(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の中空部の周りに配置されて２重螺旋を形成する燃料空間及び酸化剤空間と、
前記燃料空間と接する第１燃料極層と、前記酸化剤空間と接する第１酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第１電解質層とを有し、前記燃料空間と前記酸化剤空間との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１セルと、
前記燃料空間と接する第２燃料極層と、前記酸化剤空間と接する第２酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第２電解質層とを有し、前記燃料空間と前記酸化剤空間との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２セルと、
を備える燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記酸化剤空間は、外部と繋がっている請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記第１酸化剤極層と前記第２酸化剤極層とを接続して、前記酸化剤空間と前記中空部との境界を形成する螺旋状の中央シール層と、
前記第１燃料極層と前記第２燃料極層とを接続して、前記燃料空間と外部との境界を形成する螺旋状の外周シール層と、
を備える請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
第１セル酸化剤極層と、前記第１セル酸化剤極層上に形成された第１セル電解質層と、前記第１セル電解質層上に形成された第１セル燃料極層と、を有する可撓性の第１基板本体と、
前記第１基板本体の中央に形成された第１貫通孔と、
前記第１基板本体の端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットと、
前記第１スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１基板本体上の周縁に形成され、前記第１スリットの位置で途切れる外周シール部と、を有する第１セル基板と、
第２セル燃料極層と、前記第２セル燃料極層上に形成された第２セル電解質層と、前記第２セル電解質層上に形成された第２セル酸化剤極層と、を有する可撓性の第２基板本体と、
前記第２基板本体の中央に形成された第２貫通孔と、
前記第２基板本体の端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットと、
前記第２スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第２基板本体上の前記第２貫通孔の周囲に形成され、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部と、を有する第２セル基板と、
を備え、
前記第１セル基板及び前記第２セル基板それぞれは、前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とが、これらの面方向において互いに反対の向きにずらされており、
前記第１セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第２セル基板の上側に重ねて、前記第１セル酸化剤極層と前記第２セル酸化剤極層とを対向させ、且つ、前記第１セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第２セル基板の下側に重ねて、前記第１セル燃料極層と前記第２セル燃料極層とを対向させ、
前記第２セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第１セル基板の上側に重ねて、前記第２セル燃料極層と前記第１セル燃料極層とを対向させ、且つ、前記第２セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第１セル基板の下側に重ねて、前記第２セル酸化剤極層と前記第１セル酸化剤極層とを対向させて、
前記第１セル基板と前記第２セル基板とが、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃えて重ね合わされ、
前記第２セル基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記第１セル基板の下面の前記第１貫通孔の周囲の部分に配置されて、前記第１貫通孔と前記中央シール部と前記第２貫通孔とによって中央貫通孔が形成され、
前記第１セル基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記第２セル基板の下面の周縁の部分に配置されているセル基板複合体。
【請求項５】
請求項４に記載のセル基板複合体を複数備え、
一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第１端面と、別の一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第２端面とが接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第１端面と、前記別の一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第２端面とが接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分と接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第１セル基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の周縁の部分と接合され、
複数の前記セル基板複合体が、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わされている、燃料電池ユニット。
【請求項６】
第１セル酸化剤極層と、前記第１セル酸化剤極層上に形成された第１セル電解質層と、前記第１セル電解質層上に形成された第１セル燃料極層と、を有する可撓性の第１基板本体と、
前記第１基板本体の中央に形成された第１貫通孔と、
前記第１基板本体の端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットと、
前記第１スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１基板本体上の周縁に形成され、前記第１スリットの位置で途切れる外周シール部と、を有する第１セル基板と、
第２セル燃料極層と、前記第２セル燃料極層上に形成された第２セル電解質層と、前記第２セル電解質層上に形成された第２セル酸化剤極層と、を有する可撓性の第２基板本体と、
前記第２基板本体の中央に形成された第２貫通孔と、
前記第２基板本体の端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットと、
前記第２スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第２基板本体上の前記第２貫通孔の周囲に形成され、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部と、を有する第２セル基板と、
を用いてセル基板複合体を製造する方法であって、
前記第１セル基板及び前記第２セル基板それぞれにおける前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とを、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部を形成し、
前記第１セル基板の切り込み部と前記第２セル基板の切り込み部とを互いに差し込み、
前記第１セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第２セル基板の上側に重ね、且つ、前記第１セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第２セル基板の下側に重ね、前記第２セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第１セル基板の上側に重ね、且つ、前記第２セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第１セル基板の下側に重ねて、前記第１セル基板と前記第２セル基板とを、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃えて重ね合わし、
前記第２セル基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記第１セル基板の下面の前記第１貫通孔の周囲の部分に配置して、前記第１貫通孔と前記中央シール部と前記第２貫通孔とによって中央貫通孔を形成し、且つ、前記第１セル基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記第２セル基板の下面の周縁の部分に配置する、セル基板複合体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のセル基板複合体を複数用いて燃料電池ユニットを製造する方法であって、
一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第１端面と、別の一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第２端面とを接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第１端面と、前記別の一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第２端面とを接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第１セル基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記セル基板複合体を、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす、燃料電池ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の燃料電池が開発されている。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素と反応させることにより発電する。燃料電池は、火力発電で用いるタービンのような可動部を用いずに発電できるので、騒音及び振動の少ない発電装置であり、また設置することも容易である。
【０００４】
例えば、パーソナルコンピュータ又は携帯電話用の電源として、水素源であるメタノール水溶液を燃料とする小型の燃料電池が開発されている。
【０００５】
図１は、従来の例によるメタノール水溶液を燃料とする燃料電池を説明する図である。
【０００６】
燃料電池２００は、メタノール水溶液が供給される燃料極層２１０と、酸素を含む空気（Ｏ２）が供給される酸化剤極層２３０と、両層に挟まれた電解質層２２０とを備える。
【０００７】
また、燃料極層２１０と酸化剤極２３０との間には、負荷２４０が接続されている。
【０００８】
燃料であるメタノール水溶液（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ）が燃料極層２１０に供給されると、メタノール水溶液は、二酸化炭素（ＣＯ２）と、プロトン（Ｈ＋）と、電子（ｅ）とに分解する。この分解を促進するために触媒が用いられる場合もある。
【０００９】
生成された二酸化炭素（ＣＯ２）は、排ガスとして燃料電池２００から排出される。
【００１０】
生成された電子（ｅ）は、燃料極層２１０から、負荷２４０を経由して、酸化剤極層２３０へ移動する。
【００１１】
また、生成されたプロトン（Ｈ＋）は、燃料極層２１０から電解質層２２０内を移動した後、電子（ｅ）と、酸素（Ｏ２）と反応して、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を生成する。生成された水蒸気（Ｈ２Ｏ）は、残空気と共に燃料電池２００から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−３８１９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５７８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図２は、持ち運び可能な小型の燃料電池ユニットを説明する図である。燃料電池ユニット３００は、燃料としてメタノール水溶液を用いている。燃料電池ユニット３００は、例えば、パーソナルコンピュータ又は携帯電話用の電源として使用され得る。
【００１４】
燃料電池ユニット３００は、複数の燃料電池２００を備えている。各燃料電池２００は、図１に示すものと同様のものを用いることができる。
【００１５】
燃料であるメタノール水溶液は、燃料容器３１０内に密封されている。各燃料電池２００の燃料極層２１０は、燃料容器３１０の表面に配置されており、容器内のメタノール水溶液が供給される。
【００１６】
燃料電池ユニット３００の発電能力は、燃料電池２００の数によって主に決定される。そして、燃料電池ユニット３００が備えることができる燃料電池２００の数は、燃料容器３１０の表面積によって決定される。
【００１７】
一方、持ち運び可能な小型の燃料電池ユニットに用いられる燃料容器３１０の寸法には制限がある。
【００１８】
従って、燃料電池ユニット３００では、燃料容器３１０の表面に配置可能な燃料電池２００の数によって、発電能力の制限を受ける。
【００１９】
そこで、本明細書では、高い発電能力を有する燃料電池ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本明細書に開示する燃料電池ユニットの一形態によれば、柱状の中空部の周りに配置されて２重螺旋を形成する燃料空間及び酸化剤空間と、上記燃料空間と接する第１燃料極層と、上記酸化剤空間と接する第１酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第１電解質層とを有し、上記燃料空間と上記酸化剤空間との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１セルと、上記燃料空間と接する第２燃料極層と、上記酸化剤空間と接する第２酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第２電解質層とを有し、上記燃料空間と上記酸化剤空間との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２セルと、を備える。
【００２１】
また、本明細書に開示する燃料電池ユニットの製造方法の一形態では、第１セル酸化剤極層と、上記第１セル酸化剤極層上に形成された第１セル電解質層と、上記第１セル電解質層上に形成された第１セル燃料極層と、を有する可撓性の第１基板本体と、上記第１基板本体の中央に形成される第１貫通孔と、上記第１基板本体の端縁から上記第１貫通孔へ延びる第１スリットと、上記第１スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、上記第１基板本体上の周縁に形成され、上記第１スリットの位置で途切れる外周シール部と、を有する第１セル基板と、第２セル燃料極層と、上記第２セル燃料極層上に形成された第２セル電解質層と、上記第２セル電解質層上に形成された第２セル酸化剤極層と、を有する可撓性の第２基板本体と、上記第２基板本体の中央に形成される第２貫通孔と、上記第２基板本体の端縁から上記第２貫通孔へ延びる第２スリットと、上記第２スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、上記第２基板本体上の上記第２貫通孔の周囲に形成され、上記第２スリットの位置で途切れる中央シール部と、を有する第２セル基板と、を用いて、燃料電池ユニットを形成する。
【発明の効果】
【００２２】
本明細書に開示する燃料電池ユニットの一形態によれば、高い発電電力を有する。
【００２３】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２４】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の例による燃料電池を説明する図である。
【図２】小型の燃料電池ユニットを説明する図である。
【図３】本明細書に開示する燃料電池ユニットの第１実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３に示す燃料電池ユニットのＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図５】図３に示す燃料電池ユニットを形成する第１セル基板を示す斜視図である。
【図６】図５に示す第１セル基板の平面図である。
【図７】図６のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図８】図３に示す燃料電池ユニットを形成する第２セル基板を示す斜視図である。
【図９】図８に示す第２セル基板の平面図である。
【図１０】図９のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図１１】本明細書に開示する燃料電池ユニットの製造方法の一実施形態の製造工程（その１）を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する燃料電池ユニットの製造方法の一実施形態の製造工程（その２）を示す図である。
【図１３】本明細書に開示する燃料電池ユニットの製造方法の一実施形態の製造工程（その３）を示す図である。
【図１４】本明細書に開示する燃料電池ユニットの第２実施形態を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す燃料電池ユニットが電気的に並列に接続されて形成された燃料電池システムを示す図である。
【図１６】図１４に示す燃料電池ユニットが電気的に直列に接続されて形成された燃料電池システムを示す図である。
【図１７】本明細書に開示する燃料電池ユニットの第３実施形態を示す断面図である。
【図１８】本明細書に開示する燃料電池ユニットの第４実施形態を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示す燃料電池ユニットのＸ４−Ｘ４線断面図である。
【図２０】図１９に示す燃料電池ユニットを形成する第３セル基板を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本明細書で開示する燃料電池ユニットの好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２７】
図３は、本明細書に開示する燃料電池ユニットの第１実施形態を示す斜視図である。図４は、図３に示す燃料電池ユニットのＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００２８】
本明細書の燃料電池ユニット１０は、柱状の中空部１１の周りに配置されて２重螺旋を形成する燃料空間１２及び酸化剤空間１３を備える。
【００２９】
燃料空間１２は、図４の実線の矢印に示すように、燃料電池ユニット１０の内部に形成された螺旋状の空間である。同様に、酸化剤空間１３は、図４の点線の矢印に示すように、燃料電池ユニット１０の内部に形成された螺旋状の空間である。
【００３０】
燃料空間１２及び酸化剤空間１３それぞれは、独立した空間であり、燃料空間１２内の燃料と酸化剤空間１３内の酸化剤は混ざらないようになっている。
【００３１】
燃料空間１２及び酸化剤空間１３それぞれは、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びている。
【００３２】
また、燃料電池ユニット１０は、燃料空間１２と酸化剤空間１３との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１セル１４と、燃料空間１２と酸化剤空間１３との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２セル１５と、を備える。
【００３３】
第１セル１４は、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって、螺旋状に延びている。第１セル１４は、燃料電池ユニット１０の上方に第１端面２７を有し、下方に第２端面２８を有する。
【００３４】
第１セル１４は、燃料空間１２と接する第１燃料極層１４ａと、酸化剤空間１３と接する第１酸化剤極層１４ｂと、これらの層に挟まれる第１電解質層１４ｃとを有し、燃料空間１２と酸化剤空間１３との間の一方の境界を形成する。
【００３５】
燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びる第１セル１４は、その略全体に亘って、燃料空間１２と酸化剤空間１３とに挟まれており、それぞれの空間と接触している。
【００３６】
第１セル１４は、燃料が燃料空間１２に供給され、且つ酸化剤が酸化剤空間１３に供給されて、第１電解質層１４ｃがイオンを移動し得る所定の温度に設定されることによって発電する。
【００３７】
第２セル１５は、燃料空間１２と接する第２燃料極層１５ａと、酸化剤空間１３と接する第２酸化剤極層１５ｂと、これらの層に挟まれる第２電解質層１５ｃとを有し、燃料空間１２と酸化剤空間１３との間の他方の境界を形成する。
【００３８】
第２セル１５は、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって、螺旋状に延びている。第２セル１５は、燃料電池ユニット１０の上方に第１端面３７を有し、下方に第２端面（図示せず）を有する。
【００３９】
燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって螺旋状に延びる第２セル１５は、その略全体に亘って、燃料空間１２と酸化剤空間１３とに挟まれており、それぞれの空間と接触している。
【００４０】
第２セル１５は、燃料が燃料空間１２に供給され、且つ酸化剤が酸化剤空間１３に供給されて、第２電解質層１５ｃがイオンを移動し得る所定の温度に設定されることによって発電する。
【００４１】
第１セル１４の第１燃料極層１４ａと第２セル１５の第２燃料極層１５ａとは燃料空間１２を挟んで対向しており、第１セル１４の第１酸化剤極層１４ｂと第２セル１５の第２酸化剤極層１５ｂとは酸化剤空間１３を挟んで対向している。
【００４２】
このように、燃料電池ユニット１０は、２つの空間と発電する２つのセルとが一体に形成されている。
【００４３】
また、燃料電池ユニット１０は、第１セル１４の第１酸化剤極層１４ｂと第２セル１５の第２酸化剤極層１５ｂとを電気的に接続して、酸化剤空間１３と中空部１１との境界を形成する電気導電性を有する螺旋状の中央シール層１６を備える。
【００４４】
中央シール層１６は、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって、中空部１１の周りを螺旋状に延びている。
【００４５】
酸化剤空間１３は、外部と繋がっているが、中空部１１とは繋がっていない。酸化剤空間１３は、第１酸化剤極層１４ｂと第２酸化剤極層１５ｂとに挟まれていない部分が、外部に開放されている。このように、本明細書では、２重螺旋を形成する燃料空間１２又は酸化剤空間１３は、燃料空間１２又は酸化剤空間１３の何れか一方が、燃料電池ユニット１０の外部と繋がっている構造を含む。
【００４６】
更に、燃料電池ユニット１０は、第１セル１４の第１燃料極層１４ａと第２セル１５の第２燃料極層１５ａとを電気的に接続して、燃料空間１２と外部との境界を形成する電気導電性を有する螺旋状の外周シール層１７を備える。燃料空間１２は、外部とは繋がっていないが、中空部１１と繋がっている。このように、本明細書では、２重螺旋を形成する燃料空間１２又は酸化剤空間１３は、燃料空間１２又は酸化剤空間１３の何れか一方が、中空部１１と繋がっている構造を含む。
【００４７】
外周シール層１７は、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって、燃料電池ユニット１０の周りを螺旋状に延びている。
【００４８】
燃料電池ユニット１０は、電気導電性を有する中央シール層１６及び外周シール層１７によって、第１セル１４及び第２セル１５が電気的に並列に接続されている。
【００４９】
また、燃料電池ユニット１０では、第１セル１４及び第２セル１５それぞれは可撓性を有する。詳しくは後述するが、第１セル１４及び第２セル１５それぞれは、可撓性を有する複数のセル基板が、撓んだ状態で、互いに組み合わされ接合されて、螺旋状の構造が形成されている。中央シール層１６及び外周シール層１７も可撓性を有することが好ましい。このようにして、燃料電池ユニット１０は全体として可撓性を有することになる。
【００５０】
燃料電池ユニット１０を用いて発電を行う場合には、例えば、まず、中空部１１に、燃料電池ユニット１０の下方から上方に向かって、燃料が流される。燃料は、下方から上方に向かって、中空部１１内を直線状に流れると共に、燃料空間１２内を、図４の実線の矢印に示すように、螺旋状に流れる。
【００５１】
一方、酸化剤空間１３は、燃料電池ユニット１０の外部の雰囲気と繋がっている。例えば、燃料電池ユニット１０を大気内に配置することによって、空気中の酸素が、酸化剤空間１３に供給される。
【００５２】
そして、例えば、燃料電池ユニット１０を恒温槽内に配置して、この恒温槽内の温度を、第１電解質層１４ｃ及び第２電解質層１５ｃがイオンを移動し得る温度に調節することによって、第１セル１４及び第２セル１５が発電する。このようにして、燃料電池ユニット１０は、第１セル１４及び第２セル１５が発電した電力が取り出される。
【００５３】
なお、燃料空間１３及び中空部１１の上下の開口部分を密閉して、燃料を燃料電池ユニット１０の内部に密封しても良い。
【００５４】
図３及び図４に示す燃料電池ユニット１０は、図５〜図１０に示す可撓性を有する複数の第１セル基板２０及び第２セル基板３０が撓んだ状態で互いに組み合わされて形成されている。
【００５５】
まず、第１セル基板２０及び第２セル基板３０について説明した上で、次に、これらのセル基板を用いた燃料電池ユニット１０の好ましい製造方法の一実施形態について説明する。
【００５６】
はじめに、第１セル基板２０を、図５〜図７を参照して以下に説明する。
【００５７】
図５は、図３に示す燃料電池ユニット１０を形成する第１セル基板２０を示す斜視図である。図６は、図５に示す第１セル基板２０の平面図である。図７は、図６のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【００５８】
第１セル基板２０は、第１セル酸化剤極層２１と、第１セル酸化剤極層２１上に形成された第１セル電解質層２２と、第１セル電解質層２２上に形成された第１セル燃料極層２３と、を有する可撓性の第１基板本体２４を有する。
【００５９】
また、第１セル基板２０は、図７に示すように、第１セル酸化剤極層２１と第１セル電解質層２２との間に、反応を促進する第１セル酸化剤極触媒層２１ａを有する。更に、第１セル基板２０は、第１セル燃料極層２３と第１セル電解質層２２との間に、反応を促進する第１セル燃料極触媒層２３ａを有する。なお、図７以外の図面では、第１セル酸化剤極触媒層２１ａ及び第１セル燃料極触媒層２３ａは図示していない。
【００６０】
また、第１セル基板２０は、第１基板本体２４の中央に形成された第１貫通孔２５と、第１基板本体２４の端縁から第１貫通孔２５へ延びる第１スリット２６と、を有する。
【００６１】
また、第１セル基板２０は、第１スリット２６を挟んで対向する第１端面２７及び第２端面２８を有する。
【００６２】
更に、第１セル基板２０は、第１基板本体２４上の周縁に形成され、第１スリット２６の位置で途切れる電気導電性の外周シール部２９を有する。
【００６３】
第１セル１４の第１燃料極層１４ａは、複数の第１セル燃料極層２３が接合して形成される。第１セル１４の第１酸化剤極層１４ｂは、複数の第１セル酸化剤極層２１が接合して形成される。第１セル１４の第１電解質層１４ｃは、複数の第１セル電解質層２２が接合して形成される。また、第１セル１４の外周シール層１７は、複数の外周シール部２９が接合して形成される。
【００６４】
次に、第２セル基板３０を、図８〜図１０を参照して以下に説明する。
【００６５】
図８は、図３に示す燃料電池ユニットを形成する第２セル基板３０を示す斜視図である。図９は、図８に示す第２セル基板３０の平面図である。図１０は、図９のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【００６６】
第２セル基板３０は、第２セル燃料極層３３と、第２セル燃料極層３３上に形成された第２セル電解質層３２と、第２セル電解質層３２上に形成された第２セル酸化剤極層３１と、を有する可撓性の第２基板本体３４を有する。
【００６７】
また、第２セル基板３０は、図１０に示すように、第２セル酸化剤極層３１と第２セル電解質層３２との間に、反応を促進する第１セル酸化剤極触媒層３１ａを有する。更に、第２セル基板３０は、第２セル燃料極層３３と第２セル電解質層３２との間に、反応を促進する第２セル燃料極触媒層３３ａを有する。なお、図１０以外の図面では、第２セル酸化剤極触媒層３１ａ及び第２セル燃料極触媒層３３ａは図示していない。
【００６８】
また、第２セル基板３０は、第２基板本体３４の中央に形成された第２貫通孔３５と、第２基板本体３４の端縁から第２貫通孔３５へ延びる第２スリット３６と、を有する。
【００６９】
また、第２セル基板３０は、第２スリット３６を挟んで対向する第１端面３７及び第２端面３８を有する。
【００７０】
更に、第２セル基板３０は、第２基板本体３４上の第２貫通孔３５の周囲に形成され、第２スリット３６の位置で途切れる電気導電性の中央シール部３９を有する。
【００７１】
第２セル１５の第２燃料極層１５ａは、複数の第２セル燃料極層３３が接合して形成される。第２セル１５の第２酸化剤極層１５ｂは、複数の第２セル酸化剤極層３１が接合して形成される。第２セル１５の第２電解質層１５ｃは、複数の第２セル電解質層３２が接合して形成される。また、第２セル１５の中央シール層１６は、複数の中央シール部３９が接合して形成される。
【００７２】
燃料電池ユニット１０では、第１基板本体２４及び第２基板本体３４の形状は同じである。本実施形態では、第１基板本体２４及び第２基板本体３４は、正方形状を有しているが、第１基板本体２４及び第２基板本体３４の形状は、円形等の他の形状であっても良い。
【００７３】
また、燃料電池ユニット１０では、第１貫通孔２５及び第２貫通孔３５の形状は同じである。本実施形態では、第１貫通孔２５及び第２貫通孔３５は、円形状を有しているが、第１貫通孔２５及び第２貫通孔３５の形状は、矩形等の他の形状であっても良い。
【００７４】
また、燃料電池ユニット１０では、第１スリット２６及び第２スリット３６は、同じ幅を有する切れ込みである。なお、第１スリット２６及び第２スリット３６は、幅のない切れ込みであっても良い。
【００７５】
更に、燃料電池ユニット１０では、外周シール部２９及び中央シール部３９は可撓性を有することが好ましい。
【００７６】
燃料電池ユニット１０の燃料としてメタノール水溶液を用いる場合には、第１セル基板２０及び第２セル基板３０の形成材料として、例えば、以下の材料を用いることができる。
【００７７】
第１セル酸化剤極層２１及び第２セル酸化剤極層３１の形成材料としては、コバルト、鉄、ニッケル、ルテニウム等又はこれらを使用した複合材を用いることができる。
【００７８】
第１セル燃料極層２３及び第２セル燃料極層３３の形成材料としては、コバルト、鉄、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、カーボンブラック等又はこれらを使用した複合材を用いることができる。
【００７９】
第１セル電解質層２２及び第２セル電解質層３２の形成材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸イオン交換膜を用いることができる。
【００８０】
また、高い耐熱性を有する電解質層としては、高分子骨格としての高強度・高耐熱性高分子であるエンジニアリングプラスチックに対してスルホン基が導入されたにスルホン化ポリフェニレン誘導体（Ｓ−ＰＰＢＳ）、又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ−ＰＥＥＫ）を用いることができる。
【００８１】
また、高い熱的及び化学的安定性を有する電解質層としては、アルキルスルホン化ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ−ＰＳ）、又はアルキルホスホン化ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ−ＥＰ）、又はリン酸含有アクリルモノマー重合体を用いることができる。
【００８２】
更に、高い無水プロトン導電性を有する電解質層としては、ポリベンズイミダゾール／強酸複合体、又はポリサイラミン／強酸複合体、又は塩基性高分子／酸性高分子複合体を用いることができる。
【００８３】
更にまた、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質で強化した電解質層、又はアパタイトで強化した電解質層等の上述した電解質層が加工されたものを用いることができる。
【００８４】
第１セル酸化剤極触媒層２１ａ及び第２セル酸化剤極触媒層３１ａの形成材料としては、例えば白金を用いることができる。
【００８５】
第１セル燃料極触媒層２３ａ及び第２セル燃料極触媒層３３ａの形成材料としては、例えば白金を用いることができる。
【００８６】
第１セル基板２０及び第２セル基板３０は、同じ形成材料を用いても良いし、異なる形成材料を用いても良い。
【００８７】
中央シール部２９及び外周シール部３９の形成材料としては、例えば、電気導電性の樹脂を用いることができる。
【００８８】
第１セル基板２０及び第２セル基板３０を形成する材料として、上述した金属、高分子又は樹脂を用いることにより、第１セル基板２０及び第２セル基板３０に可撓性を持たせることができる。
【００８９】
また、第１セル基板２０及び第２セル基板３０を形成する各層の厚さを適宜設定することにより、各層が撓むことのできる許容範囲を大きくして、第１セル基板２０及び第２セル基板３０に良好な可撓性を持たせることもできる。
【００９０】
上述した第１セル基板２０及び第２セル基板３０を形成する技術としては、半導体素子等の従来の生産技術を用いることができるので、第１セル基板２０及び第２セル基板３０を安価に大量に生産することが可能である。
【００９１】
次に、上述した燃料電池ユニット１０の好ましい製造方法の一実施形態を、図１１〜図１３を参照して、以下に説明する。
【００９２】
まず、図１１に示すように、第１セル基板２０及び第２セル基板３０が形成される。
【００９３】
第１基板本体２４は、第１セル酸化剤極層２１と、第１セル酸化剤極触媒層２１ａ（図示せず）と、第１セル電解質層２２と、第１セル燃料極触媒層２３ａ（図示せず）と、第１セル燃料極層２３とが積層されて形成される。
【００９４】
第１基板本体２４の寸法は、例えば、厚さが２ｍｍであり、一辺の長さが４０ｍｍの正方形とすることができる。
【００９５】
そして、第１基板本体２４に第１貫通孔２５及び第１スリット２６が形成される。
【００９６】
第１貫通孔２５は、例えば、直径を１０ｍｍの円形とすることができる。第１スリット２６の寸法は、例えば、幅を２ｍｍとすることができる。
【００９７】
そして、第１基板本体２４上の周縁に、外周シール部２９が形成されて、第１セル基板２０が形成される。
【００９８】
外周シール部２９は、例えば、メタルマスク印刷機を用いて、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが第１基板本体２４上に印刷して形成される。外周シール部２９の寸法は、例えば、高さを３００μｍ、幅を２ｍｍとすることができる。
【００９９】
また、第２基板本体３４が、第２セル酸化剤極層３１と、第２セル酸化剤極触媒層３１ａ（図示せず）と、第２セル電解質層３２と、第２セル燃料極触媒層３３ａ（図示せず）と、第２セル燃料極層３３とが積層されて形成される。
【０１００】
第２基板本体３４の寸法は、例えば、厚さが２ｍｍであり、一辺の長さが４０ｍｍの正方形とすることができる。
【０１０１】
そして、第２基板本体３４に第２貫通孔３５及び第２スリット３６が形成される。
【０１０２】
第２貫通孔３５は、例えば、直径を１０ｍｍの円形とすることができる。第２スリット３６の寸法は、例えば、幅を２ｍｍとすることができる。
【０１０３】
そして、第２基板本体２４上の第２貫通孔３５の周囲に、第２スリット３６の位置で途切れる中央シール部３９が形成されて、第２セル基板３０が形成される。
【０１０４】
中央シール部３９は、例えば、メタルマスク印刷機を用いて、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが第２基板本体３４上に印刷して形成される。中央シール部３９の寸法は、例えば、高さを３００μｍ、幅を２ｍｍとすることができる。
【０１０５】
次に、図１２に示すように、第１セル基板２０及び第２セル基板３０を用いて、セル基板複合体４０ａが形成される。
【０１０６】
具体的には、第１セル基板２０及び第２セル基板３０それぞれにおける第１端面側の端部２７ａ、３７ａと第２端面側の端部２８ａ、３８ａとを、これら端面の面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部２６、３６が形成される。そして、第１セル基板２０及び第２セル基板３０が撓んだ状態で、第１セル基板２０の切り込み部２６と第２セル基板３０の切り込み部３６とが互いに差し込まれる。
【０１０７】
そして、第１セル基板２０の第１端面側の端部２７ａが、第２セル基板３０の上側に重ねられ、且つ、第１セル基板２０の第２端面側の端部２８ａが、第２セル基板３０の下側に重ねられる。
【０１０８】
更に、第２セル基板３０の第１端面側の端部３７ａが、第１セル基板２０の上側に重ねられ、且つ、第２セル基板３０の第２端面側の端部３８ａが、第１セル基板２０の下側に重ねられる。そして、第１セル基板２０と第２セル基板３０とが、第１貫通孔２５と第２貫通孔３５とを揃えて重ね合わされる。
【０１０９】
そして、第１セル基板２０と第２セル基板３０とを、第１貫通孔２５と第２貫通孔３５とを揃えて重ね合わす際には、以下に述べる部位同士が接合される。即ち、第２セル基板３０の中央シール部３９が、重ね合わされている第１セル基板２０の下面の第１貫通孔２５の周囲の部分に配置して接合される。その結果、第１貫通孔２５と中央シール部３９と第２貫通孔３５とによって中央貫通孔４１が形成される。これと同時に、第１セル基板２０の外周シール部２９が、重ね合わされている第２セル基板３０の下面の周縁の部分に配置されて接合される。このようにして、セル基板複合体４０ａが形成される。
【０１１０】
図１２に示すセル基板複合体４０ａでは、第１セル基板２０の第１セル酸化剤極層２１と第２セル基板３０の第２セル酸化剤極層３１とが対向している。また、第１セル基板２０の第１セル燃料極層２３と第２セル基板３０の第２セル燃料極層３３とが対向している。
【０１１１】
外周シール部２９及び中央シール部３９と、これらのシール部と対向する部位との接合は、例えば、図１２に示すように、第１セル基板２０と第２セル基板３０とが組み合わされた状態で、上下から加圧し且つ加熱することによって行われる。この加圧及び加熱処理は、例えば、等圧プレス機を用いて、温度１５０℃、圧力２ＭＰａ、時間３０分の条件で行うことができる。
【０１１２】
本実施形態では、上述したセル基板複合体が４つ形成された。
【０１１３】
次に、図１３に示すように、４つのセル基板複合体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを用いて、燃料電池ユニット１０が形成される。
【０１１４】
具体的には、一のセル基板複合体４０ａにおける第１セル基板２０の第１端面２７と、別の一のセル基板複合体４０ｂにおける第１セル基板２０の第２端面２８とが、熱硬化性で電気絶縁性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。これと同時に、一のセル基板複合体４０ａにおける第１セル基板２０の外周シール部２９が、重ね合わされている別の一のセル基板複合体４０ｂにおける第１セル基板２０の外周シール部２９と、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。
【０１１５】
また、一のセル基板複合体４０ａにおける第２セル基板３０の第１端面３７と、別の一のセル基板複合体４０ｂにおける第２セル基板３０の第２端面３８（図示せず）とが、熱硬化性の電気絶縁性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。これと同時に、一のセル基板複合体４０ａにおける第２セル基板３０の中央シール部３９が、重ね合わされている別の一のセル基板複合体４０ｂにおける第２セル基板３０の中央シール部３９と、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。
【０１１６】
また、一のセル基板複合体４０ａにおける第２セル基板３０の中央シール部３９が、重ね合わされている別の一のセル基板複合体４０ｂの下面の中央貫通孔４１の周囲の部分と、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。
【０１１７】
更に、一のセル基板複合体４０ａにおける第１セル基板２０の外周シール部２９が、重ね合わされている別の一のセル基板複合体４０ｂの下面の周縁の部分と、熱硬化性で電気導電性の樹脂ペーストが塗布されて接合される。
【０１１８】
そして、４つのセル基板複合体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、互いの中央貫通孔４１を揃えて重ね合わされる。
【０１１９】
外周シール部２９及び中央シール部３９と、対向する部位との接合方法としては、例えば、上述したセル基板複合体の形成に用いた加圧及び加熱処理を用いることができる。
【０１２０】
この加圧及び加熱処理によって、異なるセル基板複合体における対向する第１セル燃料極層２３と第２セル燃料極層３３とが、電気導電性の外周シール部２９によって電気的に接合される。更に、異なるセル基板複合体における対向する第１セル酸化剤極層２１と第２セル酸化剤極層３１とが、電気導電性の中央シール部３９によって電気的に接合される。
【０１２１】
また、この加圧及び加熱処理によって、一の第１セル基板２０の第１端面２７と、別の一の第１セル基板の第２端面２８とが、熱硬化した樹脂である電気絶縁材を介して接合される。また、一の第２セル基板３０の第１端面３７と、別の一の第２セル基板の第２端面３８とが、熱硬化した樹脂である電気絶縁材を介して接合される。
【０１２２】
このようにして、４つの第１セル基板２０が接合して、第１セル１４が形成される。同様に、４つの第２セル基板３０が接合して、第２セル１５が形成される。また、第１セル１４及び第２セル１５を境界とする燃料空間１２及び酸化剤空間１３が形成される。
【０１２３】
更に、上記加圧及び加熱処理によって、異なるセル基板複合体における外周シール部２９同士が電気的に接合して、外周シール層１７が形成される。同様に、異なるセル基板複合体における中央シール部２９同士が電気的に接合して、中央シール層１６が形成される。更にまた、４つの中央貫通孔４１が重なって中空部１１が形成される。
【０１２４】
なお、セル基板複合体の形成時には加圧及び加熱処理を行わないで、セル基板複合体同士を接合する際の加圧及び加熱処理の際に、セル基板複合体における接合部位同士の接合をまとめて行っても良い。
【０１２５】
同様にして、セル基板複合体４０ｂとセル基板複合体４０ｃとセル基板複合体４０ｄとが接合されて、図１及び図２に示す燃料電池ユニット１０が形成される。
【０１２６】
上述した本実施形態の燃料電池ユニットによれば、第１セル１４及び第２セル１５それぞれは、燃料空間１２及び酸化剤空間１３との接蝕面積が大きいので、発電能力が高い。一方、燃料電池ユニット１０は、縦方向に螺旋状に延びる構造を有しているので、設置するために必要な平面積は小さい。
【０１２７】
また、上述した本実施形態の燃料電池ユニットの製造方法によれば、可撓性を有する第１セル基板２０及び第２セル基板３０を用いて、燃料電池ユニット１０が形成されるので、製造が容易である。また、燃料電池ユニット１０の製造方法は、平板状の第１セル基板２０及び第２セル基板３０を主に扱う製造工程を有するので、工程の自動化が容易に行える。
【０１２８】
また、上述した実施形態では、４つのセル基板複合体を積層して燃料電池ユニットが形成されたが、セル基板複合体の積層数は、求められる発電特性に応じて適宜設定され得る。また、セル基板複合体を形成する第１セル基板２０及び第２セル基板３０の寸法は、求められる発電特性に応じて適宜設定され得る。
【０１２９】
次に、本明細書に開示する第２〜第４実施形態の燃料電池ユニットを、図面を参照しながら以下に説明する。第２〜第４実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図１４〜図２０において、図３〜図１３と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
【０１３０】
図１４は、本明細書に開示する燃料電池ユニットの第２実施形態を示す断面図である。
【０１３１】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、中空部１１を封止するシール部５２ａ、５２ｂを有する。中空部１１の一方の端部は、シール部５２ａによって封止される。シール部５２ａは、第１酸化剤極層１４ｂ及び第２燃料極層１５ａと接合している。
【０１３２】
中空部１１の他方の端部は、シール部５２ｂによって封止される。シール部５２ｂは、第１酸化剤極層１４ｂ及び第２燃料極層１５ａと接合している。
【０１３３】
また、燃料電池ユニット１０は、中空部１１及び燃料経路１２内に燃料を注入すると共に他の燃料電池ユニットと接合するための凸型連結部材５０及び凹型連結部材５１を有している。凸型連結部材５０は、シール部５２ａの中央部に配置される。凹型連結部材５１は、シール部５２ｂの中央部に配置される。
【０１３４】
凹型連結部材５１は、内部に凸型連結部材５０を受け容れ可能に形成されている。燃料電池ユニットの接合時には、一の燃料電池ユニットの凸型連結部材５０と、別の一の燃料電池ユニットの凹型連結部材５１とが連結されて、燃料電池ユニット同士が接合される。
【０１３５】
また、燃料電池ユニット１０は、発電した電力を取り出すためのアノード電極１８及びカソード電極１９を有している。アノード電極１８及びカソード電極１９それぞれは、シール部５２ａ、５２ｂに配置される。
【０１３６】
アノード電極１８は、第２燃料極層１５ａと電気的に接続している。カソード電極１９は、第１酸化剤極層１４ｂと電気的に接続している。
【０１３７】
燃料電池ユニット１０の他の構造は、上述した第１実施形態と同様である。
【０１３８】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、他の燃料電池ユニットと電気的に接続されて、燃料電池システムを形成することができる。接続する燃料電池ユニットの数は、求められる発電特性に応じて適宜設定される。
【０１３９】
図１５は、図１４に示す燃料電池ユニットが電気的に並列に接続されて形成された燃料電池システムを示す図である。
【０１４０】
図１５に示す燃料電池システム１００ａは、燃料電池ユニット１０ａと燃料電池ユニット１０ｂとが電気的に並列に接続されて形成されている。燃料電池ユニット１０ａ及び燃料電池ユニット１０ｂそれぞれは、上述した第２実施形態の燃料電池ユニットと同じ構造を有する。
【０１４１】
燃料電池ユニット１０ａと燃料電池ユニット１０ｂとは、燃料電池ユニット１０ａの凹型連結部材５１と燃料電池ユニット１０ｂの凸型連結部材５０とが連結して、接合されている。
【０１４２】
また、この連結によって、燃料電池ユニット１０ａのシール部５２ｂと燃料電池ユニット１０ｂのシール部５２ａとが密着すると共に、燃料電池ユニット１０ａのアノード電極１８と燃料電池ユニット１０ｂのアノード電極１８とが電気的に接続する。同様に、燃料電池ユニット１０ａのカソード電極１９と燃料電池ユニット１０ｂのカソード電極１９とが電気的に接続する。
【０１４３】
燃料電池システム１００ａが発電した電力は、上下に配置されたアノード電極１８及びカソード電極１９から取り出される。
【０１４４】
図１６は、図１４に示す燃料電池ユニットが電気的に直列に接続されて形成された燃料電池システムを示す図である。
【０１４５】
図１６に示す燃料電池システム１００ｂは、燃料電池ユニット１０ａと燃料電池ユニット１０ｂとが電気的に直列に接続されて形成されている。燃料電池ユニット１０ａ及び燃料電池ユニット１０ｂそれぞれは、上述した第２実施形態の燃料電池ユニットと同じ構造を有する。
【０１４６】
燃料電池ユニット１０ａと燃料電池ユニット１０ｂとは、燃料電池ユニット１０ａの凹型連結部材５１と燃料電池ユニット１０ｂの凸型連結部材５０とが連結して、接合されている。
【０１４７】
また、この連結によって、燃料電池ユニット１０ａのシール部５２ｂと燃料電池ユニット１０ｂのシール部５２ａとが密着すると共に、燃料電池ユニット１０ａのアノード電極１８と燃料電池ユニット１０ｂのカソード電極１９とが電気的に接続する。同様に、燃料電池ユニット１０ａのカソード電極１９と燃料電池ユニット１０ｂのアノード電極１８とが電気的に接続する。
【０１４８】
燃料電池システム１００ｂが発電した電力は、上下に配置されたアノード電極１８及びカソード電極１９から取り出される。
【０１４９】
図１７は、本明細書に開示する燃料電池ユニットの第３実施形態を示す断面図である。
【０１５０】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、中央部に電気絶縁部６０を有する。燃料電池ユニット１０は、この電気絶縁部６０によって、燃料電池ユニット１０の上側の部分である上部１０ｕと、燃料電池ユニット１０の下側の部分である下部１０ｄとが電気的に絶縁されている。
【０１５１】
電気絶縁部６０は、上部１０ｕの中空部１１と下部１０ｄの中空部１１とを連結する構造を有することが好ましい。
【０１５２】
本実施形態の電気絶縁部６０は、上述した第２実施形態の燃料電池ユニットにおいて上部１０ｕと下部１０ｄとの間を形成する部分と同じ形状を有しているが、電気絶縁部６０の形状は他の形状であっても良い。
【０１５３】
上部１０ｕの第１酸化剤極層１４ｂと、下部１０ｄの第２燃料極層１５ａとは、リード線６１によって、電気的に接続される。
【０１５４】
上部１０ｕの第２燃料極層１５ａと、下部１０ｄの第１酸化剤極層１４ｂとは、リード線６２によって、電気的に接続される。
【０１５５】
このように、上部１０ｕと下部１０ｄとは、電気的に直列に接続されている。従って、本実施形態の燃料電池ユニット１０の発電電圧は、上述した第２実施形態の燃料電池ユニットの２倍の大きさを有する。
【０１５６】
燃料電池ユニット１０が発電した電力は、上下に配置されたアノード電極１８及びカソード電極１９から取り出される。
【０１５７】
燃料電池ユニット１０のその他の構造は、上述した第２実施形態と同様である。
【０１５８】
上述した本実施形態の燃料電池ユニット１０によれば、上述した第１実施形態よりも高い電圧を発生することができる。
【０１５９】
また、本実施形態では、１つの電気絶縁部６０を有していたが、燃料電池ユニット内に複数の電気絶縁部を配置して、直列接続される箇所を３つ以上にすることにより、更に発生電圧を高めることもできる。
【０１６０】
また、本実施形態の燃料電池ユニットを複数用いて、電気的に並列又は直列に接続して、燃料電池システムを形成しても良い。
【０１６１】
図１８は、本明細書に開示する燃料電池ユニットの第４実施形態を示す図である。図１９は、図１８に示す燃料電池ユニットのＸ４−Ｘ４線断面図である。
【０１６２】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、燃料空間１２及び酸化剤空間１３が、中空部１１とは繋がっていない。また、燃料空間１２及び酸化剤空間１３が、燃料電池ユニット１０の外部とは繋がっていない。
【０１６３】
即ち、燃料電池ユニット１０は、第１酸化剤極層１４ｂと第２酸化剤極層１５ｂとを電気的に接続して、酸化剤空間１３と中空部１１との境界を形成する螺旋状の電気導電性の中央シール層１６ａを有する。
【０１６４】
また、燃料電池ユニット１０は、第１燃料極層１４ａと第２燃料極層１５ａとを電気的に接続して、燃料空間１２と中空部１１との境界を形成する螺旋状の電気導電性の中央シール層１６ｂを有する。
【０１６５】
また、燃料電池ユニット１０は、第１燃料極層１４ａと第２燃料極層１５ａとを電気的に接続して、燃料空間１２と外部との境界を形成する螺旋状の電気導電性の外周シール層１７ａを有する。
【０１６６】
また、燃料電池ユニット１０は、第１酸化剤極層１４ｂと第２酸化剤極層１５ｂとを電気的に接続して、酸化剤空間１３と外部との境界を形成する螺旋状の電気導電性の外周シール層１７ｂを有する。
【０１６７】
燃料空間１２は、燃料電池ユニット１０の下方に一方の開口部を有し、燃料電池ユニット１０の上方に他方の開口部を有する。同様に、酸化剤空間１３も、燃料電池ユニット１０の下方に一方の開口部を有し、燃料電池ユニット１０の上方に他方の開口部を有する。
【０１６８】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、２つの螺旋状の中央シール層１６ａ、１６ｂと、２つの螺旋状の外周シール層１７ａ、１７ｂと、を有する。中央シール層１６ａは、図４に示す第１実施形態の燃料電池ユニットの中央シール層に対応する。また、外周シール層１７ａは、図４に示す第１実施形態の燃料電池ユニットの外周シール層に対応する。
【０１６９】
上述した本実施形態の燃料電池ユニット１０は、以下に説明する第３セル基板７０を複数組み合わせて形成することができる。
【０１７０】
図２０は、図１８及び図１９に示す燃料電池ユニットを形成する第３セル基板７０を示す斜視図である。
【０１７１】
第３セル基板７０は、図５に示す第１セル基板に対して、図８に示す中央シール部３９が配置された構造を有する。
【０１７２】
本実施形態の燃料電池ユニット１０は、複数の第３セル基板７０を用いて、上述した第１実施形態の燃料電池ユニットの製造方法とほぼ同様の工程を用いて形成することができる。中央シール層１６ｂ及び外周シール層１７ｂは、第１実施形態の中央シール層及び外周シール層と同様に形成される。
【０１７３】
具体的には、まず、２つの第３セル基板７０を用いて、図１２に示すようなセル基板複合体が形成される。次に、このセル基板複合体を複数組み合わせることにより、図１８に示す燃料電池ユニットが形成される。
【０１７４】
上述した本実施形態の燃料電池ユニット１０によれば、酸化剤空間１３を中空部１１及び外部と繋げないようにできる。また、燃料空間１２を中空部１１及び外部と繋げないようにできる。
【０１７５】
また、上述した第１実施形態の燃料電池ユニットと同様の効果が得られる。
【０１７６】
本発明では、上述した各実施形態の燃料電池ユニット及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１７７】
例えば、上述した各実施形態では、燃料空間に燃料が充填され、酸化剤空間に酸化剤が充填されているが、燃料空間に酸化剤が充填され、酸化剤空間に燃料が充填されても良い。この場合には、第１燃料極層及び第２燃料極層が、燃料が充填された酸化剤空間を挟んで対向し、且つ第１酸化剤極層及び第２酸化剤極層が、酸化剤が充填された燃料空間を挟んで対向するように、第１セル及び第２セルが配置されることが好ましい。
【０１７８】
上述した各実施形態では、酸化剤空間が燃料電池ユニットの外部と繋がっていたが、酸化剤空間は燃料電池ユニットの外部とは繋がっておらず、燃料空間が燃料電池ユニットの外部と繋がっていても良い。また、上述した各実施形態では、燃料空間が燃料電池ユニットの中空部と繋がっていたが、燃料空間は燃料電池ユニットの中空部とは繋がっておらず、酸化剤空間が燃料電池ユニットの中空部と繋がっていても良い。
【０１７９】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１８０】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１８１】
（付記１）
柱状の中空部の周りに配置されて２重螺旋を形成する燃料空間及び酸化剤空間と、
前記燃料空間と接する第１燃料極層と、前記酸化剤空間と接する第１酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第１電解質層とを有し、前記燃料空間と前記酸化剤空間との間の一方の境界を形成する螺旋状の第１セルと、
前記燃料空間と接する第２燃料極層と、前記酸化剤空間と接する第２酸化剤極層と、これらの層に挟まれる第２電解質層とを有し、前記燃料空間と前記酸化剤空間との間の他方の境界を形成する螺旋状の第２セルと、
を備える燃料電池ユニット。
【０１８２】
（付記２）
前記第１セル及び前記第２セルは可撓性を有する付記１に記載の燃料電池ユニット。
【０１８３】
（付記３）
前記酸化剤空間は、外部と繋がっている付記１又は２に記載の燃料電池ユニット。
【０１８４】
（付記４）
前記第１酸化剤極層と前記第２酸化剤極層とを接続して、前記酸化剤空間と前記中空部との境界を形成する螺旋状の中央シール層と、
前記第１燃料極層と前記第２燃料極層とを接続して、前記燃料空間と外部との境界を形成する螺旋状の外周シール層と、
を備える付記３に記載の燃料電池ユニット。
【０１８５】
（付記５）
前記中央シール層及び前記外周シール層は、電気導電性を有する付記１〜４の何れか一項に記載の燃料電池ユニット。
【０１８６】
（付記６）
前記燃料空間及び前記酸化剤空間は、前記中空部とは繋がっていない付記１又は２に記載の燃料電池ユニット。
【０１８７】
（付記７）
付記１〜６の何れか一項に記載の複数の燃料電池ユニットが並列に接続されて形成される燃料電池システム。
【０１８８】
（付記８）
付記１〜６の何れか一項に記載の複数の燃料電池ユニットが直列に接続されて形成される燃料電池システム。
【０１８９】
（付記９）
第１セル酸化剤極層と、前記第１セル酸化剤極層上に形成された第１セル電解質層と、前記第１セル電解質層上に形成された第１セル燃料極層と、を有する可撓性の第１基板本体と、
前記第１基板本体の中央に形成された第１貫通孔と、
前記第１基板本体の端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットと、
前記第１スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１基板本体上の周縁に形成され、前記第１スリットの位置で途切れる外周シール部と、を有する第１セル基板と、
第２セル燃料極層と、前記第２セル燃料極層上に形成された第２セル電解質層と、前記第２セル電解質層上に形成された第２セル酸化剤極層と、を有する可撓性の第２基板本体と、
前記第２基板本体の中央に形成された第２貫通孔と、
前記第２基板本体の端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットと、
前記第２スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第２基板本体上の前記第２貫通孔の周囲に形成され、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部と、を有する第２セル基板と、
を備え、
前記第１セル基板及び前記第２セル基板それぞれは、前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とが、これらの面方向において互いに反対の向きにずらされており、
前記第１セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第２セル基板の上側に重ねて、前記１セル酸化剤極層と前記第２セル酸化剤極層とを対向させ、且つ、前記第１セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第２セル基板の下側に重ねて、前記第１セル燃料極層と前記第２セル燃料極層とを対向させ、
前記第２セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第１セル基板の上側に重ねて、前記第２セル燃料極層と前記第１セル燃料極層とを対向させ、且つ、前記第２セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第１セル基板の下側に重ねて、前記第２セル酸化剤極層と前記第１セル酸化剤極層とを対向させて、
前記第１セル基板と前記第２セル基板とが、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃えて重ね合わされ、
前記第２セル基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記第１セル基板の下面の前記第１貫通孔の周囲の部分に配置されて、前記第１貫通孔と前記中央シール部と前記第２貫通孔とによって中央貫通孔が形成され、
前記第１セル基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記第２セル基板の下面の周縁の部分に配置されているセル基板複合体。
【０１９０】
（付記１０）
前記第１基板本体及び前記第２基板本体の形状は同じであり、且つ、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔の形状が同じである付記９に記載のセル基板複合体。
【０１９１】
（付記１１）
付記９又は１０に記載のセル基板複合体を複数備え、
一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第１端面と、別の一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第２端面とが接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第１端面と、前記別の一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第２端面とが接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記中央シール部は、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分と接合され、
前記一のセル基板複合体における前記第１セル基板の前記外周シール部は、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の周縁の部分と接合され、
複数の前記セル基板複合体が、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わされている、燃料電池ユニット。
【０１９２】
（付記１２）
第１セル酸化剤極層と、前記第１セル酸化剤極層上に形成された第１セル電解質層と、前記第１セル電解質層上に形成された第１セル燃料極層と、を有する可撓性の第１基板本体と、
前記第１基板本体の中央に形成された第１貫通孔と、
前記第１基板本体の端縁から前記第１貫通孔へ延びる第１スリットと、
前記第１スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第１基板本体上の周縁に形成され、前記第１スリットの位置で途切れる外周シール部と、を有する第１セル基板と、
第２セル燃料極層と、前記第２セル燃料極層上に形成された第２セル電解質層と、前記第２セル電解質層上に形成された第２セル酸化剤極層と、を有する可撓性の第２基板本体と、
前記第２基板本体の中央に形成された第２貫通孔と、
前記第２基板本体の端縁から前記第２貫通孔へ延びる第２スリットと、
前記第２スリットを挟んで対向する第１端面及び第２端面と、
前記第２基板本体上の前記第２貫通孔の周囲に形成され、前記第２スリットの位置で途切れる中央シール部と、を有する第２セル基板と、
を用いてセル基板複合体を製造する方法であって、
前記第１セル基板及び前記第２セル基板それぞれにおける前記第１端面側の端部と前記第２端面側の端部とを、これらの面方向において互いに反対の向きにずらして切り込み部を形成し、
前記第１セル基板の切り込み部と前記第２セル基板の切り込み部とを互いに差し込み、
前記第１セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第２セル基板の上側に重ね、且つ、前記第１セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第２セル基板の下側に重ね、前記第２セル基板の前記第１端面側の端部を、前記第１セル基板の上側に重ね、且つ、前記第２セル基板の前記第２端面側の端部を、前記第１セル基板の下側に重ねて、前記第１セル基板と前記第２セル基板とを、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とを揃えて重ね合わし、
前記第２セル基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記第１セル基板の下面の前記第１貫通孔の周囲の部分に配置して、前記第１貫通孔と前記中央シール部と前記第２貫通孔とによって中央貫通孔を形成し、且つ、前記第１セル基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記第２セル基板の下面の周縁の部分に配置する、セル基板複合体の製造方法。
【０１９３】
（付記１３）
前記第１基板本体及び前記第２基板本体の形状は同じであり、且つ、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔の形状が同じである付記１２に記載のセル基板複合体の製造方法。
【０１９４】
（付記１４）
付記１２又は１３に記載のセル基板複合体を複数用いて燃料電池ユニットを製造する方法であって、
一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第１端面と、別の一の前記セル基板複合体における前記第１セル基板の前記第２端面とを接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第１端面と、前記別の一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記第２端面とを接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第２セル基板の前記中央シール部を、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の前記中央貫通孔の周囲の部分と接合し、且つ、
前記一のセル基板複合体における前記第１セル基板の前記外周シール部を、重ね合わされている前記別の一のセル基板複合体の下面の周縁の部分と接合して、
複数の前記セル基板複合体を、互いの前記中央貫通孔を揃えて重ね合わす、燃料電池ユニットの製造方法。
【符号の説明】
【０１９５】
１０    燃料電池ユニット
１１    中空部
１２    燃料空間
１３    酸化剤空間
１４    第１セル
１４ａ    第１燃料極層
１４ｂ    第１酸化剤極層
１４ｃ    第１電解質層
１５    第２セル
１５ａ    第２燃料極層
１５ｂ    第２酸化剤極層
１５ｃ    第２電解質層
１６    中央シール層
１７    外部シール層
１８    アノード電極
１９    カソード電極
２０    第１セル基板
２０ａ    切り込み部
２１    第１セル酸化剤極層
２１ａ    第１セル酸化剤極触媒層
２２    第１セル電解質層
２３    第１セル燃料極層
２３ａ    第１セル燃料極触媒層
２４    第１基板本体
２５    第１貫通孔
２６    第１スリット
２７    第１端面
２７ａ    第１端面側の端部
２８    第２端面
２８ａ    第２端面側の端部
２９    外周シール部
３０    第２セル基板
３０ａ    切り込み部
３１    第２セル酸化剤極層
３１ａ    第２セル酸化剤極触媒層
３２    第２セル電解質層
３３    第２セル燃料極層
３３ａ    第２セル燃料極触媒層
３４    第２基板本体
３５    第２貫通孔
３６    第２スリット
３７    第１端面
３７ａ    第１端面側の端部
３８    第２端面
３８ａ    第２端面側の端部
３９    中央シール部
４０    セル基板複合体
４１    中央貫通孔
５０    凸型連結部材
５１    凹型連結部材
５２ａ、５２ｂ    シール部
６０    電気絶縁部
６１    リード線
６２    リード線
７０    第３セル基板
１００    燃料電池システム
【図１】
0005387362.tif 000002
【図２】
0005387362.tif 000003
【図３】
0005387362.tif 000004
【図４】
0005387362.tif 000005
【図５】
0005387362.tif 000006
【図６】
0005387362.tif 000007
【図７】
0005387362.tif 000008
【図８】
0005387362.tif 000009
【図９】
0005387362.tif 000010
【図１０】
0005387362.tif 000011
【図１１】
0005387362.tif 000012
【図１２】
0005387362.tif 000013
【図１３】
0005387362.tif 000014
【図１４】
0005387362.tif 000015
【図１５】
0005387362.tif 000016
【図１６】
0005387362.tif 000017
【図１７】
0005387362.tif 000018
【図１８】
0005387362.tif 000019
【図１９】
0005387362.tif 000020
【図２０】
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