(57)【要約】【課題】シンプル且つ経済的な態様で製造可能であり、更には、メタノールを使用して作動させた際、直接制御挙動を示すマイクロ燃料電池システムを提供すること。【解決手段】電流コレクタホイル(3,4)によって各アノード側とカソード側において覆われ、燃料電池膜(MEA)(2)を備えるマイクロ燃料電池システム(1)。各電流コレクタホイルは、少なくとも一つのガス透過性開口(5,6)を備える。少なくともMEA(2)に対向する側の電流コレクタホイル(3,4)には、拡散チャンネル(7,8)が設けられ、これらは、例えば多孔質又はフリース状のガス拡散層の代わりとなり、そしてMEA(2)へのガスのマイクロ拡散を確保するためのものである。拡散チャンネルは、ガスを導入するためのガス透過性開口(5,6)に接続され、拡散チャンネルのウエブ(9,10)には、燃料電池膜(MEA)に接触するために導電面(11,12)が設けられている。
2005521194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流コレクタホイルによって各アノード側とカソード側において覆われ、前記各電流コレクタホイルが少なくとも一つのガス透過性開口を有する燃料電池膜(MEA)を備えるマイクロ燃料電池システムにおいて、前記燃料電池膜 (MEA)の対向面の少なくとも一つの電流コレクタホイルには、ガス拡散層の代わりとなり、前記燃料電池膜(MEA)に対してガスのマイクロ拡散を保証するための拡散チャンネルが配置され、該拡散チャンネルは、ガスを導入するための前記ガス透過性開口に接続され、前記拡散チャンネルのウエブには、前記燃料電池膜(MEA)に接触するために導電面が設けられていることを特徴とするマイクロ燃料電池システム。
【請求項２】
前記拡散チャンネルの幅は、1μmから300μmの間、より好ましくは10μmから100μmの間であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムへの圧力降下を減少させるために、前記拡散チャンネルは、ガス導入、ガス透過性開口から距離が離れるに従って狭くなり、かつ前記拡散チャンネルは、曲がりくねって形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項４】
前記電流コレクタホイルは、前記燃料電池膜（MEA）に面している側にポリマー層を有し、前記チャンネルのウエブが金属化されていることを特徴とする請求項1乃至3の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項５】
金属マスクが、前記燃料電池膜(MEA)から遠い側のポリマー層の側に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池膜(MEA)の領域には、反応水を保持するための多孔質コンポーネントが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項７】
燃料として、分子状水素又はメタノールによって作動することが可能となっていることを特徴とする請求項1乃至6の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項８】
数個の燃料電池からなり、該数個の燃料電池は、平面的に（図3及び図4）互いに隣り合い電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至7の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項９】
前記カソード側の前記電流コレクタホイルには、前記カソード側に空気を供給するための多数の開口が設けられていることを特徴とする請求項1乃至8の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１０】
自由電極面は、少なくとも汚れ及び/又は水を防ぐための領域に含浸することを特徴とする請求項9に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１１】
前記アノード側の前記電流コレクタホイルは、少なくとも2点で隣接する燃料電池の前記カソード側の前記電流コレクタホイルに接続されていることを特徴とする請求項8に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１２】
マイクロ燃料電池は、可とう性があり、燃料を収容するための容器又は任意の弧状面の回りに巻きつかれていることを特徴とする請求項1乃至11の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１３】
少なくとも前記アノード側にウエブを備える前記電流コレクタホイルは、前記燃料電池膜(MEA)に直接配置されていることを特徴とする請求項1乃至12の一項に記載のマイクロ燃料電池システムの製造方法。
【請求項１４】
前記配置を、付着（接着）及び/又はプレスによって行なうことを特徴とする請求項13に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記燃料電池膜(MEA)上に前記電流コレクタホイルを配置する前に、領域において、互いに隣り合って配置される電池の絶縁のための電気的な絶縁部分が前記燃料電池膜(MEA)に形成されることを特徴とする請求項1乃至14の一項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記アノード側の前記電流コレクタホイルを配置する前に、前記燃料電池膜(MEA)に属するメタノールバリア層が配置されることを特徴とする請求項1乃至15の一項に記載の製造方法。
【請求項１７】
電流コレクタホイルを作製するために、前記拡散チャンネルのための凹所を、レーザ処理、ウエットエッチング、リアクティブイオンエッチング、又はエンボス加工、プレス加工、又はパンチング加工等の機械的な方法によって作製することを特徴とする請求項13乃至15の一項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記拡散チャンネルは、略平面的はポリマー板上に金属構造を設けることによって作製されることを特徴とする請求項13乃至15の一項に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記ポリマー板は、処理前に、ウエハ上に置かれた金属ホイルに配置され、前記凹所を形成し及び/又は前記導電層の配置後に、前記ウエハを再度除去し、又はローラ処理によってウエハを除去することを特徴とする請求項16又は17に記載の製造方法。
【請求項２０】
最終的に開口は、レーザジェット、ウエットジェットドリル、リアクティブイオンエッチング、又は機械的な方法によって前記電流コレクタホイルに組込まれることを特徴とする請求項16乃至18の一項に記載の製造方法。
【請求項２１】
第1に犠牲構造を前記燃料電池膜(MEA)に設け、直接析出法及び構造化方法によってMEA上に前記電流コレクタホイルを形成するために層が設けられたその後、前記犠牲構造は、拡散チャンネル等を解放(自由に）するために取り除かれることを特徴とする請求項1乃至12の一項に記載のマイクロ燃料電池システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1に記載のマイクロ燃料電池システムと、請求項13に記載のマイクロ燃料電池システムの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カソード側及びアノード側においてそれぞれ電流コレクタホイルで覆われている燃料電池膜を有するマイクロ燃料電池システムが知られている。各電流コレクタホイルは、それぞれ少なくとも1つのガス透過性開口を有し、アノード側に例えば分子状水素、又は、カソード側に例えば酸素を供給する。
【０００３】
米国特許文献6,127,058には、そのような従来型のマイクロ燃料電池が開示されている。この特許文献に記載されている第1の実施態様に示すように、導入ガスを分散するためのグラファイト紙、又はティッシュは、イオン伝導性高分子膜と電流コレクタホイルとの間に設けられている。これに関して、最も重要視されることは、できるだけ良好な燃料電池の効率を確保するために、ガス透過性開口を通じて導入されたガスがMEAに均一に導入されることである。しかしながら、拡散層の挿入にはいくつかの問題が生じる。特に、平面的に互いに隣り合って配置されるマイクロ燃料電池又は燃料電池では（米国特許文献6,127,058記載）、このような拡散層の挿入に多額の費用がかかる。燃料電池を適切に機能させるために、拡散層を常にMEAの対象窓に一致させることが不可欠である。特に、メタノール型燃料電池においての不利益は、燃料電池のアノード側の固有体積が拡散層により増大していることである。その為、燃料電池の制御挙動は、比較的鈍くなる。ガス拡散層が特に注意深く挿入されていない場合、電気伝導は表面上で確保されず、その為燃料電池の効率がはなはだしく低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、シンプル且つ経済的な態様で製造可能であり、更には、メタノールを使用して作動させた際、直接制御挙動を示すマイクロ燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
マイクロ燃料電池システム自体に対する本目的は、請求項1により達成され、そしてその製造方法は、クレーム13によって達成される。
【０００６】
ガス拡散層を中間に配置しないでガスを直接分散することは、以下の事実等によって可能となる。すなわち、本発明に係る燃料電池システムにおいて、拡散チャンネルを、少なくとも1つの電流コレクタホイルのMEAに対向する面に設け、多孔質又はフリース状のガス拡散層に代替させ、MEAに対するガスのマイクロ拡散を確保し、拡散チャンネルを、ガスを導入するためのガス透過性開口に接続し、かつMEAに接触するための導電性面を拡散チャンネルのウエブに付与することにある。
【０００７】
チャンネルは、精密な組込み態様でかつクローズドチャンネルシステムによりMEAの全面上に分散されている。その為、精密にガスを分散するためのさらに別の構造は必要ない。このような構成により本発明では、MEAは、単に触媒層が設けられたイオン導電層として理解すべきである。同時にMEAは、ガスのマイクロ拡散を達成するための一体型カーボンフリース層を備える。ガス拡散の作業は、電流コレクタホイルに不可欠な構成要素である本発明による拡散チャンネルのみで保証されるように、本発明に係るMEAが滑らかな表面を有することで完全に十分である。
【０００８】
ガス拡散作業は別として、同時に電流コレクタホイルとMEAとの間に存在するオーム抵抗は、導電性のウエブ面によって低下させることができる。オーム抵抗は、カーボンフリース拡散層のような電流コレクタホイルとMEAとの間に挟まれている部分により、その増大が抑制される。本発明によるチャンネル間の距離は、一方では、低チャンネル幅そして短いウエブの距離によって、MEAからの電流を良好に収集し、それにより低オーム抵抗が保証されるように設定される。他方で、MEAへの全面的なガスの適切な供給は、小型構造によって保証される。同時に、チャンネル幅とウエブ幅との割合は、抵抗損失がMEAから電流コレクタ層への過程で1パーセント未満になるように設定される。
【０００９】
本発明では、ガス拡散層によって体積増加バッファゾーンが存在しないため、メタノール作動型の燃料電池システムに特に有効である。燃料電池システムは、その固有体積がアノード側において非常に小さくなるように形成されている。同時に、特にメタノール作動型燃料電池では、直接制御挙動が生じる（即ち、負荷を低減する際直接メタノール方式（DMFC）では、貯蔵体積は制限されているので、メタノールの通路による損失は少なく、更に、良好な動的挙動とより大きい効果が生じる）。
【００１０】
本発明の好適な構造は、従属請求項によって示されている。
【００１１】
特に好適な実施例は、本発明に係る燃料電池システムが、互いに隣り合って配置される複数の燃料電池からなることを示している。これらの燃料電池は、互いに電気的に接続されている。ここで、多数の小さな燃料電池が互いに隣り合って配置する場合には、別のガス拡散層を配置することは、誤差を起こす高価な手段となるので、本発明の価値が十分に理解されよう。これに対し、本発明の構造によれば、本質的に3つの要素（即ち、2つの電流コレクタホイル及びMEA）のみを互いにそれらの端部でそろえ、そしてそれら3つを互いに積層することができる（ここでは、半導体業界の方法又は電子/回路基板の方法に依拠することができる）。同時に、半導体業界の製造方法による自動製造方法も用いることができる。同時に、並列に接続された燃料電池の場合、一つの接触面を介してこれらの燃料電池を互いに接続するだけではなくし得る。互いに遠く間隔をおいて配置された燃料電池の複数の点に配置された複数の接触面を介しての接触は、オーム抵抗の大幅な低下をもたらす。
【００１２】
本発明の更に好適な構造によれば、拡散チャンネルの幅、即ち、通常MEAの境界であるチャンネルの最大幅の位置での距離測定値は、1μmから300μmの間であり、好ましくは、10μmから100μmの間である。同様に、本発明では、チャンネルが曲がって形成されていると特に好適であり、その場合、チャンネルは、ガスを導入するためのガス透過性開口から、該開口に対して離れるにつれてチャンネルは小さくなっている。これにより、通路を通しての圧力降下が小さくなる。その為、MEAに供給されるガスの量は、チャンネルの全ての位置で略同等である。
【００１３】
更に好適な実施例は、電流コレクタホイルがポリマー層（骨格として）を有することを示している。凹所を、このポリマー層に、レーザ加工、ウエットエッチング、又はリアクティブイオンエッチング等の方法により、経済的な態様で形成される。これらの凹所が形成された後、特に良好な導電性を有する金のような導電性金属で金属化することにより耐食性かつ低抵抗で電流を取り出すことが可能となる。また、複数の導電金属構造を滑らかなポリマー層上に配置し、それらの導電金属構造の間にチャンネルを形成することも勿論可能となる。更に、例えば蒸着をした金属構造の代わりに、有孔金属構造を用いることにより、製造コストを更に削減することができる。
【００１４】
更なる好適な実施態様によれば、チャンネル構造又はMEAの領域における燃料電池の水管理のための素子を設けられている。この素子を設けることは、MEAの領域における還元水を保持するための多孔質のコンポーネントを配置することによって行なわれる。この方法によって、一方で、過剰反応水は、吸い上げて除去し、他方でMEAの乾燥は、長時間にわたって防がれ、その為、燃料電池は簡潔に始動される。さらに意図して水を導入する為に、例えば、チャンネルの内壁（導電態様でMEAに接続されるウエブの先端ではなく）を親水性又は疎水性の物質（例えば、ナフィオン又はテフロン(登録商標））に接続することが可能である。MEAの複数の領域において、少なくともその領域でのよごれや水を防ぐために含浸を行なうこともできる。 
【００１５】
本発明の更に好適な実施例は、残余の請求項によって特定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
(実施例)
図1は、本発明に係るマイクロ燃料電池システム1を示す。この例では、図1は、カソード側及びアノード側において、それぞれ電流コレクタホイル3及び4で覆われている燃料電池膜2を有するマイクロ燃料電池システムである。電流コレクタホイル3及び4は、それぞれいくつかのの開口5及び6を備えている。分子状水素（他の実施例においてはメタノールも可能）は、これらの開口6を介してアノード側に供給される。更に、アノード領域から過剰な水素を排出するための第2の開口も設けられている。MEAに対応する各電流コレクタホイル3及4の側には、拡散チャンネル又はチャンネルシステムが設けられている。該拡散チャンネル又はチャンネルシステムは、ガス拡散層に代わるものであり、MEAへのガスのマイクロ拡散を確保するものである。拡散チャンネルは、各開口5及び6に連結され、各拡散チャンネルの先端又はウエブは、MEAの電極表面に当接している。
【００１７】
以下、図1に示すマイクロ燃料電池のための個々の部材について詳細に説明する。
【００１８】
図2aは、カソード側の電流コレクタホイル3を示している。該カソード側の電流コレクタホイルは、ポリマー層13を有している。ホリマー層13は、複数の開口15を備えている。カソード側では、これらの開口の数に応じて複数の作動態様が可能である。一方で2〜3の開口を設けた場合では、好ましくは圧縮空気の供給（アノード側）が可能である。多数の開口の場合では、空気を吸い込む燃料電池が実現されうる（図2b参照）。電流コレクタホイルは、金属で覆われた拡散チャンネル7を備えている（金属塗装の代わりに、全ての実施例において、導電材料層を提供することも可能である）。金属化11が行なわれたポリマー層13の凹所は、例えばレーザ処理、ウエットエッチング、又はリアクティブイオンエッチング等により製造される。拡散チャンネル7の導電面は、これらの凹所の上に配置されている。この導電面は、スパッタリング、蒸着、ガルバニック方法、種晶化、又は電流によらない析出法によって形成される。MEAの電極16に後に接続されるチャンネルのウエブが、例えば金のような高導電層11によって覆われることが重要である。同時に、拡散チャンネル７の幅ｂは、1μmから300μmの間であり、より好ましくは、10μmから100μmの間である。この距離は、図2aに示すように、MEAに最も近い両端点の間で測定される。本実施例において、拡散チャンネル7は、曲がりくねって形成されており、チャンネルの長手方向（即ち、シート面の垂直方向）、チャンネルは、燃料電池システムへの圧力降下を最小限にするために、チャンネルの距離が遠くなるに従って狭くなっている。従って、チャンネルの基部の幅は数百μmで、最終的に残部の幅は10μmとなる。
【００１９】
拡散チャンネルの表面上の金属化11は、MEAに向かってポリマー層に渡って連続したものではないことを言及すべきであるが、金属化11は部分的に行なわれ、特に、拡散チャンネルの表面は、MEAの電極16と一致する部分において金属化されている。マイクロ燃料電池システムにおける水管理ために、例えばナフィオン又はテフロン(登録商標）のような親水性の層あるいは疎水性の層を金属化11の内側面（ウエブの部分以外）に設けて、これらの部位への水が蓄積し、チャンネルが（その凹所は、各金属化11で覆われ、互いに隣り合って位置する）閉塞するのを防ぐことができる。
【００２０】
図2bは、本発明に係る電流コレクタホイル3’の更なる実施例を示している。このホイル3’は、基本的に大きな開口5’が形成されている滑らかなポリマー層13’として形成されている。連続するネット状の金属マスク5は、ポリマー層13’のMEA側に取り付けられている。この金属マスクは、カソード側の至所で均一に電流を収集することを確実に可能とし、そしてこの収集が開口5’によって妨げられないことを保証する。電流コレクタホイル3’は 、自己呼吸するものである。即ち、開口5’は、周辺空気につながっており、その為、燃料電池システムは、その周辺空気によりその酸素要求を含んでいる。
【００２１】
図2cは、図1のMEA2の変形例を示すMEA2’である。このMEA2’は、陽イオン伝導性固体高分子膜22形状の基本構造を有している。その高分子膜22には、絶縁部分、即ち、水素イオンと水分子を運送するのに不適切な部分23が設けられている。全体として陽イオン伝導性である高分子膜からのこれら絶縁部分は、レーザ温度処理、パンチ工具による熱圧縮、特別な塗装、又は含浸により形成することが可能となる。絶縁層23は、2つのマイクロ燃料電池24と25とを互いに分割する。各個々のマイクロ燃料電池は、電流コレクタホイル3および4の方向へ電極16を有している。その電極16は、基本的に非多孔質の触媒層からなる。即ち、これらの電極16内での大きな表面に対するガス分配は、例えば触媒層の固有多孔質によらずに可能である。ガス拡散の作業は、電流コレクタホイルの拡散チャンネルのみで行なわれる。互いに隣り合って配置されている燃料電池24及び25の各電極16は、MEAの一方の側の各触媒層として形成されているが、互いに電気的に接続されていない。このようなMEAの製造は、同時に、すでに製造中のように行なうことができ、電極16を形成するための触媒層は、部分的に形成される。代替方法として、複数の領域で連続して触媒層で覆った高分子膜を、例えばその部分において機械的加工又はリアクティブイオンエッチングにより、電気的に絶縁することもできる。
【００２２】
MEA2’のアノード側には、更に複数の層が設けられている。これらの層は、水及びイオンは通すが、メタノールは通さないように形成されている。別の実施態様において、触媒層自体をメタノールバリアとして形成することもできる。即ち、これは共用の作業（触媒、電極とメタノールバリア）有する。MEAの領域での水管理を向上させるために、カソード側の電流コレクタホイルとMEAとの間で反応水を保持するために多孔質部材を挿入することも出来る。更に、自由電極面16を、少なくとも複数の領域において、含浸させ、汚れや水を防ぐことができる。
【００２３】
図2dは、アノード側の電流コレクタホイル4を示している。拡散チャンネル8、ウエブ10、導電面/金属12、幅寸法b’とa’と、ポリマー層14とに対しては、以下の違いがあるが、カソード側について述べられたことが適応される。アノード側の電流コレクタホイル4は、開口6を2つのみ備えている。2つの開口6は、反応媒体の導入や、過剰反応媒体の排出のために用いられている。分子状水素又はメタノールは、反応媒体として好適なものとして考えられる。特に、メタノールの使用に関して、アノードスペースでの燃料電池の固有体積は、挿入されたガス拡散層を備えるマイクロ燃料電池に比べ、著しく減少する。MEAと遠い側のカソード側の電流コレクタホイル4は、金属マスク15を備えている。アノードスペースに存在する水素は、26の方向にポリマー層14を通じて逃れない。ここでは金属ホイル/塗装は、拡散遮断物として利用される。
【００２４】
半導体製造技術と回路基板技術から知られている方法は、電流コレクタホイル4の製造に使用される（これは又、電流コレクタホイル3にも適応される）。両面平らなポリマー板（機械加工処理により処理されるポリマー層14から形成される）は、機械加工処理前に、ウエハ上に位置する金属マスク15に付着（接着）され、チャンネル8のための凹所の形成又は、導電層/金属12を設けた後、ウエハは再度取り除かれる。又、より多量のバッチ数での安価な製造は、ロール処理（ローラからローラへ）により可能となる。最終的に、電流コレクタホイルへの開口6の最後の組込みは、レーザドリル法、ウォータジェットドリル法、リアクティブイオンエッチング法又は機械的な方法によって行なうことができる。
【００２５】
図2aから図2dに示される部品から完成したマイクロ燃料電池システム1の製造は、その後、最終的に、MEAに電流コレクタホイルを付着（接着）又は、プレスすることによって行なわれる。同時に、特に、ウエブ10を備えるアノード側の電流コレクタホイル4は、MEA2上に直接配置される。しかしながら、マイクロ燃料電池システムが完全に機能するために必要な、MEA上の電流コレクタホイルの圧力は、この塗装を正確な表面にプレスすることによって可能となる。同時に、本発明に係る層の可とう性を、活用する（図5参照）。
【００２６】
図3は、本発明に係るマイクロ燃料電池システム1’を示す平面図である。本図では、連続線を有するU字状の端部領域は、カソード側の電流コレクタホイル3上の金属化11を示している。破線のU字状部は、アノード側の電流コレクタホイル4の金属化された部分12を示している。図3は平面図であり、即ち、図1 に示すようにカソード側は、MEAの上に位置し、アノード側はMEAの下に位置する。両方の金属は、接触点17を介して互いに接続される。その為、互いに隣り合って位置するマイクロ燃料電池の並列な接続が、図3からわかる。
【００２７】
図4は、本発明に係るマイクロ燃料電池システムの更なる実施態様を示す概略図である。ここでは、マイクロ燃料電池の簡単な一次元の並列な接続（例えば、24’と25’）が可能であるだけではなく、二次元の配置も可能であることがわかる。
【００２８】
図5は、本発明に係る燃料電池システム1’の更なる実施態様を示している。図5には、基本的に円筒形の容器29が示されており、この容器29内に、例えば分子状水素27のための燃料タンクが、示されている。制御手段28が、この燃料タンク27の回りに配置されている。制御手段28は、燃料タンク27から開口30を介して図示しない制御手段による円筒形の容器29の周りに巻かれた燃料電池1’”へのガスの流れを制御する。この構成に示されている燃料電池1’” は、基本的に図1に示される燃料電池に対応する。マイクロ燃料電池システム1’”では、2つの電流コレクタホイル3’”及び4’”が、その間に位置するMEA2’”の所望の圧力を利用するように、容器29の周りに引っ張られている。アノード側の電流コレクタホイル4’”の開口6”’は、同時に、燃料を供給するための容器29の開口30に接続されている。カソード側電流コレクタホイル3”’は、空気を吸い込む態様で形成されている。特にこの構成では、小型寸法で且つ可とう性のある燃料電池システムが本発明に係るマイクロ燃料電池システムによって可能となることは明確である。
【００２９】
本発明に係るマイクロ燃料電池システムを製造するための更なる実施例がある。
【００３０】
チャンネル構造と開口とを備える電流コレクタホイルは、犠牲層/犠牲構造が配置されたウエハによって製造される。完成後、ここで犠牲層は排除され、そして自立型電流コレクタホイル（例えば、図1、符号3及び4）は、このように生まれる。
【００３１】
マイクロ燃料電池システムの製造方法は知られており、その方法において、第1に、犠牲層を、直接設置し、構造化する方法によって、電流コレクタホイルを形成するために更に形成された層が設けられたMEAに設けられ、その後、犠牲構造は、拡散チャンネル等を解放するために取り除かれる。
【００３２】
この方法は、カソード側と同様に、アノード側にも適応される。片側のみをこの製造方法で製造し、他方を前述した別の方法で製造することも可能である。この方法は、MEA上にすでに製造された電流コレクタホイルを機械的にプレスせずに製造されることができる部材間の電気接続に特に好適である。
【００３３】
例えば、本発明の態様では、MEAホイルは、第1に、組織化され、その後、犠牲層/犠牲構造方法によってウエハ上に固定される。この後、チャンネル構造及び開口は、リソグラフィー、スパッタリング、ガルバニック、スクリーン印刷、又は別の犠牲層等の方法によって設けられる。その為、電流コレクタ構造及びガス分配構造（図1において3又は4）は、製造により直接MEAに接続される。その後、犠牲層は取り除かれ、そしてホイル（この場合、図1では2及び3、又は2及び4）は、ウエハの反対側に接続され、そしてその反対側の構造は形成される。
【００３４】
この製造方法の最も有利な点は、低接触抵抗を達成するために機械的なプレス圧力を必要としないところである。直接スパッタリング、蒸着、化学的なガルバニック析出法、又は印刷方法によって、MEAへの良好な付着（接着）と、低接着抵抗と、媒体との良好な密閉とが達成される。後に除去される構造化された犠牲層を利用して、アノード側で要求されるチャンネルを製造する。この方法は、また片側（図1では3及び4）に利用され、他方は前述したように製造されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るマイクロ燃料電池システムの断面図を示している。
【図２ａ】本発明によるカソード側の電流コレクタホイルの実施例を示している。
【図２ｂ】本発明によるカソード側の電流コレクタホイルの実施例を示している。
【図２ｃ】本発明に係るMEAを示している。
【図２ｄ】アノード側の電流コレクタホイルの実施例を示している。
【図３】本発明に係るマイクロ燃料電池システムの平面図を示している。
【図４】本発明に係るマイクロ燃料電池システムの実施例を示す平面図である。
【図５】本発明に係るマイクロ燃料電池システムの組立てられた状態を示している。
【符号の説明】
【００３６】
1     マイクロ燃料電池システム
2     膜電極一体構造（MEA）
3,4   電流コレクタホイル
5,6   開口
7,8   拡散チャンネル
9,10  ウエブ
11,12 導電面
13,14 ポリマー層
17    接触点
【図１】
2005521194.tif 000003
【図２ａ】
2005521194.tif 000004
【図２ｂ】
2005521194.tif 000005
【図２ｃ】
2005521194.tif 000006
【図２ｄ】
2005521194.tif 000007
【図３】
2005521194.tif 000008
【図４】
2005521194.tif 000009
【図５】
2005521194.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月2日(2003.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流コレクタホイルによって各アノード側とカソード側において覆われ、前記各電流コレクタホイルが少なくとも一つのガス透過性開口を有し、燃料電池膜（ＭＥＡ）の対向面の少なくとも一つの電流コレクタホイルには、ガス拡散層の代わりとなり、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に対してガスのマイクロ拡散を保証するための拡散チャンネルが配置され、該拡散チャンネルは、ガスを導入するための前記ガス透過性開口に接続され、前記拡散チャンネルのウエブには、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に接触するために導電面が設けられている燃料電池膜（ＭＥＡ）を備えるマイクロ燃料電池システムにおいて、前記電流コレクタホイルは、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に対向する面に、前記拡散チャンネルが組込まれたポリマー層を有し、前記チャンネルのウエブは、金属化されていることを特徴とするマイクロ燃料電池システム。
【請求項２】
前記拡散チャンネルの幅は、１μｍから３００μｍの間、より好ましくは１０μｍから１００μｍの間であることを特徴とする請求項１に記載マイクロ燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムへの圧力降下を減少させるために、前記拡散チャンネルは、ガス導入、ガス透過性開口から距離が離れるに従って狭くなり、かつ前記拡散チャンネルは、曲がりくねって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項４】
金属マスクが、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）から遠い側のポリマー層の側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池膜（ＭＥＡ）の領域には、反応水を保持するための多孔質コンポーネントが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項６】
燃料として、分子状水素又はメタノールによって作動することが可能となっていることを特徴とする請求項１乃至５の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項７】
数個の燃料電池からなり、該数個の燃料電池は、平面的に（図３及び図４）互いに隣り合い電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至６の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項８】
前記カソード側の前記電流コレクタホイルには、前記カソード側に空気を供給するための多数の開口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項９】
自由電極面は、少なくとも汚れ及び／又は水を防ぐための領域に含浸することを特徴とする請求項８に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１０】
前記アノード側の前記電流コレクタホイルは、少なくとも２点で隣接する燃料電池の前記カソード側の前記電流コレクタホイルに接続されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１１】
マイクロ燃料電池は、可とう性があり、燃料を収容するための容器又は任意の弧状面の回りに巻きつかれていることを特徴とする請求項１乃至１０の一項に記載のマイクロ燃料電池システム。
【請求項１２】
少なくとも前記アノード側にウエブを備える前記電流コレクタホイルは、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）上に直接配置され、前記電流コレクタホイルを作製するために、前記拡散チャンネルのための凹所は、レーザ処理、ウエットエッチング、リアクティブイオンエッチング、又はエンボス、プレス、又はパンチング等の機械的な方法によって作製され、処理（機械加工）前のポリマー板は、ウエハ上に置かれた金属ホイル上に配置され、前記凹所の作製及び／又は導電層の配置の後、前記ウエハは除去され、又はこの製造方法はローラ処理によって行なわれ、又は第１に、犠牲層／犠牲構造はウエハ上に置かれ、前記電流コレクタホイルの完成後、前記犠牲層／犠牲構造は、自己電流コレクタホイルを形成するために除去されることを特徴とする請求項１乃至１１の一項に記載のマイクロ燃料電池システムの製造方法。
【請求項１３】
前記配置を、付着（接着）及び／又はプレスによって行なうことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記燃料電池膜（ＭＥＡ）上に前記電流コレクタホイルを配置する前に、領域において、互いに隣り合って配置される電池の絶縁のための電気的な絶縁部分が前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に形成されることを特徴とする請求項１乃至１３の一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記アノード側の前記電流コレクタホイルを配置する前に、前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に属するメタノールバリア層が配置されることを特徴とする請求項１２乃至１４の一項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散チャンネルは、略平面的なポリマー板上に金属構造を設けることによって作製されることを特徴とする請求項１３乃至１５の一項に記載の製造方法。
【請求項１７】
最終的に開口は、レーザジェット、ウエットジェットドリル、リアクティブイオンエッチング、又は機械的な方法によって前記電流コレクタホイルに組込まれることを特徴とする請求項１２乃至１６の一項に記載の製造方法。
【請求項１８】
第１に犠牲構造を前記燃料電池膜（ＭＥＡ）に設け、直接析出法及び構造化方法によってＭＥＡ上に前記電流コレクタホイルを形成するために層が設けられたその後、前記犠牲構造は、拡散チャンネル等を解放（自由に）するために取り除かれることを特徴とする請求項１乃至１１の一項に記載のマイクロ燃料電池システムの製造方法。
【請求項１９】
前記電流コレクタホイルを製造するために、前記拡散チャンネルのための凹所は、レーザ処理、ウエットエッチング、リアクティブイオンエッチング、又はエンボス、プレス、又はパンチング等の機械的な方法によって製造され、加工前のポリマー板は、ウエハ上に置かれた金属ホイル上に配置され、前記凹所の製造及び／又は導電層の配置後、前記ウエハは除去され、又はこの製造方法は、ローラ処理によって行なわれ、又は第１に犠牲層／犠牲構造はウエハ上に置かれ、前記電流コレクタホイルの完成後、前記犠牲層／犠牲構造は、自立電流コレクタホイルを形成するために除去されることを特徴とする請求項１乃至１１の一項に記載のマイクロ燃料電池システムに使用するための電流コレクタホイルの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９の製造方法により製造された電流コレクタホイル。
【国際調査報告】
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