(57)【要約】【課題】燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】犠牲材料をアノード基板202の表面に周期的に塗布し、基板202のいくつかの領域には犠牲材料がない。ガス拡散層204を犠牲材料に塗布し、触媒材料206をガス拡散層204に塗布する。電解質材料214を、基板202と、触媒材料206を有するガス拡散層204とに塗布し、電解質材料214の一方表面は基板202及びガス拡散層204に機能上関連する。触媒材料212を電解質材料214の他方表面に塗布する。ガス拡散層210を、触媒材料212を有する電解質材料214の他方表面に塗布し、ガス拡散層210の表面は、触媒材料212を塗布した電解質材料214の他方表面と接触している。触媒材料212を有するガス拡散層210にカソード208を塗布し、基板202の表面から犠牲材料を除去して、製造される燃料電池のための一体化ガスチャンネルを形成する。【選択図】図２
2010129542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の製造方法であって、
犠牲材料をアノード基板の表面に周期的に塗布することであって、前記アノード基板の少なくともいくつかの領域には前記犠牲材料がない、犠牲材料の塗布と、
第１のガス拡散層を前記犠牲材料に塗布することと、
第１の触媒材料を前記第１のガス拡散層に塗布することと、
前記アノード基板と、前記第１の触媒材料を有する前記第１のガス拡散層に電解質材料を塗布することであって、前記電解質材料の第１の表面がアノード基板及び前記第１の触媒材料を有する前記第１のガス拡散層と機能上関連している、電解質材料の塗布と、
前記電解質材料の第２の表面で第２の触媒材料を前記電解質材料に塗布することであって、前記第２の触媒材料の第１の表面が前記電解質材料の前記第２の表面と接触している、第２の触媒材料の塗布と、
前記第２の触媒材料を有する前記電解質材料に第２のガス拡散層を塗布することと、
前記第２の触媒材料を有する前記電解質材料にカソードを塗布することと、
前記アノード基板の前記表面から前記犠牲材料を除去し、モノリシック構造の燃料電池の前記アノード基板の一体化ガスチャンネルを露わにすることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記電解質材料を塗布する前記ステップが、前記電解質材料を前記犠牲材料のみに適応させるか、又は前記犠牲材料と前記犠牲材料によって被覆されていない前記アノードの領域に前記電解質材料を適応させることのうちの少なくとも一方を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一体化したガスチャンネルを有する印刷された燃料電池であって、
アノード層と、
前記アノード層に周期的に定着され、水素流れ場チャンネルを定める第１のガス拡散層と、
前記第１のガス拡散層に被覆されるか又は注入される第１の触媒材料と、
前記アノード層の部分と、前記第１の触媒材料を有する前記第１のガス拡散層とを被覆する電解質膜と、
前記電解質膜に被覆されるか又は注入される第２の触媒材料と、
前記第１のガス拡散層と接触している前記電解質膜の表面とは異なる前記電解質膜の表面の上に形成され、前記電解質膜及び前記第２の触媒材料に機能上関連する第２のガス拡散層と、
前記第２のガス拡散層と接触している有孔カソードと、
を含む、印刷された燃料電池。
【請求項４】
前記有孔カソードには、前記カソードにわたって配列された貫通孔があけられており、前記燃料電池のための構造的な支持が前記アノードによってほぼ全体に設けられている、請求項３に記載の印刷された燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は燃料電池に関し、より具体的には燃料電池構造体及びその製造方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
現在では、流れ場、ガス拡散電極（ＧＤＥ）及び電解膜（ＥＭ）のような燃料電池の製造に用いられる素子は個別の素子として別々に作られ、組立工程の際に互いに積層されている。この既存の製造工程により、素子の構造は手頃なコストで個々に製造できるものに限られてしまい、得られる燃料電池の性能を制限してしまう。
【０００３】
燃料電池に関する詳細な説明が、２０００年１１月２１日発行のゴンザレス−マーティン（Ｇｏｎｚａｌｅｚ−Ｍａｒｔｉｎ）らの米国特許第６，１４９，８１０号（特許文献１）になされており、この特許は、大量に形成された内部通路を備えた膜を有し、システムへの冷却水の供給に用いられる燃料電池に関連している。具体的には、この特許は、膜の表面に平行な内部通路を有し、これらの流体通路の終わりに配置されることが好ましい常設の管を含む電気化学電池において使用されるプロトン交換膜を述べている。膜の通路は膜のエッジ間に延びており、これらの通路により、流体は膜を通って流れ、膜に直接接触することができる。
【０００４】
燃料電池の別の設計が、２００５年５月２６日公開のアプト（Ａｐｔｅ）らの米国特許出願公開番号ＵＳ２００５／０１１２４３３Ａ１（特許文献２）に記載されており、この設計は薄い電解質に生じる機械的な故障の問題に取り組んでいる。１つの実施の形態は電解質の厚さを変えることに関連しており、アノード及びカソードの少なくともいずれかを凹型の領域に配置し、アノードからカソード又はカソードからアノードに移動するイオンの移動距離を短くしている。第２の実施の形態は、アノードをカソードの近くに配置できるように独特な形状のマニホールドカバーを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６１４９８１０号
【特許文献２】米国特許出願１０／７２２１５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池の有用性を改善するには、高性能のために最適化された微細構造、薄い膜及び厚い膜を有するモノリシック素子として燃料電池を製造できることが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
燃料電池の製造方法は、犠牲材料をアノード基板の表面に周期的に塗布することを含み、アノード基板の少なくともいくつかの領域には犠牲材料がない。第１のガス拡散層を犠牲材料に塗布し、第１の触媒材料を第１のガス拡散層に塗布する。電解質材料を、アノード基板と、触媒材料を有する第１のガス拡散層とに塗布し、電解質材料の第１の表面はアノード基板及び第１のガス拡散層に機能上関連する。第２の触媒材料を電解質材料の第２の表面に塗布する。第２のガス拡散層を、触媒材料を有する電解質材料の第２の表面に塗布し、第２のガス拡散層の第１の表面は、触媒材料を塗布した電解質材料の第２の表面と接触している。第２の触媒材料を有する第２のガス拡散層にカソードを塗布し、アノード基板の表面から犠牲材料を除去して、製造される燃料電池のための一体化ガスチャンネルを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】既存の水素燃料電池の構成の断面図である。
【図２】固定された支持体上の埋め込み流れ場を有する、本願の概念による燃料電池を示す図である。
【図３】コンフォーマルな（形状に適応する）非平面電解質を有する他の燃料電池の実施の形態を示す図である。
【図４Ａ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｂ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｃ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｄ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｅ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｆ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４Ｇ】埋め込み流れ場チャンネルを有する、本願の概念による燃料電池の製造方法を示す図である。
【図５Ａ】本願の概念に従って構成された単独の流路を示す図である。
【図５Ｂ】複数の流路を示す図である。
【図６】本願の燃料のチャンネルを製造するためのロールツーロール処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、典型的な構造を有する水素燃料電池１００の断面を開示している。一方の側では、アノード１０２が水素の流れ場１０４に機能上関連しており、水素の流れ場１０４は、第１の触媒層１０８として第１の触媒材料で被覆された又はこれを注入した第１のガス拡散電極（又は層）１０６に機能上関連している。もう一方の側では、カソード１１０が空気／酸素の流れ場１１２に機能上関連しており、空気／酸素の流れ場１１２は、第２の触媒層１１６として第２の触媒材料で被覆された又はこれを注入した第２のガス拡散電極（又は層）１１４に機能上関連している。燃料電池１００は、第１の触媒層１０８を有する第１のガス拡散電極１０６と、第２の触媒層１１６を有する第２のガス拡散電極１１４との間に位置する電解質膜（又は材料）１１８を更に含む。第１のガス拡散電極１０６及び第２のガス拡散電極１１４の構造及び組成は同じでもよいし、異なっていてもよい。同様に、第１の触媒層１０８及び第２の触媒層１１６の構造及び組成は同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００１０】
燃料電池１００では、反応ガスが水素流れ場チャンネル１０４及び空気／酸素流れ場チャンネル１１２を流れ、ガス拡散電極（ＧＤＥ）１０６及び１１４にそれぞれ突き当たる。ＧＤＥ１０６及び１１４は、一般に疎水性材料（図示せず）を含浸させ、触媒材料１０８及び１１６で被覆するか又はこれらを注入した多孔質の導電層であり、水素流れ場チャンネル１０４を流れる反応ガスの反応物質の解離を活発にする。
【００１１】
ＧＤＥ１０６及び１１４は、ＧＤＥ１０６とＧＤＥ１１４との間のイオン種（図示せず）の移動を可能にする配置で電解質膜１１８と固定して接触している。電解質膜１１８としては、これに限定されないが、ナフィオン（デュポン社（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  Ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）の登録商標）など、水素燃料電池において広く使用されている陽イオン交換ポリマーなどのポリマー電解質膜を使用することができる。１つの実施の形態では、反応ガスは、水素流れ場チャンネル１０４を流れる水素燃料と、空気／酸素流れ場１１２を流れるオキシダント（即ち、酸素及び／又は空気）とを含むことができる。
【００１２】
もちろん、水素燃料電池以外の燃料電池が公知であり、前述の説明は単なる一例として設けられたものである。多様な燃料及び設計を用いた多様な燃料電池に本願の概念を適用できることを理解されたい。流れ場（例えば、流れ場１０４及び１１２）として本明細書に述べる要素は、時にはガスチャンネル及び流路として識別されることもある。
【００１３】
燃料電池１００及び他の既存の燃料電池の設計を構成する要素の性質が燃料電池のコスト及び性能に強い影響を与えることは公知である。例えば、電解質膜の厚さは効率に重大な影響を与える。一般に、電解質膜は、燃料電池のイオン伝導率を上げるために可能な限り薄く形成される。しかし、最小の厚さがあり、これを越えると電解質膜はもはや機械的完全性を保たなくなり、ひびが入りやすくなる。このようなひびにより、未反応燃料が膜に拡散し、燃料電池の有効性を低下させる場合がある。ＧＤＥの厚さ及び流れ場チャンネルのサイズも、燃料電池の効率の決定に重要である。薄いＧＤＥは、ガスの拡散を増すことができるが横方向の伝導率を下げる場合がある。ガスチャンネルを細くすると電流がＧＤＥに流れ込むための横方向経路を小さくすることができるが、反応物質の流れを制限し、製造を難しくする場合がある。最後に、構成要素を可能な限りコンプライアントで柔軟なものにすることは、膨張及び収縮など、操作時に生じる機械的応力による燃料電池の不具合を避けるのに有益である。
【００１４】
ここで図２を参照すると改良された燃料電池２００が示されており、この燃料電池２００は、アノード２０２と、第１の触媒層２０６を注入させたか又はこれを被覆した、機能上関連する第１のガス拡散電極２０４とで構成されている。カソード２０８は第２のガス拡散電極２１０に機能上関連しており、この電極は、第２の触媒層２１２が注入されているか又はこれによって被覆されている。第１のガス拡散電極と第２のガス拡散電極との間には電解質膜２１４がある。第１のガス拡散電極２０４の構造は、埋め込み水素流れ場チャンネル２１６を提供する。具体的には、燃料電池２００は、細い流れ場チャンネル及び薄いガス拡散電極（本明細書中ではガス拡散層とも呼ぶ）を備える非常に薄い膜を含む特有の構造を可能にする方法を用いて製造される。また、用いられる方法は、コンプライアンス、強度及び柔軟性を最大にしながら、既存の製造方法と比べて燃料電池を安価に製造することができる。更に詳しく後述するように、燃料電池２００は、高性能のために最適化された微細構造、薄い膜及び厚い膜を有するモノリシック素子である。
【００１５】
引き続き図２に注目すると、水素流れ場２１６は第１のガス拡散電極２０４のテクスチャ又は構造によって定められ、電解質膜２１４の表面は第１のガス拡散電極２０４の形状に適応する。電解質膜２１４はマトリックスとして形成され、マトリックスは、直接、又はアノードに直接付着された第１のＧＤＬ層を介して、アノード２０２に周期的にプラスに定着されるため、しっかりと支持され、破損に強くなる。この構成により、電解質膜２１４の第１の表面はアノード基板と機能上関連した状態にある。アノード２０２としては、数ある要素の中でも、可撓性及び耐久性の双方を有する安価な金属箔を挙げることができる。
【００１６】
カソード２０８は、良好な横方向伝導率をもたらす一方でカソード側即ち第２のガス拡散電極への酸素の拡散を可能にするエキスパンドメタルカソードである。１つの実施の形態では、エキスパンドメタルカソード２０８には、その構造にわたって配列された貫通孔があけられている（例えば、孔は規模の大きいものであってもよく、即ちｍｍからｃｍの単位であってもよい）。このようにして、燃料電池のための構造的な支持がアノード２０２によって設けられる一方で、電解質膜２１４の完全性を保ちながら電解質膜２１４を可能な限り薄くすることができる。このことは、組立中などにシートの形状で個別に機械的完全性を保つ必要のある膜では不可能であろう。また、流れ場チャンネル２１６は互いに非常に密接して配置されるため、最大面積のガス拡散を電解質膜２１４にもたらすことができる。この実施の形態では、第２のガス拡散電極２１０と接触しているか又はこれに関連している電解質膜２１４の表面は平面を有する。
【００１７】
ここで図３を参照すると、非平面の電解質膜を有する他の燃料電池３００の実施の形態が示されている。この燃料電池３００では、アノード３０２及び（第１の触媒層３０６を有する）第１のガス拡散電極３０４が図２の燃料電池と同様に構成されている。しかし、カソード３０８、（第２の触媒層３１２を有する）第２のガス拡散電極３１０及び電解質膜３１４は図２の燃料電池とは異なって構成されている。
【００１８】
より具体的には、電解質膜３１４はイオン伝導度が高まるように非平面の均一の厚さからなっている。第２のガス拡散電極３１０も同様に非平面であり、電解質膜３１４の形状に適応している。カソード３０８は、第２のガス拡散電極３１２の表面に機能上接触しているか又はこれに関連する下面が非平面であり、もう一方の面が平面であるように構成されている。
【００１９】
燃料電池２００及び３００を製造する方法を、印刷、スプレーコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、積層及び／又はこれらの処理作業の組み合わせによって成し遂げ、モノリシック構造を構築することができる。
【００２０】
図４Ａから図４Ｇを参照すると、燃料電池２００を製造するための処理ステップが示されている（もちろん、これらのステップは、例えばこれに限定されないが燃料電池３００のような他の燃料電池を構築するように変更可能である）。図４Ａでは、例えばこれに限定されないが金属などの導体箔又は導電シートがアノード基板２０２として用いられる。まず、（例えば、射出、押出もしくは音響を用いた印刷、又は微調整を行える他の適切な印刷法によって）犠牲材料４００が直線パターン又は他の連結（即ち反復）パターンで表面に塗布される。用いることのできる犠牲材料は、後に溶融又は溶出されるワックス又はレジストを含むがこれに限定されるものではない。他の犠牲材料としては、室温では固体であるが昇華するか又は溶融し、蒸発する低分子量の有機材料を挙げることができる。このような材料の一例はＬ−メントールである。
【００２１】
図４Ｂの上面図に示されるように、この実施の形態では、犠牲材料４００は繰り返し印刷され、交互に形成されるアノード２００の領域には犠牲材料４００は印刷されていない。
【００２２】
図４Ｃを参照すると、犠牲材料４００を塗布した後、第１のガス拡散電極／層２０４を積層によって塗布するか、又は炭素繊維などの多孔質導体を印刷することによって塗布することができる。示すように、第１のガス拡散層２０４の材料は、印刷される犠牲材料４００のパターン又はテクスチャに適応する。前述のように、１つの実施の形態では、第１のガス拡散層２０４を（流れ場の上のみに形成されるよう）犠牲材料４００の上のみにパターン形成／塗布することができる。しかし、他の実施の形態では、犠牲材料４００と、犠牲材料４００によって被覆されていないアノード２０２の領域の上に第１のガス拡散層２０４を塗布することができる。図４Ｃは、このような双方の可能性を表すように意図されている。よって、１つの実施の形態では、電解質膜２１４はアノード基板と直接接触することができ、他の実施の形態では、電解質膜２１４は第１のガス拡散層２０４を介してアノードと接触する。
【００２３】
炭素繊維のスラリーを、本願に用いる１つの材料とすることができる。多孔質構造を生じる他の導電性のペーストを用いてもよい。他の材料としては、多孔性を更に高めるために（加熱時に完全に蒸発して多孔質のカーボンブラック膜を形成する）炭酸アンモニウムの粒子などの材料と必要に応じて混合したカーボンブラックを挙げることができる。これらのスラリーは、作動中の水の除去を促すために疎水性材料を含んでもよい（あるいは、疎水性材料を後で塗布してもよい）。
【００２４】
図４Ｄを参照すると、触媒層２０６は、いくつかの実施の形態では疎水性材料及び／又は電解質材料を共に含む溶液における、ＰＴ（プラチナ）粒子又は他の触媒を用いて形成されたＰｔ触媒の溶媒懸濁液などの材料の塗布によって形成される。触媒層２０６をナノ粒子から形成することができ、いくつかの実施の形態では、第１のガス拡散電極２０４に被覆又は注入することによって触媒層２０６を第１のガス拡散電極２０４に塗布することができる。
【００２５】
次に、図４Ｅによって示されるように、ガス拡散電極２０４の表面及びアノード２０２の表面に電解質膜２１４を塗布する。多くの異なる電解質を塗布することができる。一つの例としては、非架橋又は不均質イオン交換樹脂などのポリマー電解質を溶解し、塗布、吹付け又は印刷を行うことができる。これらの樹脂を溶融して鋳造することもできる。他のポリマー電解質を鋳造又は印刷し、所定の位置に重合及び／又は架橋させることができる。一般的な架橋マトリックスはジビニルベンゼンとスチレンの共重合体である。あるいは、不活性ファイバー（ガラス又はセルロース）のような薄い支持マトリックスが前述の手順のうちの様々なものによって塗布され、液状又はゲル状の電解質で満たされる。電解質を鋳造するか又は塗布する場合、図４Ｅに示すように電解質を平坦化することができる。あるいは、電解質を吹き付けるか又は積層する場合、電解質は犠牲材料の形状に適応することができる（即ち、図３に示す燃料電池３００の場合など）。電解質膜２１４を塗布し、続いて硬化及び他の適切な付着後処理（必要であれば）を行った後、図４Ｆに示すように第２のガス拡散電極２１０及び第２の触媒層２１２を塗布する。具体的には、第２の触媒材料２１２を電解質膜２１４に塗布し、続いて第２のガス拡散電極２１０を塗布する。あるいは、積層の場合、第２のガス拡散電極２１０及び第２の触媒層２１２を別の作業で一緒に準備し、その後に付着させることができる。
【００２６】
最後に、図４Ｇに示すように、エキスパンドメタル（又は他の多孔質）カソード２０８を塗布し、溶融、溶解、エッチング又は他の適切な方法によって犠牲材料４００を除去し、一体化した流れ場チャンネル２１６を有する燃料電池２００を形成する。
【００２７】
ここで図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、前述の説明に基づいた構造が示されている。この構造において、約２０から３０ミクロンの幅のシリコンウエハ基体にワックスのラインを印刷した。ＭＥＫ（メチルエチルケトン）溶媒中でカーボンブラックとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を混合した層をこれらのラインの上に被覆した。溶媒の乾燥後、架橋性ポリマーを模する低硬化温度エポキシの層を基体の上に被覆した。硬化後、サンプルを熱いせっけん水溶液の中に置き、沸騰するまで加熱した。サンプルを取り除いてサンプルをすすぎ、水を飛ばすために熱板の上で１２０℃に加熱した。
【００２８】
図５Ａは単一のチャンネルを示す図である。シリコン基体５０２は画像の上部にあり、ポリマーエポキシ５０４は画像の下部にある。空のチャンネルがはっきりと見え、約５から１０ｕｍの厚さのカーボンブラック／ＰＴＦＥ層５０６がチャンネルの内部を囲んでいる。図５Ｂは、更に低い倍率で多くのチャンネル５００を示す図である。
【００２９】
ここで図６を参照すると、ロールツーロール処理環境６００における、本願の概念に従った燃料電池の製造が示されている。まず、アノード２０２として用いられる基体が搬送システム６０２に配置される。アノード２０２は予め決められた長さで設けられる。あるいは、アノード２０２は連続したストリップとして設けられ、後で小単位に分離されてもよい。アノード２０２は、金属又は他の適切な材料のように、薄くて可撓性のある導電材料の形をとることができる。アノード２０２が搬送システム６０２に沿って移動するにつれ、アノード２０２は、アその表面に犠牲材料４００の細かいパターンを印刷することのできる、ジェットプリンタ、押出プリンタ、音響プリンタ、圧電プリンタ又は他の公知の印刷デバイスのような第１の塗布機構６０４の下を通過する。そして、処理は次の塗布デバイス６０６に移る。塗布デバイス６０６は、炭素繊維など多孔質の導電体を第１のガス拡散層２０４として印刷することのできるプリンタならいずれでもよい。印刷された第１のガス拡散層２０４は犠牲材料４００の幾何学的形状に適応する。搬送システム６０２は次に未完成の燃料電池を塗布デバイス６０８の下に移動させ、塗布デバイス６０８は触媒材料を第１のガス拡散層の表面に塗布する。１つの実施の形態では、塗布デバイス６０８は、場合によっては疎水性材料及び／又は電解質材料を有する、Ｐｔ粒子又は他の適切な触媒の溶媒懸濁液などの触媒をスプレーするように設計された噴霧器である。スプレー塗布は、第１のガス拡散層２０４にコーティング（塗膜）を提供するか、又は触媒層を第１のガス拡散層２０４に注入することができる。この後、処理は、ポリマー電解質材料を印刷して電解質膜２１４を形成するように設計されたプリンタとすることができる電解質材料塗布デバイス６１０の下に移る。あるいは、塗布デバイス６１０は、電解質膜２１４の溶融、鋳造又は塗装を可能にするように構成されたシステムであってもよい。鋳造又は塗装の場合、図に示すように、電解質膜の第１のガス拡散層２０４と反対の側を平面にすることができる。あるいは、前述のように、犠牲材料の幾何学的形状に適応し、従って第１のガス拡散層２０４の形状に適応するように、電解質膜の噴霧、積層、印刷、又は他の方法での塗布を行うことができる。いずれにしても、電解質膜２１４が形成されると、処理は塗布機構６１２の下に移り、塗布機構６１２は第２の触媒材料２１０を噴霧するか又は他の方法で塗布する。この層が塗布されると、処理は、１つの実施の形態では第２のガス拡散層２１２を印刷するプリンタである塗布デバイス６１４に移る。第２の触媒層及び第２のガス拡散層が形成されると、処理はカソード２０８を塗布するカソード塗布デバイス６１６に移る。この後、形成された製品（例えば燃料電池）は犠牲材料除去ステーション６１８に入る。このステーションは、溶融するためのヒータでもよいし、エッチングするためのエッチャーでもよいし、犠牲材料を除去する他の処理としてもよい。犠牲材料４００の除去によって燃料電池２００の一体化した流路２１６が露わになる。
【００３０】
更なる実施の形態において、前述の考察では犠牲材料がアノード基板にプラスに塗布された（即ち積層された）が、他の実施の形態では金型を使用することができる。その場合、犠牲材料を金型の開口に挿入し、次に積層技術を行い、犠牲材料を後で除去して非平面の内部流路即ち一体化流路を形成することができる。
【００３１】
また、一体化流路が燃料電池のアノード側に構築されて示されたが、一体化流路をカソード側に形成することもできる。このような場合、カソードの多孔性は不要となるか又は必要となって用いられる。更に、従来の流れ場をカソード側に付着させて用いてもよい。
【００３２】
ロールツーロール式の製造を多少詳しく説明したが、本願はスピンコーティングなどの非ロールツーロール式製造に用いられる製造方法も説明していることが更に理解されよう。よって、説明した処理はロールツーロール式製造を可能にするが、これらの処理のうちさまざまなものを、燃料電池の個別の製造を含むがこれに限定されない他の製造方法に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この燃料電池の設計は、エアブリージングであり、大面積の膜電極アセンブリを必要とするものを含む多様な用途に有益である。これを必要とする１つの用途は、大気中のＣＯ２の電気化学的な取得である。
【００３４】
従って、前述の説明は燃料電池デバイス及びその製造方法についてなされたものであり、この方法では、構造化された流れ場が、可撓であるが硬質のアノードの上に構築され、この上にコンフォーマルなＧＤＥ及び電解質層が付着され、一番上に第２のコンフォーマルなＧＤＥ及びカソードが形成される。デバイスをモノリシックに構築することで、構造的完全性を基体（アノード）によって排他的に供給することができる一方で、ＧＤＥ及び電解質のような高性能の層を高性能のために最適な構造（最小の厚さなど）で形成することができる。また、インクジェットのような印刷技術の使用により、流れ場及び電解質のような要素の細かな特徴を安価に形成することができる。
【符号の説明】
【００３５】
２００、３００    燃料電池
２０２、３０２    アノード
２０４       、３０４    第１のガス拡散電極（層）
２０６、３０６    第１の触媒層
２０８、３０８    カソード
２１０、３１０    第２のガス拡散電極（層）
２１２、３１２    第２の触媒層
２１４、３１４    電解質膜
２１６    流れ場チャンネル
４００    犠牲材料
【図１】
2010129542.tif 000003
【図２】
2010129542.tif 000004
【図３】
2010129542.tif 000005
【図４Ａ】
2010129542.tif 000006
【図４Ｂ】
2010129542.tif 000007
【図４Ｃ】
2010129542.tif 000008
【図４Ｄ】
2010129542.tif 000009
【図４Ｅ】
2010129542.tif 000010
【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図６】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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