KR100760132B1 - 복합막, 복합막을 이용한 연료 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있는 복합막 및 이 복합막을 이용하여 임의의 전류치 및 전압치를 출력할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 연료 전지의 전해질층의 팽창 혹은 수축에 맞출 수 있고, 전해질층과의 박리를 일으키기 어려운 집전체 및 이 집전체를 이용한 연료 전지를 제공하는 것이다.

성질이 다른 복수의 영역을 갖는 복합막(10)이며, 복합막(10)의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 양자 전도성을 갖는 복수의 제1 영역(14)과, 복합막(10)의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 전자 도전성을 갖는 제2 영역(16)을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 복합막(10)을 이용한 연료 전지(30)이며, 복수의 제1 전극(32)과, 복수의 제2 전극(34)과, 한쪽의 제1 전극(32b)과 제2 영역(16α)을 접속하는 제1 전자 전도 부재(38b)와, 다른 쪽의 제2 전극(34a)과 제2 영역(16α)을 접속하는 제2 전자 도전부(40a)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

전해질층(116')과 전해질층의 양 주표면에 설치된 전극(112')과 전극의 집전을 행하는 집전체(118')를 구비하는 연료 전지(122')의 집전체(118')에 있어서, 전해질층의 변형에 따라서 변형 가능한 것을 특징으로 한다. 또한, 전해질층(116')과, 전해질층의 한쪽 주표면에 설치된 제1 전극(112')과, 전해질층의 다른 쪽 주표면에 설치된 제2 전극과, 제1 전극(112')의 집전을 행하는 제1 집전체(118')와, 제 2 전극의 집전을 행하는 제2 집전체를 구비하는 연료 전지(122')에 있어서, 적어도 제1 집전체(118')는 전해질층(116')의 변형에 따라서 변형 가능한 것을 특징으로 한다.

복합막, 연료 전지, 양자 전도 물질, 셀, 전극

Description

복합막, 복합막을 이용한 연료 전지{COMPOSITE MEMBRANE AND FUEL CELL USING COMPOSITE MEMBRANE}

도1은 본 발명에 관한 복합막의 절연부의 제작 공정을 도시하는 개략도.

도2는 본 발명에 관한 복합막의 접속부 및 발전부의 제작 공정을 도시하는 개략도.

도3은 본 발명에 관한 연료 전지의 구성을 도시하는 사시도.

도4는 본 발명에 관한 연료 전지의 단면 구성을 도시하는 단면도.

도5는 본 발명에 관한 DMFC의 기본 구성을 도시하는 분해 사시도.

도6은 본 발명의 제1 실시예에 관한 MEA의 구성을 도시하는 상면 개략도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 MEA의 구성을 도시하는 사시 개략도.

도8은 본 발명의 제3 실시예에 관한 MEA의 구성을 도시하는 상면 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 복합막

12 : 기재

14 : 발전부

16 : 접속부

18 : 절연부

20 : 절연 물질

22 : 양자 전도 물질

24 : 전자 전도 물질

30 : 평면형 연료 전지

32 : 애노드측 전극

34 : 캐소드측 전극

36 : 셀

38 : 애노드측 집전체

40 : 캐소드측 집전체

10' : DMFC

12', 112', 212', 312' : 애노드측 전극

14', 114', 214', 314' : 캐소드측 전극

16', 116', 216', 316' : 전해질막

18', 118', 218', 318' : 애노드측 집전체

20', 120', 220', 320' : 캐소드측 집전체

22', 122', 222', 322' : MEA

24' : 배선

26' : 메탄올 연료 저장부

28' : 메탄올 연료 공급구

34' : 하우징

36' : 공기 취입구

[문헌 1] 일본 특허 공개 2003-197225호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 2003-282131호 공보

본 발명은 복합막 및 그 복합막을 이용한 연료 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있는 복합막 및 그 복합막을 이용한 연료 전지에 관한 것이다.

연료 전지는 수소와 산소로부터 전기 에너지를 발생시키는 장치로, 높은 발전 효율을 얻을 수 있다. 연료 전지의 주된 특징으로서는 종래의 발전 방식과 같이 열 에너지나 운동 에너지의 과정을 경유하지 않는 직접 발전이므로, 소규모라도 높은 발전 효율을 기대할 수 있는, 질소 화합물 등의 배출이 적고, 소음이나 진동도 작기 때문에 환경성이 좋은 것 등을 들 수 있다. 이와 같이, 연료 전지는 연료가 갖는 화학 에너지를 유효하게 이용할 수 있고, 환경에 적합한 특성을 갖고 있으므로, 21세기를 대표하는 에너지 공급 시스템으로서 기대되고, 우주용으로부터 자동차용, 휴대 기기용까지 대규모 발전으로부터 소규모 발전까지 다양한 용도로 사용할 수 있는 장래 유망한 새로운 발전 시스템으로서 주목되어 실용화를 향해 기술 개발이 본격화되고 있다.

그 중에서도 고체 고분자형 연료 전지는 다른 종류의 연료 전지에 비해 작동 온도가 낮고, 높은 출력 밀도를 갖는 특징이 있고, 특히 최근 고체 고분자형 연료 전지의 일 형태로서, 다이렉트 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)가 주목되고 있다. DMFC는 연료인 메탄올 수용액을 개질하지 않고 직접 애노드로 공급하고, 메탄올 수용액과 산소의 전기 화학 반응에 의해 전력을 얻는 것이고, 이 전기 화학 반응에 의해 애노드로부터는 이산화탄소가, 캐소드로부터는 생성물이 반응 생성물로서 배출된다. 메탄올 수용액은 수소에 비해 단위 부피 당의 에너지가 높고, 또한 저장에 적합하고, 폭발 등의 위험성도 낮기 때문에, 자동차나 휴대 기기[휴대 전화, 노트형 퍼스널 컴퓨터, PDA, MP3 플레이어, 디지털 카메라 혹은 전자 사전(서적)] 등의 전원으로의 이용이 기대되고 있다.

연료 전지는 그 기전력을 목적에 맞추어 크게 한 스택 구조의 것이 일반적이지만, 기전력을 그만큼 필요로 하지 않고, 가능한 한 얇은 것이 요구되는 휴대 기기용 연료 전지에서는 평면형의 구성이 채용된다.

본 발명은 집전체 및 그 집전체를 이용한 연료 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 소형의 고체 고분자형 연료 전지의 각 셀로부터 전력을 집전하는 신축성을 갖는 집전체에 관한 것이다.

연료 전지는 수소와 산소로부터 전기 에너지를 발생시키는 장치로, 높은 발전 효율을 얻을 수 있다. 연료 전지의 주된 특징으로서는 종래의 발전 방식과 같이 열 에너지나 운동 에너지의 과정을 경유하지 않는 직접 발전이므로, 소규모라도 높은 발전 효율을 기대할 수 있는, 질소 화합물 등의 배출이 적고, 소음이나 진동 도 작기 때문에 환경성이 좋은 것 등을 들 수 있다. 이와 같이, 연료 전지는 연료가 갖는 화학 에너지를 유효하게 이용할 수 있고, 환경에 적합한 특성을 갖고 있으므로, 21세기를 대표하는 에너지 공급 시스템으로서 기대되고, 우주용으로부터 자동차용, 휴대 기기용까지 대규모 발전으로부터 소규모 발전까지 다양한 용도로 사용할 수 있는 장래 유망한 새로운 발전 시스템으로서 주목되어 실용화를 향해 기술 개발이 본격화되고 있다.

그 중에서도 고체 고분자형 연료 전지는 다른 종류의 연료 전지에 비해 작동 온도가 낮고, 높은 출력 밀도를 갖는 특징이 있고, 특히 최근 고체 고분자형 연료 전지의 일 형태로서, 다이렉트 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)가 주목되고 있다. DMFC는 연료인 메탄올 수용액을 개질하지 않고 직접 애노드로 공급하고, 메탄올 수용액과 산소의 전기 화학 반응에 의해 전력을 얻는 것이고, 이 전기 화학 반응에 의해 애노드로부터는 이산화탄소가, 캐소드로부터는 생성물이 반응 생성물로서 배출된다. 메탄올 수용액은 수소에 비해 단위 부피 당의 에너지가 높고, 또한 저장에 적합하고, 폭발 등의 위험성도 낮기 때문에, 자동차나 휴대 기기[휴대 전화, 노트형 퍼스널 컴퓨터, PDA, MP3 플레이어, 디지털 카메라 혹은 전자 사전(서적)] 등의 전원으로의 이용이 기대되고 있다.

연료 전지는 그 기전력을 목적에 맞추어 크게 한 스택 구조의 것이 일반적이지만, 소형, 경량이 요구되는 휴대 기기용 연료 전지에서는 평면형의 구성이 채용된다.

그러나, 평면형의 연료 전지는 스택 구조에 비해 직렬로 접속하는 것이 곤란 했다. 이에 대해 특허문헌 1에서는 고체 고분자막에 접속 배선을 관통시키는 수법이 채용되고 있지만, 이 경우, 고체 고분자막의 접속 배선을 관통시킨 부분에 집중 응력이 가해진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있는 복합막 및 이 복합막을 이용하여 임의의 전류치 및 전압치를 출력할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나, 종래의 평면형의 연료 전지는 가능한 한 소형화하기 위해, 복수의 막-전극 집합체(Membrane Electrode Assembly : MEA)를 평면형으로 배치한 연료 전지의 주위를 체결하는 구성을 채용하고 있었다. 그러나, 이 구성에서는 평면형 연료 전지의 중앙 부분을 체결하고 있지 않으므로, 고체 고분자막과 같이 유지하고 있는 수분량에 의해 팽윤(혹은 건조하여 수축)하는 전해질층을 갖는 연료 전지에서는 고체 고분자막과 그 주변 부재(집전체 등)의 신축성의 차이에 의해 압착한 고체 고분자막과 그 주변 부재가 박리된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 연료 전지의 전해질층, 특히 고체 고분자형 연료 전지의 고체 고분자막의 팽창 혹은 수축(신축)에 맞출 수 있고, 전해질층과의 박리를 일으키기 어려운 집전체 및 이 집전체를 이용한 연료 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은 성질이 다른 복수의 영역을 갖는 복합막이며, 절연성을 갖는 동시에 다공질인 기재(基材)를 구비하고, 복합막의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 양자(proton) 전도성을 갖는 복수의 제1 영역과, 복합막의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 전자 전도성을 갖는 제2 영역을 갖고, 제1 영역은 기재에 양자 전도 물질이 충전되는 동시에, 제2 영역은 기재에 전자 전도 물질이 충전되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 이 복합막을 이용하여 평면형 연료 전지를 제작할 때에 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있고, 복합막을 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 복합막에 있어서, 각 제1 영역을 분리하는 동시에 절연성을 갖는 제3 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.

그리고, 청구항 4에 기재된 발명은, 연료 전지이며, 청구항 1 또는 2에 기재된 복합막과, 제1 주표면에 설치되어 제1 영역에 대향하도록 배치된 복수의 제1 전극과, 제2 주표면에 설치되어 제1 영역에 대향하도록 배치된 복수의 제2 전극과, 한쪽의 제1 전극과 제1 주표면의 제2 영역을 접속하는 제1 전자 전도 부재와, 한쪽의 제1 전극과 대향하지 않는 다른 쪽의 제2 전극과 제2 주표면의 제2 영역을 접속하는 제2 전자 전도 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있고, 각 셀의 병렬 배치법 혹은 접속의 방법에 따라서 임의의 전류치 및 전압치를 출력할 수 있다.

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본 발명의 복합막(10)의 제작 방법에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

복합막(10)의 기재(12)는 섬유형의 불소계 수지를 두께 50 ㎛ 정도의 부직포로 가공한 것(이하,「다공질 불소 필름」이라 칭함)을 이용하여 이 기재(12)의 발전부(14) 및 접속부(16)가 되는 부분 이외의 절연부(18)에는, 도1에 도시한 바와 같이 절연 물질(20), 본 실시 형태에서는 불소 수지(20)를 다공질 불소 필름(12)의 구멍을 채우도록 충전한다. 기재(12)에 절연 물질(20)을 발전부(14)와 접속부(16)를 분리하도록 처음에 충전함으로써 이후에 발전부(14) 및 접속부(16)에 충전되는 양자 전도 물질(22)과 전자 전도 물질(24)이 혼합되고, 특히 발전부(14)에 있어서 단락되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 도2에 도시한 바와 같이, 접속부(16)에 전자 도전 물질(24), 본 실시 형태에서는 분말형의 카본 블랙(Vulcan XC-72 : CABOT사제)(24)을 다공질 불소 필름(12)의 구멍을 채우도록 충전한다. 종래와 같이 접속 배선을 이용하는 것은 아니고, 기재(12) 상에 있어서 직사각형이 되는 접속부(16)를 배치함으로써 접속 면적(전자 유통 경로의 단면적)을 크게 할 수 있고, 각 발전부(14) 사이의 전기 저항을 작게 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 막의 접속 배선을 통과한 부분으로부터 연료 혹은 산화제가 누설되거나, 막에 균열이 들어가거나, 연료 전지가 파손되거나 하는 것을 방지할 수 있다. 최후에, 발전부(14)에 양자 전도 물질(22), 본 실시 형태에서는 5 중량 ％ Nafion 용액(Dupont사제)(22)을 다공질 불소 필름(12)의 구멍에 충전하여 용매 성분을 증발시킨다.

이상과 같은 방법에 의해 제작된 복합막(10)을 이용한 평면형 연료 전지(30)의 구성에 대해 도3 및 도4를 이용하여 상세하게 설명한다. 도3은 평면형 연료 전지(30)의 구성을 도시하는 개략 사시도이고, 도4는 도3의 A-A' 단면에 있어서의 단면도이다.

도4의 부호 32는 애노드측 전극이고, 애노드측 전극(32)은 발수 처리를 실시한 카본 페이퍼를 기재로 하여, 그 한쪽 면에 Pt-Ru흑과 5 중량 ％ Nafion 용액(Dupont사제)을 혼합한 촉매 페이스트를 도포하여 제작한다. 애노드측 전극(32)은, 도3에서는 복합막(10)의 하면에 위치하므로 도시되어 있지 않지만, 촉매 페이스트를 도포한 면이 복합막(10)의 발전부(14), 즉 양자 전도 물질(22)을 충전한 부분과 접하도록 배치한다. 34는 캐소드측 전극이고, 캐소드측 전극(34)은 발수 처리를 실시한 카본 페이퍼에 카본 블랙(Vulcan XC-72 : CABOT사제)을 충전하여 그 한쪽 면에 Pt흑과 5 중량 ％ Nafion 용액(Dupont사제)을 혼합한 촉매 페이스트를 도포하여 제작한다. 본 실시 형태에서는 캐소드측 전극(34)에만 카본 블랙을 충전하였지만, 애노드측 전극(32) 및 캐소드측 전극(34) 양쪽의 카본 페이퍼에 카본 블랙을 충전하는 경우, 카본 페이퍼에 충전하는 카본 블랙의 양은 캐소드측의 쪽이 애노드측보다도 많게 하면, 캐소드측으로부터 생성되는 생성수를 배출하기 쉬워져 캐소드측으로 공기를 강제적으로 공급하는 공기 공급 수단을 갖지 않은 연료 전지 시스템에 있어서도 생성수의 배출과 공기의 공급을 원활하게 행할 수 있다. 캐소드측 전극(34)은 복합막(10)의 상면에 촉매 페이스트를 도포한 면이 복합막(10)의 발전부(14), 즉 양자 전도 물질(22)을 충전한 부분과 접하도록 배치한다.

애노드측 전극(32), 복합막(10)의 발전부(14) 및 캐소드측 전극(34)을 합한 셀(36)의 외측에는 집전체(38, 40)가 설치된다. 집전체(38, 40)에는 셀(36)로 연료 및 산화제를 공급할 수 있도록 전자 도전성, 내산화성이 우수한 재료를 이용한 박형이고 다공질인 부재가 적합하다. 본 실시 형태에 있어서, 집전체(38, 40)는 금 도금을 이용하였다. 애노드측 집전체(38)는 애노드측 전극(32)을 덮고, 또한 한쪽의 단부(도4에 있어서는 좌측단부)를 애노드측 전극(32)보다 크게 형성하여, 복합막(10)의 접속부(16)에 접속할 수 있는 치수로 한다. 한편, 캐소드측 집전체(40)는 캐소드측 전극(34)을 덮고, 또한 한쪽의 단부(도4에 있어서는 우측단부)를 캐소드측 전극(34)보다 크게 형성하여 복합막(10)의 접속부(16)에 접속할 수 있는 치수로 한다.

셀(36a)에 설치된 캐소드측 집전체(40a)와 셀(36b)에 설치된 애노드측 집전체(38b)가 접속부(16a)를 거쳐서 접속되고, 마찬가지로 셀(36b)에 설치된 캐소드측 집전체(40b)와 셀(36c)에 설치된 애노드측 집전체(38c)가 접속부(16p)를 거쳐서 접속되므로, 셀(36a, 36b, 36c 및 36d)은 직렬로 접속된다.

본 실시 형태에서는, 8매의 셀(36)을 2 × 4의 배치로 하여 4매의 셀이 직렬로 접속되는 경우에 대해 설명하였지만, 도3에 있어서의 셀(36)의 매수 혹은 배치나, 접속부(16)의 배치, 집전체(38, 40)의 형상을 변경함으로써 1매의 복합막(10)을 이용한 평면형 연료 전지(30)로부터 출력되는 전류치 및 전압치를 임의로 설정할 수 있는 것은 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 점이다. 또한, 촉매층을 카본 페이퍼 등의 전극 기재 상에 촉매 페이스트를 도포하는 방법으로 제작하였지만, 전 극 기재를 생략하여 집전체 상에 형성해도 좋고, 또는 복합막 상에 형성하여 전극 기재나 집전체로 협지하는 제작 공정을 채용해도 좋다. 촉매에는 Pt-Ru나 Pt로 이루어지는 입자(Pt-Ru흑이나 Pt흑)를 이용하였지만, 촉매를 카본 블랙에 담지시킨 촉매 담지 카본을 이용해도 좋다.

본 발명의 DMFC(10')의 기본 구성에 대해 도5를 이용하여 설명한다. 도5는 DMFC(10') 내부의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, DMFC(10')는 메탄올 수용액 혹은 순메탄올(이하,「메탄올 연료」라 기재함)이 모세관 현상에 의해 공급되는 애노드측 전극(12')과 공기가 공급되는 캐소드측 전극(14')과 이 애노드측 전극(12')과 캐소드측 전극(14')에 협지되는 전해질막(16')을 구비하고 있고, 메탄올 연료 중의 메탄올과 공기 중의 산소와의 전기 화학 반응에 의해 발전한다. 부호 18' 및 20'은 각 MEA(22')에 설치된 집전체이고, 배선(24')에 의해 애노드측 집전체(18')와 캐소드측 집전체(20')를 연결함으로써 복수의 MEA(22')를 직렬로 접속할 수 있다. 애노드측 전극(12')의 바닥부에는 애노드측 전극(12')으로 공급하는 메탄올 연료가 저장되는 메탄올 연료 저장부(26')가 설치되어 있고, 메탄올 연료 저장부(26')에 채워진 메탄올 연료는 메탄올 연료 공급구(28')로부터 집전체(18')를 거쳐서 애노드측 전극(12')으로 공급된다. 한편, 공기는 하우징(34')의 상부에 공기 취입구(36')가 설치되어 있고, 이 공기 취입구(36')로부터 자연스럽게 생기는 공기의 흐름을 이용하여 캐소드 전극(14')으로 공급된다.

애노드측 전극(12')은 이온 전도성을 갖는 두께 50 내지 200 ㎛의 전해질막(본 실시 형태에서는 Dupont사제 Nafion 115)(16')의 한쪽 면에 Pt-Ru흑과 5 질량 ％ Nafion 용액(Dupont사제)을 혼합한 촉매 페이스트를 도포하여 제작한다. 한편, 캐소드측 전극(14')은 상기한 전해질막(16')의 다른 쪽 면에 Pt흑과 5 질량 ％ Nafion 용액(DuPont사제)을 혼합한 촉매 페이스트를 도포하여 제작한다. 본 실시 형태에서는 전극(12', 14')을 전해질막(16') 상에 형성하는 방법을 채용하였지만, 제작 방법은 카본 페이퍼 등의 전극 기재 상에 촉매층을 형성하는 방법을 이용해도 좋고, 또한 메탄올로부터 H^＋를, 혹은 H^＋와 산소로부터 물을 생성하는 촉매 기능을 갖는 촉매이면, Pt-Ru나 Pt로 이루어지는 입자(Pt-Ru흑이나 Pt흑)는 아니고, 촉매를 카본블랙에 담지시킨 촉매 담지 카본을 이용해도 좋다.

(제1 실시예)

본 발명의 제1 실시예에 관한 집전체(118')의 구성에 대해 도6을 이용하여 상세하게 설명한다. 도5는 1매의 전해질막(16')에 복수의 MEA(22')가 형성되는 구성을 채용하고 있지만, 본 실시예에서는 집전체(118')를 상세하게 설명하기 위해, 1개의 MEA(122')에 대해 애노드측으로부터의 상면도(도6 참조)를 이용하여 설명한다. 설명은 애노드측에 대해 행하지만, 본 발명의 집전체는 애노드측 뿐만 아니라 캐소드측에서도 이용 가능하다.

도6에 도시한 바와 같이, 전해질막(116')은 유지하고 있는 수분량에 따라서 크게 신축하는 방향(도6에 있어서의 상하 방향)과, 신축이 작은 방향(도6에 있어서의 좌우 방향)이 존재한다. 이와 같은 전해질막(116') 상에 전극(112')[이면에는 도시하지 않은 전극(114')이 존재함]을 형성하고 있는 MEA(122')로부터 집전하는 집전체(118')는 전해질막(116')의 신축이 큰 방향(상하 방향)으로 크게 신축하고, 신축이 작은 방향(좌우 방향)으로는 그다지 신축하지 않도록 금의 섬유로 스프링 정수가 다른 2종류의 스프링을 메쉬형으로 형성한 구성을 이용한다. 구체적으로는, 도6에서는 스프링 정수가 작은 코일 스프링(경사)과 스프링 정수가 큰 코일 스프링(위사)을 직포형으로 한 집전체로 되어 있다. 본 실시예에서는 동일한 금섬유를 이용하여 스프링의 권취 직경을 바꿈으로써 스프링 정수를 변화시키고 있지만, 다른 굵기의 금섬유를 이용하여 권취의 직경을 동일하게 함으로써 스프링 정수를 변화시켜도 좋다. 도6에서의 상하 방향에 대해서는 스프링 정수가 작기 때문에 크게 신축하여 좌우 방향에 대해서는 스프링 정수가 크기 때문에 상하 방향보다도 신축이 작아진다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시예에 관한 집전체(218')의 구성에 대해 도7을 이용하여 상세하게 설명한다. 제2 실시예의 구성은 대략 제1 실시예와 마찬가지이지만, 제1 실시예와 다른 점은 도7에 도시한 바와 같이 제1 실시예에서의 스프링 정수가 작은 경사를 사행하고 있는 금의 섬유로 하고, 스프링 정수가 큰 위사는 통상의 직선형의 금섬유로 한 것이다. 본 실시예에서는 사행하고 있는 금섬유와 직선형의 금섬유를 이용하여 직포형의 집전체를 형성하고 있지만, 위사도 사행하고 있는 금섬유를 이용해도 좋고, 또한 통상의 평면형 직포형의 집전체를 사행시키고, 도7과 같은 집전체를 형성해도 좋다.

(제3 실시예)

본 발명의 제3 실시예에 관한 집전체(318')의 구성에 대해 도8을 이용하여 상세하게 설명한다. 제3 실시예의 구성은 경사와 위사가 비스듬히(θ ＜ 90°) 교차하는 직포형의 집전체로 되어 있고, 경사와 위사가 비스듬히 교차하고 있으므로, 도8에서의 상하 방향에 대해서는 크게 신축하여 좌우 방향에 대해서는 상하 방향보다도 신축이 작아진다.

본 발명은 평면형 연료 전지 상의 각 셀을 간이한 구조로 접속할 수 있고, 이에 의해 임의의 전류치 및 전압치를 출력할 수 있다.

본 발명은 기전력을 그다지 필요로 하지 않고, 가능한 한 얇은 것이 요구되는 휴대 기기용 평면형 연료 전지에 한정되지 않고, 가정용 혹은 자동차용 연료 전지에 있어서도 이용 가능하다.

본 발명의 집전체는 연료 전지의 전해질층, 특히 고체 고분자형 연료 전지의 고체 고분자막의 팽창 혹은 수축(신축)에 맞출 수 있어, 전해질층과의 박리를 일으키기 어렵다.

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Claims (9)

1. 성질이 다른 복수의 영역을 갖는 복합막이며,

   상기 복합막은 절연성을 갖는 동시에 다공질인 기재를 구비하고,

   상기 복합막의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 양자 전도성을 갖는 복수의 제1 영역과,

   상기 복합막의 제1 주표면과 제2 주표면 사이에 있어서 전자 전도성을 갖는 제2 영역을 갖고,

   상기 제1 영역은 상기 기재에 양자 전도 물질이 충전되는 동시에, 상기 제2 영역은 상기 기재에 전자 전도 물질이 충전되는 것을 특징으로 하는 복합막.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 제1 영역을 분리하는 동시에 절연성을 갖는 제3 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 복합막.
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4. 제1항 또는 제2항에 기재된 복합막과,

   상기 제1 주표면에 설치되어 상기 제1 영역에 대향하도록 배치된 복수의 제1 전극과,

   상기 제2 주표면에 설치되어 상기 제1 영역에 대향하도록 배치된 복수의 제2 전극과,

   한쪽의 상기 제1 전극과 상기 제1 주표면의 상기 제2 영역을 접속하는 제1 전자 전도 부재와,

   상기 한쪽의 제1 전극과 대향하지 않는 다른 쪽의 상기 제2 전극과 상기 제2 주표면의 상기 제2 영역을 접속하는 제2 전자 전도 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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