(57)【要約】【課題】  導電性の低い部材を用いた場合であっても、燃料電池スタックにおける発電効率の低下を防止した燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】  セパレータ３０は、基板２０に形成された流路７を備えるセパレータ４の裏面と、基板２０に形成された流路８を備えるセパレータ５の裏面とを貼り合わせることによって形成されている。また、セパレータ４とセパレータ５との間を貫通させた貫通孔内に導電性部材を充填させた配線３２が形成されている。【選択図】  図６
2006128021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン導電性を有する電解質を燃料極と空気極からなる一対の電極で挟み込み、更に燃料極側のセパレータと空気極側のセパレータとを挟み込み形成される燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータにおいて、
前記燃料極側のセパレータは、前記燃料極に燃料を供給する燃料流路を備え、
前記空気極側のセパレータは、前記空気極に空気を供給する空気流路を備え、
前記セパレータは、該セパレータ内の表裏を貫通した配線を備えることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記セパレータは更に、セパレータの流路形成面に、前記配線に電気的に接続した集電構造を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記配線は、前記集電構造に接続された前記セパレータの表裏を貫通する貫通孔内に導電性部材を埋め込むことにより形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記導電性部材は、金属部材であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記導電性部材は、導電性ペーストであることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記貫通孔の内壁に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記セパレータを形成する部材としてシリコン部材を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記セパレータを形成する部材としてガラス部材を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記セパレータを形成する部材としてプラスチック部材を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
陽イオン導電性を有する電解質を燃料極と空気極からなる一対の電極で挟み込み、更に燃料極側のセパレータと空気極側のセパレータとで挟み込み燃料電池セルを形成する燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータの製造方法において、
シリコン、ガラス及びプラスチックの何れかの部材からなる基板に流路を形成する流路形成工程と、
前記基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔形成工程において形成された貫通孔に導電性部材を充填する導電性部材充填工程と
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１１】
陽イオン導電性を有する電解質を燃料極と空気極からなる一対の電極で挟み込み、更に燃料極側のセパレータと空気極側のセパレータとで挟み込み燃料電池セルを形成する燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータの製造方法において、
シリコン、ガラス及びプラスチックの何れかの部材からなる基板に流路を形成する流路形成工程と、
前記流路形成工程において流路が形成された基板に集電構造を形成する集電構造形成工程と、
前記集電構造形成工程において形成された集電構造に接続され、前記基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔形成工程において形成された貫通孔に導電性部材を充填する導電性部材充填工程と
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１２】
前記貫通孔形成工程において、
ドライエッチング法又はサンドブラスト法により前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１３】
前記貫通孔形成工程において、
前記基板を機械加工することにより前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータを用いて構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１０〜請求項１３の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法により製造された燃料電池用セパレータを用いて構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料と酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法、該セパレータを用いて構成された燃料電池及び該燃料電池を備える電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は酸化還元反応を利用して発電を行うものであり、長時間の発電を行った後の発電特性が初期の発電特性に比較して低下する傾向がある。この原因として長時間の発電を行うことによりセパレータの腐食劣化が生じ、セパレータと電極間の接触抵抗が増加することが考えられる。従って、セパレータの部材としては、腐食劣化が生じにくいカーボン材や、耐食性が高いとされるステンレス鋼又はチタン鋼に酸化膜等の耐食保護膜を形成したものが用いられている。
【０００３】
なお、ステンレス鋼等の金属性の部材を用いたセパレータの表面を多層膜によりコーティングすることにより、セパレータの耐食性を向上させた燃料電池のセパレータが存在する（特許文献１参照）。また、金属性の部材を用いたセパレータに金属層と導電性を有する被覆層を形成することにより、腐食を防止したセパレータが存在する（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６４２２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セパレータの部材としてカーボン材を用いた場合、材料自体が高価であるため燃料電池の製造コストそのものが高くなっている。また、カーボン材が脆い材料であるため、割れを防止するためにセパレータを厚くする必要があり、燃料電池の小型化が制約されるという問題がある。また、セパレータの部材としてステンレス鋼を用いた場合には、材料自体が強度を有するために薄いセパレータを形成でき、小型化には有利だが比重が重く軽量化には不利という問題がある。同様に、チタン鋼を用いた場合にも小型化には有利だが軽量化には不利である上、材料コストが高く低コスト化には不利という問題がある。ここで、酸化還元反応に基づくセパレータの耐食等は、例えば、ガラス等の導電性の低い部材を用いてセパレータを形成することにより防止することが可能である。しかし、導電性の低い部材を用いてセパレータを形成し燃料電池セルを形成した場合、抵抗が大きくなり、発電効率が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明の課題は、導電性の低い部材を用いた場合であっても、燃料電池スタックにおける発電効率の低下を防止した燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータを用いて構成された燃料電池及び該燃料電池を備えた電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る燃料電池用セパレータは、陽イオン導電性を有する電解質を燃料極と空気極からなる一対の電極で挟み込み、更に燃料極側のセパレータと空気極側のセパレータとを挟み込み形成される燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータにおいて、前記燃料極側のセパレータは、前記燃料極に燃料を供給する燃料流路を備え、前記空気極側のセパレータは、前記空気極に空気を供給する空気流路を備え、前記セパレータは、該セパレータ内の表裏を貫通する配線を備えることを特徴とする。
【０００８】
この燃料電池用セパレータによれば、セパレータの表裏を貫通することにより燃料極と空気極とを電気的に接続させた配線がセパレータ内に形成されている。従って、セパレータを形成する部材として、カーボン材やステンレス鋼等のように高い導電性を有している部材を用いる必要がなく、導電性の低い（抵抗値の高い）部材を用いて燃料電池用セパレータを作成することができる。
【０００９】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、セパレータの流路形成面に、前記配線に電気的に接続した集電構造を備えることを特徴とする。
【００１０】
この燃料電池用セパレータによれば、集電構造を介して電極と配線を接続することにより、集電構造を備えていない場合に比べ、電極と配線との接触抵抗を低減することができる。
【００１１】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記配線が、前記集電構造に接続された前記セパレータの表裏を貫通する貫通孔内に導電性部材を埋め込むことにより形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この燃料電池用セパレータによれば、貫通孔内に導電性部材を埋め込むことにより、最低限の部材を用いてセパレータの導電性を確保することができる。また、導電性部材をセパレータ内に埋め込むことにより、配線形成時の接触抵抗を低減させることができる。
【００１３】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記導電性部材が金属部材であることを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記導電性部材が導電性ペーストであることを特徴とする。
【００１４】
これらの燃料電池用セパレータによれば、貫通孔内に金属部材又は導電性ペーストを埋め込むことにより配線が形成されているため、確実に集電構造間の導通を確保することができる。
【００１５】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記貫通孔の内壁に絶縁層が形成されていることを特徴とする。この燃料電池用セパレータによれば、配線部とセパレータ部の電気抵抗の差がより大きくなり、電子がセパレータ内に移動することを防止でき、発電効率の低下を防止できる。
【００１６】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記セパレータを形成する部材としてシリコン部材を用いることを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記セパレータを形成する部材としてガラス部材を用いることを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、前記セパレータを形成する部材としてプラスチック部材を用いることを特徴とする。
【００１７】
これらの燃料電池用セパレータによれば、セパレータを形成する部材としてシリコン、ガラス、プラスチック等の導電性が低い部材を用いた場合であっても、セパレータ内に形成された配線により、集電構造間の導通を確保することができる。即ち、導電性が低いセパレータの導電性を向上させることができ、燃料電池の発電効率が低下することを適切に防止することができる。
【００１８】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、シリコン、ガラス及びプラスチックの何れかの部材からなる基板に流路を形成する流路形成工程と、前記基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔形成工程において形成された貫通孔に導電性部材を充填する導電性部材充填工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、基板の表裏を貫通する貫通孔を形成し、貫通孔に導電性部材を充填することにより配線を形成している。従って、セパレータを形成する工程を複雑化させることなく、導電性の低い部材を用いたセパレータの導電性を容易に向上させることができる。
【００２０】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、シリコン、ガラス及びプラスチックの何れかの部材からなる基板に流路を形成する流路形成工程と、前記流路形成工程において流路が形成された基板に集電構造を形成する集電構造形成工程と、前記集電構造形成工程において形成された集電構造に接続され、前記基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔形成工程において形成された貫通孔に導電性部材を充填する導電性部材充填工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、集電構造に接続され基板の表裏を貫通する貫通孔を形成し、貫通孔に導電性部材を充填することにより配線を形成している。従って、セパレータを形成する工程を複雑化させることなく、導電性の低い部材を用いたセパレータの導電性を更に容易に向上させることができる。
【００２２】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、前記貫通孔形成工程において、ドライエッチング法又はサンドブラスト法により前記貫通孔を形成することを特徴とする。
【００２３】
この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、例えば、セパレータを形成する部材としてシリコンが用いられている場合に、ドライエッチング法、例えば、誘電結合プラズマ−反応性イオンエッチング（ＣＰ−ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により微細な貫通孔を形成することができる。また、サンドブラスト法により貫通孔を形成することにより高い生産性を得ることができる。
【００２４】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、前記貫通孔形成工程において、前記基板を機械加工することにより前記貫通孔を形成することを特徴とする。この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、例えば、セパレータを形成する部材としてガラスやプラスチック等の基板が用いられている場合に、ハンマーやドリル等を用いて基板に機械加工を施すことにより、容易に貫通孔を形成することができる。
【００２５】
また、この発明に係る燃料電池は、この発明に係る燃料電池用セパレータを用いて構成されていることを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池は、この発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法により製造された燃料電池用セパレータを用いて構成されていることを特徴とする。
【００２６】
これらの燃料電池によれば、セパレータの導電性が低い場合であっても、セパレータ内の配線により集電構造間が電気的に接続されている。即ち、導電性の低い部材を用いてセパレータが形成されている場合であっても、燃料電池の発電効率が低下することを防止できる。
【００２７】
また、この発明に係る電子機器は、この発明に係る燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。この電子機器によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態に係る燃料電池用セパレータを用いた燃料電池について説明する。以下において、この実施の形態に係る燃料電池用セパレータを用いて構成されたダイレクトメタノール型燃料電池を例として説明する。
【００２９】
図１は、燃料電池（燃料電池セル）の構成の一例を示す図である。図１に示すように、燃料電池セルは、電解質膜１を燃料極２及び空気極３により挟持し、燃料極２に燃料を供給する流路７が形成された燃料極側のセパレータ４、空気極３に空気を供給する流路８が形成された空気極側のセパレータ５、固定用のパッキン６を備えたセル枠体１０、１１により構成されている。セル枠体１０には、セパレータ４に通ずる流路、即ち、反応／生成物を供給／排出するための流路１２、１３が設けられている。
【００３０】
図１に示す燃料電池セルにおいては、流路１２から燃料電池セルに導入された燃料であるメタノール水溶液が、セパレータ４に形成された流路７を介して燃料極２に供給されることにより、燃料極触媒と電解質膜１（固体高分子電解質膜）とメタノール水溶液とが接触する３相界面において、メタノールと水とが反応して酸化反応を起こし電子とプロトン（水素イオン）が発生すると共に、反応生成物として二酸化炭素が生成される。二酸化炭素と未反応のメタノール水溶液は流路１３を介して燃料電池セルの外部に排出され、燃料極２で発生するプロトンは、陽イオン導電性を有する電解質膜１を透過して空気極３に移動する。空気極３においては、セパレータ５に形成された流路８を介して供給された空気と空気極触媒と電解質膜１とが接触する３相界面で、空気中の酸素と電解質膜１を介して移動してきたプロトンとが還元反応を起こして水が生成される。この酸化還元反応で発生した電子を燃料極、空気極を電気的に接続することにより、図示しない外部回路に取り出すことにより発電が行われる。
【００３１】
次に、ダイレクトメタノール型燃料電池の燃料極側に用いられるセパレータ（燃料極側のセパレータ）を製造する工程について説明する。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すような矩形平板状の基板２０、ここではガラス基板２０の表面にレジスト溶液を塗布する。ここで、レジスト溶液は、図２（ｂ）に示すように、図中、手前方向から奥に向かって所定の間隔をおいて直線状に塗布される。即ち、基板２０において、メタノール水溶液を供給するための流路を形成する部分を残して、それ以外の部分に対してのみレジスト溶液が塗布される。
【００３３】
次に、所定の位置にレジスト溶液が塗布された基板２０（図２（ｂ）参照）の表面に、流路を形成するために行われるエッチング用の溶剤、例えば、フッ酸水溶液を塗布する。この時、基板２０の表面には、流路を形成する部分以外の部分にはレジスト溶液が塗布されているため、レジスト溶液が塗布されていない部分がフッ酸水溶液によりエッチングされ、図３（ａ）に示すように、流路７が形成される。即ち、基板２０に形成された互いに略平行な複数の凹部により、基板２０の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状の流路７が形成される。また、図３（ａ）に示すように流路７が形成された基板２０をレジスト除去液に浸漬し、レジストの除去が行われ、図３（ｂ）に示すように流路７が形成されセパレータ４が形成される。なお、基板２０に対するレジスト溶液やフッ酸水溶液の塗布は、インクジェット式の吐出装置等を用いて行われ、流路幅が狭い微細な流路７が形成される。また、微細な流路７を、例えば、半導体プロセス等において利用されている微細加工技術を基本とするＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）やサンドブラスト法等を用いて形成してもよい。
【００３４】
また、上述のように、流路幅の狭い微細な流路７が形成された場合には、メタノール水溶液の流速を向上させ、燃料の供給性を高めることができると共に、酸化還元反応により生成される副生成物（二酸化炭素）の排出性も向上させることができる。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態に係るセパレータの一例を示す図である。図４においては、基板２０に形成された流路７を備えるセパレータ４と、基板２０に形成された流路８を備えるセパレータ５との裏面を貼り合わせて形成されたセパレータ３０を示している。即ち、一つの燃料電池セルでは出力が不足する場合等には、出力要求に応じて複数の燃料電池セルを積層させることによって燃料電池スタックが形成される。この燃料電池スタックを形成する燃料電池セルを形成する際に、図４に示すセパレータ３０が用いられる。
【００３６】
図５は、セパレータ３０を用いて形成された燃料電池セルを積層させて形成された燃料電池スタックの一例を示す図である。燃料電池スタック４０は、図５に示すように、燃料電池セル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを積層させることにより形成されている。即ち、燃料電池セル４０ａを形成するセパレータ５（燃料電池セル４０ａの空気極側のセパレータ）の流路８が形成されていない面に、燃料電池セル４０ｂを形成するセパレータ４（燃料電池セル４０ｂの燃料極側のセパレータ）の流路７が形成されていない面を貼り合わせ、セパレータ３０を形成する。そして、燃料電池セル４０ｂを形成するセパレータ４の流路７が形成された面に、燃料電池セル４０ｂの燃料極が接するように膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を配置し、配置された膜電極接合体の空気極に流路８が形成された面が接するようにセパレータ５を配置することによって燃料電池セル４０ｂを形成する。同様にして燃料電池セルを積層させることによって、燃料電池スタック４０が形成される。
【００３７】
次に、図４に示すセパレータ３０に図６に示すように配線３２を形成する。配線３２は、図６に示すように、セパレータ３０において貫通孔を形成し、形成された貫通孔に導電性部材を充填することにより形成される。ここで、セパレータ３０に貫通孔を形成する方法としては、セパレータを形成する部材の材質特性に応じて、ドリル加工、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザによるレーザ加工、ドライエッチング加工、サンドブラスト法を用いた加工等各種の方法が存在する。ここで、微細な貫通孔を形成する場合には、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：誘電結合プラズマ−反応性イオンエッチング）法によるドライエッチング加工が好ましく、生産性の点ではサンドブラスト法を用いた加工が好ましい。また、ＩＣＰ−ＲＩＥ法とサンドブラスト法を併用し、貫通孔の孔径が小さい側にＩＣＰ−ＲＩＥ法を用い、孔径が大きい側にサンドブラスト法を用いるようにしてもよい。なお、ドライエッチング加工、サンドブラスト法を用いた加工を行う場合には、セパレータの貫通孔を形成する面、即ち、流路が形成されている表面（加工面）側にマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして貫通孔を形成する処理が行われる。
【００３８】
次に、図面を参照して、シリコン素材の基板を用いて形成されたセパレータ３０にＩＣＰ−ＲＩＥ法により貫通孔を形成して配線を形成する処理について説明する。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、セパレータ４の流路が形成されている部分に、マスク材で所定のマスクパターンを形成する。なお、図７においては、セパレータ４を上にしセパレータ５を下にした場合であって、貫通孔が形成される部分のみを拡大してセパレータ３０を示している。
【００４０】
次に、形成されたマスクパターンに基づいて、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により、セパレータ３０に所定の深さまで微細孔を穿孔する（図７（ｂ）参照）。ここで、エッチング時のマスク材としては、ドライエッチング耐性のある通常のノボラック系樹脂を用いたポジ型フォトレジストを用いてもよい。また、シリコンとエッチング選択比がとれる酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン薄膜や、チタン、タングステン等の金属薄膜を予め成膜し、フォトエッチング法でパターン化することによりマスクパターンを形成するようにしてもよい。また、エッチングは、市販されている通常のＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて行うことができ、エッチングガスとしては、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等のフッ素系ガス等を用いることができる。また、エッチング速度を速めるために、マスク材に影響しない範囲内で酸素や窒素を微量に混合したエッチングガスを用いてもよい。
【００４１】
次に、セパレータ４からマスクパターンを除去し、セパレータ５を研磨することにより、微細孔を所定の開孔径でセパレータ５の表面に露出させ、セパレータ４とセパレータ５との間を貫通する貫通孔３２ａを形成する（図７（ｃ）参照）。セパレータ５の研磨は、バックグラインド等により行うことができる。
【００４２】
次に、セパレータ３０に形成された貫通孔３２ａの内壁面に絶縁層を形成する。ここで、セパレータがシリコンのように半導体である場合には、熱酸化により貫通孔３２ａに酸化シリコンの絶縁層３２ｂを形成することができる（図７（ｄ）参照）。なお、例えば、プラズマＣＶＤ法等の真空製膜法を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を形成するようにしてもよい。また、スピンオングラス（ＳＯＧ）、あるいはベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂を貫通孔３２ａの内壁面に塗布し、熱硬化させることによって絶縁層を形成するようにしてもよい。
【００４３】
次に、貫通孔３２ａに導電性部材、例えば、銅ペーストや銀ペースト等の導電性ペースト３２ｃを充填し、貫通孔３２ａ内に充填された導電性部材を乾燥硬化させることによって、配線３２を形成する。例えば、金属メッキやディスペンサ等による印刷により導電性ペーストを貫通孔３２ａ内に充填し、導電性ペーストを乾燥硬化させることによって配線３２を形成する。また、インクジェット式の吐出装置を用いて導電粒子（金属の粒子等）を含む液体を貫通孔３２ａ内に充填し、乾燥焼結させることによって配線３２を形成するようにしてもよい。
【００４４】
なお、貫通孔の形成、導電性部材の充填等の配線を形成する処理は、燃料極側のセパレータと空気極側のセパレータとの裏面を貼り付ける前に行うようにしてもよい。即ち、セパレータ４と、セパレータ５にそれぞれ配線を形成する処理を施し、配線が形成されたセパレータ４及びセパレータ５の裏面を貼り合わせることによって、図６に示すセパレータ３０を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、セパレータ４の流路形成面（流路７が形成されている面）及びセパレータ５の流路形成面（流路８が形成されている面）のそれぞれに集電構造を形成する構造がより望ましい。セパレータ４及びセパレータ５に集電構造を形成することにより電極と配線間の電気的な接続状態が改善され、発電効率の低下を防止できる。
【００４６】
ここで、例えば、セパレータ４の流路形成面に集電構造を形成する方法として、セパレータ４に導電性膜を成膜する方法等が存在する。この場合、ダイレクトメタノール型燃料電池においては、燃料としてメタノール水溶液を用いるため、セパレータ４の流路形成面はメタノール水溶液に浸漬した状態になる。また、酸化還元反応で発生した電子を外部回路に取り出す必要があるため、燃料極と空気極間とは電気的に接続された状態となっており、燃料極側のセパレータがメタノール水溶液と接触する部分では電気化学反応が生じる可能性がある。そのため、導電性膜としてイオン化傾向が高い金属の膜を使用している場合には、導電性膜がメタノール水溶液中に溶け出してしまい、集電構造の劣化が生じやすく、燃料電池の発電効率を低下させるという問題があった。
【００４７】
従って、水素標準電極を基準とした標準電極電位が正の金属を用いた導電性膜、即ち、イオン化傾向が低い金属の膜を導電性膜としてスパッタリング等によりセパレータ４に成膜することにより集電構造を形成する。なお、水素標準電極を基準とした標準電極電位が正の金属としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等が存在する。
【００４８】
また、セパレータ４を形成する基板２０として、シリコン基板２０を用いている場合には、導電性膜を成膜することなく、セパレータ４にボロンをドーピングすることにより集電構造を形成するようにしてもよい。即ち、シリコンのような半導体に不純物としてボロンを加えることによって、セパレータ４の導電性を向上させセパレータ４の一部を集電構造としてもよい。なお、セパレータ５の流路形成面にも、セパレータ４の流路形成面と同様にして集電構造を形成することができる。また、セパレータ流路内を除く表面の全面に集電構造が形成されていても、一部分にのみ集電構造が形成されていてもよい。
【００４９】
ここで、セパレータに形成された集電構造は、酸化還元反応により発生する電子を集める（集電する）と共に、空気極と燃料極とを電気的に接続された状態にする役割を果たす必要がある。即ち、燃料電池スタックを形成する場合に、一の燃料電池セルを形成するセパレータに形成された集電構造（例えば、燃料極側のセパレータの集電構造）と、他の燃料電池セルを形成するセパレータに形成された集電構造（例えば、空気極側のセパレータの集電構造）とを電気的に接続された状態にし、燃料電池セル間の空気極と燃料極とを電気的に接続して燃料電池スタックの発電効率を向上させる必要がある。
【００５０】
次に、配線が形成されたセパレータを用い、一般的な手法を用いて図１に示すような燃料電池セルが製造される。即ち、電解質膜、燃料極及び空気極により構成される膜電極接合体を集電構造が形成されたセパレータにより挟み込んで接合することにより、図１に示すような燃料電池セルが製造される。
【００５１】
ここで、電解質膜としては、パーフルオロアルキルスルホン酸系樹脂からなるイオン交換膜が用いられ、例えば、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）や、旭硝子株式会社製のＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）等が用いられる。
【００５２】
また、燃料極は、メタノール水溶液を拡散させる拡散層と、拡散層上に膜状に形成された触媒層とにより構成されている。触媒層は、貴金属触媒を担持したカーボン粉末からなり、拡散層は撥水化処理が施されたカーボンペーパからなっている。燃料極の触媒層においては貴金属触媒として、例えば、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）等が用いられる。空気極は、燃料極と同様、拡散層と拡散層上に膜状に形成された触媒層とにより構成され、空気極の触媒層における貴金属触媒には白金が用いられている。
【００５３】
膜電極接合体は、電解質膜が燃料極及び空気極で挟み込まれた状態で、一般的には、ホットプレス等により一体化されており、この膜電極接合体をセパレータで挟み込み接合させることによって、燃料電池セルが製造される。
【００５４】
そして、製造された燃料電池セルを積層させることにより、燃料電池スタックが製造される。例えば、図１に示すような燃料電池セルが製造された場合には、一の燃料電池セルの燃料極側のセパレータであって、配線が形成されているセパレータと、他の燃料電池セルの空気極側のセパレータであって、配線が形成されているセパレータとを、裏面を貼り合わせることによって図８に示すような燃料電池スタックが製造される。また、例えば、図６に示すようなセパレータを用いて図９に示すような燃料電池セルが製造された場合には、セパレータの空気流路が形成された面に空気極が接するように膜電極接合体を配置し、その上に燃料流路が形成された面が燃料極に接するようにセパレータを配置する。同様に、配置されたセパレータの空気流路が形成された面に膜電極電極接合体を配置し、その上にセパレータを配置する処理を繰り返すことによって、燃料電池スタックを製造してもよい。なお、製造された燃料電池スタックは、電子機器、例えば、携帯電話等の携帯用電子機器等に電力供給源として組み込むことができる。
【００５５】
この実施の形態に係る燃料電池用セパレータによれば、複数の燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを形成する場合に、セパレータの表裏を貫通させた配線により燃料極と電極とを電気的に接続させている。従って、導電性が低く抵抗値が高い部材を用いてセパレータが形成されている場合であっても、燃料電池スタックの発電効率が低下することを防止できる。
【００５６】
また、この実施の形態に係る燃料電池用セパレータによれば、セパレータに形成された貫通孔内に導電性部材を充填することにより配線が形成されている。従って、燃料極と空気極との間を確実に導通させることができ、発電効率の高い燃料電池スタックを形成することができる。
【００５７】
また、この実施の形態に係る燃料電池用セパレータによれば、貫通孔の内壁に絶縁層が形成されているため、電流の取り出し率を確実に向上させることができる。即ち、セパレータを形成する部材としてシリコン等の半導体が用いられている場合に、貫通孔の内壁に絶縁層を形成することによって、発生した電子を効率的に外部回路に取り出すことができ、高い発電効率を有する燃料電池スタックを形成することできる。
【００５８】
また、この実施の形態に係る燃料電池用セパレータによれば、コストが高いカーボン材や、チタン鋼等の金属を用いることなく、ガラスやプラスチック等の安価な部材をセパレータの部材として用いることができるため、低コストでセパレータを製造することができ、燃料電池の製造コストを低減することができる。また、セパレータの部材として金属を用いた場合のように、酸化膜等の耐食保護膜の劣化や金属の腐食等によりセパレータの抵抗値が上昇し、時間の経過と共に燃料電池の出力が低下することを防止できる。
【００５９】
また、セパレータの部材としてシリコン、ガラス、プラスチック等を用いることができるため、セパレータの厚みを薄くすることができると共に、金属よりも比重が軽い素材を用いることができるため、燃料電池の小型化、軽量化を適切に実現することができる。
【００６０】
また、この実施の形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法によれば、ＩＣＰ−ＲＩＥ法によるドライエッチング加工により貫通孔を形成しているため、微細な貫通孔を形成することができる。
【００６１】
また、この実施の形態に係る燃料電池によれば、上述の実施の形態に係るセパレータを用いて構成されている。従って、小型で軽量であると共に、長期に亘り安定した出力を維持し、高い発電効率を維持することができる。また、この燃料電池を電子機器の電力供給源として用いることにより、廃棄される際にも有毒物質等が流出する心配のない、地球環境に配慮したクリーンなエネルギーを電子機器の電力供給源とすることができる。
【００６２】
なお、上述の実施の形態に係る燃料電池用セパレータにおいては、図７（ｅ）に示すような配線を形成しているが、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような配線を形成するようにしてもよい。即ち、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により微細孔を穿孔し、次に、サンドブラスト法で貫通孔を形成し導電性部材を充填することにより、図１０（ａ）に示すような配線を形成するようにしてもよい。また、表面及び裏面からサンドブラスト法を施すことによって貫通孔を形成し導電性部材を充填することにより、図１０（ｂ）に示すような配線を形成するようにしてもよい。
【００６３】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池用セパレータにおいては、図３（ｂ）に示すような流路を形成しているが、セパレータの表面端部において隣接する流路が繋がっているようにしてもよい。即ち、図１１に示すように、セパレータの端部を除く部分において流路の各々が互いに平行な直線形状になっており、セパレータの端部において流路が隣接する流路と繋がっている、いわゆる一筆書き状の流路を形成するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述の実施の形態においては、ダイレクトメタノール型燃料電池を例としているが、上述の実施の形態に係る燃料電池用セパレータを用いてダイレクトメタノール型燃料電池以外の燃料電池を製造するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態に係るセパレータを用いた燃料電池セルの構成図。
【図２】実施の形態に係るセパレータの製造工程を説明する図。
【図３】実施の形態に係るセパレータの製造工程を説明する図。
【図４】実施の形態に係るセパレータを示す図。
【図５】実施の形態に係るセパレータを用いた燃料電池スタックを示す図。
【図６】実施の形態に係るセパレータにおける配線を説明する図。
【図７】実施の形態に係る配線の形成工程を説明する図。
【図８】実施の形態に係る燃料電池スタックの一例を示す図。
【図９】実施の形態に係る燃料電池セルの一例を示す図。
【図１０】実施の形態に係る配線の他の例を示す図。
【図１１】実施の形態に係るセパレータに形成される他の流路を説明する図。
【符号の説明】
【００６６】
１…電解質膜、２…燃料極、３…空気極、４、５…セパレータ、６…パッキン、７、８…流路（燃料／空気を供給する流路）、１０、１１…セル枠体、１２、１３…流路（反応／生成物を供給／排出する流路）、２０…基板、３０…セパレータ、３２…配線、３２ａ…貫通孔、３２ｂ…絶縁層、３２ｃ…導電性ペースト。
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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