또한, MEA에 공급되는 액체 연료의 증기에서도, 전부 액체 연료의 증기를 공급할 수도 있지만, 일부가 액체 상태로 공급되는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. In addition, even in the vapor of the liquid fuel supplied to the MEA, all of the vapor of the liquid fuel can be supplied, but the present invention can be applied even when a part is supplied in the liquid state.

Claims

전해질막의 양면에 촉매층과 확산층을 포함하는 전극이 각각 배치된 막전극 접합체 및 발전 출력을 얻기 위해서 상기 양 전극의 확산층에 각각 면접촉하는 집전체를 구비하는 연료 전지이며, A fuel cell comprising a membrane electrode assembly in which electrodes including a catalyst layer and a diffusion layer are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a current collector in surface contact with each of the diffusion layers of both electrodes in order to obtain power generation output.

상기 집전체의 적어도 일부가 상기 확산층 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지. At least a portion of the current collector is inserted into the diffusion layer.

제1항에 있어서, 상기 집전체가 상기 확산층에 압입되는 것에 의해 상기 집전체의 적어도 일부가 상기 확산층 내로 삽입되어 있고, 상기 집전체를 상기 확산층에 압입하기 전의 상기 확산층의 부피 평균 공극률을 α％로 하고, 상기 집전체를 상기 확산층에 압입했을 때의 상기 확산층이 찌부러지는 부분의 찌부러짐률을 β％로 한 경우에, β≤α/3의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지. 2. The volume average porosity of the diffusion layer of claim 1, wherein at least a portion of the current collector is inserted into the diffusion layer by press-fitting the current collector into the diffusion layer, and before the current collector is pressed into the diffusion layer. And a relationship of β ≦ α / 3 when the crush rate of the portion at which the diffusion layer is crushed when the current collector is pressed into the diffusion layer is β%.

제1항에 있어서, 상기 집전체로서 연료 또는 공기를 통류시키기 위한 복수의 구멍이 개구된 유공평판을 이용하고, 상기 유공평판의 개구율을 35％ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지. The fuel cell according to claim 1, wherein an aperture ratio of the hole flat plate is set to 35% or more by using a hole flat plate having a plurality of holes opened for flowing fuel or air as the current collector.