(57)【要約】燃料電池（１）の電解質層（２）がフレーム（２１）と該フレーム内に保持された電解質（２２）とを有し、フレームとセパレータ（５、６）が接触した状態でフレームと各セパレータの一方の上に被着された金属材料（２７）にフレームまたはセパレータを通してレーザ光を照射し、フレームと各セパレータの他方と金属材料との共晶（２９）を形成することで電解質層とセパレータとを接合する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質層と、
前記電解質層を挟む一対の触媒電極層と、
前記一対の触媒電極層の外側に設けられ、各々対応する前記触媒電極層に向いた面に前記触媒電極層に接する燃料流体または酸化剤流体が通る凹部が形成された一対のセパレータとを有し、
前記電解質層がフレーム及び該フレーム内に保持された電解質を有し、
前記セパレータの各々は前記フレームに、前記セパレータと前記フレームの一方の周縁部に被着された金属材料と前記セパレータと前記フレームの他方とが共晶を形成することで接合されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記金属材料が前記フレームに被着され、前記セパレータと前記共晶を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記両セパレータと前記フレームとが共にシリコン基板からなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータと前記フレームの前記一方の少なくとも前記周縁部に窒化シリコン膜が形成されており、前記金属材料は前記窒化シリコン膜上に被着されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記金属材料が金、銅及びアルミニウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池のセパレータと電解質層の接合方法であって、前記電解質層はフレーム及び該フレーム内に保持された電解質を有し、当該方法は、
前記フレームと前記セパレータの一方の周縁部上に金属材料を被着する過程と、
前記フレームと前記セパレータとの間に前記金属材料を挟むようにして前記フレームと前記セパレータとを接触させた状態で前記フレームまたは前記セパレータを通して前記金属材料に放射エネルギーを照射し、前記フレームと前記セパレータの他方と前記金属材料の共晶を形成する過程とを有することを特徴とする接合方法。
【請求項７】
前記放射エネルギーがレーザ光であることを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記金属材料が前記フレームに被着され、前記セパレータと共晶を形成することを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項９】
前記セパレータと前記フレームが共にシリコン基板からなることを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記フレームと前記セパレータの前記一方の前記周縁部の表面に窒化シリコン膜を形成する過程を更に有し、前記金属材料は前記窒化シリコン膜上に被着されることを特徴とする請求項９に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記放射エネルギーがＣＯ２レーザ光であることを特徴とする請求項９に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記放射エネルギー照射過程が、前記フレームまたは前記セパレータを冷却する過程を含むことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び燃料電池の電解質層とセパレータの接合方法に関する。特にフレームに設けられた通孔内に電解質が保持された電解質層を有する燃料電池及びそのような燃料電池の電解質層とセパレータの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質層の両側に一対の触媒を担持した電極（触媒電極層という）を取り付け、一方の触媒電極層に水素やアルコール等の燃料流体、他方の触媒電極層に酸素や酸素を含む空気などの酸化剤流体を供給し、電気化学反応を起こさせて電気を発生させるものであり、電解質層に使用する電解質によって、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型などがある。
【０００３】
このうち、電解質にイオン導電膜を使用する固体高分子電解質型（ＳＰＥ型）燃料電池は、小型化が可能であり、作動温度が低く（１００℃以下）、発電効率が高いことから注目されている。電解質層を一対の触媒電極層で挟んだものを膜・電極アセンブリ（ＭＥＡ）と言うこともある。
【０００４】
このような燃料電池は、通常、ＭＥＡの両側に設けられた一対の拡散層と、拡散層の外側に設けられた一対のセパレータ（配流板ともいう）とを更に有する。セパレータは例えばシリコンからなる基板をエッチングして形成することができ、セパレータの拡散層に向いた面には燃料流体（例えば水素）及び酸化剤流体（例えば酸素）を流す流路を定める溝（凹部）が形成されている。拡散層は流体を触媒電極層上に均一に拡散させるとともに、触媒電極層に接触して触媒電極層の電位を外部の電極に伝達するためのものであり、通常、カーボンペーパー、カーボンクロス等の多孔質で導電性を有する材料からなる。触媒電極層と拡散層とを合わせて拡散電極と言うこともある。また流体が不所望に漏れ出るのを防止するべく、拡散層を周囲するようにシール材が電解質層とセパレータとの間に設けられる。燃料電池は、これら部品を積層した後、例えば、セパレータ外側に設けられるバッキングプレートなどを含む締結構造を用いて積層方向に締め付けて隣接する部品を密着させることで組み立てられる。セパレータと拡散層との間から不所望に流体が漏れ出たり、拡散層と触媒電極層の間の接触抵抗が大きくなったりするのを防止しつつ、燃料電池の各部品に不所望に大きい圧力が加わらないようにするため、外部から与える締め付け圧力を所望の値に保つことが望ましい。
【０００５】
電解質が固体高分子電解質（ＳＰＥ）からなる場合、ＳＰＥは含水することによりイオン導電膜として機能するが、含水すると体積が変化する。また温度によってもＳＰＥの体積は変化し得る。このようなＳＰＥの体積変化は運転時の燃料電池内部において応力を発生させる。そのため、外から加えられる締め付け圧力が大きい場合、圧力が高くなりすぎてシール材が破壊されるなどの問題が生じ得る。各部品にかかる圧力を一定に保つべく、外からの締め付け圧力を制御しようとすると運転管理が煩雑となる。また、大きな締め付け圧力を必要とする場合、そのような締め付け圧力を加えるための締結構造も大がかりなものが必要となり、燃料電池の重量、体積を増大させてしまう。
【０００６】
このような問題を解決するため、国際公開番号ＷＯ０１／９５４０５号明細書には、電解質層が、例えばシリコン基板をエッチングすることにより形成可能な多数の通孔が設けられた格子状フレームと、各通孔に保持された電解質とを有し、格子状フレームを一対のセパレータにより挟持し、電解質がセパレータにより画定される流体通路（凹部）と整合した位置に配置されるようにした燃料電池が提案されている。これによれば、フレームの通孔内に保持された電解質が流体通路内に膨出することができるため、電解質の膨張による燃料電池の各部品間の圧力上昇を大きく低減することができる。
【０００７】
上記公報では、格子状フレームとセパレータを例えば接着剤や陽極接合によって接合することが開示されている。陽極接合では、格子状フレームの接合面に電極膜とガラス膜を予め形成し、セパレータの接合面に電極膜を形成し、両者を密着させた後、ナトリウムイオンが容易に移動可能となる４００℃程度の温度まで加熱した状態で電極膜に電圧をかけてイオンを移動させる。このとき、固体電解質は高温に弱く４００℃程度まで加熱すると損傷する怖れがあるので、格子状フレーム及び／またはセパレータの電極膜の下層にヒータを埋設し、局所的に加熱できるようにするとよい。このようなヒータは例えば多結晶シリコンからなるものとすることができる。
【０００８】
しかしながら、上記のようにヒータを埋め込むと構造が複雑になり、より多くの製造プロセスが必要となる。また、接着剤は燃料電池の運転時に水が発生し湿度が上昇すると接着強度が大幅に低下し、十分な接着強度を長期に渡って維持するのが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためのものであり、その主たる目的は、電解質層の電解質を損傷する心配なく且つ構造の複雑化を招くことなく、電解質層（またはＭＥＡ）とセパレータを十分な強度で接合することが可能な燃料電池を提供することである。
【００１０】
本発明の第２の目的は、そのような燃料電池の電解質層とセパレータの接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の一側面に基づくと、燃料電池（１）であって、電解質層（２）と、電解質層を挟む一対の触媒電極層（３ａ、３ｂ）と、一対の触媒電極層の外側に設けられ、各々対応する触媒電極層に向いた面に触媒電極層に接する燃料流体または酸化剤流体が通る凹部（５１、５２）が形成された一対のセパレータ（５、６）とを有し、電解質層がフレーム（２１）及び該フレーム内に保持された電解質（２２）を有し、各セパレータとフレームの一方の周縁部上に被着された金属材料（２７）と各セパレータとフレームの他方とが共晶（２９）を形成することで各セパレータとフレームとが接合されていることを特徴とする燃料電池が提供される。好適には、金属材料はフレームに被着され、セパレータと共晶を形成する。このような共晶はフレームと各セパレータとの間に金属材料を挟むようにしてフレームと各セパレータとを接触させた状態で、フレームまたは各セパレータを通して金属材料に放射エネルギー（好適にはレーザ光）を照射することで容易に形成することができるため、陽極接合のように別途ヒータや電極を必要とせず構造を簡略化できる。また、接合強度が高く、小さな面積で十分な強度でセパレータと電解質層のフレームとを接合し、燃料電池の運転時に内圧が上昇しても確実なシールを行うことができる。これによりセパレータ及び電解質層（フレーム）の周縁部の面積を小さくして燃料電池の重量及び大きさを低減することができる。セパレータとフレームの間のシール材も不要となる。さらに、レーザ光を照射することでフレームまたはセパレータ上の金属材料を局所的に加熱することができるため、フレーム及びそれに保持された電解質の過度な温度上昇及びそれによる電解質の損傷を防止することができる。
【００１２】
一実施例では、両セパレータとフレームとが共にシリコン基板からなるものとすることができる。その場合、各セパレータとフレームの一方の少なくとも周縁部に窒化シリコン膜（２５）が形成されており、金属材料は窒化シリコン膜上に被着されるものとすると、周縁部（シール部）における不所望な電気的短絡を防止できるため好ましい。また、金属材料は金、銅またはアルミニウムなどの低融点金属を含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の別の側面に基づくと、燃料電池（１）のセパレータ（５、６）と電解質層（２）の接合方法であって、電解質層はフレーム（２１）及び該フレーム内に保持された電解質（２２）を有し、当該方法は、フレームとセパレータの一方の周縁部上に金属材料（２７）を被着する過程と、フレームとセパレータとの間に金属材料を挟むようにしてフレームとセパレータとを接触させた状態で、フレームまたはセパレータを通して金属材料に放射エネルギーを照射し、フレームとセパレータの他方と金属材料のタの共晶（２９）を形成する過程とを有することを特徴とする接合方法が提供される。好適には、放射エネルギーはレーザ光とすることができる。また好適には、金属材料はフレームに被着され、セパレータと共晶を形成する。
【００１４】
このように、放射エネルギー（レーザ光）を照射して共晶を形成することでフレームとセパレータを接合することにより、陽極接合のように別途ヒータや電極を必要とせず、構造を簡略化して製造コストを低減できる。また、このような共晶による接合は接合強度が高く、小さな面積で十分な強度でセパレータと電解質層のフレームとを接合し、燃料電池の運転時に内圧が上昇しても確実なシールを行うことができる。これによりセパレータ及び電解質層（フレーム）の周縁部の面積を小さくして燃料電池の重量及び大きさを低減することができる。セパレータとフレームの間のシール材も不要となる。さらに、レーザ光を照射することでフレームまたはセパレータ上の金属材料を局所的に加熱することができるため、フレーム及びそれに保持された電解質の過度な温度上昇及びそれによる電解質の損傷を防止することができる。
【００１５】
好適には、セパレータとフレームは共にシリコン基板からなり、その場合、当該方法は、フレームとセパレータの一方の周縁部の表面に窒化シリコン膜（２５）を形成する過程を更に有し、金属材料は窒化シリコン膜上に被着するとよい。また、セパレータまたはフレームがシリコン基板からなる場合、放射エネルギーがＣＯ２レーザ光であると、通常の厚さ（例えば５０〜５００μｍ）のシリコン基板に対して良好な透過率を有するため好適である。
【００１６】
また好適には、放射エネルギー照射過程はフレームまたはセパレータを冷却する過程を含む。これにより、フレームに保持された電解質の過度な温度上昇を一層確実に防止することができる。
【００１７】
本発明の特徴、目的及び作用効果は、添付図面を参照しつつ好適実施例について説明することにより一層明らかとなるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明が適用される燃料電池の例を示す分解斜視図である。この燃料電池１は、中央の電解質層２と、電解質層２の両側に設けられた一対のセパレータ（または配流板）５、６とを有する。各セパレータ５、６の電解質層２に向いた面（第１面ということもある）には凹部５１、５２がそれぞれ形成されており、これら凹部５１、５２は通常はガスである燃料流体（例えばＨ２）または酸化剤流体（例えばＯ２）が通る流路として働く。
【００１９】
電解質層２は、交差する複数のバー２１ａを有する格子状フレーム２１と、このフレーム２１の隣接するバー２１ａの間に定められる四角形の通孔２１ｂ内に充填された固体高分子電解質（ＳＰＥ）２２とを有する。ＳＰＥ２２としては、例えばパーフロオロカーボンスルフォン酸（Ｎａｆｉｏｎ：商品名）やフェノールスルフォン酸、ポリスチレンスルフォン酸、ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸などが用いられる。
【００２０】
格子状フレーム２１は好適にはシリコン基板をエッチングその他のプロセスで加工してなり、四角形かつ環状をなす周縁部と、環状周縁部の内側に設けられた四角形格子部分とを有する。
【００２１】
図２ａ、図２ｂの断面図に示すように、格子状フレーム２１の格子部分の各バー２１ａには、対応する通孔２１ｂの中央部に向けて突出するように突起２１ｃが設けられている。突起２１ｃは、各バー２１ａの長手方向に延在する突条をなし、各通孔２１ｂ内に、狭い中間部を画定している。突起２１ｃは、各通孔２１ｂ内にＳＰＥ２２を保持するのを助ける。このような突起２１ｃは、格子状フレーム２１をシリコン基板から形成する際に、シリコン基板の両面から異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより容易に形成することができる。
【００２２】
また、格子状フレーム２１の格子状部分の両面には、白金などからなる触媒を含む触媒電極層３ａ、３ｂが設けられ、膜・電極アセンブリ（ＭＥＡ）をなしている。触媒電極層３ａ、３ｂは、例えば触媒担持カーボンを電解質層２の表面に印刷（転写）することで形成することができる。また好適には、拡散層４ａ、４ｂが触媒電極層３ａ、３ｂとセパレータ５、６との間に設けられる。触媒電極層３ａ、３ｂと拡散層４ａ、４ｂとを一体化して拡散電極とすることも可能である。
【００２３】
この実施例では、格子状フレーム２１の対角位置に四角形の通孔２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂが形成されている。格子状フレーム２１の一方の対角位置の通孔２３ａ、２３ｂは燃料ガス供給路及び排出路を構成し、別の対角位置の通孔２４ａ、２４ｂは酸化剤ガス供給路及び排出路を構成する。これら通孔２３ａ、２３ｂ、通孔２４ａ、２４ｂは上記と同様な異方性エッチング（ウェットエッチング）により形成すればフレーム２１の通孔２１ｂと同様な形状の方形の開口を有する孔となり、また、例えばドライエッチングにより形成すればその開口形状は任意である。
【００２４】
一方、セパレータ５、６もシリコン基板を加工して形成することができ、概ね四角形の同形をなしている。セパレータ５、６の中央凹部５１、５２は平坦な底部を有し、底部上に複数の四角錐台状の突起５３、５４が設けられている。また、図２ａ及び図２ｂに示すように、凹部５１、５２の底部及び各突起５３、５４の表面には外部回路と触媒電極層３、４とを接続するための例えば金（Ａｕ）めっき層からなる電極端子膜５５、５６が公知の成膜法により成膜されている。
【００２５】
セパレータ５、６の凹部５１、５２内に設けられた突起５３、５４は電解質層２の格子状フレーム２１の各バー２１ａと整合した位置に設けられ、間に位置する触媒電極層３ａ、３ｂ及び拡散層４ａ、４ｂに電気的に接続している。このような構造により、運転状態にＳＰＥ２２が含水して膨張しても突起５３、５４はそれを妨げず、ＳＰＥ２２はセパレータ５、６の凹部５１、５２内へと膨出できるため、ＳＰＥ２２の膨張による燃料電池１の各部品間の圧力変化を軽減することができる。
【００２６】
再度図１を参照すると、各セパレータ５、６の縁部の各隅部には、格子状フレーム２１の各隅部に設けられた４つの通孔２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂと整合するように、４角形の通孔５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂが設けられている。一方の対角位置に設けられた通孔５７ａ、５７ｂは、燃料ガス供給路及び排出路を構成し、別の対角位置に設けられた通孔５８ａ、５８ｂは、酸化剤ガス供給路及び排出路を構成する。この例では、下側のセパレータ５の凹部５１と通孔５８ａ、５８ｂとは、縁部に設けられた酸化剤ガス用溝５９ａ、５９ｂにより連通し、上側のセパレータ６の凹部５２と通孔５７ａ、５７ｂとは、同様な燃料ガス用溝６０ａ、６０ｂにより連通している。これら溝５９ａ、５９ｂ、溝６０ａ、６０ｂは異方性エッチング（ウェットエッチング）により形成され、Ｖ字状断面の溝となっている。また、通孔５７ａ、５７ｂ、通孔５８ａ、５８ｂも上記同様な異方性エッチングにより形成すれば格子状フレーム２１の通孔２１ｂと同様な形状の方形の開口を有する孔となり、また、例えばドライエッチングにより形成すればその開口形状は任意である。
【００２７】
尚、燃料電池１を単体で使用する場合は、上側のセパレータ６の燃料ガス用通孔５７ａ、５７ｂと整合した格子状フレーム２１の通孔２３ａ、２３ｂ及び／または下側のセパレータ５の通孔５７ａ、５７ｂは閉じられるが、燃料電池１の下面に別の燃料電池を隣接して設置し燃料電池スタックを形成する場合、これら通孔２３ａ、２３ｂ、５７ａ、５７ｂを通じて別の燃料電池に燃料ガスを供給することができる。同様に、燃料電池１を単体で使用する場合は、酸化剤ガスが供給される下側のセパレータ５の通孔５８ａ、５８ｂはセパレータ５の下面側で閉じられるが、燃料電池１の下面に別の燃料電池を隣接して設置し燃料電池スタックを形成する場合、これら通孔５８ａ、５８ｂを通じて別の燃料電池に酸化剤ガスを供給することができる。
【００２８】
このようにして、電解質層２を触媒電極層３ａ、３ｂ、拡散層４ａ、４ｂを介して一対のセパレータ５、６で挟んだ状態で、電解質層２（より詳細にはそのフレーム２１）とセパレータ５、６の周縁部を接合し、セパレータ５、６の凹部５１と電解質層２とで画定される空間（流路）を気密に保持する。
【００２９】
図３ａ及び図３ｂを参照して、本発明に基づく電解質層２とセパレータ５、６の接合方法について説明する。本実施例ではセパレータ５、６及び電解質層２のフレーム２１はシリコン基板からなり、フレーム２１の周縁部の表面には窒化シリコン膜２５がスパッタリングなどにより形成されているものとする。窒化シリコン膜２５を設けることで、周縁部（シール部）における不所望な短絡を防ぐことができる。また、セパレータ５、６の周縁部は窒化シリコン膜が設けられず基板表面が露出している。
【００３０】
図３ａに示すように、電解質層２とセパレータ５、６とを接合する前に、電解質層２の格子状フレーム２１の周縁部の両面に例えば金（Ａｕ）などの低融点金属からなるシール金属層２７を物理蒸着（抵抗加熱蒸着など）により被着する。金の代わりに銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの別の低融点金属を用いることも可能である。また、物理蒸着の他に化学蒸着（ＣＶＤ）、スピンコート、スパッタリング、スクリーン印刷などの他の成膜方法を用いてもよい。好適には、窒化シリコン膜２５との密着性を向上するためシール金属層２７と窒化シリコン膜２５との間にチタン（Ｔｉ）層２８が蒸着などにより成膜される。チタンの代わりにアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いることもできる。
【００３１】
図４の平面図に示すように、シール金属層２７は電解質層２の格子状フレーム２１の格子状部分及び通孔２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂを周囲するように設けられる。このようなシール金属２７のパターニングはリフトオフ法またはエッチング法などの公知の方法により行うことができる。
【００３２】
そして、図３ａに示すように、両面にシール金属層２７が被着された電解質層２をセパレータ５、６で挟持し、軽く押し付けた状態で、セパレータ５、６を通してシール金属層２７に放射エネルギーとしてレーザ光を照射する。このときレーザ光をシール金属層２７のパターンに沿ってスキャンするとよい。レーザ光は片面ずつ照射しても両面同時に照射してもよく、セパレータ５、６の代わりにフレーム２１を通して照射することも可能である。レーザ光は電解質層２のセパレータ５、６またはフレーム２１を十分な透過率をもって透過可能であるように選択される。例えばセパレータ５、６またはフレーム２１が厚さ５０〜５００μｍ程度のシリコン基板からなる場合、波長約１０．６μｍのＣＯ２レーザ光を用いることができる。
【００３３】
レーザ光を照射することによりシール金属層２７が選択的に加熱され、セパレータ５、６のシリコンとシール金属層２７の金の合金化が進行し、共晶部２９が形成される。これにより、電解質層２の格子状フレーム２１とセパレータ５、６とが接合される。尚、レーザ光の代わりに超音波などの他の放射エネルギーを用いることも考えられるが、フレーム２１またはセパレータ５、６の透過及びシール金属層の局所的な加熱という点からレーザ光が好ましい。
【００３４】
これによれば、シール金属層２７は局所的に加熱されるため、電解質層２の電解質２２の過度な温度上昇を防止することができる。また、共晶による接合は接合強度が高い（例えば、Ｓｉ／Ａｕ／Ｓｉの場合４０ＭＰａ）ため、わずかな面積で十分な強度でセパレータ５、６と電解質層２とを接合し、燃料電池１の運転時に内圧が上昇しても確実なシールを行うことができる。これによりセパレータ５、６及び電解質層２の周縁部の面積を小さくして燃料電池１の重量及び大きさを低減することができる。更に、陽極接合のようにヒータや電極が不要であるため、燃料電池の構造の複雑化を招くこともない。
【００３５】
尚、レーザ光を照射する際の電解質層２の電解質２２の温度上昇をより一層確実に抑制するため、セパレータ５、６及び／または電解質層２を冷却してもよい。これは、例えば図５に示すように金属ブロック３０をセパレータ５、６及び／または電解質層２に接触させることで行うことができる。代わりに、または、それに加えて水冷を行うことも可能である。
【００３６】
一実施例では、セパレータ５、６の厚さは約２００μｍ、電解質層２のフレーム２１の厚さは約１００μｍ、窒化シリコン膜２５の厚さは約０．５μｍ、チタン層２８の厚さは約０．２μｍ、シール金属層２７の厚さは約１μｍで、その線幅は約４００μｍとすることができる。このとき、レーザ光としては、出力約５０Ｗで直径約１００μｍのＣＯ２レーザ光を用い、スキャン速度は２０ｍｍ／分とすると好適である。
本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、これらの実施例はあくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって画定される本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例では電解質層のフレーム上にシール金属（金属材料）を被着したが、セパレータにシール金属を被着し、フレーム表面を窒化シリコン膜で覆うことなく基板表面を露出して、フレームとシール金属とが共晶を形成するようにしてもよい。また、拡散層の厚さが大きい場合、格子状フレームとセパレータとの間にシムを設けてもよい。そのような場合、シムは格子状フレームまたはセパレータの一部であると言うこともできる。あるいは、拡散層の厚みを吸収するようにエッチングその他により格子状フレーム及び／またはセパレータを加工してもよい。更に、格子状フレーム及び／またはセパレータはシリコン基板の代わりにガラスやアルミナなどの高抵抗または絶縁性を有する他の無機材料からなる基板から形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池の電解質層がフレームとこのフレーム内に保持された電解質とを有し、フレームとセパレータが接触した状態でフレーム上に被着された金属材料にフレームまたはセパレータを通して放射エネルギー（レーザ光）を照射し、金属材料とセパレータの共晶を形成することで電解質層とセパレータとを接合するものとしたため、陽極接合のように電極やヒータを用いることなく、簡単な構造及びプロセスで電解質層とセパレータとを好適に接合することができる。また、レーザ光はフレーム上の金属に選択的に吸収されるため、フレーム及びそれに保持された電解質を過熱する心配を大きく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明が適用される燃料電池の一例を示す分解斜視図である。
【図２ａ】図２ａは、図１のラインＩＩａ−ＩＩａに沿った部分断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図１のラインＩＩｂ−ＩＩｂに沿った部分断面図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明に基づく電解質層とセパレータの接合方法の好適実施例を示す部分断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明に基づく電解質層とセパレータの接合方法の好適実施例を示す部分断面図である。
【図４】図４は、電解質層上に形成されるシール金属層のパターンを示す平面図である。
【図５】図５は、本発明に基づく電解質層とセパレータの接合方法の好適実施例を示す断面図である。
【図１】
2005524953.tif 000003
【図２ａ】
2005524953.tif 000004
【図２ｂ】
2005524953.tif 000005
【図３ａ】
2005524953.tif 000006
【図３ｂ】
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【図４】
2005524953.tif 000008
【図５】
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【国際調査報告】
2005524953.tif 000010
2005524953.tif 000011
2005524953.tif 000012