(57)【要約】【課題】シール箇所が少ないため信頼性が高く、電極に供給される燃料及び空気等の原料の流路が簡易な構成で形成された燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】電解質膜の表裏面それぞれに複数の燃料極と空気極とが形成された燃料電池であって、燃料極及び空気極が電解質膜を挟んで対向するように配置されてセルが形成され、電解質膜の同一面内にある燃料極及び空気極は、それぞれ電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に配置され、燃料極は同一面内の空気極と導電性材料により電気的に接続され、電解質膜は、燃料極または空気極に供給される原料の流路が形成されるように、燃料極及び空気極が並んだ一定の方向に直交する方向に沿って折り曲げられている燃料電池である。【選択図】図１
2006128047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の表裏面それぞれに複数の燃料極と空気極とが形成された燃料電池であって、
前記燃料極及び空気極が前記電解質膜を挟んで対向するように配置されてセルが形成され、
前記電解質膜の同一面内にある燃料極及び空気極は、それぞれ前記電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に配置され、
前記燃料極は同一面内の空気極と導電性材料により電気的に接続され、
前記電解質膜は、前記燃料極及び前記空気極に供給される原料の少なくともいずれかの流路が形成されるように、前記燃料極及び空気極が並んだ一定の方向に直交する方向に沿って折り曲げられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記電解質膜の両端が互いに相反する方向に折り曲げられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池であって、
前記電解質膜が折り曲げられることにより、前記空気極が前記燃料極よりも外側に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池であって、
前記原料の流路内に、原料供給入り口の上流から下流に対して原料の供給量が均一になるように原料導入管が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池であって、
前記折り曲げられた部分に多孔質スペーサが挿入されて前記原料の流路が形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、多孔質絶縁体を対峙するセル間に挿入してロール状にされていることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
電解質膜の表裏面それぞれに複数の燃料極と空気極とが形成された燃料電池の製造方法であって、
前記燃料極及び空気極をそれぞれ前記電解質膜の同一面内で前記電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に、かつ、前記電解質膜を挟んで対向するように配置してセルを形成する工程と、
前記燃料極を同一面内の空気極と導電性材料により電気的に接続する工程と、
前記電解質膜を、前記燃料極及び空気極が並んだ一定の方向に直交する方向に沿って、前記燃料極及び空気極の少なくともいずれかに供給される原料ガスの流路が形成されるように折り曲げる工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等の酸化性ガスと水素等の還元性ガス（燃料ガス）等とを原料として発電する燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。
【０００３】
この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等により、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
燃料電池としてこれまで様々な構成のものが提案されているが、省スペース等の観点から平面型燃料電池が知られている。例えば、特許文献１には、電解質膜を挟んで空気極と燃料極を対峙させた複数個の単セルを、同じ極が同じ面に並ぶように平面に並べ、互いに隣接する一方の単セルの燃料極の背面と他方の単セルの空気極の背面とを導電性のＺ字状接続板で電気的に接続することにより各単セルを直列接続すると共に、Ｚ字状接続板の燃料極および空気極に対峙する部分にそれぞれ貫通孔を設け、各極の背面からＺ字状接続板の貫通孔を介してそれぞれ燃料および空気を供給するように構成した平面型燃料電池が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電解質膜（プロトン導電体膜）の両面の各々に燃料極と空気極とを交互に設け、同一面上の燃料極と空気極とを１個ずつ接続部で電気的に直列に接続して構成した燃料電池が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、燃料電池セル部を燃料極と、それに接して形成された電解質膜と、さらに電解質膜上に接して形成された空気極とからなる三層構造のシートで構成し、放熱面積を小さくして燃料電池セル部の温度を高温に保つために、その三層構造のシートを二つ折りにしてセルとする燃料電池及びその製造方法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５６８５５号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４００３号公報
【特許文献３】特開２００４−１１１３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された平面型燃料電池は、各セルを接続するＺ字状接続板が電解質膜を分断するように設けられているので、気密性を確保するために、直列に接続されたすべてのセルについて各セルの全周をシール材にて個別にシールする必要があり、作業効率が悪い。また、シール箇所が多いため、信頼性に欠ける。
【０００９】
また、特許文献２に記載された燃料電池は、電解質膜のプロトン伝導性を残す部分にマスクをして絶縁性の合成樹脂等を含浸させて絶縁部を形成する必要がある。さらに、燃料流路及び空気流路を形成するために、波板状のセパレータを使用する必要があり、工程数が増えることによるコストの増大等につながる。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載された燃料電池は、直接メタノール型燃料電池であり、三層構造のシートを折り畳んだ構造の内側に形成された燃料極に液体燃料（メタノール）が毛細管現象を用いて供給されるが、燃料流路が確保されていないため、燃料がガスの場合には燃料極に安定して燃料を供給することが困難である。
【００１１】
本発明は、シール箇所が少ないため信頼性が高く、電極に供給される燃料及び空気等の原料の流路が簡易な構成で形成された燃料電池及びその製造方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電解質膜の表裏面それぞれに複数の燃料極と空気極とが形成された燃料電池であって、前記燃料極及び空気極が前記電解質膜を挟んで対向するように配置されてセルが形成され、前記電解質膜の同一面内にある燃料極及び空気極は、それぞれ前記電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に配置され、前記燃料極は同一面内の空気極と導電性材料により電気的に接続され、前記電解質膜は、前記燃料極及び前記空気極に供給される原料の少なくともいずれかの流路が形成されるように、前記燃料極及び空気極が並んだ一定の方向に直交する方向に沿って折り曲げられている。
【００１３】
また、前記燃料電池において、前記電解質膜の両端が互いに相反する方向に折り曲げられていることが好ましい。
【００１４】
また、前記燃料電池において、前記電解質膜が折り曲げられることにより、前記空気極が前記燃料極よりも外側に配置されることが好ましい。
【００１５】
また、前記燃料電池において、前記原料の流路内に、原料供給入り口の上流から下流に対して原料の供給量が均一になるように原料導入管が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、前記燃料電池において、前記折り曲げられた部分に多孔質スペーサが挿入されて前記原料の流路が形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記燃料電池において、前記燃料電池は、多孔質絶縁体を対峙するセル間に挿入してロール状にされていることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明は、電解質膜の表裏面それぞれに複数の燃料極と空気極とが形成された燃料電池の製造方法であって、前記燃料極及び空気極をそれぞれ前記電解質膜の同一面内で前記電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に、かつ、前記電解質膜を挟んで対向するように配置してセルを形成する工程と、前記燃料極を同一面内の空気極と導電性材料により電気的に接続する工程と、前記電解質膜を、前記燃料極及び空気極が並んだ一定の方向に直交する方向に沿って、前記燃料極及び空気極の少なくともいずれかに供給される原料ガスの流路が形成されるように折り曲げる工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明において、電解質膜の表裏面それぞれに燃料極及び空気極が電解質膜を挟んで対向するように配置してセルを形成し、同一面内にある燃料極及び空気極を電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に配置し、それらを面内で電気的に接続するように導電性膜を設け、さらに原料の流路が形成されるように電解質膜を折り曲げることにより、シール箇所が少ないため信頼性が高く、電極に供給される燃料及び空気等の原料の流路が簡易な構成で形成された燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池１の構成及び製造方法を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１に本発明の実施形態に係る燃料電池１の構成の一例を示す。燃料電池１は、電解質膜１０、燃料極（−触媒層）１２、空気極（＋触媒層）１４、導電性膜１８、原料流路２０、シール部２２等により構成される。また、燃料電池１を構成する前の前駆体３の形状を図２に示す。また図２のＡの方向から見た図を図３（ａ）及びＢの方向から見た図を図３（ｂ）に示す。
【００２２】
まず、燃料電池１を構成する前の前駆体３の構成について説明する。図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、電解質膜１０の表面には燃料極１２ｘ１〜１２ｘｎと空気極１４ｙ１〜１４ｙｎとが形成されている。また、電解質膜１０の裏面には空気極１４ｘ１〜１４ｘｎが表面の燃料極１２ｘ１〜１２ｘｎと電解質膜１０を挟んでそれぞれ対向するように配置され、セル１６ｘ１〜１６ｘｎが形成されている。また、同様に電解質膜１０の裏面には燃料極１２ｙ１〜１２ｙｎが表面の空気極１４ｙ１〜１４ｙｎと電解質膜１０を挟んでそれぞれ対向するように配置されセル１６ｙ１〜１６ｙｎが形成されている。なお、ここでｎは自然数を表す。また、電解質膜１０を挟んで対向する燃料極１２及び空気極１４の位置は完全に重なっていなくてもよく、セルを形成することが可能であれば多少ずれていてもよい。
【００２３】
また、電解質膜１０の表面にある燃料極１２ｘ１〜１２ｘｎは、電解質膜１０の長手方向に同じ極が隣り合うようにして一定の間隔を置いて配置され、空気極１４ｙ１〜１４ｙｎは、電解質膜１０の長手方向に同じ極が隣り合うようにして一定の間隔を置いて、燃料極１２ｘ１〜１２ｘｎと一定の間隔を置いて並列に配置されている。これに伴い、電解質膜１０の裏面にある燃料極１２ｙ１〜１２ｙｎは、電解質膜１０の長手方向に同じ極が隣り合うようにして一定の間隔を置いて配置され、空気極１４ｘ１〜１４ｘｎは、電解質膜１０の長手方向に同じ極が隣り合うようにして一定の間隔を置いて、燃料極１２ｙ１〜１２ｙｎと一定の間隔を置いて並列に配置されている。つまり、セル１６ｘ１〜１６ｘｎと、セル１６ｙ１〜１６ｙｎとは、電解質膜１０の長手方向に並列に配置されている。
【００２４】
なお、電解質膜１０の面内でのセル１６の配置方法としては特に制限はないが、セル１６の設置数を多くするために、セル１６ｘ１〜１６ｘｎとセル１６ｙ１〜１６ｙｎとは、図２のように電解質膜１０の長手方向に一定間隔ずつずらして、好ましくは燃料極１２及び空気極１４の電解質膜１０長手方向の長さＬの１／２以下程度ずつずらして配置されることが好ましい。
【００２５】
また、電解質膜１０の燃料極１２は同一面内に並列に配置されている空気極１４のうち近接する１つと導電性材料により電気的に接続されている。図２において、電解質膜１０の表面では燃料極１２ｘ１と空気極１４ｙ１とが、燃料極１２ｘ２と空気極１４ｙ２とが、燃料極１２ｘ３と空気極１４ｙ３とが、燃料極１２ｘｎと空気極１４ｙｎとが、導電性膜１８をそれらの上方に形成することにより電気的に接続されている。また、電解質膜１０の裏面では燃料極１２ｙ２と空気極１４ｘ１とが、燃料極１２ｙ３と空気極１４ｘ２とが、燃料極１２ｙ４と空気極１４ｘ３とが、燃料極１２ｙｎと空気極１４ｙ（ｎ−１）とが、導電性膜１８をそれらの上方に形成することにより電気的に接続されている。つまり、セル１６ｙ１とセル１６ｘ１とが、さらにセル１６ｘ１とセル１６ｙ２とが順に直列に接続され、セル１６ｙ１〜セル１６ｘｎが電解質膜１０を分断することなく直列に電気的に接続されていることになる。このようにして、前駆体３が形成される。
【００２６】
ここで、電解質膜１０としては、プロトン（Ｈ+）や酸素イオン（Ｏ2-）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、固体高分子電解質膜、安定化ジルコニア膜等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質膜が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質膜を使用することができる。電解質膜１０の膜厚は例えば、１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３０μｍ〜５０μｍの範囲である。
【００２７】
燃料極１２としては、例えば、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒が用いられる。燃料極１２の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００２８】
空気極１４としては、例えば、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒が用いられる。空気極１４の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００２９】
燃料極１２及び空気極１４は、例えば、超音波分散法、沈降法、スプレー法、印刷法、転写法等により電解質膜１０上に形成することができる。また必要に応じて、燃料極１２及び空気極１４を電解質膜１０上に形成した後、加熱、圧着して、燃料極１２及び空気極１４と電解質膜１０との接合面を強固にしてもよい。
【００３０】
導電性膜１８としては、導電性の高い材料であれば特に制限はないが、燃料及び空気等の原料が透過し易いように多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。導電性膜１８の膜厚は例えば、１００μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜６００μｍの範囲である。
【００３１】
また、本実施形態に係る燃料電池１においては、電流は導電性膜１８の面方向に流れていくため、導電性膜１８の抵抗値が低い方が好ましい。そのため、導電性膜１８を構成する導電性材料として、カーボンナノチューブを含有することが好ましい。導電性膜１８として、例えば、カーボンナノチューブを混合したカーボンクロスを使用することができる。
【００３２】
次に、前駆体３から燃料電池１を形成する方法について説明する。図４に示すように、電解質膜１０を、燃料極１２及び空気極１４が並んだ一定の方向（ここでは電解質膜１０の長手方向）に直交する方向（ここでは電解質膜１０の短手方向）に沿って折り曲げる。このとき、燃料極１２に供給される燃料及び空気極１４に供給される空気の少なくともいずれかの原料流路２０が袋状に形成されるように電解質膜１０を折り曲げるが、電解質膜１０は、図４のように電解質膜１０の短手方向の両端が互いに相反する方向に折り曲げられることが好ましい。図４では、電解質膜１０は、燃料極１２を内側に、空気極１４を外側にして、電解質膜１０の短手方向の両端が互いに相反する方向にＳ字型（または逆Ｓ字型）に折り曲げられて、燃料極１２に供給される燃料の流路２０が袋状に２つ形成されている。なお、空気極１４を内側に、燃料極１２を外側にして、電解質膜１０の短手方向の両端が互いに相反する方向にＳ字型（または逆Ｓ字型）に折り曲げられ、空気極１４に供給される空気等の流路２０が袋状に形成されてもよい。空気極１４は大気中で使用されることが多いこと、原料として水素ガス及び空気を使用する場合に空気より水素の拡散性が高いこと、空気極１４において水が生成するため排水する必要があること等を考慮すると、燃料極１２を内側に、空気極１４を外側にして電解質膜１０が折り曲げられることが好ましい。
【００３３】
電解質膜１０を折り曲げた後、電解質膜１０の短手方向の両端を、電解質膜１０の長手方向に沿ってシール材等によりシールし、シール部２２を形成する。本実施形態に係る燃料電池１は、図４に示すようにシール材等により電解質膜１０の長手方向に沿って２ヶ所をシールすれば、十分に気密性を保つことができる。また、導電性膜１８として、カーボンクロス等の多孔質導電体を使用する場合は、図８に示すように、導電性膜１８のシール部２２を横切る部分を、シール材等によりシール部２３を形成することで、気密性をより確保することができる。
【００３４】
シール材としては、絶縁性及び気密性が高い材料であれば特に制限はないが、例えば、シリコン系ゴム、フッ素系ゴム、及び各種樹脂系接着剤等を使用することができる。
【００３５】
このように、前駆体３を本実施形態のように折り曲げるだけで、原料流路２０を袋状に形成した、図５のようなシート状の燃料電池とすることができる。ここで、図５は図４においてＣの方向から見た図である。そして、原料通路２０の一方の開口部を原料導入口２４とし、原料通路２０に原料を供給することができる。また、反対側の一方の開口部に原料排出口２６を設けることができる。
【００３６】
燃料極１２側に供給する原料としては、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等が挙げられる。空気極１４側に供給する原料としては、酸素や空気等の酸化性ガス等が挙げられる。図４のように、燃料極１２が内側に空気極１４が外側になるように燃料電池１を構成した場合は、原料導入口２４から水素ガス等を導入し、原料通路２０を通して各燃料極１２に水素ガス等を供給すればよい。逆に、燃料極１２が外側に空気極１４が内側になるように燃料電池１を構成した場合は、原料導入口２４から空気等を導入し、原料通路２０を通して各空気極１４に空気等を供給すればよい。
【００３７】
直列に接続したセル１６の一端の燃料極１２または空気極１４（図１及び図２では、燃料極１２ｙ１）、及びもう一端の空気極１４または燃料極１２（図１及び図２では、空気極１４ｘｎ）より外部負荷に接続する外部端子３２を設ける。これにより、燃料電池１に例えば、水素ガス等の燃料を供給して空気中で運転すれば、外部端子３２より電気を取り出すことができる。
【００３８】
例えば、燃料極１２の供給する原料を水素ガス、空気極１４に供給する原料を空気とした場合、燃料極１２において、
２Ｈ2  →  ４Ｈ+＋４ｅ-
で示される反応式を経て、水素ガス（Ｈ2）から水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とが発生する。電子（ｅ-）は外部端子３２から外部回路を通じて空気極１４に到達する。空気極１４において、供給される空気中の酸素（Ｏ2）と、電解質膜１０を通過した水素イオン（Ｈ+）と、外部回路を通じて空気極１４に到達した電子（ｅ-）により、
４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ-  →  ２Ｈ2Ｏ
で示される反応式を経て、水が生成する。このように燃料極１２及び空気極１４において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００３９】
なお、本実施形態において、セル１６ｘ１〜１６ｘｎと、セル１６ｙ１〜１６ｙｎとを、電解質膜１０の長手方向に並列に各１列、合計２列配置した例について説明したが、図６のように、電解質膜１０の長手方向に並列に各１列配置し、必要に応じて間隔を置いて、さらに並列にもう各１列、合計４列配置し、図７のようにＳ字状（または逆Ｓ字状）に２回折り曲げてもよい。この場合、Ｓ字状（または、逆Ｓ字状）に折り曲げた後、燃料極１２及び空気極１４の形成されていない部分で折り返して、さらに逆Ｓ字状（または、Ｓ字状）に折り曲げる。また、電解質膜１０の長手方向に並列に各１列、合計２列配置した構造を繰り返して、Ｓ字状（または逆Ｓ字状）に３回以上折り曲げてもよい。
【００４０】
燃料電池１の長手方向が長いために原料通路２０が長いときに原料を供給する場合、原料導入口２４付近の原料濃度に比べて原料排出口２６付近の原料濃度が低くなり、各電極の発電量に差が生じないようにするために、図８のように原料流路２０内に原料導入管２８を設けることが好ましい。例えば、原料導入管２８の側面に原料噴出し口を多数設け、原料噴出し口の数を原料導入口２４の上流から下流にかけて多くしたり、原料噴出し口の大きさを原料導入口２４の上流から下流にかけて大きくする、原料噴出し口をオリフィスとして形状を原料導入口２４の上流から下流にかけて変える等により、原料導入口２４の上流から下流に対して水素ガス、空気等の原料の供給量を均一にして、各電極の発電量の差を小さくすることができる。
【００４１】
原料導入管２８としては、水素ガス、空気等の原料に侵されないように耐食性があればよく特に制限されないが、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリプロピレン等の樹脂等の管を使用することができる。また、原料導入管２８としては、燃料電池１の柔軟性を損なわないように軟質樹脂の管を使用することが好ましい。原料導入管２８は、原料導入口２４から原料流路２０に沿って適当な長さが挿入されていればよい。原料導入管２８の設置方法としては、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成した後に原料導入管２８を挿入してもよいし、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成するときに原料導入管２８をいっしょに巻き込んで設置してもよい。
【００４２】
また、原料通路２０内に確実に燃料が通る空間を確保するために、図８のように原料通路２０内に多孔質スペーサ３０を挿入することが好ましい。多孔質スペーサ３０としては、水素ガス、空気等の原料に侵されないように耐食性があればよく特に制限されないが、例えば、ＰＴＦＥ、ポリウレタン、ポリプロピレン等の樹脂製等の網等を用いることができる。また、多孔質スペーサ３０としては、燃料電池１の柔軟性を損なわないように軟質樹脂の網を使用することが好ましい。多孔質スペーサ３０の設置方法としては、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成した後に多孔質スペーサ３０を挿入してもよいし、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成するときに多孔質スペーサ３０をいっしょに巻き込んで設置してもよい。また、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成するときに原料導入管２８と多孔質スペーサ３０とをいっしょに巻き込んで設置してもよい。
【００４３】
原料導入管２８及び多孔質スペーサ３０は、前駆体３を折り曲げて原料通路２０を形成するときに、電解質膜１０上の燃料極１２、空気極１４及び導電性膜１８が形成されていない部分に接着剤等により固定することができる。
【００４４】
具体的な燃料電池１の製造例は、以下の通りである。短手方向の長さが５００ｍｍ〜６００ｍｍで厚さ３０μｍ〜５０μｍのパーフルオロスルホン酸系固体高分子の電解質膜１０の表裏面に、燃料極１２及び空気極１４を大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ、膜厚５μｍで電解質膜１０を挟んで対向するように、電解質膜１０の長手方向に燃料極１２同士、空気極１４同士が隣り合うように各１列を並列に配置してセル１６を形成する。燃料極１２には、ＰｔをＲｕとともにカーボンブラックに担持した触媒、空気極１４には、Ｐｔをカーボンブラックに担持した触媒をそれぞれ使用する。形成するセル１６の数（上記ｎ）は取り出す所望の電力に応じて決めればよい。また、形成するセル１６の数に応じて、電解質膜１０の長手方向の長さを決めればよい。次に、各セル１６が電気的に直列に接続されるように、膜厚０．５ｍｍのカーボンクロスを使用して導電性膜１８を形成して、各燃料極１２及び空気極１４を接続し、前駆体３を作製する。次に、前駆体３を、燃料極１２を内側に、空気極１４を外側にして、外径４ｍｍ〜６ｍｍのポリウレタン製の原料導入管２８（複数の原料噴出し口が管側面に設けられている）、ポリウレタン製の多孔質スペーサ３０を巻き込みながら、電解質膜１０の短手方向の両端が互いに相反する方向にＳ字型に折り曲げて、シール材によりシールをして流路２０を２つ形成する。直列に接続した一端の燃料極１２及びもう一端の空気極１４に、外部端子３２を設け、燃料電池１とする。
【００４５】
本実施形態に係る燃料電池は、そのまま薄型のシート状の燃料電池として使用してもよいが、柔軟性があるのでその薄型シートを２回以上折り畳んだシート状の燃料電池としてもよい。また、図９に示すように、その薄型シートを巻いてロール状の燃料電池としてもよい。ロール状の燃料電池は円筒形等のカセットケース３６に収納してもよい。そのカセットをさらに直列または並列に接続して使用してもよい。カセット状のケースに収納することにより取り扱いが便利になる。また、図７のようなＳ字状に２回以上折り畳んだシート状の燃料電池をロール状にした場合には、Ｓ字状に１回折り畳んだシート状の燃料電池をロール状にした場合に比べてロールの巻き数を少なくすることができる。
【００４６】
シート状の燃料電池を折り畳んで使用する場合、またはシート状の燃料電池をロール状として使用する場合には、図９のように、多孔質絶縁材３４を対峙するセル１６間に挿入することが好ましい。これにより、水素ガス、空気等の原料ガス等の通過スペースを確保し対峙するセル１６間の短絡を防止することができる。多孔質絶縁材３４は、電解質膜１０の一面を覆うように設けてもよいし、導電性膜１８による各接続部を覆うように設けてもよい。また、多孔質絶縁材３４は、電解質膜１０上の燃料極１２、空気極１４及び導電性膜１８が形成されていない部分に接着剤等により固定してもよい。
【００４７】
多孔質絶縁材３４としては、水素ガス、空気等の原料に侵されないように耐食性があればよく特に制限されないが、例えば、ＰＴＦＥ、ポリウレタン、ポリプロピレン等の樹脂製等の網等を用いることができる。また、多孔質絶縁材３４としては、燃料電池１の柔軟性を損なわないように軟質樹脂の網を使用することが好ましい。
【００４８】
本実施形態に係る燃料電池は、構造がシンプルで小型化、軽量化、薄型化が可能なため、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源；自動車用電源等として用いることができる。また、本実施形態に係る燃料電池を自動車用電源として用いる場合、例えば、自動車の屋根部分や床下部分等のスペースが限られている場所に設置することができる。
【００４９】
このように、本実施形態において、電解質膜の表裏面それぞれに燃料極及び空気極が電解質膜を挟んで対向するように配置してセルを形成し、同一面内にある燃料極及び空気極を電解質膜の一定の方向に同じ極が隣り合うようにして並列に配置し、それらを面内で電気的に接続するように導電性膜を設け、さらに原料の流路が形成されるように電解質膜を折り曲げることにより、シール箇所が少ないため信頼性が高く、電極に供給される燃料及び空気等の原料の流路が簡易な構成で形成され、小型化、軽量化、薄型化が可能な燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池の前駆体の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池の前駆体の構成の一例を別角度から見た図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池の製造方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るシート状燃料電池の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃料電池の前駆体の構成の別の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料電池の前駆体の製造方法の別の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る燃料電池の別の構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るロール状燃料電池の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  燃料電池、１０  電解質膜、１２  燃料極（−触媒層）、１４  空気極（＋触媒層）、１６  セル、１８  導電性膜、２０  原料流路、２２，２３  シール部、２４  原料導入口、２６  原料排出口、２８  原料導入管、３０  多孔質スペーサ、３２  外部端子、３４  多孔質絶縁材、３６  カセットケース。
【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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