(57)【要約】【課題】筒状の燃料電池において、筒内部の電極の損傷を抑制して、集電体を容易に形成することができる筒燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】筒状の燃料電池であって、筒状の電解質膜と、電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、電解質膜の内外面のもう一方の面に設けられた空気極と、を有する筒状の接合体と、筒状の接合体を収納する収納部と、筒状の接合体の内側及び外側に導電性ビーズが充填されて形成された集電体と、を有する燃料電池である。【選択図】図１
2006216281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の燃料電池であって、
筒状の電解質膜と、前記電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の内外面のもう一方の面に設けられた空気極と、を有する筒状の接合体と、
前記筒状の接合体を収納する収納部と、
前記筒状の接合体の内側及び外側に導電性ビーズが充填されて形成された集電体と、
を有す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、
前記導電性ビーズは、前記筒状の接合体の長軸方向に沿って平均粒径が段階的に変わることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
筒状の燃料電池の製造方法であって、
筒状の電解質膜と、前記電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の内外面のもう一方の面に前記燃料極と対向するように設けられた空気極と、を有する接合体の内側及び外側に導電性ビーズを充填して集電体を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電性ビーズに振動を加えながら充填することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電性ビーズを充填した後に導電性ビーズを押圧することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電性ビーズを、前記筒状の接合体の長軸方向に沿って平均粒径が段階的に変わるように充填する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、燃料電池、特に筒状の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。燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設け、これらを原料供給用の通路を設けたセパレータで挟んで電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。
【０００３】
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極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。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】
このような燃料電池として、チューブ状（円筒型）の燃料電池が知られている。チューブ状の燃料電池は、平面型の燃料電池に比べて小型化が容易であるという特徴を有する。例えば、特許文献１には、チューブ状の高分子電解質膜の内外面の一方の面に燃料極を、もう一方の面に空気極を設け、燃料極、空気極の一方あるいは両方に触媒を担持した炭素繊維を配置したチューブ状の燃料電池が、記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、チューブ状の高分子電解質膜の内外面の一方の面に燃料極を、もう一方の面に空気極を設け、チューブの内側に燃料改質機能を持つ導電性フェルトの第１層を内張りし、第１層の内側に拡張力によって第１層をチューブの内周面に密着するように押し付けるコイル状弾性支持材を挿入し、コイル状弾性支持材の内側に燃料改質機能を持つ導電性フェルトの第２層を内張りし、第２層の内側に燃料供給用導電性チューブを挿入してなるチューブ状の燃料電池が記載されている。特許文献２においては、集電体の役割を果たす拡散層として導電性フェルト及びコイル状弾性支持材を使用することにより、電極を損傷することなく、電極に密着させて内側に拡散層を詰め込むことができるとしている。
【０００６】
一方、特許文献３，４には、固体高分子型燃料電池における集電体として、球状チタン粉末を焼結し、表面を平滑化した多孔質導電板を使用することが記載されている。これにより、隣接する電極の損傷を抑制できるとしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９７３７２号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１３１３号公報
【特許文献３】特開２００４−６８１１２号公報
【特許文献４】特開２００４−７１４５６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に記載されたチューブ状燃料電池では、集電体として炭素繊維をチューブ中に挿入する必要があり、チューブ内部の電極を傷つけてしまう。
【０００９】
また、特許文献２に記載されたチューブ状の燃料電池では、コイル状弾性支持材を使用しているとはいえ、集電体である導電性フェルトを電極が損傷しない程度の力でソフトに詰め込むことが必要であり、電極を損傷してしまう可能性がある。また、１層目の導電性フェルトを詰め込んだ後、コイル状弾性支持材を挿入して２層目の導電性フェルトを詰め込む必要があり、工程が複雑となる。
【００１０】
さらに、特許文献３，４に記載されている多孔質導電板は、フレキシビリティ性に欠け、チューブ状の燃料電池の内部に挿入して集電体として使用することは困難である。
【００１１】
本発明は、筒状の電解質膜と、電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、電解質膜の内外面のもう一方の面に燃料極と対向するように設けられた空気極と、を有する筒状の接合体を有する筒状の燃料電池において、筒内部の電極の損傷を抑制して、集電体を容易に形成することができる筒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、筒状の燃料電池であって、筒状の電解質膜と、前記電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の内外面のもう一方の面に設けられた空気極と、を有する筒状の接合体と、前記筒状の接合体を収納する収納部と、前記筒状の接合体の内側及び外側に導電性ビーズが充填されて形成された集電体と、を有する。
【００１３】
また、前記燃料電池において、前記導電性ビーズは、前記筒状の接合体の長軸方向に沿って平均粒径が段階的に変わることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、筒状の燃料電池の製造方法であって、筒状の電解質膜と、前記電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の内外面のもう一方の面に前記燃料極と対向するように設けられた空気極と、を有する接合体の内側及び外側に導電性ビーズを充填して集電体を形成する。
【００１５】
また、前記燃料電池の製造方法において、前記導電性ビーズに振動を加えながら充填することが好ましい。
【００１６】
また、前記燃料電池の製造方法において、前記導電性ビーズを充填した後に導電性ビーズを押圧することが好ましい。
【００１７】
また、前記燃料電池の製造方法において、前記導電性ビーズを、前記筒状の接合体の長軸方向に沿って平均粒径が段階的に変わるように充填することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、筒状の電解質膜と、電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、電解質膜の内外面のもう一方の面に燃料極と対向するように設けられた空気極と、を有する筒状の接合体を有する筒状の燃料電池において、筒状の接合体の内側及び外側に導電性ビーズを充填することにより、筒内部の電極の損傷を抑制して、集電体を容易に形成することができる燃料電池及び燃料電池の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池について説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る燃料電池は、筒状の電解質膜と、電解質膜の内外面の一方の面に設けられた燃料極と、電解質膜の内外面のもう一方の面に設けられた空気極と、を有する筒状の接合体と、筒状の接合体を収納する収納部と、筒状の接合体の内側及び外側に導電性ビーズが充填されて形成された集電体と、を有する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る燃料電池１の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。燃料電池１は、電解質膜１０、燃料極（アノード触媒層）１２、空気極（カソード触媒層）１４、集電体１６ａ，１６ｂ、収納部１８により構成される。
【００２２】
燃料電池１において、円筒状の電解質膜１０の内面に燃料極１２が設けられ、電解質膜１０の外面に空気極１４が設けられ、円筒状の接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）２０が形成されている。円筒状の接合体２０は、収納部１８に収納され、接合体２０の内側及び外側の空間に導電性ビーズが充填されて集電体１６ａ及び１６ｂが形成されている。なお、接合体２０において、円筒状の電解質膜１０の外面に燃料極１２が設けられ、電解質膜１０の内面に空気極１４が設けられてもよいが、通常は円筒状の電解質膜１０の外面に空気極１４が設けられ、電解質膜１０の内面に燃料極１２が設けられる。
【００２３】
このような燃料電池１において、接合体２０の内側に形成された集電体１６ａと接合体２０の外側に形成された集電体１６ｂとを外部回路に電気的に接続し、接合体２０の内側及び外側に原料を供給して運転すれば、電池として機能させることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
燃料極１２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をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。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。
【００２６】
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をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。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。
【００２７】
電解質膜１０、燃料極１２、空気極１４を備える接合体２０は、筒状であればよく、例えば、円筒状；三角筒、四角筒、五角筒、六角筒等の多角筒状；楕円筒状等いずれの形状であってもよいが、通常は円筒状である。なお、ここで本明細書において、「筒状」とは、中空体の他にも中実体を含む。
【００２８】
図１における燃料電池１のＡ−Ａ’断面の拡大図を図２に示す。図２のように、集電体１６は導電性ビーズ２２を含んで構成されている。導電性ビーズ２２としては、金または白金等の金属で表面をコーティングしたカーボンまたはチタン等の金属被覆粒子や、金、白金等の金属粒子等が挙げられる。
【００２９】
導電性ビーズ２２の形状は、特に制限はないが、均一に充填するためには、球形または楕円形であることが好ましく、最密に充填するために球形であることがより好ましい。
【００３０】
導電性ビーズ２２の平均粒径は、１０μｍ〜５００μｍの範囲であることが好ましく、５０μｍ〜２００μｍの範囲であることがより好ましい。１０μｍより小さい粒径であると充填密度が高くなり、原料の供給効率が低減する場合がある。また５００μｍより大きい粒径であると充填密度が低くなり、接合体２０との接触面積が低下し、集電効率が低下する場合がある。
【００３１】
ここで、「平均粒径」は、まず顕微鏡画像上の１００個の粒径を測定し、その平均値とする。また、楕円形粒子の場合には、導電性ビーズ２２の平均粒径は、粒子を顕微鏡で観察した場合の顕微鏡画像上の粒子の長径（粒子の輪郭線上の任意の２点間の最大値）のことをいう。
【００３２】
また、「球状」とは、以下の方法により求められる円形度ＳＦによって表される。円形度は、粒子を顕微鏡で観察した場合の粒子の投影面積と同一の円相当径から求めた円の周囲長Ｌを、粒子の投影像の周囲長Ｄで割った値（ＳＦ＝Ｌ／Ｄ）として定義され、真球の場合にはＳＦ＝１となり、楕円形になると１より小さい値となる。本実施形態における導電性ビーズ２２は、円形度Ｆの平均が０．９〜１．０の範囲の「球状」のものであることが好ましい。この円形度Ｆは、顕微鏡画像に基づき画像解析等により求めることができる。
【００３３】
集電体は、接合体における発電時に電子を通すための電子伝導性とともに、原料ガス等の原料の供給路としてガス拡散性等の拡散性が必要とされる。本実施形態に係る集電体１６は、導電性ビーズ２２が接合体２０に接触するように充填されているために、電子伝導性を有し、導電性ビーズ２２を充填して押圧された後の空隙部により拡散性を併せ持つ。
【００３４】
図１の収納部１８は、接合体２０全体を収納することができる有底の形状のものであれば特に制限はなく、例えば、有底の円筒状；三角筒、四角筒、五角筒、六角筒等の多角筒状；楕円筒状等いずれの形状であってもよいが、通常は円筒状である。収納部１８の材質としては、ポリエーテルイミド等の樹脂、チタン等の金属等が挙げられ、例えば、金属メッシュ（材質：チタン）を用いることができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る燃料電池の製造方法について、図３を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、テフロン（登録商標）等の離型性のよい樹脂の棒、テフロン（登録商標）等の離型性のよい樹脂でコーティングした金属の棒等の円柱状等の支持体２４上に、例えば、スプレー法、浸漬法等の塗布方法により、燃料極の膜を形成する。スプレー法では、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂をメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒等に溶解させた溶液に燃料極用の触媒粉末を分散させたペースト２６を、支持体２４上に噴霧して所望の厚さの膜を形成した後、乾燥させる。また、浸漬法では、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂をメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒等に溶解させた溶液に燃料極１２用の触媒粉末を分散させたペースト２６中に、支持体２４を浸漬し引き上げて（図３（ａ））所望の厚さの膜を形成した後、乾燥させる。
【００３７】
なお、支持体２４の形状は、製造する筒状の接合体２０の形状に応じて選択すればよい。また、乾燥温度は使用する溶媒の沸点等に応じて、触媒、電解質膜等の変質等がないような温度とすればよく、例えば、上記メタノール、エタノール、イソプロパノール等を使用した場合、８０〜１００℃とする。
【００３８】
次に、同じようにして、燃料極の膜が形成された支持体２４上に、固体高分子電解質等を上記溶媒に溶解させたペースト２６を使用して、電解質膜を形成する。さらに次に、同じようにして、燃料極及び電解質膜の膜が形成された支持体２４上に、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂を上記アルコール系溶媒等に溶解させた溶液に空気極用の触媒粉末を分散させたペースト２６を使用して、空気極の膜を形成し、接合体２０とする。
【００３９】
このように形成した接合体２０は、支持体２４から取り出され（図３（ｂ））、電解質膜の内面に燃料極、外面に空気極が形成された、円筒状の接合体２０が得られる。
【００４０】
次に、このように得られた円筒状の接合体２０を、金属メッシュ等の有底円筒状の収納部１８に中心軸を合わせて収納する。その後、導電性ビーズ２２を、接合体２０の内側と、接合体２０の外側と収納部１８の内側との間と、に充填する（図３（ｃ））。なお、このとき、接合体２０の内側と、接合体２０の外側と収納部１８の内側との間と、に同時に充填してもよいし、別々に充填してもよい。導電性ビーズ２２は、接合体２０の表面の所定の部分に接触するように、所定量充填される。
【００４１】
また、導電性ビーズ２２を充填するときに、導電性ビーズ２２を最密に充填するために、収納部１８を振動させて導電性ビーズ２２に振動を加えながら充填することが好ましい。また、収納部１８の振動は、収納部１８及び接合体２０の中心軸方向に対して水平方向に振動するように行われることが好ましい。
【００４２】
導電性ビーズ２２を所定の量充填した後、最後に、収納部１８の外側からステンレスワイヤ等を用いて導電性ビーズ２２を押圧する（図３（ｄ））。押圧することにより、接合体２０の内部及び外部で導電性ビーズ２２が移動しないようにし、さらに接合体２０と導電性ビーズ２２の接触抵抗を下げることができる。また、導電性ビーズ２２の充填、押圧後に焼結を行い焼結体とすることなく、集電体として十分機能させることができる。焼結する必要がないので、接合体２０の焼結による劣化等を考慮する必要がない。
【００４３】
導電性ビーズ２２を押圧するときの圧力は、触媒層（燃料極１２及び空気極１４）が損傷しない程度、あるいは導電性ビーズ２２が破砕しない程度の圧力であれば特に制限はないが、例えば、ステンレスワイヤを使用して押圧する場合、１０ｋｇｆ／ｃｍ２〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力であることが好ましい。
【００４４】
このようにして製造した、図１に示す燃料電池１において、接合体２０の内側に形成された集電体１６ａと接合体２０の外側に形成された集電体１６ｂとを外部回路に電気的に接続し、接合体２０の内側及び外側に原料ガスを供給して運転すれば、電池として機能させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
燃料電池１において、例えば、燃料極１２に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て運転した場合、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−）は集電体１６ａから外部回路を通り、集電体１６ｂから空気極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。
【００４７】
燃料電池１の集電体１６を通して原料を供給するときに、特に原料がガスの場合、集電体１６の原料供給口と、集電体１６の原料出口とのガス圧力の差（圧損）が小さいときは、原料供給口から原料出口へのガスの流れ方向に沿って供給される原料ガスの濃度差ができてしまう場合があるが、その場合は、図４に示すように、筒状の接合体２０の長軸方向に沿って、すなわち原料ガスの流れ方向に沿って、導電性ビーズ２２の平均粒径が段階的に変わるように充填することが好ましい。例えば、集電体１６の原料供給口に近い部分の空隙を大きくし、集電体１６の原料出口に近い部分の空隙を小さくし、圧損を大きくすることにより、効率よく原料ガスを触媒層（燃料極１２及び空気極１４）に分配することができる。
【００４８】
この場合、集電体１６内部の原料ガスの圧力の状態に応じて、導電性ビーズ２２の平均粒径を筒状の接合体２０の長軸方向に沿って段階的に変わるように充填すればよく、２段階に変えてもよいし、３段階以上に変えてもよい。
【００４９】
例えば、集電体１６の原料供給口に近い部分の空隙を大きくし、集電体１６の原料出口に近い部分の空隙を小さくし、圧損を大きくするように、導電性ビーズ２２の平均粒径を３段階に変える場合、上記方法により、まず平均粒径が１番小さい導電性ビーズ２２を所定量充填し、次に２番目の平均粒径の導電性ビーズ２２を所定量充填し、次に平均粒径が１番大きい導電性ビーズ２２を所定量充填し、最後に収納部１８の外側から導電性ビーズ２２を押圧する。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池及び燃料電池の製造方法によって、筒状の接合体２０の内側及び外側に導電性ビーズ２２を充填することにより、筒内部の電極の損傷を抑制して、集電体を容易に形成することができる。また、従来、集電体である多孔質金属棒、金属ワイヤ等に直接、触媒層、電解質膜を上記ペースト等を使用して浸漬法、スプレー法等により形成する方法もあるが、多孔質金属棒、金属ワイヤ等の空孔内へペーストが滲み込み、均一な接合体を形成することが困難であった。しかし、本実施形態に係る燃料電池及び燃料電池の製造方法によって均一な接合体２０を形成した後に、導電性ビーズ２２を充填することにより、そのような問題を起こすことなく、集電体１６を容易に形成することができる。
【００５１】
また、従来のような多孔質金属、金属メッシュ、金属繊維布、導電性フェルトを集電体１６として使用した場合は、原料ガスの流れ方向に対して空隙率がほぼ一定であるために、上記圧力の状態を制御することは困難であったが、上記のように、充填する導電性ビーズ２２の粒径を段階的に変えて集電体１６を構成すれば、集電体１６の空隙率を任意に変えることができるため、容易に上記圧力の状態、すなわち原料の拡散性を制御することができ、効率よく原料ガスを触媒層に分配することができる。
【００５２】
本実施形態に係る燃料電池は、１つの筒状の燃料電池（単セル）を複数個集合させて、直列に接続することにより、必要とする電流、電圧を得ることができる。また、１つの筒状の燃料電池（単セル）を複数個集合させて、並列に接続してもよい。
【００５３】
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。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
＜接合体の作製＞
支持体として、円柱状のテフロン（登録商標）製の棒（直径１ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を使用して、浸漬法により燃料極、電解質膜、空気極の順番で成膜した。成膜には、燃料極用として、樹脂（ナフィオン、登録商標）の２−プロパノール溶液に、触媒として白金（Ｐｔ）をルテニウム（Ｒｕ）と共に担持したカーボンを分散させたペースト、電解質膜用として、パーフルオロスルホン酸系の固体高分子電解質（ナフィオン、登録商標）を２−プロパノールに溶解させたペースト、空気極用として、樹脂（ナフィオン、登録商標）の２−プロパノール溶液に、触媒として白金（Ｐｔ）を担持したカーボンを分散させたペーストをそれぞれ使用した。それぞれの成膜後には、オーブン中８０℃で６０分乾燥させた。形成した膜の膜厚は、燃料極１０μｍ、電解質膜４０μｍ、空気極１０μｍであった。このように形成した接合体は、テフロン棒から取り出され、電解質膜の内面に燃料極、外面に空気極が形成された円筒状の接合体が得られた。
【００５６】
＜導電性ビーズの充填＞
次に、このように得られた円筒状の接合体を、有底円筒状の金属メッシュ（材質ステンレス、直径２ｍｍ、高さ２００ｍｍ、メッシュ径２５μｍ）に中心軸を合わせて収納した。その後、球状の導電性ビーズ（材質チタン、平均粒径３０μｍ、円形度０．９９）を、接合体の内側と、接合体の外側と金属メッシュの内側との間と、に接合体の内面及び外面がほぼ埋まるようにそれぞれ充填した。
【００５７】
導電性ビーズを所定の量充填した後、最後に、金属メッシュの外側からステンレスワイヤを用いて導電性ビーズを押圧（圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ２）して、燃料電池セルを得た。燃料極及び空気極には損傷は見られなかった。接合体の内側に水素ガス、接合体の外側に空気を供給したが、集電体の原料供給口と、集電体の原料出口とのガス圧力の差（圧損）は１０ｋＰａであった。
【００５８】
（実施例２）
＜導電性ビーズの充填＞
実施例１で得た接合体を、有底円筒状の金属メッシュ（材質ステンレス、直径２ｍｍ、高さ２００ｍｍ、メッシュ径２５μｍ）に中心軸を合わせて収納した。その後、球状の導電性ビーズ（材質チタン、平均粒径３０μｍ、円形度０．９９）を、接合体の内側と、接合体の外側と金属メッシュの内側との間と、に金属メッシュの底面から５０ｍｍまでが埋まるようにそれぞれ充填した。次に、球状の導電性ビーズ（材質チタン、平均粒径１００μｍ、円形度０．９９）を、接合体の内側と、接合体の外側と金属メッシュの内側との間と、に金属メッシュの底面から１５０ｍｍまでが埋まるようにそれぞれ充填した。最後に、球状の導電性ビーズ（材質チタン、平均粒径１５０μｍ、円形度０．９９）を、接合体の内側と、接合体の外側と金属メッシュの内側との間と、に金属メッシュの底面から２００ｍｍまでが埋まるようにそれぞれ充填した。
【００５９】
導電性ビーズを所定の量充填した後、最後に、金属メッシュの外側からステンレスワイヤを用いて導電性ビーズを押圧（圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ２）して、導電性ビーズの平均粒径を３段階で変えた燃料電池セルを得た。燃料極及び空気極には損傷は見られなかった。接合体の内側に水素ガス、接合体の外側に空気を供給したが、集電体の原料供給口と、集電体の原料出口とのガス圧力の差（圧損）は２０ｋＰａであり、実施例１より大きくなっていた。
【００６０】
（比較例１）
＜導電性ビーズの充填＞
実施例１で得た接合体に、集電体として多孔質金属のワイヤ（材質：ステンレス）を、接合体の内側と、接合体の外側と金属メッシュの内側との間と、に挿入した。燃料極及び空気極に損傷が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【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一例の軸方向の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池の他の例の軸方向の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  燃料電池、１０  電解質膜、１２  燃料極（アノード触媒層）、１４  空気極（カソード触媒層）、１６  集電体、１８  収納部、２０  接合体、２２  導電性ビーズ、２４  支持体、２６  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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