(57)【要約】【課題】反応液収容部と燃料発生部を別々に分離でき、消耗品の交換時に無駄な燃料ガスが発生させない燃料電池を提供する。【解決手段】一方の表面から水素ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行う発電セルＣと、発電セルＣを一方の表面を内部に向けて保持することで、発電セルＣと共に内部空間を形成するセル保持体Ａと、この内部空間に配置され、水と反応して水素ガスを発生するガス発生剤を収容してある燃料発生部Ｄと、セル保持体Ａに対して着脱自在である水収容カートリッジＢと、この水を燃料発生部Ｄ内のガス発生剤２０へと導く反応液導入機構とを備え、これは、水収容カートリッジＢに形成された導出口３１ａと、燃料発生部Ｄに設けられた吸水シート２０ｃと、を備え、カートリッジＢをセル保持体Ａに装着したときに、吸水シート２０ｃが導出口３１ａ内に挿入され、水が吸水シート２０ｃを介してガス発生剤２０へ供給される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行う発電セルと、
その発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、
そのセル保持体の前記内部空間に配置され、反応液と反応して燃料ガスを発生するガス発生剤を収容してある燃料発生部と、
その燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材を介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導く反応液導入機構と、を備える燃料電池。
【請求項２】
前記セル保持体に対して着脱自在であり前記反応液を収容する反応液収容カートリッジを更に備えると共に、
前記反応液導入機構は、前記反応液収容カートリッジに形成された導出部を備え、前記反応液収容カートリッジを前記セル保持体に対して装着したときに、前記反応液導入部材が前記導出部に接触又は挿入されることで、反応液が前記反応液導入部材を介してガス発生剤へ供給される燃料電池。
【請求項３】
前記燃料発生部は、水を含む反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤を収容してある請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記反応液導入部材は、吸水性を有するシート状部材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記反応液導入機構は、吸水性を有するシート状部材である反応液導入部材の一端の表面と、前記反応液収容カートリッジに形成された吸水性を有するシート状部材からなる導出部の表面と、を接触させるものである請求項２又は３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記セル保持体と前記反応液収容カートリッジの装着部分は入れ子構造になっており、かつ、前記装着部分に防水シールを設けてある請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セル保持体は、前記発電セルと共に扁平な函体を構成し、その函体の対向面の片面または両面に前記発電セルが配置されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記発電セルは、その複数個が相互に電気的に接続された状態でインサート成形により、前記セル保持体と共に一体に成形されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記反応液収容カートリッジ内の反応液は弾性を有する吸水体に保持され、反応液収容カートリッジの前記装着時に反応液導入部材の先端部が前記吸水体を押圧する請求項２〜８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記反応液収容カートリッジ内の反応液は吸水体に保持され、この吸水体の表面を吸水シートでカバーし、反応液収容カートリッジの前記装着時に反応液導入部材の先端部が前記吸水体を押圧する請求項２〜８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セル、この発電セルを保持するセル保持体、燃料発生部等を備えた燃料電池に関し、特にモバイル機器（携帯機器）等に使用する燃料電池として有用である。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらのモバイル機器の高機能化に伴い、消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。
【０００３】
特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に使用する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。このため、燃料電池を構成するためには、発電セルや燃料ガス発生部などの各部を効率よく配置する必要がある。
【０００４】
携帯性あるいは小型化した燃料電池は、本出願人による下記特許文献１により公知である。この燃料電池は、本体部の外観を形成し、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部から構成される本体部ケースと、壁面部に沿って配置される支持基板と、この支持基板に搭載される発電用の単位セル（発電セル）と、この発電セルに供給する水素ガス等の燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットとを備えている。この燃料ガス発生ユニットは本体部ケースに対して着脱可能に構成されている。
【０００５】
この燃料ガス発生ユニットは、水素発生剤である金属（純鉄）を収容した金属収容部（燃料発生部に相当）と、反応液である水を収容した水収容部により構成されている。水収容部内の反応液を金属収容部内の金属へ吸水紙により供給することで両者が反応し水素ガスが発生する仕組みを採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３１１４１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記燃料ガス発生ユニットは、水収容部と金属収容部が同じ容器の中に設けられているため、両者を別々に分離することができない。水や金属は消耗品であるから、消耗した後は、交換する必要がある。この交換時（燃料ガス発生ユニットを本体部ケースから取り外したとき）に、吸水紙により常に水収容部と金属収容部が連結された状態であると、燃料ガス発生ユニットを本体部ケース（発電セル）に装着する前に水素ガスが発生し、無駄が生じる。
【０００８】
水収容部から金属収容部への水の供給をポンプにより制御する構成も考えられるが、構成が複雑化するとともにコストアップとなるため問題である。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、反応液収容部と燃料発生部を別々に分離でき、消耗品の交換時に無駄な燃料ガスが発生させることのない燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は次の如き本発明により達成できる。
【００１１】
すなわち、本発明の燃料電池は、一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行う発電セルと、
その発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、
そのセル保持体の前記内部空間に配置され、反応液と反応して燃料ガスを発生するガス発生剤を収容してある燃料発生部と、
その燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材を介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導く反応液導入機構と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の燃料電池によると、燃料発生部で発生した燃料ガスが、セル保持体の内部空間に放出されて、発電セルの一方の表面から供給され、他方の表面から空気中の酸素が供給されるため、発電セル間の配管や燃料発生部からの配管を使用せずに発電を行うことができる。また、内部空間に燃料発生部を配置できるため、省スペース化を図ることができる。更に燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材を設けているため、これ介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導くことができる。このような反応液導入機構を設けているため、例えば反応液を収容する反応液収容カートリッジを着脱自在にして、そこから反応液を供給したり、又は上部が開放された容器に入れた反応液に反応液導入部材を接触させて、反応液を供給することができる。なお、本発明において、発電セルは１つでもよいし複数でもよい。
【００１３】
上記において、前記セル保持体に対して着脱自在であり前記反応液を収容する反応液収容カートリッジを更に備えると共に、前記反応液導入機構は、前記反応液収容カートリッジに形成された導出部を備え、前記反応液収容カートリッジを前記セル保持体に対して装着したときに、前記反応液導入部材が前記導出部に接触又は挿入されることで、反応液が前記反応液導入部材を介してガス発生剤へ供給されることが好ましい。
【００１４】
この構成によると、反応液導入部材は燃料発生部に設けられており、反応液収容カートリッジを取り外した時には、燃料発生部と完全に切り離すことができる。したがって、無駄に燃料ガスが発生することがない。また、反応液収容カートリッジを装着したときには、反応液導入部材が反応液収容カートリッジに形成された導出部に接触又は挿入される。これにより、反応液が前記反応液導入部材を介してガス発生剤へ供給されるので、ガス発生剤と反応液との反応により、燃料ガスが発生することになる。その結果、反応液収容部（カートリッジ）と燃料発生部を別々に分離でき、消耗品の交換時に無駄な燃料ガスが発生させることのない燃料電池を提供することができた。
【００１５】
本発明では、前記燃料発生部は、水を含む反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤を収容してあることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る反応液導入部材は、吸水性を有するシート状部材であることが好ましい。シート状部材により構成することで小スペース化することができ小型化に寄与できる。また、シート状部材が給水性を有することで、毛細管現象を利用して反応液を供給することができる。したがって、ポンプ等のアクチュエータを用いることなく、反応液を供給することができ、構成の簡素化及びコストダウンに寄与することができる。
【００１７】
また、前記反応液導入機構は、吸水性を有するシート状部材である反応液導入部材の一端の表面と、前記反応液収容カートリッジに形成された吸水性を有するシート状部材からなる導出部の表面と、を接触させるものであることが好ましい。このように構成すると、反応液収容カートリッジの着脱によって、シート状部材同士が非接触又は接触状態の何れかとなるため、反応液導入機構によってより安定した反応液の供給が可能となる。
【００１８】
また、前記セル保持体と前記反応液収容カートリッジの装着部分は入れ子構造になっており、かつ、前記装着部分に防水シールを設けてあることが好ましい。装着部分を入れ子構造として、防水シールを設けることで、反応液が反応液収容カートリッジ外に不用意に漏れることを防止することができる。
【００１９】
あるいは、前記セル保持体は、前記発電セルと共に扁平な函体を構成し、その函体の対向面の片面または両面に前記発電セルが配置されていることが好ましい。これにより、発電セルを同一平面に配置した偏平な形状の燃料電池を形成することができる。このような燃料電池は、電力を供給する装置内に内蔵する際に特に有利となる。
【００２０】
さらに、前記発電セルは、その複数個が相互に電気的に接続された状態でインサート成形により、前記セル保持体と共に一体に成形されていることが好ましい。本発明では、発電セル間（複数の発電セルを設ける場合）の配管が必要ないため、相互に電気的に接続された状態でインサート成形することができ、これにより発電セルをセル保持体と共に一体に成形することで、簡易な製法によってセル保持体の内部空間を形成することができる。
【００２１】
本発明における反応液収容カートリッジ内の反応液は弾性を有する吸水体に保持され、反応液収容カートリッジの前記装着時に反応液導入部材の先端部が前記吸水体を押圧することが好ましい。弾性を有する吸水体としては、脱脂綿、スポンジ、ウレタンの発泡体などがあり、これらにより反応液を保持する。反応液収容カートリッジの装着時に反応液導入部材の先端部が吸水体を押し付けることで、吸水体から反応液導入部材への反応液の伝達が容易に行われる。
【００２２】
また、本発明における反応液収容カートリッジ内の反応液は吸水体に保持され、この吸水体の表面を吸水シートでカバーし、反応液収容カートリッジの前記装着時に反応液導入部材の先端部が前記吸水体を押圧することが好ましい。この構成によると、反応液収容カートリッジの装着時に反応液導入部材の先端部が吸水シートを押し付けることで、吸水体に保持されている反応液を吸水シートおよび反応液導入部材を介して伝達することができる。
【００２３】
上記において、吸水体としては、脱脂綿、スポンジ、ウレタンなどがあり、吸水シートとしては、濾紙、不織布等がある。例えば、吸水体として脱脂綿を用いた場合、反応液の伝達方向が特定の方向に限定されることがあり、脱脂綿のある領域に保持されている反応液が外部へ取り出せないことがありうる。かかる場合、吸水体の表面を吸水シートでカバーすることで、上記領域に保持されたままの反応液を、吸水シートを介して反応液導入部材へと伝達させることができる。これにより、吸水体に保持されている反応液を無駄なく消費することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す図
【図２】図１に示す燃料電池の断面図
【図３】樹脂成形体と樹脂平板の構成を示す図
【図４】本発明の燃料電池の製造方法の一例を示す正面視断面図
【図５】燃料電池の全体構成を示す斜視図
【図６】図５に示す燃料電池の主要な構成要素を示す分解斜視図
【図７】燃料発生部の構成を示す展開図
【図８】本発明の燃料電池の内部構造を示す縦断面図
【図９】水カートリッジを外した状態を示す部分斜視図
【図１０】本発明の燃料電池の他の例を示す正面視断面図
【図１１】水カートリッジの別実施形態の構成を示す図
【図１２】本発明の燃料電池の他の例を示す正面視断面図
【図１３】本発明の燃料電池の他の例を示す正面視断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は金属板の構成を示す斜視図、図２（ａ）は図１（ｂ）のＩ−Ｉ断面図、図２（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００２６】
＜発電セルの構成＞
本発明の燃料電池は、図１に示すように、複数の単位セルＣ１〜Ｃ４（以下、各単位セルを区別する必要がない場合は、単位セルＣと表記する。）を備え、いずれかの単位セルＣと他の単位セルＣの導電層同士を、接続部により電気的に接続している。本実施形態では、例えば、単位セルＣ１の第１導電層（第１金属層４）と、それに隣接する単位セルＣ２の第２導電層（第２金属層５）とを電気的に接続（直列接続）する例を示すが、本発明では、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣとを並列接続することも可能である。その場合、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣの第１導電層同士及び第２導電層同士が電気的に接続される。もちろん、並列接続と直列接続とを組み合わせることも可能である。
【００２７】
なお、接続する単位セルＣの数としては、要求される電圧又は電流に応じて、設定することが可能である。本実施形態では４つの単位セルＣ１〜Ｃ４を接続する例を示すが、単位セルＣは１つでもよく、５つ以上であってもよい。例えば、８つの単位セルを用いて、２個ずつペアで並列接続して４つのペアを作り、各ペアを直列接続することができる。この場合、４つの単位セルを直列接続する構成に対して、電圧は同じであるが電流量を２倍にすることができる。
【００２８】
本発明における各々の単位セルＣは、固体高分子電解質層１と、この固体高分子電解質層１の両側に設けられた第１電極層２及び第２電極層３と、これら電極層２，３の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有する。本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有する第１金属層４及び第２金属層５とからなる例を示す。
【００２９】
なお、導電層の材質としては、金属、導電性高分子、導電性ゴム、導電性繊維、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。
【００３０】
固体高分子電解質層１としては、従来の固体高分子膜型の燃料電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００３１】
固体高分子電解質層１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。
【００３２】
電極層２，３は、固体高分子電解質層１の表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好適に使用できる。電極層２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質層１と接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。
【００３３】
電極層２，３の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。また、固体高分子電解質層１に触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層１に付着させた電極層２，３を用いることも可能である。
【００３４】
一般に、電極層２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００３５】
一般に、電極層２，３や固体高分子電解質層１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。なお、還元ガスの代わりにメタノール等の燃料液を使用することも可能である。
【００３６】
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側の第２電極層３（本明細書では、アノード側を第１電極層、カソード側を第２電極層と仮定する）では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
【００３７】
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。
【００３８】
電極層２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。電極層２，３と固体高分子電解質層１とは、予め接着、融着、又は塗布形成等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。
【００３９】
本発明では、第１電極層２及び第２電極層３の外形が固体高分子電解質層１の外形より小さいものでもよいが、第１電極層２及び第２電極層３の外形と固体高分子電解質層１の外形とが同じであることが好ましい。電極層の外形と固体高分子電解質層の外形とが同じであると、電極板と固体高分子電解質の積層体を打ち抜いて、固体高分子電解質・電極・接合体を製造することができ、量産効果により当該接合体のコストを低減することができる。また、電極層の外周より金属層の外周が内側に形成されていることで、電極層の外周及び固体高分子電解質層の外周をより確実に封止することができる。
【００４０】
アノード側電極層２の表面にはアノード側の第１金属層４が配置され、カソード側電極層３の表面にはカソード側の第２金属層５が配置される（本明細書では、アノード側を第１金属層、カソード側を第２金属層と仮定する）。第１金属層４は、第１電極層２を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、アノード側金属層４には燃料ガス等を供給するための開孔４ａが設けられている例を示す。
【００４１】
第１金属層４の露出部は、アノード側電極層２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。アノード側金属層４の開孔４ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔４ａを設けたり、第１金属層４を櫛形電極のような形状にしてアノード側電極層２を露出させてもよい。開孔４ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００４２】
また、カソード側の第２金属層５は、第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層５には、空気中の酸素を供給（自然吸気）するための多数の開孔５ａが設けられている例を示す。開孔５ａは、カソード側電極層３が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。カソード側金属層５の開孔５ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔５ａを設けたり、第２金属層５を櫛形電極のような形状にしてカソード側電極層３を露出させてもよい。開孔５ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００４３】
金属層４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。
【００４４】
なお、金属層４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、１０〜１０００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。
【００４５】
本発明では、電極層２，３と金属層４，５とを良好に樹脂で一体化する観点から、第１電極層２の外周より、第１金属層４の外周が内側に形成されていることが好ましく、第２電極層３の外周より、第２金属層５の外周が内側に形成されていることが好ましい。なお、第１電極層２の外周より、第１金属層４の外周が外側に形成されていてもよく、第２電極層３の外周より、第２金属層５の外周が外側に形成されていてもよい。
【００４６】
金属層４及び金属層５は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体６に対して、金属層４及び金属層５を一部露出させた端子部を設けてもよいが、本発明では、直列接続の場合には、その両端の単位セルＣの金属層４又は金属層５が、単位セルＣの電極となる突出部４ｂ，５ｂを備え、これが樹脂成形体６から外部に出ていることが好ましい。この突出部４ｂ，５ｂは、インサート成形を行う際に、金属層４，５等（積層物Ｌ）を成形型内に保持するためにも利用できる。
【００４７】
金属層４及び金属層５の形成や開孔５ａ、４ａの形成は、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行うことができる。また、金属層４及び金属層５の突出部４ｂ，５ｂには、樹脂の流動や密着性を良好にする目的で、インサート成形される部分に貫通孔を設けてもよい。更に、接続や固定を良好に行うために、突出部４ｂ，５ｂの露出した部分に貫通孔を設けてもよい。
【００４８】
本発明の燃料電池は、図１に示すように、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣの導電層同士を電気的に接続する接続部Ｊを備えているが、直列接続の場合、何れかの単位セルＣの第１導電層と他の単位セルＣの第２導電層とが電気的に接続される。本実施形態では、隣り合う前記単位セルＣの一方の第１導電層（金属層４）と、他方の第２導電層（金属層５）と、接続部Ｊとが、連続する金属板（一体化した単一の金属部品）からなる金属層で形成されている例を示す。
【００４９】
この実施形態では、各単位セルＣ１〜Ｃ４が直列に接続されているため、金属層の突出部４ｂ，５ｂは、それぞれ単位セルＣ１と単位セルＣ４とにだけ設けられている。
【００５０】
第１金属層４及び第２金属層５を接続部Ｊを介して一体化した金属板は、隣り合う単位セルＣ同士を直列に接続するための部材である。第１金属層４及び第２金属層５を独立して配置する代わりに、この一体化した金属板を用いることにより、これを成形型１０内に配置するだけで、単位セルＣ１〜Ｃ４が直列に接続された燃料電池を製造することができる（図４参照）。
【００５１】
金属板は、図１（ｃ）に示すように、相互に平行な面内に隣接して配置された第１金属層４及び第２金属層５が、同じ面内で外側に各々延設された延出部４ｊ，５ｊを有しており、延出部４ｊ，５ｊを段差部４ｓによって連結一体化してある。このような段差部は、金属板を板金加工することで作製することができる。なお、並列接続を行う場合、例えば、同じ面内に隣接して配置された第１金属層４同士（又は第２金属層５同士）が、延設された延出部により連結一体化した金属板を使用することができる。また、接続部Ｊは、部分的に樹脂成形体６の外部に突出した形状となっている。
【００５２】
突出部４ｂ，５ｂは、不図示の回路部に接続されて出力電圧として取り出すことができる。また、接続部Ｊについては、上記回路部に接続することで、中間的な電位のモニターを行うことができる。
【００５３】
この実施形態では、接続部Ｊが部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状となっているが、接続部Ｊが中央に段差部を有する長方形となっていてもよい。後述のように、インサート形成する際には、積層物を成形型内に位置固定する必要があり、位置固定の際には接続部Ｊが部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状であることが好ましい。
【００５４】
接続部Ｊは、隣り合う単位セルＣ同士を直列に接続するものであり、第１金属層４及び第２金属層５と一体化した金属板になっている。第１金属層４及び第２金属層５を独立して配置する代わりに、この金属板を用いることにより、これを成形型内に配置するだけで、単位セルＣが直列に接続された燃料電池を製造することができる。
【００５５】
＜樹脂成形体＞
本発明の燃料電池は、図１に示すように、以上のような単位セルＣ及び接続部Ｊをインサート成形により一体化した樹脂成形体６を備えている。樹脂成形体６は、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有することが好ましく、この供給部は、第１金属層４又は第２金属層５の露出部に対応する位置に設けられた開孔６ａであることが好ましい。
【００５６】
本実施形態では、前記第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出するように、前記第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６によりインサート成形して一体化してある例を示す。
【００５７】
本発明では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより、大きくてもよく、同じ大きさでもよく、小さくてもよい。但し、第１金属層４及び／又は第２金属層５の露出部の大きさと、開孔６ａの大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体６を成形してあることが好ましい。具体的には、各々の開孔６ａの面積は、各々の露出部の面積の６０〜１５０％が好ましく、８０〜１３０％がより好ましい。
【００５８】
本実施形態では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより小さい場合の例を示す。これにより金属層４，５の開孔４ａ，５ａの周囲に対して、樹脂成形体６の開孔６ａに相当する部分を利用して、成型時に加圧することができる（図２（ｃ）参照）。
【００５９】
樹脂成形体６の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、成形型内での樹脂の流動性、強度、溶融温度などの観点から、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル樹脂が好ましく、これらはアプリケーションによって選択することが可能である。
【００６０】
樹脂成形体６としては、熱可塑性エラストマーやゴム等の樹脂エラストマーを用いることも可能である。その場合、他の材料にも可とう性の有るものを使用することで、燃料電池全体を可とう性にすることが可能である。
【００６１】
樹脂成形体６の全体の厚みとしては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力、薄型化などの観点から、０．３〜４ｍｍが好ましく０．５〜２ｍｍがより好ましい。特に、金属層を覆う部分の樹脂成形体６の厚みとしては、金属層を加圧する圧力の観点から、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１．０ｍｍがより好ましい。
【００６２】
樹脂成形体６の外形の面積としては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力の観点から、固体高分子電解質層１の外形の面積の１０１〜２００％が好ましく、１５０〜１８０％がより好ましい。
【００６３】
樹脂成形体６の形状の一例を図３に示す。樹脂成形体６は、図３に示すように、開孔６ａが形成される正面壁６ｂ、この正面壁６ｂの左右両側に一体形成される側壁６ｃ、底壁６ｄにより構成される。側壁６ｃと底壁６ｄが形成される後側に樹脂平板６０を連結することで、扁平な函体（セル保持体に相当）とすることができる。樹脂平板６０の材質は樹脂成形体６と同じとすることができ、両者の連結は接着やねじ等による機械的連結により行うことができる。
【００６４】
なお、扁平な函体を形成するための樹脂成形体６や樹脂平板６０の形状については、発電セルの個数や大きさ等に応じて、適宜変更することができる。例えば、発電セルＣがインサート成形される樹脂成形体６を平板形状とし、樹脂平板６０の側を側壁および底壁付きの形状としてもよい。
【００６５】
本発明の燃料電池は、次のようにして燃料等を供給して発電させることができる。例えばカソード側は、そのまま大気開放にしておき、アノード側に設けた空間に水素ガス等の燃料を供給したり、アノード側に設けた空間内で水素ガス等の燃料を発生させることで発電を行うことができる。また、アノード側及び／又はカソード側に対して、流路を形成するための流路形成部材を取り付けて、その流路に酸素含有ガスや燃料を供給することも可能である。流路形成部材としては、例えば流路溝と供給口と排出口を設けた板状体や、スタック型燃料電池のセパレータと類似の構造のものが使用できる。後者を使用するとスタック型燃料電池を構成することができる。
【００６６】
＜燃料電池の製造方法（インサート成型）＞
以上のような燃料電池は、例えば本発明の製造方法により製造することができる。即ち、本発明の燃料電池の製造方法は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、固体高分子電解質層１、その両側に配される第１電極層２及び第２電極層３、並びにそれらの外側に配される第１導電層及び第２導電層を含む積層物Ｌの複数を、何れかの積層物Ｌと他の積層物Ｌの導電層同士を接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する工程を含む。直列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とが接続され、並列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第１導電層とが接続されると共に、一方の第２導電層と他方の第２導電層とが接続される。
【００６７】
本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）を有する第１金属層４及び第２金属層５であり、その露出部が成形型１０の凸部１１ａ，１２ａにより閉塞した状態で成形型１０内に配置する例を示す。
【００６８】
単位セルＣを構成する積層物Ｌは、その複数を同じ面内に並設してもよく、またＬ字型の２辺、正方形又は長方形の２辺〜４辺、三角形の2辺〜３辺などの各辺に配置してもよい。本実施形態では、２つの積層物Ｌを同じ面内に並設する例を示す。
【００６９】
また、本発明の燃料電池の製造方法は、上記の成形型１０内に樹脂を注入することで、積層物Ｌ及び前記接続部Ｊを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む。本実施形態では、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、その成形型１０内に樹脂を注入することで、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有し、積層物Ｌを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む例を示す。つまり、前記供給部に相当する開孔６ａを除いて、積層物Ｌのほぼ全体を樹脂成形体６で覆う例を示す。
【００７０】
まず、例えば、図４（ａ）に示すように、各々の単位セルＣの形成領域の底面に、凸部１１ａを有する下金型１１を準備する。本実施形態では、成形型１０を分割構造にして分割した型部材の内面に凸部１１ａ，１２ａを設け、その凸部１１ａ，１２ａを第１金属層４及び第２金属層５圧接させる場合の例を示す。凸部１１ａは、積層物Ｌの下側の第１金属層４の開孔４ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔４ａに対向する位置に設けている。下金型１１は、底面の周囲に側壁を有しており、側壁の内面に沿って上金型１２が挿入できる。
【００７１】
下金型１１（又は上金型１２）には、樹脂の注入口１１ｂが設けられているが、注入口１１ｂは複数設けてもよい。また、成型時の樹脂の流れを良好にするために、樹脂の小排出口を１箇所以上に設けてもよい。
【００７２】
更に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂを、成形後に樹脂成形体６から露出させるために、下金型１１の側壁は分割構造になっている（図示省略）。積層物Ｌを成形型１０内に配置する際に、下金型１１の側壁に設けた矩形の切欠き部に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが位置決めされ、その突出部４ｂ，５ｂを型部材が押さえる構造になっている。これにより、突出部４ｂ，５ｂを樹脂成形体６から露出させることができる。
【００７３】
次に、例えば、図４（ｂ）に示すように、積層物Ｌの複数を下金型１１の底面に配置する。その際、各々の単位セルＣの形成領域の底面に形成された凸部１１ａの上面が、各々の積層物Ｌの第１金属層４の開孔４ａを閉塞可能な位置に配置する。
【００７４】
本発明では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とを接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する。本実施形態では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層（金属層４）と、他方の第２導電層（金属層５）と、接続部Ｊとが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示す。
【００７５】
積層物Ｌを配置する際には、各層の一部又は全部が一体化されていてもよく、一体化されていなくてもよい。また、一部が一体化されていない場合、各層を別々に配置しても、同時に配置してもよい。配置する積層物Ｌの構成は、前述の通りであるが、配置を行う際に、最終的な樹脂成形体６の形状の一部を予め成形した予備成形体を用いて、この予備成形体を積層物Ｌと共に成形型１０内に配置することも可能である。
【００７６】
次に、例えば、図４（ｃ）に示すように、下金型１１の側壁の内面に沿って上金型１２を挿入するが、上金型１２の各々の単位セルＣを形成する領域の下面には、凸部１２ａが設けてある。この凸部１２ａは、積層物Ｌの上側の第２金属層５の開孔５ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔５ａに対向する位置に設けている。そして、下金型１１の凸部１１ａと上金型１２凸部１２ａとで、金属層４，５を加圧した状態で、積層物Ｌを成形型１０内に配置する。その際、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが成形型１０の内部空間から外側に配置されるようにしてもよい。
【００７７】
その状態で、成形型１０内に樹脂（「樹脂」には樹脂の原料液や未硬化物を含む）を注入するが、露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）が凸部１１ａと凸部１２ａによって閉塞されているため、図４（ｄ）に示すように、得られた成形体では第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出する。また、樹脂の注入により、固体高分子電解質層１、電極層２，３、第１金属層４及び第２金属層５を含む積層物Ｌの複数を、インサート形成により一体化することができる。
【００７８】
＜燃料電池の全体構成例＞
図５は、燃料電池の全体構成を示す斜視図である。発電セルＣ１〜Ｃ４の数は４つであり、その構成は図１で説明したものと同じである。樹脂成形体６と樹脂平板６０により扁平な函体であるセル保持体Ａが構成される。発電セルＣ１〜Ｃ４は、インサート成形により、樹脂成形体６に保持されている。このセル保持体Ａの下部には水カートリッジＢ（反応液収容カートリッジに相当）が着脱自在に取り付けられる。水カートリッジＢには、反応液である水が収容される。
【００７９】
図６は、燃料電池の主要な構成要素を示す分解斜視図である。セル保持体Ａを構成する樹脂成形体６及び樹脂平板６０には、溝６ｅが形成される。すなわち、セル保持体Ａと水カートリッジＢの装着部分に、溝６ｅが形成される。溝６ｅは、装着部分の全周にわたって形成される。この溝６ｅには、防水シールが設けられる。この防水シールとしては、例えば、液体状のゴムを塗布して乾燥させるなどの構成が例としてあげられる。
【００８０】
セル保持体Ａの内部空間には、燃料発生部Ｄが着脱自在に装着される。燃料発生部Ｄは、装着されたときは折りたたまれているが、折りたたむ前は、図７に示す形に展開することができる。折れ線Ｌで内側にたたむと、図６に示す形態になる。図７に示すように、燃料発生部Ｄはシート状の水素発生剤２０により構成されている。
【００８１】
シート状の水素発生剤２０は、粒状の水素発生剤および樹脂を含有する多孔質層２０ａが、ベース部材２０ｂの上面に形成されたものであり、その詳細は後に説明する。また、多孔質層２０ａの表面には、吸水シート２０ｃ（反応液導入部材、シート状部材に相当）が貼り付けられている。多孔質層２０ａと吸水シート２０ｃとの連結は、接着テープ等の適宜の手法により行うことができる。
【００８２】
吸水シート２０ｃとしては、水を含浸可能なものであれば何れでもよいが、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。
【００８３】
吸水シート２０ｃが柔軟性を有する素材で形成される場合は、硬質シートにより裏打ちすることが好ましい。硬質シートとしては、吸水シート２０ｃを補強できるものであれば何でもよく、金属製のシートや樹脂性のシート等を用いることができる。吸水シート２０ｃと硬質シートの裏打ちは、接着その他の適宜の方法により行うことができる。
【００８４】
水カートリッジＢには反応液である水が収容される。水カートリッジＢは、外側ケース部材３０と、内側ケース部材３１により構成され、内側ケース部材３１の内部に水が収容される。水は脱脂綿、スポンジ、ウレタン発泡体等の給水体３２に保持されているため、水カートリッジＢの外部に水が漏洩することはない。外側ケース部材３０と内側ケース部材３１の連結は、接着やねじ等の機械的連結により行うことができる。
【００８５】
内側ケース部材３１の上面には、細長いスリット状の導出口３１ａが導出部として形成される。吸水シート２０ｃの先端部が導出口３１ａから挿入可能に構成される。セル保持体Ａの装着部分の内部には、吸水シート支持部材２１が設けられている。吸水シート支持部材２１は、矩形リング状に形成され、細長いスリット孔２１ａが形成される。このスリット孔２１ａを吸水シート２０ｃが貫通した状態で保持される。吸水シート支持部材２１は、樹脂成形体６と同じ材質で形成することができる。
【００８６】
燃料発生部Ｄも水カートリッジＢの水も消耗品であるため、消耗すると新しいものに交換する必要がある。両者が同じタイミングで消耗するようになっておれば、同時期に交換することができる。もちろん、異なるタイミングで消耗するように構成されていてもよい。例えば、水のほうが燃料発生部Ｄよりも早く消耗する場合には、水カートリッジＢ内の水のみを新しく収容するようにすればよい。
【００８７】
＜水カートリッジの装着＞
燃料発生部Ｄにより水素を発生させて発電セルＣに供給する場合、まず、燃料発生部Ｄをセル保持体６の内部空間にセットする。あるいは、燃料発生部Ｄがまだ消耗しきっていない状態の場合は、燃料発生部Ｄがセル保持体６の内部空間にセットされた状態である。燃料発生部Ｄのみがセットされた状態が図９の下部から見た斜視図に示される。次に、水が収容された水カートリッジＢをセル保持体６の装着部分に装着させる。
【００８８】
図９に示すように、水カートリッジＢをセル保持体Ａの下側から装着する。装着すると、吸水シート２０ｃの先端部が導出口３１ａから挿入され、給水体３２と接触する。これにより、吸水体３２により収容されている水が毛細管現象により吸水シート２０ｃ中を浸透して伝わる。そして、水素発生剤を含有する多孔質層２０ａに達する。これにより、水素発生剤と水とが反応して、水素ガスを発生させる。上記において、吸水シート２０ｃと導出口３１ａは、反応液導入機構に相当する。また、吸水シート２０ｃは、燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材に相当し、これを介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導く反応液導入機構を構成している。装着完了したときの断面図は図８に示される。
【００８９】
前述のように、水は脱脂綿、スポンジ、ウレタン発泡体等の給水体３２に保持されており、これらの吸水体３２は弾性を有している。したがって、吸水シート２０ｃの先端部で吸水体３２の表面を押圧することができる。特に、吸水シート２０ｃに前述の裏打ちをすることで、吸水体３２の表面を確実に押圧することができる。これにより、吸水体３２に保持されている水を吸水シート２０ｃへと伝達させることができる。
【００９０】
上記において、柔軟性を有する吸水シート２０ｃに硬質シートが裏打ちされていれば、吸水シート２０ｃが不用意に変形することなく、導出口３１ａから確実に挿入させることができる。
【００９１】
水素ガスの発生速度の制御は、水が水素発生剤に到達する速度を制御すること等で行うことが可能である。例えば、吸水体３２自体が水の拡散速度が小さいものを用いる方法により、水が水素発生剤に到達する速度を制御することができる。また、吸水シート２０ｃの材質、サイズ、厚みなどによっても速度を制御することができる。
【００９２】
図８に示すように、水カートリッジＢをセル保持体Ａに装着した状態で、装着部分は入れ子構造になっている。すなわち、外側ケース部材３０と内側ケース部材３１の間に形成される隙間に、樹脂成形体６及び樹脂平板６０の先端部分が入り込んだ状態で装着される。また、外側ケース部材３０の内壁面と樹脂成形体６及び樹脂平板６０の外壁面の間には、溝６ｅに防水シール２２が設けられる。これにより、セル保持体Ａ内部の水素ガスが外部に漏えいすることを防止することができる。
【００９３】
図８に示す実施形態では、水カートリッジＢの方をセル保持体６の外周面にはめ込むような構成を採用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、水カートリッジＢをセル保持体６の内周面側にはめ込むような構成を採用してもよい。この場合も、同様に防水シールを用いたシール構造を採用することが好ましい。
【００９４】
＜シート状の水素発生剤＞
シート状の水素発生剤２０としては、粒状の水素発生剤および樹脂を含有する多孔質層２０ａが、ベース部材２０ｂの上面に形成したものが使用できる。水素発生剤は、水等の反応液と反応して水素ガスを発生するものである。
【００９５】
このような高反応性の水素発生剤としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどの水素化金属化合物を含有するものが挙げられる。これらの化合物等は、いずれも水と急激に又は爆発的に反応して水素ガスを発生することが知られており、いずれも水素化マグネシウム以上の水との反応性を示す。
【００９６】
また、上記化合物以外の水素発生剤として、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、上記以外の金属水素錯化合物などを含有してもよい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。化合物を併用する場合、気泡による多孔質化を促進し易い化合物を含むことが好ましい。このような化合物としては、水素化カルシウムが特に好ましい。
【００９７】
粒状の水素発生剤の平均粒径は、多孔体中への分散性や反応性を制御する観点から、１〜１００μｍが好ましく、６〜３０μｍがより好ましく、８〜１０μｍが更に好ましい。
【００９８】
水素発生剤の含有量は、適度な反応性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、１０〜６０重量％が好ましく、３０〜５０重量％が好ましい。
【００９９】
用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。
【０１００】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に多孔質構造を適度に維持できる観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
【０１０１】
樹脂の含有量は、適度な保形性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、３０〜９０重量％が好ましく、５０〜７０重量％が好ましい。
【０１０２】
多孔質層２０ａには、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、発泡剤などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。
【０１０３】
発泡剤としては、未硬化の熱硬化性樹脂に相分離・分散して、熱硬化性樹脂の反応温度で気化する液体が挙げられる。また、水素発生剤と反応して水素ガスを発生させる反応液を、未硬化の熱硬化性樹脂に微量添加しておくことも可能である。このような反応液としては、水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが挙げられる。
【０１０４】
多孔質層２０ａは、気泡（発泡）、焼結、又は相分離などにより多孔質化された構造を有するが、好ましくは、気泡により多孔質化された構造を有するものである。多孔質化のための気泡は、発泡剤により生成するものでもよいが、水素発生剤から発生した水素ガスであることが好ましい。
【０１０５】
つまり、多孔質層２０ａは、粒状の水素発生剤と未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した後、これをベース部材２０ｂの上に塗布し、前記水素発生剤から水素ガスを発生させつつ熱硬化性樹脂を硬化させる工程を含む製法により製造されることが好ましい。
【０１０６】
多孔質層２０ａは、密度が０．１〜１．２ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることがより好ましく、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３であることが更に好ましい。この範囲の密度を有することで、反応液の浸透性が適度になり、取扱い性もより良好になる。このような密度は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。
【０１０７】
また、水素発生用多孔体の気泡径は、反応液の浸透性を適度に制御する観点から、直径０．１〜２ｍｍが好ましく、直径０．５〜１ｍｍがより好ましい。このような気泡径は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。また、気泡径や密度をコントロールするために、加圧条件下で熱硬化性樹脂の硬化を行ってもよい。
【０１０８】
水素発生剤から水素ガスを発生させるには、予め未硬化の熱硬化性樹脂に反応液を微量添加しておく方法や、未硬化の熱硬化性樹脂に含まれる反応液を利用する方法も可能であるが、硬化反応のための加熱により、水素発生剤（水素化金属化合物の場合）から水素ガスを脱離させる方法が好ましい。
【０１０９】
水素発生剤から水素ガスを脱離させる際の温度は、水素化金属化合物の種類によっても異なるが、５０〜２５０℃が好ましく、８０〜２００℃がより好ましい。つまり、未硬化の熱硬化性樹脂の硬化温度として、この範囲の温度を選択することが好ましい。なお、水素ガスの発生温度と硬化温度とを変えることも可能である。
【０１１０】
硬化して得られる多孔質層の厚みは、水等を十分かつ均一に浸透させて均一な反応を行う観点から、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．５〜２ｍｍがより好ましい。
【０１１１】
なお、ベース部材２０ｂとしては、金属箔、特にアルミ箔、銅箔などの素材を用いることができる。この場合、厚みとしては折り曲げやすさ及び強度を考慮して、０．０１〜１ｍｍが好ましく、０．０２５〜０．１ｍｍがより好ましい。
【０１１２】
また、ベース部材２０ｂとして吸水性シートを用いることができ、その場合は、下記のように構成することが好ましい。すなわち、吸水性シートとしては、親水性の材料を用いて多孔質状にシート化したものが挙げられるが、吸水性不織布、吸水性織布、吸水紙、濾紙などが好ましい。更に、これらを併用したり、吸水性樹脂との併用も可能である。
【０１１３】
また、ベース部材２０ｂとして吸水性シートを用いる場合、吸水シート２０ｃと一体化することが好ましい。これにより、構成を簡素化することができる。
【０１１４】
吸水性シートの厚みは、強度の維持や、面内での浸透性を高める観点から、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．２〜２ｍｍがより好ましい。吸水性シートの密度は、保水性及び面内で均一な浸透性を得る観点から、０．１〜１ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．４〜０．６ｇ／ｃｍ３がより好ましい。
【０１１５】
吸水性シートは、多孔質層の片面のみに設けてもよいが、両面に設けることも可能である。吸水性シートを両面に設ける場合、何れか吸水性シートに多孔質層の原料を塗布した後、その上面に更に吸水性シートを積層することで製造することができる。また、多孔質層の原料を塗布した後、その上面に疎水性多孔質膜を積層することで、別途、容器内に疎水性多孔質膜を配置する必要がなくなる。
【０１１６】
シート状の水素発生剤２０を折り曲げる場合、平面状の吸水性シートに多孔質層の原料を塗布した後、硬化前に折り曲げることが、形状を保持させる点で好ましい。その場合、特に多孔質層の上面に吸水性シートや疎水性多孔質膜を積層することが好ましい。
【０１１７】
＜アンモニア除去剤について＞
本発明では、燃料発生部Ｂで発生した水素ガス等から、不純物であるアンモニアを除去するために、例えば、セル保持体Ａの内壁に、アンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤をセル保持体Ａの内壁の周囲に配置することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
【０１１８】
上記のような水素発生剤によって、水素組成が略１００％（水分は除く）の水素ガスを発生させることができるが、この水素ガス中には、不純物である微量アンモニアが含まれる場合がある。このアンモニアは、マグネシウムを用いて水素発生剤を製造する際に、空気中の窒素と反応して窒素化合物（窒化マグネシウム等）が生成し、これが水との反応により生成すると考えられる。その際の次の反応が生じると考えられる。
【０１１９】
Ｍｇ３Ｎ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ    →    ３Ｍｇ（ＯＨ）２  ＋    ２ＮＨ３
なお、他の水素化金属についても同様のメカニズムにより、発生する水素ガス中には微量アンモニアが含まれる場合がある。
【０１２０】
アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。
【０１２１】
中でも吸着剤が、物理吸着又は化学吸着によりアンモニアを除去するものであることがより好ましく、固体酸、活性炭（固体酸に相当するものを除く）、ゼオライト（固体酸に相当するものを除く）、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる１種以上であることが更に好ましい。中でも、アンモニアの吸着除去能力やより高温で吸着可能な観点から、固体酸を用いることが好ましい。
【０１２２】
固体酸としては、固体酸自体が粒状であるものや、粒状体に固体酸や液体酸を担持させたものなどがあるが、活性炭に金属塩を担持したものがコストや製造性などの観点からより好ましい。金属塩としては、硫酸塩、リン酸塩、塩化物塩、硝酸塩が挙げられ、塩を形成する金属としては、金属塩として酸性を示す金属が好適に使用できる。
【０１２３】
活性炭（固体酸に相当するものも含む）としては、ＧＷ４８／１００、ＧＷ−Ｈ４８／１００、ＧＧ１０／２０、２ＧＧ、ＧＬＣ１０／３２、２ＧＳ、ＧＷ１０／３２、ＧＷ２０／４０、ＫＬＹ１０／３２、ＫＷ１０／３２、ＫＷ２０／４２（以上、クラレケミカル（株）製）、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤、Ｓ剤（酸用）（以上、アニコジャパン（株）製）、４Ｔ−Ｂ、４Ｔ−Ｃ、４Ｇ−Ｈ、４ＳＡ、２ＧＳ、ＧＷ２０／４０４２（以上、クラレケミカル（株）製）などが挙げられ、好ましくは４Ｔ−Ｂ、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤である。
【０１２４】
ゼオライトとしては、ＢＸ、ＨＩＳＩＶ、Ｒ−３（以上、ユニオン昭和（株）製）などが挙げられ、好ましくはＢＸである。
【０１２５】
モレキュラーシーブとしては、ゼオラムＡ−３、ゼオラムＡ−４（以上、東ソー（株）製）などが挙げられ、好ましくはゼオラムＡ−４である。
【０１２６】
＜回路構成＞
次に、燃料電池を制御する回路構成について説明する。各発電セルＣによる出力電圧は、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂから取り出される。この突出部４ｂ，５ｂが回路部に接続（入力）される。出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路に相当）により所定の電圧にまで昇圧するのが好ましい。更に、コンバータの下流側に付加される回路部を介して、電源供給端子から外部機器、携帯電話などに電源供給がされる。回路部には、安定化回路などが備えられており、適切な出力電圧や出力電流を供給できるように制御がなされる。コンバータ、回路部などは、回路ユニットとして構成し、これをセル保持体６と一体化することが好ましい。
【０１２７】
＜作用・効果＞
本発明の構成によれば、反応液である水を収容する水カートリッジＢは、セル保持体Ａに対して着脱自在に構成される。水を燃料発生部Ｄに導くために吸水シート２０ｃ（反応液導入部材）を介してガス発生剤へ供給する。吸水シート２０ｃは燃料発生部Ｄに設けられており、水カートリッジＢを取り外した時には、燃料発生部Ｄと完全に切り離すことができる。したがって、無駄に水素ガスが発生することがない。また、水カートリッジＢを装着したときには、吸水シート２０ｃが水カートリッジＢに形成された導出口３１ａから挿入される。これにより、水がガス発生剤へ供給されるので、ガス発生剤と水との反応により、水素ガスが発生することになる。
【０１２８】
［別の実施形態］
（１）先の実施形態では、金属層の露出部に相当する開孔の大きさが、樹脂の開孔の大きさより小さい例を示したが、図１０（ａ）に示すように、金属層４，５の開孔４ａ，５ａの大きさより、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさを小さくすることも可能である。その場合、開孔４ａ，５ａから露出する電極層２，３の一部（例えば周囲）が樹脂成形体６により封止されるため、樹脂成形体６と電極層２，３との接着力によって、電極層２，３と金属層４，５との密着性を高めることができる。開孔４ａ，５ａの大きさより、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさを小さくするには、上面の大きさが開孔４ａ，５ａの大きさより小さい凸部を形成した成形型を使用して、その凸部が電極層２，３と接触した状態で、樹脂による封止を行えばよい。
【０１２９】
上記の場合、金属層４，５の開孔４ａ，５ａの周囲に対して、樹脂成形体６の開孔６ａに相当する部分を利用して、成型時に加圧できない。このため、図１０（ｂ）に示すように、金属層４，５の開孔４ａ，５ａ以外の部分を、例えば別のピンを用いて成型時に加圧することで、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６により一体化することができる。このような加圧を行う場合、ピン等を圧接した部分に加圧用開孔６ｂが形成される。
【０１３０】
更に、図１０（ｃ）に示すように、発電に寄与しない貫通孔６ｃを樹脂成形体６に設けることも可能である。この貫通孔６ｃは、固体高分子電解質層１、電極層２，３等にも貫通孔を設けておき、その孔より小さい貫通孔６ｃを設けて、その周囲の樹脂成形体６により電極層２，３等を一体化したものである。この貫通孔６ｃによると、その周囲の樹脂成形体６によって、固体高分子電解質層１、電極層２，３、及び金属層４，５が一体化するため、電極層２，３と金属層４，５との圧接力を高めることができる。
【０１３１】
このような発電に寄与しない貫通孔６ｃは、発電のための電極層２，３の露出部と共に設けられる。また、貫通孔６ｃ以外の部分を、例えば別のピン等を用いて成型時に加圧することで、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６により一体化することができる。その場合にも、ピン等を圧接した部分に加圧用開孔６ｂが形成される。
【０１３２】
（２）先の実施形態では、第１金属層及び／又は第２金属層の露出部の大きさと、開孔の大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体により一体化してある例を示したが、本発明では、図１１（ａ）〜（ｂ）に示すように、片面に１つの大きな開孔６ａを設けることで、第１金属層４及び／又は第２金属層５の複数の露出部の全数又は一部を露出させるようにしてもよい。なお、図６は、説明を簡略化するために、1個の単位セルについてのみ図示している。
【０１３３】
また、片面に２つ以上の大きな開孔６ａを設けることで、第１金属層４及び／又は第２金属層５の複数の露出部の半数又はそれ以下を露出させるようにしてもよい。つまり、本発明では１つの開孔６ａから、２つ以上の露出部が露出するように成形してもよい。
【０１３４】
（３）先の実施形態では、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層及び第２電極層を部分的に露出させる露出部を有する第１金属層及び第２金属層とからなる例を示したが、本発明では、露出部を有さない導電層を第１導電層及び／又は第２導電層として使用することも可能である。その場合、ガス透過性やガス拡散性を有する導電層が使用でき、このような導電層としては、例えば多孔質金属層、多孔質導電性高分子層、導電性ゴム層、導電性繊維層、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。
【０１３５】
（４）先の実施形態では、第１電極層及び第２電極層が樹脂成形体の開孔から露出する例を示したが、本発明では、樹脂成形体の開孔と第１電極層又は第２電極層との間に、多孔質層を介在させてもよい。多孔質層を介在させるには、インサート成形に使用する積層物として、金属層又は導電層の外側に多孔質層を予め設けておけばよい。多孔質層と金属層又は導電層とは予め接着等していてもよいが、積層配置するだけでもよい。
【０１３６】
多孔質層を形成する材料としては、インサート成形時の温度に耐え得る多孔質膜、不織布、織布などが挙げられる。
【０１３７】
（５）先の実施形態では、第１電極層及び第２電極層を外部に露出させる開孔を樹脂成形体に設ける例を示したが、本発明では、樹脂成形体の内部に気体又は液体を供給するための流路を設けることも可能である。その場合、導電層に接触する側の内面に流路を設けた予備成形体を用いて、前述のようなインサート成形を行うことで、その流路に電極層を露出させることができる。
【０１３８】
（６）先の実施形態では、隣り合う前記単位セルの一方の第１導電層と、他方の第２導電層と、前記接続部とが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示したが、本発明における接続部は、一方の第１導電層と他方の第２導電層とを電気的に接続できるものであれば、何れでもよい。
【０１３９】
例えば、一方の第１導電層と他方の第２導電層とを、別の部材で電気的に接続することも可能である。例えば、金属ワイヤ等の部材を用いてソルダ接続することも可能である。また、接続部を構成する部材と、導電層とは、機械的に接触することで、電気的に接続されていてもよい。例えば、金属板等の部材を用いて導電層と接触させて、樹脂成形体により一体させることで、一方の第１導電層と他方の第２導電層とを、電気的に接続することも可能である。
【０１４０】
（７）先の実施形態では、複数の単位セルが同じ面内に配置される例を示したが、各々の単位セルは、立体的に配置することも可能である。例えば、各々の単位セルを、Ｌ字型の２辺、正方形又は長方形の２辺〜４辺、三角形の２辺〜３辺などの各辺に配置してもよい。
【０１４１】
このように各々の単位セルを立体的に配置する場合、インサート形成時に立体的に成形する方法と、可とう性の材料を使用してインサート形成時には平面的に成形した後、これを立体的に変形させる方法とがある。
【０１４２】
前者の場合には、隣り合う前記単位セルの一方の第１導電層と、他方の第２導電層と、前記接続部とが連続する金属板が、隣り合う前記単位セルの角度に応じて、屈折していることが好ましい。例えば、正方形（四角柱）の４辺に単位セルを配置する場合、上記金属板は、約９０°の角度で屈折される。
【０１４３】
このような金属板を使用して、単位セルを構成する積層物を、四角柱のキャビティを有する成形型１０内の４辺に各々配置して、各々を電気的に接続した状態で、インサート形成する方法により、四角柱の４辺に単位セルが配置された燃料電池を製造することができる。
【０１４４】
（８）本実施形態では、インサート成形により発電セルと樹脂成形体を一体化する構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。樹脂成形体に発電セルを配置するための凹部を形成し、その凹部に適宜の方法で発電セルを固定するように構成してもよい。また、樹脂成形体を用いずに発電セルを保持する構成を採用してもよい。
【０１４５】
（９）水カートリッジＢの構成の別実施形態を図１１により説明する。図１１（ａ）は水カートリッジＢの外観斜視図であり、（ｂ）は縦断面図を示す。図示するように、導出口３１ａはスリット状に形成されているが、第１実施形態とは異なり、２か所に形成されている。スリットの長さは、吸水シート２０ｃの幅寸法よりも長く設定される。
【０１４６】
断面図に示すように、吸水体３２の表面に第２吸水シート３３が配置されている。したがって、導出口３１ａからは第２吸水シート３３が臨んでいることになる。第２吸水シート３３は、内側ケース部材３１の内壁面に接触しており、導出口３１ａの面積よりも大きな面積を有するので、導出口３１ａよりも上に飛び出すことはない。また、吸水体３２は、脱脂綿等により形成され弾性を有する。したがって、第２吸水シート３３は、内側ケース部材３１の内壁面に押圧された状態に維持される。
【０１４７】
水カートリッジＢをセル保持体Ａに装着すると、吸水シート２０ｃの先端部が第２吸水シート３３の表面を押圧することになる。これにより、吸水体３２に保持されている水が、第２吸水シート３３を介して吸水シート２０ｃへと導入されていく。この場合、吸水体３２から出ていく水は、真上の方にのみ移動していく傾向がある。したがって、吸水体３２の真上に吸水シート２０ｃが位置していれば、吸水体３２の水を吸水シート２０ｃへ導出しやすいが、図１１（ｂ）に示す領域Ｅに保持されている水は、真上に吸水シート２０ｃが位置しないため、吸水体３２から吸水シート２０ｃへと伝わらない可能性がある。そこで、吸水体３２の表面全体にわたって第２吸水シート３３を配置することで、領域Ｅに保持されている水であっても、第２吸水シート３３を経由して吸水シート２０ｃへと導出させることができる。
【０１４８】
吸水シート２０ｃ，３３における水の伝わる速度が速すぎる場合、吸水体３２の内部における水の伝わる速度が遅いものを選択することで、必要以上に水が燃料発生部Ｄへ供給されることを抑制できる。すなわち、吸水体３２の材質や形状を工夫することで、水の供給量を制御できるものと考えられる。
【０１４９】
（１０）本実施形態において、水カートリッジＢに収容される水は吸水体３２に保持されているが、吸水体３２を使用せずに、水そのものを内側ケース部材３１内部の収容空間に収容させてもよい。この場合、導出口３１ａから水が不用意に漏れないような（表面張力により維持される）幅寸法に設定される。
【０１５０】
（１１）前述の実施形態では、反応液収容カートリッジに形成された導出口（導出部）に反応液導入部材が挿入される反応液導入機構の例を示したが、本発明では、燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材を介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導く反応液導入機構が設けられていればよく、導出部に反応液導入部材が接触される反応液導入機構であってもよい。例えば、図１２に示すように、反応液導入機構が、反応液導入部材である吸水シート２０ｃの一端の表面２０ｄと、反応液収容カートリッジ３０に形成された吸水性を有するシート状部材３３からなる導出部の表面３３ａとを接触させるものでもよい。
【０１５１】
この例では、シート状部材３３の表面３３ａの高さを一定にするために、水カートリッジＢにシート状部材３３を支持するための支持部３４を設けている。また、天地無用とするために、水カートリッジＢの内部には、吸水体３２を設けると共に、シート状部材３３が露出する導出口３１ａと支持部３４の間隙を小さくしている。
【０１５２】
一方、吸水シート２０ｃは、水素発生材２０を収容するケース２５の底面のスリットを通過して、その一端が折り曲げられた先端部が水素発生材２０を収容するケース２５の底面に接着されている。なお、ケース２５には水素排出口２５ａが設けられ、これが樹脂成形体６に保持された発電セルＣに供給される。初期に存在する空気や過剰の水素は、樹脂成形体６の開口６ｈから放出される。この例では、上面が略正方形の四角柱形状をした樹脂成形体６の側壁の４面に発電セルＣ（図示省略）が４つ配置されている。
【０１５３】
（１２）前述の実施形態では、反応液収容カートリッジに収容された反応液を水素発生材に供給する例を示したが、本発明では反応液収容カートリッジを使用せずに反応液を水素発生材に供給することも可能である。例えば、水等の反応液を入れた容器の上に、燃料発生部の外側に一端が設けられた反応液導入部材を介して反応液を燃料発生部内のガス発生剤へと導く反応液導入機構を設けた燃料電池を、載置するだけで発電を行うことが可能である。
【０１５４】
図１３に示す例では、図１２と同様の燃料電池を用いて、ケース２５の底面に設けられた吸水シート２０ｃの一端から吸水させることで、水素発生材２０に水を供給することができ、発生した水素により発電セルＣで発電を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
Ａ        セル保持体
Ｂ        水カートリッジ
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４        発電セル
Ｄ        燃料発生部
１        固体高分子電解質層
２        第１電極層
３        第２電極層
４        第１金属層（第１導電層）
４ａ      開孔（露出部）
５        第２金属層（第２導電層）
５ａ      開孔（露出部）
６        樹脂成形体
６ａ      開孔
６ｅ      溝
２０      水素発生剤
２０ａ    多孔質層
２０ｂ    ベース部材
２０ｃ    吸水シート
２２      防水シール
３１ａ    導出口
６０      樹脂平板
【図１】
2010027594.tif 000003
【図２】
2010027594.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010027594.tif 000009
【図８】
2010027594.tif 000010
【図９】
2010027594.tif 000011
【図１０】
2010027594.tif 000012
【図１１】
2010027594.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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