JP2008066270A - 燃料電池および燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流路に金属線を用いた構成の燃料電池における電解質層の損傷を防止する。
【解決手段】燃料電池は、電解質層と電極とガス流路とを備える。このガス流路を形成するためのガス流路形成部材２２，２３は、メッシュ用細線５１を織り込んだ金属メッシュ５０により形成され、メッシュ用細線５１は、金属線５１ａと、金属線５１ａを被覆する導電性樹脂コート層５１ｂとを備えるように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池と、燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法に関する。

燃料電池は、単セルと呼ばれる構造を単位として形成されており、単セルは、電解質層と、電解質層の両面に設けられた触媒層と、触媒層のさらに外側に設けられたガス流路とを備えている。燃料電池の構造の一例として、上記ガス流路を、金属線を織って作ったシート状金属材料によって構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池では、触媒上で進行する電気化学反応に供されるガスは、シート状金属材料内に形成される金属線と金属線の間の空間を通過する。シート状金属材料は、上記のガスの拡散の働き以外にも、単セルの外側に配置されるセパレータとの間の電子伝導の役割を持つ。

特開平６−３４９５０８号公報

しかしながら、前記従来の燃料電池では、シート状金属材料が、燃料電池の作動中に他部材の膨張及び伸縮の影響を受けて金属線同士で擦れ合うことから、金属イオンが排出されて電解質層に損傷を与える問題が発生した。例えば、電解質層が固体高分子膜によって構成された固体高分子型燃料電池では、電気化学反応の際、副反応によって過酸化水素（H₂O₂）が発生する。過酸化水素は、前記金属イオンと反応して、酸化力の極めて強いラジカルを生成する。生成されたラジカルは、固体高分子膜を連鎖的に分解する反応を引き起こし、固体高分子膜に損傷を与える。このような電解質層の損傷は、燃料電池の性能劣化、寿命の短縮化を引き起こした。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ガス流路に金属線を用いた構成の燃料電池における電解質層の損傷を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層上に形成された触媒を備える電極と、
前記電極上に配設されると共に、金属線を組み合わせて作ったシート状金属材料によって形成され、該金属線間の空間が前記電極に給排されるガスの流路となるガス流路と
を備えた燃料電池であって、
前記金属線は、導電性高分子材料により被覆された構成である
ことを要旨とする。

導電性高分子材料は、金属に対して防食効果を発揮することから、上記構成の燃料電池によれば、金属線を被覆する被覆効果と相まって、ガス流路で用いられる金属線の防食性を高めることができる。このために、本発明の燃料電池は、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、本発明の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。また、導電性高分子材料は電子伝導性に優れていることから、電極との間の電子伝導の役割を損ねることもない。

なお、導電性高分子材料は、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性高分子材料の被膜に欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさの欠損まで防食することができることから、電解質層の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。

前記導電性高分子材料は、樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物としてもよい。この構成によれば、導電性フィラーの含有量によって、導電性の調整が容易である。また、成形性を高めることもできる。

前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として疎水性を有した樹脂塗料を用いた構成としてもよい。この構成によれば、疎水性の性質により金属線の防食性をより高めることができる。また、改めて疎水処理を施す場合に比較して、疎水処理に伴う気孔径の狭小化を抑えることができることから、触媒にガスが行き渡りやすくなる。この結果、フラッディングによる性能低下を防止することができる。

前記樹脂塗料は、フッ素樹脂からなるものとしてもよい。ここで、フッ素樹脂とは、フッ素原子（Ｆ）を含む高分子化合物である。

前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成としてもよい。この構成によれば、溶剤を蒸発させる乾燥工程が不要となることから、生産速度の向上、溶剤回収設備の不要化による生産設備の小型化等を図ることができる。

本発明の燃料電池において、前記導電性高分子材料は、導電性ポリマーとしてもよい。

本発明の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法は、
燃料電池用のガス流路形成部材を製造する燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法であって、
金属線を防食性材料で被覆する工程と、
前記防食性材料が被覆された金属線を織り込んでシート状の部材を生成し、該部材を前記ガス流路形成部材とする工程と
を備えることを特徴としている。

上記構成の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法によれば、ガス流路形成部材が、防食性材料で被覆された金属線を用いて織り込まれたものであることから、金属線の防食性を高めることができる。金属線の防食性が高いと、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、燃料電池に組み込んだときに、電解質層の損傷を防止することができる。

上記構成の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法において、前記防食性材料は、導電性高分子材料としてもよい。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
Ｂ．ガス流路形成部材の製造方法：
Ｃ．作用・効果：
Ｄ．他の実施形態：

Ａ．燃料電池の構成：
本発明の一実施例である燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数積層したスタック構造を有している。図１は、本実施例の燃料電池の構成の概略を現わす断面模式図である。図１に示すように、本実施例の燃料電池は、複数の単セル２０を積層して構成されている。単セル２０は、電解質層を含むＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）２１と、ＭＥＡ２１を両側から挟持してサンドイッチ構造を形成するガス流路形成部材２２，２３と、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持するセパレータ２４，２５とを備えている。

ＭＥＡ２１は、電解質層３０と、電解質層３０を間に挟んでその表面に形成された電極であるアノード３１およびカソード３２を備えている。電解質層３０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。アノード３１およびカソード３２は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。アノード３１およびカソード３２を形成するには、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加することで、ペーストを作製すればよい。このペーストを、電解質層３０上にスクリーン印刷等の方法により塗布することで、アノード３１およびカソード３２を形成することができる。

図２は、ガス流路形成部材２２，２３を構成する金属メッシュ５０を示す説明図である。図示するように、金属メッシュ５０は、メッシュ用細線５１を織り込んで作成したものである。

図３は、メッシュ用細線５１の断面を表わす説明図である。図示するように、メッシュ用細線５１は、金属線５１ａと、金属線５１ａを被覆する導電性樹脂コート層５１ｂとを備える。金属線５１ａは、酸に対して耐腐食性に優れた金属種が用いられており、例えばステンレス、チタン合金、ニッケル合金等が用いられている。金属線５１ａの線幅は、５〜３００μｍ、好ましくは１５〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜７５μｍである。なお、この線幅はこのサイズに限定されるものではない。

導電性樹脂コート層５１ｂは、樹脂に導電性フィラー（導電性付与剤）を含有した導電性樹脂組成物であり、この実施例では、特に、樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられている。導電性フィラーとしては、酸に対して耐腐食性に優れたものが好ましく、カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンフィラメント、貴金属微粒子、導電性セラミックス微粒子が用いられている。導電性フィラーの粒径は、５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは０．０１〜５μｍである。なお、この粒径はこのサイズに限定されるものではない。樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物によると、導電性フィラーの含有量によって導電性の調整が容易である。また、成形性を高めることもできる。

疎水性を有した樹脂塗料としては、疎水性と耐酸性に優れたフッ素樹脂からなる樹脂塗料が好適であり、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフツ化ビニリデン、ポリフツ化ビニル、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、等を用いることができる。こうした樹脂塗料に導電性フィラーを含有させ、その導電性フィラーを含有した樹脂塗料を金属線５１ａにコートし、このコートされた金属線５１ａを編み込んで金属メッシュ５０を製造する。

金属メッシュ５０はシート状のもので、金属メッシュ５０の厚さは、３０〜２０００μｍ、好ましくは５０〜７００μｍ、さらに好ましくは１０〜５００μｍである。なお、この厚さはこのサイズに限定されるものではない。金属メッシュ５０の製造方法については、後ほど更に詳しく説明する。

図１に示すように、こうした構成の金属メッシュ５０から成るガス流路形成部材２２，２３は、電極とセパレータとの間に形成される空間全体を占めるように配設されており、メッシュ用細線５１とメッシュ用細線５１の間に形成される空間を、電気化学反応に供されるガスが通過する。すなわち、アノード３１とセパレータ２４との間でガス流路形成部材２２内部の金属メッシュ５０によって形成される空間は、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路を形成する。また、カソード３２とセパレータ２５との間でガス流路形成部材２３内部の金属メッシュ５０によって形成される空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路を形成する。このような金属メッシュ５０から成るガス流路形成部材２２，２３は、アノード３１あるいはカソード３２と接触することによって、集電も行なう。

セパレータ２４，２５は、電子伝導性を有する材料で形成されたガス不透過な部材であり、例えば、ステンレス鋼等の金属部材やカーボン部材によって形成することができる。本実施例のセパレータ２４，２５は、凹凸のない平坦な表面を有する薄板状に形成されている。

なお、単セル２０の外周部には、単セル内燃料ガス流路および単セル内酸化ガス流路におけるガスシール性を確保するために、ガスケット等のシール部材が配設されている。また、単セル２０が積層されたスタック構造の外周部には、単セル２０の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている（図示せず）。これら複数のガスマニホールドのうちの燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各単セル２０に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内燃料ガス流路（ガス流路形成部材２２）内を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各単セル２０に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内酸化ガス流路（ガス流路形成部材２３）内を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドに集合する。図１では、単セル内燃料ガス流路における燃料ガス（Ｈ₂）と単セル内酸化ガス流路における酸化ガス（Ｏ₂）とは並行に流れるように記載しているが、これらのガスの流れは、ガスマニホールドの配置によって、上記した並行の他、対向、直交など異なる向きに流れることとしてもよい。

燃料電池に供給される燃料ガスとしては、炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスを用いてもよいし、純度の高い水素ガスを用いてもよい。また、燃料電池に供給される酸化ガスとしては、例えば空気を用いることができる。

図１に示す燃料電池では、さらに、隣り合う単セルの間、すなわち、ある単セルを構成するセパレータ２４と、この単セルに隣接する単セルが備えるセパレータ２５との間には、冷媒流路形成部材２６が配設されている。冷媒流路形成部材２６は、電子伝導性を有する材料で形成された板状部材であり、例えば、ステンレス鋼等の金属部材や緻密質カーボンなどのカーボン部材によって形成されている。冷媒流路形成部材２６には、冷媒流路形成部材２６を厚み方向に貫通する所定の形状の貫通孔が設けられている。この貫通孔は、冷媒流路形成部材２６に隣接するセパレータ２４およびセパレータ２５に挟まれることで、冷媒流路３５を形成する。

単セル２０が積層されたスタック構造の外周部には、既述したガスを給排するマニホールドに加えて、冷媒を給排するための冷媒供給マニホールドおよび冷媒排出マニホールドが設けられている（図示せず）。冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、各単セル間において冷媒流路形成部材２６によって形成される冷媒流路３５に分配され、冷媒流路３５内を流れつつスタック構造内部を冷却し、その後冷媒排出マニホールドに集合する。冷媒流路形成部材２６に設ける貫通孔は、このような冷媒流路として機能することができれば、任意の形状とすることができる。

Ｂ．ガス流路形成部材の製造方法：
図４は、ガス流路形成部材２２，２３としての金属メッシュ５０を製造する製造方法を示すフローチャートである。この製造方法は、大まかには、ステップＳ１〜Ｓ３で、メッシュ用細線５１を作成して、ステップＳ４で、メッシュ用細線５１を織り込んで金属メッシュ５０を製造するというものである。以下、詳細に説明する。

図示するように、処理が開始されると、作業者は、メッシュ用細線５１の金属線５１ａとなりうる金属線Ｍを樹脂コート機にセットする処理を行なう（ステップＳ１）。なお、金属線Ｍは、溶融押し出し等の方法で均一な金属導線として形成されたもので、この製造方法においては、線幅５０μｍのニッケル線が用いられたものとする。

図５は、樹脂コート機１００の概略的な構成を示す説明図である。樹脂コート機１００は、樹脂塗料貯溜槽１０５と乾燥炉１１０と搬送機構１２０とにより構成されている。搬送機構１２０は、金属線Ｍが巻回されて収容される金属線ロール１２２と、前記金属線Ｍを搬送するための複数の搬送用ローラ１２４と、搬送用ローラ１２４により送られてきた金属線Ｍを巻き取って収容する巻き取りローラ１２６とを備える。搬送用ローラ１２４によって定まる搬送路の途中に、樹脂塗料貯溜槽１０５と乾燥炉１１０が設けられている。なお、樹脂塗料貯溜槽１０５は搬送路の上流側（金属線ロール１２２側）に、乾燥炉１１０は下流側（巻き取りローラ１２６側）に位置する。

樹脂塗料貯溜槽１０５には、前述した導電性樹脂コート層５１ｂを構成するための樹脂塗料（疎水性を有した樹脂塗料）であるフッ素樹脂コート液（旭硝子社製、サイトップ）が貯留されている。なお、フッ素樹脂コート液中には、導電性フィラーとしてのカーボンブラックが分散されている。詳細には、フッ素樹脂コート液中には、コート液重量に対して６０重量％の割合で一次粒径５０ｎｍなるカーボンブラック（ライオン社製、ケッチェンブラック）が分散されている。乾燥炉１１０は、一般的なもので、通過する金属線Ｍを乾燥する。乾燥条件としては、１９０℃、１０分以上を実現する。

図４に戻って、ステップＳ１では、詳細には、上記構成の樹脂コート機１００に備えられる搬送機構１２０に金属線Ｍをセットする処理を行なう。次いで、樹脂コート機１００を起動して金属線Ｍを搬送機構１２０により送ることにより、金属線ロール１２２に収容される金属線Ｍを、樹脂塗料貯溜槽１０５に貯留される溶液、すなわちカーボンブラックが分散されたフッ素樹脂コート液に浸漬する処理を行なう（ステップＳ２）。その後、樹脂塗料貯溜槽１０５に浸漬された金属線Ｍを乾燥炉１１０に送って乾燥する処理を行なう（ステップＳ３）。この結果、導電性樹脂コート層５１ｂが被覆された金属線Mが作成される。

ステップＳ３の実行後、乾燥された金属線Ｍを巻き取りローラ１２６に巻き取る処理を行なう（ステップＳ４）。ステップＳ２ないしＳ４は、樹脂コート機１００によって実行される作業であり、ステップＳ４までの処理により、前述した金属線５１ａに導電性樹脂コート層５１ｂが被覆されたメッシュ用細線５１が作成される。続いて、メッシュ用細線５１を自動織機にて織り込む作業を行なう（ステップＳ５）。自動織機は、糸を使って織物を織る一般的なものであることから、ここでは詳細な説明を省略する。ステップＳ５の結果、厚さ５００μｍ、気孔率８５％であるシート状の金属メッシュ５０が得られる。

Ｃ．作用・効果：
以上詳述したように本実施例の燃料電池では、ガス流路形成部材２２，２３は、メッシュ用細線５１を織り込んだ金属メッシュ５０により形成され、メッシュ用細線５１は、金属線５１ａと、金属線５１ａを被覆する導電性樹脂コート層５１ｂとを備えるように構成されている。導電性樹脂コート層５１ｂは、金属に対して防食効果を発揮することから、金属線５１ａを被覆する被覆効果と相まって、金属線５１ａの防食性を高めることができる。このために、本実施例の燃料電池は、金属線５１ａからの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層３０の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、本実施例の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。なお、導電性樹脂コート層５１ｂは電子伝導性に優れていることから、電極からの電子伝導の役割を損ねることもない。

なお、本実施例では、導電性樹脂コート層５１ｂは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性樹脂コート層５１ｂに欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさ（例えば２ミリ程度）の欠損まで防食することができることから、電解質層３０の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。

さらに、金属線５１ａを導電性樹脂コート層５１ｂにより被覆したことにより、以下に示すように様々な効果を奏する。金属線５１ａを導電性樹脂コート層５１ｂにより被覆することで、メッシュ用細線５１間の摩擦係数が小さくなり、滑りがよくなり金属メッシュ５０全体として柔軟となる。このために、電解質層３０の損傷をより一層防止することができる。従来、燃料電池用ガス流路形成部材を金属焼結体によって構成する場合があるが、こうした場合、触媒層と金属焼結体との間にカーボン紙やカーボンクロスを挟んで触媒層を保護する必要があった。また金属メッシュの場合にも、こうしたカーボン紙やカーボンクロスが必要であったが、本実施例の場合には、金属メッシュ５０が柔軟であるために、金属メッシュ５０を触媒（アノード３１およびカソード３２）に直接接触させても、触媒や電解質層３０を損傷することがない。このために、部品点数の削減といった効果も奏する。また、上述したように、金属メッシュ５０全体として柔軟であることから、面内の厚さバラツキも柔軟となるために、金属メッシュ５０の組付けを均一に行なうことができる。

本実施例では、前述したように、導電性フィラーとしてのカーボンブラックが分散されているフッ素樹脂コート液中に金属線Ｍを浸漬することで、金属線５１ａに導電性樹脂コート層５１ｂを被覆して、その導電性樹脂コート層５１ｂが被覆された金属線５１ａを織り込んでシート状の部材を生成することにより、ガス流路形成部材としての金属メッシュ５０を製造している。このために、金属線５１ａは導電性樹脂コート層５１ｂにより被覆されたものとなることから、金属線５１ａの防食性を高めることができる。金属線５１ａの防食性が高いと、金属線５１ａからの金属イオンの排出を抑制することができることから、燃料電池に組み込んだときに、電解質層の損傷を防止することができる。

Ｄ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
前記実施例では、導電性樹脂コート層５１ｂを形成する樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられていたが、これに換えて、特に疎水性を有しない樹脂塗料を用いた構成としてもよい。こうした樹脂塗料としては、軟化点９０℃以上、好ましくは１２０℃以上であり、耐酸性に優れ、さらに溶剤への可溶性に優れた熱可撓性樹脂が好適である。具体的には、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリノルポルネン系樹脂、ポリアリレート、ポリプロピレン、ポリメチルぺンテン、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリケトン、ＬＣＰ、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、等を用いることができる。なお、この変形例１の燃料電池では、前記樹脂塗料以外は、前記実施例と同一の構成とすることができる。また、ガス流路形成部材の製造方法についても、樹脂塗料を替えるだけで上記実施例と同様な方法で製造することができる。

この変形例１の燃料電池は、上記実施例と同様に電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、この変形例１の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。

Ｄ２．変形例２：
また、前記実施例では、導電性樹脂コート層５１ｂを形成する樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられていたが、これに換えて、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成とすることができる。硬化性樹脂は、熱硬化性のもの、光硬化性のもののいずれであってもよい。熟硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、マレイン酸樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、等を用いることができる。光硬化性樹脂としては、単官能アクリレート樹脂、多官能アクリレート樹脂、メタクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ポリプタジ工ンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、光ラジカル重合マレイミド樹脂、光ラジカル重合ポリエンチオール樹脂、光カチオン重合エポキシ樹脂、光カチオン重合オキセタン樹脂、光カチオン重合ビニルエーテル樹脂、光カチオン重合プロペニルエーテル樹脂、等を用いることができる。なお、この変形例２の燃料電池では、前記樹脂以外は、前記実施例と同一の構成とすることができる。

金属メッシュの製造方法の具体的な一例としては、光硬化性アクリル樹脂モノマー溶液に、アクリル樹脂重量に対し６０重量％の割合で一次粒径５０ｎｍなるカーボンブラック（ライオン社製、ケッチェンブラック）が配されたコート液を用い、線幅５０μｍのニッケル線に上記コート液を上記実施例と同様なディッピング法にて被覆し、紫外線を照射することにより、導電性を有した光硬化樹脂コート層をニッケル線に被覆する。このニッケル線を、前記実施例と同様に、自動織機を用いて織り込むことにより、ガス流路形成部材としての金属メッシュを製造する。

この変形例２の燃料電池は、上記実施例と同様に電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、この変形例２の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。特に、この変形例２では、金属メッシュの製造方法において、溶剤を蒸発させる乾燥工程が不要となることから、生産速度の向上、溶剤回収設備の不要化による生産設備の小型化、揮発溶剤による環境への悪影響の低減等の効果を奏することができる。

Ｄ３．変形例３：
前記実施例では、金属メッシュ５０を構成するメッシュ用細線５１は、金属線５１ａに、導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物、すなわち、導電性樹脂コート層５１ｂを被覆した構成であったが、これに換えて、金属線に導電性ポリマーを被覆した構成としてもよい。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリビニルカルバゾール、等を用いることができる。金属メッシュの製造方法は、具体的には、線幅５０μｍのニッケル線を自動織機にて織り込み、厚さ８００μｍ、気孔率９０％なる導電性メッシュを作成し、その後、支持電解質を過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム、溶剤をアセトニトリルとし、陽極酸化法によってニッケル線表面にポリピロール薄膜を形成したものとすることができる。上記線幅、厚さ、気孔率とは任意に変更することができる。

この変形例３の燃料電池では、導電性高分子材料としての導電性ポリマーは、金属に対して防食効果を発揮することから、金属線を被覆する被覆効果と相まって、金属線の防食性を高めることができる。このために、変形例３の燃料電池は、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、変形例３の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。また、導電性ポリマーは電子伝導性に優れていることから、電極との間の電子伝導の役割を損ねることもない。

なお、導電性ポリマーは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性高分子材料の被膜に欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさの欠損まで防食することができることから、電解質層の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。

Ｄ４．変形例４：
前記実施例では、導電性樹脂コート層５１ｂが被覆された金属線５１ａを自動織機で織り込んで金属メッシュ５０を製造していたが、その織り込みは必ずしも自動織機を用いる必要はなく、手動にて行なう構成とすることもできる。さらには、必ずしも布状に織り込む必要もなく、金属線を組み合わせてシート状とする構成とすることもできる。

Ｄ５．変形例５：
前記実施例では、セパレータ２４，２５を、表面が平坦な板状部材としたが、異なる形状としてもよい。例えば、単セル内ガス流路を形成する側の面において、凹凸形状が形成されていてもよい。このような場合にも、金属メッシュ５０には柔軟性があることから凹凸形状による面圧の不均一さを吸収することができる。

Ｄ６．変形例６：
前記実施例では、アノード３１側のガス流路形成部材２２とカソード３２側のガス流路形成部材２３の双方共に、導電性高分子材料により被覆された金属メッシュ５０からなる構成としていたが、これに換えて、ガス流路形成部材２２とガス流路形成部材２３とのいずれか一方を金属メッシュ５０からなる構成としてもよい。すなわち、ガス流路形成部材２２とガス流路形成部材２３とのいずれか一方を導電性高分子材料により被覆された金属線を用いた構成とし、他方を、導電性高分子材料による被覆がなされていない金属線を用いた構成、あるいは金属線そのものを用いていない他の流路形状の構成としてもよい。

Ｄ７．変形例７：
また、前記実施例とは異なる種類の燃料電池に本発明を適用することとしてもよい。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池に適用することができる。あるいは、固体高分子以外の電解質層を有する燃料電池であってもよく、本発明を適用することで同様の効果が得られる。

本発明の一実施例としての燃料電池の概略を現わす断面模式図である。 ガス流路形成部材を構成する金属メッシュ５０を示す説明図である。 メッシュ用細線５１の断面を表わす説明図である。 ガス流路形成部材としての金属メッシュ５０を製造する製造方法を示すフローチャートである。 樹脂コート機１００の概略的な構成を示す説明図である。

符号の説明

２０…単セル
２１…ＭＥＡ
２２，２３…ガス流路形成部材
２４，２５…セパレータ
２６…冷媒流路形成部材
３０…電解質層
３１…アノード
３２…カソード
３５…冷媒流路
５０…金属メッシュ
５１…メッシュ用細線
５１ａ…金属線
５１ｂ…導電性樹脂コート層
１００…樹脂コート機
１０５…樹脂塗料貯溜槽
１１０…乾燥炉
１２０…搬送機構
１２２…金属線ロール
１２４…搬送用ローラ
１２６…巻き取りローラ

Claims (8)

1. 電解質層と、
   前記電解質層上に形成された触媒を備える電極と、
   前記電極上に配設されると共に、金属線を組み合わせて作ったシート状金属材料によって形成され、該金属線間の空間が前記電極に給排されるガスの流路となるガス流路と
   を備えた燃料電池であって、
   前記金属線は、導電性高分子材料により被覆された構成である
   燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記導電性高分子材料は、樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物である
   燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として疎水性を有した樹脂塗料を用いた構成である
   燃料電池。
4. 請求項３に記載の燃料電池であって、
   前記樹脂塗料は、フッ素樹脂からなる
   燃料電池。
5. 請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成である
   燃料電池。
6. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記導電性高分子材料は、導電性ポリマーである
   燃料電池。
7. 燃料電池用のガス流路形成部材を製造する燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法であって、
   金属線を防食性材料で被覆する工程と、
   前記防食性材料が被覆された金属線を織り込んでシート状の部材を生成し、該部材を前記ガス流路形成部材とする工程と
   を備える燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法。
8. 請求項７に記載の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法であって、
   前記防食性材料は、導電性高分子材料である
   燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法。

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