(57)【要約】      （修正有）【課題】固体高分子電解質に作用するガスの圧力を低減させ、固体高分子電解質の破壊を防止することができる燃料電池セルを提供する。【解決手段】板状の固体高分子電解質１と、カソード側電極板２及びアノード側電極板３と、カソード側金属板４及びアノード側金属板５とを備えた燃料電池セルにおいて、カソード側金属板４に設けられた空気を取りこむための開口孔４ｃと、アノード側金属板５に設けられ、水素ガスの注入を行うアノード側注入口５ｃと、このアノード側金属板５とアノード側電極板３の間に設けられ、注入された水素ガスの流路が形成される板状の流路形成部材１０とを備え、この流路形成部材１０には、アノード側電極板３の方向へ水素ガスを供給するための多数の貫通孔１０ｂが形成され、アノード側注入口５ｃから注入された水素ガスを多数の貫通孔１０ｂへ導くための流路空間１０ｄと、アノード側金属板に対する支持部１０ｃとが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置されたカソード側電極板及びアノード側電極板と、さらにこれら一対の電極板の両側に配置されたカソード側金属板及びアノード側金属板とを備えた燃料電池セルにおいて、
カソード側金属板に設けられ、空気を取りこむための開口孔と、
アノード側金属板に設けられ、還元ガスの注入を行うためのアノード側注入口と、
このアノード側金属板とアノード側電極板の間に設けられ、注入された還元ガスの流路が形成される板状の流路形成部材とを備え、
この流路形成部材のアノード側電極板側には、アノード側電極板の方向へ還元ガスを供給するための多数の貫通孔が形成され、
流路形成部材のアノード側金属板側には、アノード側注入口から注入された還元ガスを多数の貫通孔へ導くための流路空間と、アノード側金属板に対する支持部とが設けられていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
アノード側金属板に、還元ガスの排出を行うためのアノード側排出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記支持部は、多数の柱状部により構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記板状の流路形成部材は、厚み方向に沿ってアノード側電極板側に位置する板状の第１部分と、アノード側金属板側に位置する第２部分とにより構成され、この第１部分に多数の貫通孔が形成され、近接する貫通孔と貫通孔の間に柱状部が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
アノード側金属板には、前記板状の流路形成部材を収容するための収容凹部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項６】
前記流路形成部材は、カーボンにより形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項７】
前記流路形成部材は、金属により形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項８】
前記流路形成部材の貫通孔および支持部を機械加工により形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項９】
前記流路形成部材の貫通孔および支持部をエッチングにより形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項１０】
前記アノード側金属板には、注入された還元ガスの排出口を設けず、供給された還元ガスをすべて消費するように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【請求項１１】
カソード側金属板とアノード側金属板の周縁を電気的に絶縁した状態でカシメにより封止してあることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置されたカソード側電極板及びアノード側電極板と、さらにこれら一対の電極板の両側に配置されたカソード側金属板及びアノード側金属板とを備えた燃料電池セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー変換効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用コージェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来技術の構造として、図９に示すものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
即ち、図９に示すように、固体高分子電解質膜１００を挟んでアノード１０１とカソード１０２とを配設する。さらに、ガスケット１０３を介して一対のセパレータ１０４により挟持して単位セル１０５を構成する。各々のセパレータ１０４にはガス流路溝が形成されており、アノード１０１との接触により、還元ガス（例えば、水素ガス）の流路が形成され、カソード１０２との接触により、酸化ガス（例えば、酸素ガス）の流路が形成される。各々のガスは、単位セル１０５内の各流路を流通しながら、アノード１０１又はカソード１０２の内部に担持された触媒の作用により電極反応（電極における化学反応）に供され、電流の発生とイオン伝導が生じる。
【０００４】
この単位セル１０５を多数個積層し、単位セル１０５どうしを電気的に直列に接続して燃料電池Ｎを構成し、電極１０６は、積層した両端の単位セル１０５から取り出すことができる。このような燃料電池Ｎは、クリーンかつ高効率という特徴から、種々の用途、特に、電気自動車用電源や家庭用分散型電源として注目されている。
【０００５】
一方、近年のＩＴ技術の活発化に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジカメなどモバイル機器が頻繁に使用される傾向があるが、これらの電源は、ほとんどリチウムイオン二次電池が用いられている。ところが、モバイル機器の高機能化に伴って消費電力がどんどん増大し、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池が注目されてきている。
【０００６】
一方、燃料電池を駆動するためには、酸化ガスや還元ガスを供給する必要があり、そのために、ポンプ等を用いて、所定レベルの圧力をかけた状態でガス供給を行う。従って、モバイル機器に搭載する燃料電池として薄型化を図ろうとすると、供給されるガスの圧力が固体高分子電解質の表面に作用し、固体高分子電解質が破れて電池として機能しなくなるという問題がある。
【非特許文献１】日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」発行日２００１年６月２９日、発行所：日経ＢＰ社、第３章ＰＥＦＣ、３．１原理と特徴ｐ４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、固体高分子電解質に作用するガスの圧力を低減させ、固体高分子電解質の破壊を防止することができる燃料電池セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セルは、
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置されたカソード側電極板及びアノード側電極板と、さらにこれら一対の電極板の両側に配置されたカソード側金属板及びアノード側金属板とを備えた燃料電池セルにおいて、
カソード側金属板に設けられ、空気を取りこむための開口孔と、
アノード側金属板に設けられ、還元ガスの注入を行うためのアノード側注入口と、
このアノード側金属板とアノード側電極板の間に設けられ、注入された還元ガスの流路が形成される板状の流路形成部材とを備え、
この流路形成部材のアノード側電極板側には、アノード側電極板の方向へ還元ガスを供給するための多数の貫通孔が形成され、
流路形成部材のアノード側金属板側には、アノード側注入口から注入された還元ガスを多数の貫通孔へ導くための流路空間と、アノード側金属板に対する支持部とが設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
かかる燃料電池セルの作用・効果を説明する。板状に形成された固体高分子電解質を用い、その両側にカソード側電極板とアノード側電極板を配置する。これらは、空気や還元ガスの拡散層として機能させることができる。また、これら電極板の更に外側に、カソード側金属板とアノード側金属板が配置される。カソード側金属板の開口孔から空気を自然供給できるため、アノード側金属板の注入口から還元ガスを供給することで、各々の電極板で電極反応を生じさせることができ、電極板に接する金属板から電流を取り出すことができる。また、空気は開口孔から自然供給されるので、空気を供給するためのポンプ等が必要なくなる。従って、固体高分子電解質に対する空気を供給する圧力が低減するので、固体高分子電解質の破れ等を抑制することができる。
【００１０】
一方、アノード側は、注入された還元ガスの流路が形成された板状の流路形成部材を設けることで、還元ガスを固体高分子電解質に供給する。注入された還元ガスは、流路形成部材に設けられた流路空間に導かれたのち、多数の貫通孔を介して固体高分子電解質へと供給される。また、支持部を設けることで、流路形成部材を固体高分子電解質とアノード側金属板の間に支持することができる。以上のように、固体高分子電解質に作用するガスの圧力を低減させ、固体高分子電解質の破壊を防止することができる燃料電池セルを提供することができる。
【００１１】
本発明に係る燃料電池セルとしては、アノード側金属板に、還元ガスの排出を行うためのアノード側排出口が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。
【００１２】
排出口を設けない場合は、注入された還元ガスをすべて消費する形になる。
【００１３】
本発明に係る支持部は、多数の柱状部により構成されることが好ましい。多数の柱状部を設けることで、流路形成部材を支持することができると共に、柱状部と柱状部の間の空間を流路空間として機能させることができる。
【００１４】
本発明に係る板状の流路形成部材は、厚み方向に沿ってアノード側電極板側に位置する板状の第１部分と、アノード側金属板側に位置する第２部分とにより構成され、この第１部分に多数の貫通孔が形成され、近接する貫通孔と貫通孔の間に柱状部が形成されることが好ましい。
【００１５】
この流路形成部材は、厚み方向に沿って、第１部分と第２部分を有しており、第１部分は板状に形成され多数の貫通孔が形成される。第２部分は近接する貫通孔と貫通孔の間に柱状部が形成される。かかる構成によれば、第１部分と第２部分を一体化することができ、流路形成部材の製造を容易に行うことができると共に、取り扱いも容易となる。
【００１６】
本発明に係るアノード側金属板には、前記板状の流路形成部材を収容するための収容凹部が形成されることが好ましい。収容凹部を設けることで、流路形成部材を位置決めすることができ、燃料電池セルの組立性を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る前記流路形成部材は、カーボンあるいは金属により形成されることが好ましい。これら導電性を有する材料で流路形成部材を形成することで、金属板を介して電流を取り出すことができる。
【００１８】
本発明において、前記流路形成部材の貫通孔および支持部を機械加工により形成することが好ましい。機械加工としては、エンドミルによる加工やプレス加工等があげられる。これにより、貫通孔と支持部を一体化した流路形成部材を形成することができる。
【００１９】
本発明において、前記流路形成部材の貫通孔および支持部をエッチングにより形成することが好ましい。エッチングによっても貫通孔と支持部を一体化した流路形成部材を形成することができる。
【００２０】
本発明に係るアノード側金属板には、注入された還元ガスの排出口を設けず、供給された還元ガスをすべて消費するように構成されることが好ましい。一般的に、燃料電池セルにはガス注入口と排出口が設けられ、注入口から注入された還元ガスは排出口から排出される。すなわち、 排出される還元ガスは、電流生成に寄与しなかったということであり、その分還元ガスの利用効率を低下させることになる。そこで、排出口を設けずに、注入された還元ガスをすべて消費するようにすることで、利用効率をほぼ１００％とすることができる。
【００２１】
本発明において、カソード側金属板とアノード側金属板の周縁を電気的に絶縁した状態でカシメにより封止してあることが好ましい。一対の金属板の周縁を絶縁層を介してカシメにより封止することで、両者の短絡を防止しながら、厚みをさほど増加させずにセルごとに確実に封止を行うことができる。また、図９に示す従来構造と比較してセルに剛性が要求されないため、各燃料電池セルを大幅に薄型化することができる。更に、固体高分子電解質や金属板を使用するため、自由な平面形状や屈曲が可能となり、小型軽量かつ自由な形状設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の燃料電池の単位セル（燃料電池セル）の一例を示す組み立て斜視図であり、図２は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す縦断面図である。
【００２３】
本発明の燃料電池は、図１〜図２に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２と、他方側に配置されたアノード側電極板３とを備えるものである。このカソード側電極板２とアノード側電極板３の更にその外側に、カソード側金属板４とアノード側金属板５が備えられている。本実施形態では、アノード側金属板５に、燃料である水素ガスの流路を形成した流路形成部材１０が設けられる。アノード側金属板５とカソード側金属板４の周縁部４ａ，５ａがエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。
【００２４】
固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型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。
【００２５】
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。
【００２６】
固体高分子電解質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。
【００２７】
電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、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使用できる。電極板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１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。
【００２８】
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。一般に、電極板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。
【００２９】
一般に、電極板２，３や固体高分子電解質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（特に純水素ガス）が用いられるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。
【００３０】
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電極２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。
【００３１】
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。
【００３２】
電極板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、５０〜５００μｍが好ましい。
【００３３】
電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着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、薄膜電極組立体（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。
【００３４】
カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板５に流路形成部材１０が設けられている。
【００３５】
カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔４ｃが設けられている。多数の開口孔４ｃは、カソード側電極板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。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口孔４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。
【００３６】
カソード側金属板４の開口孔４ｃ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口孔を設けてもよい。開口孔４ｃは、エッチングや機械加工により形成することができる。
【００３７】
金属板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、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。
【００３８】
アノード側金属板５には、図１に示すように収容凹部５ｄが形成されており、この収容凹部５ｄに、平板状の流路形成部材１０が収容される。図１には、流路形成部材１０の表面側が示されており、図３は裏面側が示されている。図２は、流路形成部材１０の断面図が示されている。流路形成部材１０は、アノード側電極板３に面する第１部分と、アノード側金属板５に面する第２部分により構成される。第１部分は、平板部１０ａと、この平板部１０ａに形成される多数の貫通孔１０ｂを備えている。第２部分は、図３に示すように、互いに近接した位置にある貫通孔と貫通孔の間に形成される多数の柱状部１０ｃにより構成される。多数の柱状部１０ｃの間の空間は、流路空間１０ｄとして機能する（図２参照）。従って、アノード側金属板５のガス注入口５ｃを介して注入された水素ガスは、上記流路空間１０に導かれ、多数の貫通孔１０ｂを介して電極板３へと導入され拡散される。金属板５の収容凹部５ｄや注入口５ｃは、エッチングや機械加工により形成することができる。
【００３９】
流路形成部材１０の厚みは、ガス流路の形成を考慮すると、０．１〜１．０ｍｍとするのが好ましい。また、柱状部１０ｃの高さは、ガス流路の断面積の確保等を考慮すると、０．０５〜０．５ｍｍとするのが好ましい。さらに、アノード側電極板３からの集電効果などを考慮すると、貫通孔１０ｂの総面積はアノード側電極板３の面積の３０〜６０％であるのが好ましい。
【００４０】
流路形成部材１０は、金属板５を介して電流を取り出すため、導電性が必要とされる。従って、ステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などの金属の他、導電性カーボンを使用することができる。また、表面に貴金属メッキ（金、プラチナ、パラジウム、ルテニウム等）を行って、電気接続性を向上させてもよい。なお、貴金属メッキは、金属板４，５に対して行うこともできる。
【００４１】
流路形成部材１０の貫通孔１０ｂや柱状部１０ｃは、エッチングや機械加工により形成することができる。機械加工としては、エンドミルによる切削加工のほか、プレス加工が例としてあげられる。かかる加工方法によれば、第１部分と第２部分とを一体化した状態で形成することができ、流路形成部材１０の取り扱いも容易になる。また、流路形成部材１０は、凹部５ｄに収容することで位置決めをすることができ、安定した状態で保持することができる。凹部５ｄの深さは、流路形成部材１０の厚みと同じもしくはほぼ同じとすることができる。
【００４２】
図１を見ても分かるように、アノード側は水素ガスの注入口５ｃのみを設け、排出口は設けていない。従って、注入された水素ガスは、すべて燃料として消費される。よって、水素ガスの使用効率を高めることができる。また、水素ガスを注入する場合の圧力も排出口を設ける構成に比べて小さくすることができる。従って、水素ガスの圧力が固体高分子電解質１に作用する場合の圧力値を抑制することができる。また、カソード側は、空気が自然供給される構成であるから、同じように固体高分子電解質１に作用する圧力値を小さくすることができる。従って、ガス圧により固体高分子電解質１が破壊する問題をなくすことができる。その結果、固体高分子電解質１の厚みも薄くすることができ、薄型化に対応することができる。
【００４３】
なお、図１Ａに示すように、アノード側に水素ガスの排出口５ｅを設ける構成を採用してもよい。
【００４４】
図４は、流路形成部材１０の別実施形態を示す図である。図３では、４つの貫通孔１０ｂのちょうど真中に１つの柱状部１０ｃが形成されている。一方、図４（ａ）では水平方向、あるいは垂直方向に隣接する貫通孔１０ｂの間に、１つの柱状部１０ｃが形成されている。（ｂ）は、図３と同じような配置であるが、柱状部１０ｃの形状が異なっている。貫通孔１０ｂの個数、大きさ、断面形状は適宜変更可能であり、柱状部１０ｃについても同様である。また、貫通孔１０ｂと貫通孔１０ｂの間に常に柱状部１０ｃが形成されていなくてもよく、貫通孔１０ｂの配列ピッチよりも柱状部１０ｃの配列ピッチを大きくしてもよい。
【００４５】
金属板４への開口部４ｃの形成、金属板４，５の周辺部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、各部の形状をより高精度に制御することができる。
【００４６】
図２に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周辺部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。
【００４７】
本発明では、金属板４，５の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。
【００４８】
本発明では、カシメを行う際、図２に示すように、金属板４，５の周縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。
【００４９】
絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。
【００５０】
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図２に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の外縁部５ａを他方の外縁部４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の周縁５ａを他方の金属板４の周縁４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の周縁４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。
【００５１】
本発明では、図２に示すような単位セルを１個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質１、一対の電極板２，３、及び一対の金属板４，５で単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したり、同一面に配列して使用することも可能である。このようにすると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。
【００５２】
使用の際、金属板５の燃料の注入口５ｃには、直接、燃料供給用のチューブを接合することも可能であるが、燃料電池の薄型化を行う上で、厚みが小さく、金属板５の表面に平行なパイプを有するチューブジョイントを設けるのが好ましい。
【００５３】
本発明の燃料電池は、薄型化が可能で小型軽量かつ自由な形状設計が可能なため、特に、携帯電話、ノートＰＣ等のモバイル機器に好適に使用することができる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００５５】
耐食性を有するＳＵＳ（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．３ｍｍ厚）に凹部（２０．５ｍｍ×４３．５ｍｍ深さ０．２ｍｍ）、及び周辺カシメ部を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設け、これをアノード側金属板とした。また、耐食性を有するＳＵＳ（２０．３ｍｍ×４３．３ｍｍ×０．２ｍｍ厚）を片側は円柱が残り、片側は貫通孔が開口するようにし、貫通孔の隙間に円柱が並ぶように塩化第二鉄水溶液によるエッチングしたものを作製し、これを流路形成部材とした。この流路形成部材を凹部の底に円柱が向くようにはめ込んだ。これらをアノード側部材とした。
【００５６】
同様に、耐食性を有するＳＵＳ（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．２ｍｍ厚）に片側は貫通孔（１．０ｍｍφ、間隔１．５ｍｍ）、片側は円柱（１．０ｍｍφ、間隔１．５ｍｍ）を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設け、これをカソード側金属板とした。これらカソード側金属板、アノード側部材に絶縁シート（５０ｍｍ×２６ｍｍ×２ｍｍ幅）を貼り合わせた。
【００５７】
また、ＭＥＡ（薄膜電極組立体）（４９．３ｍｍ×２５．３ｍｍ）は、下記のようにして作製した。白金触媒は、米国エレクトロケム社製２０％白金担持カーボン触媒（ＥＣ−２０−ＰＴＣ）を用いた。この白金触媒と、カーボンブラック（アクゾ社ケッチェンブラックＥＣ）、ポリフッ化ビニリデン（カイナー）を、それぞれ７５重量％、１５重量％、１０重量％の割合で混合し、ジメチルホルムアミドを、２．５重量％のポリフッ化ビニリデン溶液となるような割合で、上記白金触媒、カーボンブラック、ポリフッ化ビニリデンの混合物中に加え、乳鉢中で溶解・混合して、触媒ペーストを作製した。カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−９０、厚み３７０μｍ）を２０ｍｍ×４３ｍｍに切断し、この上に、上記のようにして作製した触媒ペースト約２０ｍｇをスパチュラにて塗布し、８０℃の熱風循環式乾燥機中で乾燥した。このようにして４ｍｇの触媒組成物が担持されたカーボンペーパーを作製した。白金担持量は、０．６ｍｇ／ｃｍ2 である。
【００５８】
上記のようにして作製した白金触媒担持カーボンペーパーと、膜電極組立体としてナフィオンフィルム（デュポン社製ナフィオン１１２、２５．３ｍｍ×４９．３ｍｍ、厚み５０μｍ）を用い、その両面に、金型を用いて、１３５℃、２ＭＰａの条件にて２分間ホットプレスした。こうして得られた薄膜電極組立体を上記のアノード側部材とカソード側金属板の中央で挟み込み、図２に示すようにカシメ合わせることで、外寸５０ｍｍ×２６ｍｍ×１．４ｍｍ厚という薄型小型のマイクロ燃料電池を得る事ができた。
【００５９】
このマイクロ燃料電池の電池特性を評価した。燃料電池特性は、東陽テクニカ製燃料電池評価システムを用い、室温下、アノード側に純水素ガスを流した（カソード側は大気開放とした）。ガス流量は、１０Ｌ／ｍｉｎとした。得られた最大出力密度は、電極面積当たり２００ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００６０】
［比較例］
耐食性を有するＳＵＳ（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．３ｍｍ厚）に溝（幅０．８ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、間隔１．６ｍｍ）、及び周辺カシメ部、ガス注入、排出孔を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設け、絶縁シート（５０ｍｍ×２６ｍｍ×２ｍｍ幅）を貼り合わせたものをアノード側金属板とした。同様に、耐食性を有するＳＵＳ（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．３ｍｍ厚）に貫通孔（１．０ｍｍφ、間隔１．５ｍｍ）、及び周辺カシメ部、ガス注入、排出孔を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設け、絶縁シート（５０ｍｍ×２６ｍｍ×２ｍｍ幅）を貼り合わせたものをカソード側金属板とした。それ以外は、実施例と同様にして、外寸５０ｍｍ×２６ｍｍ×１．４ｍｍ厚という薄型小型のマイクロ燃料電池を作製した。
【００６１】
このマイクロ燃料電池の電池特性を評価した。燃料電池特性は、東陽テクニカ製燃料電池評価システムを用い、室温下、アノード側に純水素ガスを流した（カソード側は大気開放とした）。ガス流量は、１００Ｌ／ｍｉｎとした。得られた最大出力密度は、電極面積当たり１６０ｍＷ／ｃｍ2であった。
【００６２】
＜別実施形態＞
本実施形態では、絶縁材料６（絶縁層に相当）を介してカシメを行っているが、固体高分子電解質１の周縁部を延ばし、これを介在させてカシメを行ってもよい。この場合、固体高分子電解質１が絶縁層として機能する。この場合は、絶縁材料を設ける必要がないので、構成を簡素化することができる。
【００６３】
本実施形態では、金属板５には、排出口が設けられていないが、これを設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す組み立て斜視図
【図１Ａ】本発明の燃料電池の単位セルの別の一例を示す組み立て斜視図
【図２】本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す縦断面図
【図３】流路形成部材の構成を示す図
【図４】流路形成部材の別実施形態を示す図
【図５】従来の燃料電池の一例を示す組み立て斜視図
【符号の説明】
【００６５】
１            固体高分子電解質
２            カソード側電極板
３            アノード側電極板
４            カソード側金属板
４ｃ          開口孔
５            アノード側金属板
５ｃ          注入口
５ｄ          収容凹部
６            絶縁材料
１０          流路形成部材
１０ａ        平板部
１０ｂ        貫通孔
１０ｃ        柱状部
１０ｄ        流路空間
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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