JP3133071U - 燃料電池の集電板 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の集電板の提供。
【解決手段】板体、一つ以上の接続線、一つ以上の予め製造する集電片を含む。該板体は一つ以上の集電区を具え、該接続線は該板体の表面上に設置し、該集電片は高導電性材料により製造する。該各集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該板体の該各集電区を覆い、かつ該各接続線において延伸接触する。
【選択図】図２

Description

本考案は一種の燃料電池の集電板に関する。特に一種の高い電流収集能力を具えた集電板で、抗化学反応材料を採用し、こうして燃料或いは電化学反応生成物がその表面に対して加える破壊を効果的に防止することができる燃料電池の集電板に係る。

燃料電池は燃料及び酸化剤が蓄える化学エネルギーを電極反応を通して直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は非常に多く、分類方式もそれぞれ異なる。電解質の性質の違いに基づき区分するなら、アルカリ性燃料電池、リン酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池の５種に分類される。しかし、公知の燃料電池は電化学反応を行う過程において、集電板（陽極集電板と陰極集電板）が電流を収集する能力は十分に高い水準を達成できていない。しかも、燃料及び電化学反応生成物中における集電板の長期の抗腐食或いは抗酸化能力も不良で、その使用寿命を短縮している。さらに、公知の集電板は軽量化が不十分であるという欠点の他に、その製造工程は非常に煩雑である。

上記の種々の欠点を克服するため、本考案は集電能力が高く、しかも化学反応に抵抗可能な集電板を提供するものである。

上記課題を解決するため、本考案は下記の燃料電池の集電板を提供する。

それは燃料電池の集電板を提供し、高い電流収集能力を具え、さらにそれは燃料電池の集電板を提供し、燃料電池或いは電化学反応生成物のその表面に対する破壊の進行を効果的に防止可能で、しかも軽量で製造に有利であるなどの長所を具え。

すなわちそれは、板体、一つ以上の接続線、一つ以上の予め製造する集電片を含み、該板体は一つ以上の集電区を具え、該接続線は該板体の表面上に設置し、該集電片は高導電性材料により製造し、該各集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該板体の該各集電区を覆い、かつ該各接続線において延伸接触する燃料電池の集電板を提供する。

請求項１の考案は、板体、一つ以上の接続線、一つ以上の予め製造する集電片を含み、 該板体は少なくとも１個の集電区を具え、
該接続線は該板体の表面上に設置し、
該集電片は導電性材料は高導電性材料により製造し、該集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該板体の該各集電区を覆い、かつ該各接続線において延伸接触することを特徴とする燃料電池の集電板としている。
請求項２の考案は、前記集電片は延伸部を具え、しかも該延伸部は該接続線に接触し、該接続線に電気的に連接することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項３の考案は、前記板体の基材は印刷回路板基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項４の考案は、前記板体の基材は、ＦＲ４基板、ＦＲ５基板、エポキシ樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板などの印刷回路板基板を採用し製造することを特徴とする請求項３記載の燃料電池の集電板としている。
請求項５の考案は、前記高導電性材料は同時に、抗腐食性及び／或いは防酸化の抗化学性材料であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項６の考案は、前記高導電性材料はステンレス材料、金材料、チタン材料、グラファイト材料、炭素金属化合物材料などから選択することを特徴とする請求項５記載の燃料電池の集電板としている。
請求項７の考案は、前記板体は該集電区範囲内において複数個の貫通孔を具えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項８の考案は、前記集電片は一つ以上の貫通孔を具え、該集電区範囲内の該各貫通孔にそれぞれ対応し、しかも該集電片の該各貫通孔の様式は該集電区範囲内の該各貫通孔の様式と一致することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板としている。
請求項９の考案は、前記貫通孔の配置はフェンス式構造を形成することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１０の考案は、前記貫通孔の配置は網状構造を形成することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１１の考案は、前記各集電片は点溶接或いはアルゴン溶接或いは粘着の方式により該板体上に圧合密着させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１２の考案は、前記接続線は印刷式回路であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１３の考案は、前記各集電片は粘着剤を使用し、該板体に圧合密着されることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１４の考案は、前記粘着剤はＰｒｅｐｒｅｇ樹脂テープであることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１５の考案は、前記粘着剤はＡＢ接着剤であることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の集電板としている。
請求項１６の考案は、前記各集電区は陽極集電板の板体に形成し、該各集電区の該各集電片に接着し覆い、該各膜電極組にそれぞれ接触することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板としている。

上記のように、本考案の集電板が使用する集電片は、高い導電性と抗腐食性及び／或いは防酸化の抗化学性などの特質を同時に具えるため、本考案集電板の集電能力は優越している。しかも燃料（エタノールなど）或いは電化学反応生成物の集電片表面に対する破壊を効果的に防止可能であるため、燃料電池の交換率を低下させることができる。本考案の集電板中の集電片は一種の金属箔片構造を使用可能であるため、集電片は極めて薄く、よって集電板の体積と重量を大幅に低減することができる。こうして携帯式電子製品中への応用を有利とする。本考案集電板の製造方法は、予め製造する集電片を利用し、点溶接、或いは粘着などの方式を利用し、集電片を板体上に圧合密着させるため、現行の製造工程技術に比べ、非常に便利かつ容易に運用可能である。よって本考案集電板は大量生産に有利である。

本考案の前記の及び他の技術内容、特徴と機能について、以下に図を用い、最適実施例について詳細に説明する。本考案集電板を使用する燃料電池の立体分解図である図１に示すように、左から右に向かって、燃料電池１は陰極集電板１０、膜電極組板１２、陽極集電板１４、流道板１６を含む。該膜電極組板１２は少なくとも１個の膜電極組１２０を具え、しかも該陰極集電板１０は該膜電極組１２０構造中の陰極電極（或いは空気電極）の片側に接触する。

本考案集電板の立体分解図である図２に示すように、本考案の集電板２は図１中の燃料電池１の陰極集電板１０と陽極集電板１４に応用することができる。図２に示すように、本考案の集電板２は板体２０、接続線２０２、集電片２２を含む。該板体２０の基材は、ＦＲ４基板、ＦＲ５基板、エポキシ樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板などの印刷回路板基板を採用し製造することができる。図２に示すように、該板体２０はさらに１個以上の集電区２００を設置する。該集電区２００は、該集電区２００範囲内の板体２０に予め金属をエッチングにより除去する過程を施し絶縁区を形成し、或いは該板体２０上の該集電区２００と該接続線２０２以外の薄金属層をエッチングにより除去し、金属導電配線を形成する。しかも、該各集電区２００の所在位置はそれぞれ図１に示す燃料電池１の各膜電極組１２０の所在位置に対応する。さらに、該板体２０の厚みは方向上において、該集電区２００に属する板体２０を該複数個の貫通孔２００ａに貫通させる。これにより、該燃料エネルギーは該貫通孔２００ａを通過し、該膜電極組１２０に流入する。同時に、該膜電極組１２０は電化学反応後に生成される反応物（二酸化炭素など）において、該貫通孔２００ａを通過し流出する。

本考案の板体２０は１本以上の接続線２０２を含み、該板体２０の表面上に設置する。しかも、印刷式回路（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）により具体的に実施することができる。

さらに、本考案の集電板２は少なくとも１個の予め製造する集電片２２を含む。該集電片２２は高導電性材料を使用し、しかも抗腐食及び／或いは防酸化の抗化学性材料である。この種の高導電性材料はステンレス材料、金材料、チタン材料、グラファイト材料、炭素金属化合物材料などから選択する。しかも、図１に示すように、該各集電片２２はそれぞれ緊密に接触し、かつ該板体２０の該各集電区２００を覆い、該各接続線２０２に延伸接触する。さらに、図２に示すように、該集電片２２は延伸部２２２を具え、該延伸部２２２は該接続線２０２に接触することができ、該接続線２０２に電気的に連接し、最後に図１に示す陰極集電板１０と陽極集電板１４となる。製造工程では、該各集電片２２は点溶接、或いはアルゴン溶接、或いは粘着の方式により該板体２０上に圧合密着させる。一種の粘着剤（Ｐｒｅｐｒｅｇ樹脂テープ、ＡＢ接着剤など）を使用し、該集電片２２を該板体２０に圧合密着させることができる。

図１に示すように、本考案集電板２の集電区２００は該燃料電池１中の陽極集電板１４の板体に形成することができ、しかも該各集電区２００の該各集電片１４０に密着し覆い、該燃料電池１中の膜電極組１２０に接触する。さらに、該陽極集電板１４と該流道板１６が接触する表面は、該各集電区２００範囲内の薄金属層に対応し、化学エッチングなどの方式を使用し除去し、或いは該薄金属層の表面において、一層の薄テフロン（登録商標）を噴射し覆い、或いはＰｒｅｐｒｅｇ樹脂テープを接着し覆い、或いは抗腐食金属層（金、炭素、チタン、グラファイトなど）をスパッタリング（電気メッキ）する抗腐食及び／或いは防酸化などの保護プロセスを施す。

この他、図２中では、該集電片２２は１個以上の貫通孔２２０を設置し、該集電区２００範囲内の貫通孔２００ａにそれぞれ対応する。しかも該集電片２２の貫通孔２２０の様式は、該集電区２００範囲内の貫通孔２００ａと一致する。これにより、該燃料或いは空気エネルギーは該貫通孔２２０を通過することができ、さらに該板体２０の貫通孔２００ａを経由し、該膜電極組１２０に流入する。

図２の集電板の変化実施例の立体組合せ図である図３に示すように、板体３０と集電片３２が具える貫通孔３４の配置は１種のフェンス式構造を形成する。さらに図２の集電板の別種の変化実施例の立体組合せ図である図４に示すように、板体４０と集電片４２が具える貫通孔４４の配置は１種の網状構造を形成する。すなわち図３と図４は、本考案集電板の形態が図２に示す様式に限定されないことを示しており、さらには当然各種様々な形式とすることができる。図３と図４はその内の１種に過ぎない。

本考案の集電板は、エタノール燃料を採用する燃料電池、或いは液体燃料を採用する燃料電池、気体燃料を採用する燃料電池、固体燃料を採用する燃料電池などの各類の燃料電池に応用することができる。

上記のように本考案の特徴と機能を以下にまとめる。
１．本考案の集電板が使用する集電片は、高い導電性と抗腐食性及び／或いは防酸化の抗化学性などの特質を同時に具えるため、本考案集電板の集電能力は優越している。しかも燃料（エタノールなど）或いは電化学反応生成物の集電片表面に対する破壊を効果的に防止可能であるため、燃料電池の交換率を低下させることができる。
２．本考案の集電板中の集電片は一種の金属箔片構造を使用可能であるため、集電片は極めて薄く、よって集電板の体積と重量を大幅に低減することができる。こうして携帯式電子製品中への応用を有利とする。
３．本考案集電板の製造方法は、予め製造する集電片を利用し、点溶接、或いは粘着などの方式を利用し、集電片を板体上に圧合密着させるため、現行の製造工程技術に比べ、非常に便利かつ容易に運用可能である。よって本考案集電板は大量生産に有利である。

本考案集電板を使用する燃料電池の立体分解図である。 本考案集電板の立体分解図である。 図２の集電板の変化実施例の立体組合せ図である。 図２の集電板の別種の変化実施例の立体組合せ図である。

符号の説明

１ 燃料電池
１０ 陰極集電板
１２ 膜電極組板
１２０ 膜電極組
１４ 陽極集電板
１４０ 集電片
１６ 流道板
２ 集電板
２０ 板体
２００ 集電区
２００ａ 貫通孔
２０２ 接続線
２２ 集電片
２２０ 貫通孔
２２２ 延伸部
３０ 板体
３２ 集電片
３４ 貫通孔
４０ 板体
４２ 集電片
４４ 貫通孔

Claims (16)

1. 板体、一つ以上の接続線、一つ以上の予め製造した集電片を含み、
   該板体は少なくとも１個の集電区を具え、
   該接続線は該板体の表面上に設置し、
   該集電片は導電性材料は高導電性材料により製造し、該集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該板体の該各集電区を覆い、かつ該各接続線において延伸接触することを特徴とする燃料電池の集電板。
2. 前記集電片は延伸部を具え、しかも該延伸部は該接続線に接触し、該接続線に電気的に連接することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
3. 前記板体の基材は印刷回路板基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
4. 前記板体の基材は、ＦＲ４基板、ＦＲ５基板、エポキシ樹脂基板、ガラス基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板などの印刷回路板基板を採用し製造することを特徴とする請求項３記載の燃料電池の集電板。
5. 前記高導電性材料は同時に、抗腐食性及び／或いは防酸化の抗化学性材料であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
6. 前記高導電性材料はステンレス材料、金材料、チタン材料、グラファイト材料、炭素金属化合物材料などから選択することを特徴とする請求項５記載の燃料電池の集電板。
7. 前記板体は該集電区範囲内において複数個の貫通孔を具えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
8. 前記集電片は一つ以上の貫通孔を具え、該集電区範囲内の該各貫通孔にそれぞれ対応し、しかも該集電片の該各貫通孔の様式は該集電区範囲内の該各貫通孔の様式と一致することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板。
9. 前記貫通孔の配置はフェンス式構造を形成することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板。
10. 前記貫通孔の配置は網状構造を形成することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の集電板。
11. 前記各集電片は点溶接或いはアルゴン溶接或いは粘着の方式により該板体上に圧合密着させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
12. 前記接続線は印刷式回路であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。
13. 前記各集電片は粘着剤を使用し、該板体に圧合密着されることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池の集電板。
14. 前記粘着剤はＰｒｅｐｒｅｇ樹脂テープであることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の集電板。
15. 前記粘着剤はＡＢ接着剤であることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の集電板。
16. 前記各集電区は陽極集電板の板体に形成し、該各集電区の該各集電片に接着し覆い、該各膜電極組にそれぞれ接触することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電板。

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