(57)【要約】  隣り合う複数の基本セル（２ａ、２ｂ）は、接続要素により直列に接続され、各セルは内部接続領域（ＺＩ）に配置される。前記接続要素（１１）は、それによって接続される２つの隣り合うセルの各電解質膜（５ａ、５ｂ）から分離されている。このようにして、接続要素はこれらの電解質膜と接することはない。２つのセルのうちの１つにおいて、接続要素（１１）は隙間により電解質膜（５ａ）から分離され、一方、他のセルは、電池の動作時のこの膜（５ｂ）の体積変化に対するバッファ領域として働くように設計された保護薄層（１５）により電解質膜（５ｂ）と分離されている。保護薄層（１５）は、セル（２ｂ）の電解質膜（５ｂ）を構成するポリマー材料のものと比べて低い水分吸収能を持つポリマー材料から形成される。
2013532891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隣り合う基本セル（２、２ａ、２ｂ）を備える燃料電池であって、前記各基本セルは、連続的に、
−  電流コレクタ（１２、１２ａ、１２ｂ）と電極（３、３ａ、３ｂ）とにより形成された第１のアセンブリと、
−  第１のポリマー材料（５、５ａ、５ｂ）により形成された電解質膜と、
−  電流コレクタ（１３、１３ａ、１３ｂ）と電極（４、４ａ、４ｂ）とにより形成された第２のアセンブリと、
を備え、
前記複数の基本セルは２つの隣り合うセル（２、２ａ、２ｂ）の間にそれぞれ位置する複数の接続要素（１１）により直列に接続されて、セル（２ａ）の前記第１のアセンブリを前記隣り合うセル（２ｂ）の前記第２のアセンブリに接続し、
−  セル（２ａ）の前記電解質膜（５ａ）は、前記接続要素（１１）とともに隙間を形作る側壁を有し、この側壁はセル（２ａ）の前記電解質膜（５ａ）の膜厚全体を覆っており、
−  保護薄層（１５）は、前記第１のポリマー材料のものに比べて低い水分吸収能を持つ第２のポリマー材料から形成され、前記接続要素（１１）と前記隣り合うセル（２ｂ）の前記電解質膜（５ｂ）とに間に挿入され、且つ、前記接続要素（１１）と前記隣り合うセル（２ｂ）の前記電解質膜（５ｂ）とに直接接しており、前記隣り合うセルの前記電解質膜（５ｂ）の膜厚全体を覆っている、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記各接続要素（１１）は、セル（２ａ）の前記第１のアセンブリの前記電流コレクタ（１２、１２ａ、１２ｂ）に延びる第１の部分（１１−１）と、前記隣り合うセル（２ｂ）の前記第２のアセンブリの前記電流コレクタ（１３、１３ａ、１３ｂ）と接続する第２の部分（１１−２）とを備え、前記接続要素（１１）の前記第２の部分（１１−２）から前記接続要素（１１）の前記第１の部分（１１−１）まで反時計回りに形成される傾斜角度（β）は、鈍角である、ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記傾斜角度（β）は１３５°以上であり、有利には１７０°以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記２つの隣り合うセルは、内部接続領域（ＺＩ）により分離されており、
−  前記隣り合うセル（２ｂ）の前記電解質膜（５ｂ）の外側部分（１６）と、
−  前記保護薄層（１５）と、
−  セル（２ａ）の前記第１の電流コレクタ（１２、１２ａ、１２ｂ）と前記隣り合うセル（２ｂ）の前記第２の電流コレクタ（１３、１３ａ、１３ｂ）との間の前記接続要素（１１）と、
により形成される連続的な積層が前記内部接続領域に配置される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電池。
【請求項５】
前記隣り合うセル（２ｂ）の前記電解質膜（５ｂ）の前記外側部分（１６）は直角三角形状の断面を有し、前記直角三角形の斜辺は前記保護薄層（１５）と接しており、前記保護薄層それ自身が同じ切断面において三角形状の断面を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記第１のポリマー材料は親水基を備え、前記第２のポリマー材料は、前記第１のポリマー材料と同じポリマーにより形成され、前記第２のポリマー材料において前記親水基は少なくとも部分的に劣化している、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電池。
【請求項７】
前記親水基は、−ＳＯ３、−ＣＯＯＨ、及び、−ＰＯ（ＯＨ）２群から選択される、ことを特徴とする請求項６に記載の電池。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の燃料電池の製造方法であって、
−  支持体（１４）の上に前記複数の基本セル（２、２ａ、２ｂ）の前記第１のアセンブリを形成し、前記複数の基本セルは、２つの隣り合う基本セル（２、２ａ、２ｂ）の間の内部接続領域（ＺＩ）を形成するように設計された隙間領域により互いに分離されており、
−  前記複数の基本セル（２、２ａ、２ｂ）の前記第１のアセンブリの上に前記基本セル（２、２ａ、２ｂ）の前記電解質膜（５、５ａ、５ｂ）を形成し、
−  前記基本セル（２、２ａ、２ｂ）の前記電解質膜（５、５ａ、５ｂ）の上に前記第２のアセンブリを形成し、
−  ２つの隣り合うセル（２、２ａ、２ｂ）の間の前記内部接続領域（ＺＩ）に前記接続要素（１１）を形成する、
ことを備え、
前記電解質膜（５、５ａ、５ｂ）の形成は、前記支持体（１４）上の第１のポリマー材料から形成され、前記第１のアセンブリと前記内部接続領域（ＺＩ）とを覆う連続した薄層（１７）の形成により行われ、前記内部接続領域（ＺＩ）に堆積した第１のポリマー材料の少なくとも部分的な除去により、前記隙間は形成され、前記内部接続領域（ＺＩ）において、第２のポリマー材料から形成された前記保護薄層（１５）の形成を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記内部接続領域（ＺＩ）の前記第１のポリマー材料の除去は、プラズマを用いた選択的エッチング操作により行われるこの材料の部分的な除去である、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記保護薄層（１５）の形成は、前記内部接続領域（ＺＩ）の前記第１のポリマー材料の部分的な除去の後に、プラズマによる前記内部接続領域（ＺＩ）の前記第１のポリマー材料の非除去領域に対する選択的で且つ少なくとも表面的な処理により行われる、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記保護薄層（１５）の形成は、プラズマ処理による前記内部接続領域（ＺＩ）の前記第１のポリマー材料の部分的な除去と同時に行われる、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合う基本セル（elementary cell）を備える燃料電池と、このような燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の燃料電池、例えば、電流コレクタと結合される電極−膜−電極（ＥＭＥ）アセンブリにより形成された単一の基本セルを備える燃料電池により与えられる電圧は、通常、ポータブル装置の分野で用いられるためには十分なものではない。燃料電池をエネルギー源として用いるようなあるアプリケーションでは、実際に、例えば数ボルトより大きな高い電圧を必要とする。このため、直列に接続された複数の基本セルを備える燃料電池が用いられることとなる。
【０００３】
一般的には、基本セルは、互いに直列に接続される前に別々に製造される。平坦な支持体（support）の上に複数の薄層の形状で形成される燃料電池の場合（プレーナセルと呼ばれる電池）には、複数のＥＭＥアセンブリは通常平坦な支持体の上に分離されるようにして製造され、１つずつ切断し、次いで互いに直列に接続される。このような製造方法は、長い時間かかり、且つ、セルを直列に接続するためにアノードとカソードとのアセンブリの上にはんだ付け又は積層されることができる追加的な電流コレクタを必要とする。
【０００４】
文献“Microfabricated fuel cells”(Electrochimica Acta 48(2003) 2869-2877)において、J.S.Wainright らは、複数のチャネルが開けられたアルミナの上に配置された多孔質のナイロン膜の上に形成された、直列に接続された複数のセルを備える燃料電池が提案されている。アノード側電流コレクタは、インクプリント堆積（ink-printing deposition）により形成されている。さらに、非多孔質の絶縁ポリマーシールは、複数のアノード側電流コレクタの間に配置され、セルの残りの部分が形成される。セルの直列接続は、導電性インクをプリントすることにより行われる。しかしながら、この解決法によれば、湿った空気（１００％  ＲＨ）中で、電解質膜は膨張し、基板から剥離する。しかしながら、このような基板からの剥離により、電池のリークと停止とがもたらされる。膜の弱い機械的強度は、１つには、絶縁性シールとアノード側電流コレクタとの間の接触の弱さであり、それによって空間が形成されることに関連しており、もう１つは、絶縁性シール上の電解質膜の弱い接着性に関連する。
【０００５】
米国特許５８６３６７２は、基本電圧を人為的に増加させることができる異なる燃料電池の形状を開示する。図１に示されるように、このような電池１は、互いに隣り合って配置されている数個の基本セル２により形成されている。各セル２はアノード３とカソード４とその間に配置された電解質膜５とのアセンブリを備える。複数のセル２は、複数の電気絶縁性領域６により互いに分離されており、複数の導電性接続部７により互いに接続されている。複数の接続部７はそれぞれ中央領域８を備え、中央領域８は、第１の層９と第２の層１０とにそれぞれ覆われた第１の面８ａと第２の面８ｂとを備え、第１の層９と第２の層１０とは、第１のセルのアノード３とこの第１のセルと隣り合うセルのカソード４とそれぞれ接続されている１つの端部をそれぞれ備える。このようなセルは、特に接続部７は、実施が難しく、特に小さなスケールでの実施が難しい。また、アセンブリの各サイドに配置された外部電流コレクタとガス分散プレートといった数個の他の要素（element）の間に直列に接続されたセルにより形成されたアセンブリをアセンブルするステップを必要とする。最終的には、密封性（tightness）の問題が依然として存在する。
【０００６】
欧州特許出願１５１５３８７Ａにおいては、燃料電池は、直列に接続された数個の隣り合うセルに共通する固体電解質膜を備える。セルの直列接続は、セルの電流コレクタを隣り合うセルの電流コレクタに接続する垂直な接続要素を用いて行われる。これらの接続要素は、共通する固体電解質膜に配置された貫通孔の中央に配置される。シールは、対応する接続要素と膜とを分離する上部空間を覆うために、さらに各貫通孔の上部に配置される。
【０００７】
セルを切断し貼り付けるために必要なものを用いることのない、基本セルを直列に接続するための従来からの解決法のすべては、機械的強度の問題に直面している。
【０００８】
−  剥離された電解質膜の面において、
−  もしくは、ＥＭＥアセンブリの面において、特に、高電力密度と相性のいい非常に薄い膜厚を有する必要のある膜の面において。
【０００９】
さらに、与えられたセルの表面においては、基本セルのセットに占められた表面（“活性表面”）と、絶縁領域及び／又は導電性領域に占められた表面（“不活性表面”）とを共有する。しかしながら、上記に提案された解決法は、“活性領域”の部分は比較的小さく、セルの数が大きくなるほど、この部分が小さくなり、このことは、ポータブル装置の電流供給をターゲットとしているアプリケーションとは合致しないことを明らかにしてしまう。
【００１０】
欧州特許出願２０６１１１４Ａは、その電流コレクタにより直列に接続された複数の基本セルを備える燃料電池のシンプルな製造方法を提案する。すなわち、図２に示すように、セルの第１の（例えばアノード側）電流コレクタ１２ａを隣り合うセル２ｂの第２の（例えばカソード側）電流コレクタ１３ｂに接続するように設計された接続要素１１は、２つの隣り合うセル２ａ及び２ｂの間に配置される。接続要素１１は、セル２ａの第１の電流コレクタ１２ａは垂直に伸び、セル２ｂの第２の電流コレクタ１３ｂに接続している。さらに、接続要素１１は、２つの隣り合うセル２ａ及び２ｂの電解質膜５ａ及び５ｂに接し、この電解質膜５ａ及び５ｂの前に、多孔質基板１４に配置された電流コレクタ１２ａ及び１２ｂの構成部分を形成するものと同じ導電性材料から形成される。さらに有利には、接続要素１１は各電解質膜５ａ及び５ｂのものよりも厚い膜厚を持ち、セル２ｂの第２の電流コレクタ１３ｂと電気的に接続することを促進する。図２中の符号３ａ及び３ｂは、セル２ａ及び２ｂの各第１の電極（例えばアノード）を示し、図２中の符号４ａ及び４ｂは、セル２ａ及び２ｂの各第２の電極（例えばカソード）を示す。
【００１１】
欧州特許出願２０６１１１４Ａは、直列に接続された基本セルの製造方法をシンプルにすることができるにもかかわらず、スプレー、スクリーンプリント、又はインクジェットプリントといった電解質ポリマー材料の堆積のための従来技術は、複数の接続要素の間にすばやく且つ均一に局所的堆積を行うことができない。さらに、欧州特許出願２０６１１１４Ａにおける接続要素１１を備える領域に対応する内部接続領域は、電解質膜５ａ及び５ｂを形成するために用いられる電解質ポリマー材料が水との反応能力が大きいことによる形状の変形を受ける際に、高い機械的ストレスが印加され、それにより剥離と電気接続の破壊とが引き起こされることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、従来技術の欠点を補う燃料電池を提供することである。さらに詳細には、本発明の目的は、直列に接続された複数の隣り合う基本セルを備える燃料電池を提案することであり、この電池は、実施が可能であり、この電池の動作中に生じることがある電解質膜の堆積変化に敏感ではない。
【００１３】
本発明によれば、この目的は添付のクレームにより達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、従来技術による燃料電池を示す。
【図２】図２は、従来技術による燃料電池を示す。
【図３】図３は、本発明による電池の特有の実施形態を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、図３の内部接続領域を概略的に示す拡大断面図である。
【図５】図５は、図３の燃料電池の特有の実施形態の実施のあるステップを示す。
【図６】図６は、図３の燃料電池の特有の実施形態の実施の他のステップを示す。
【図７】図７は、図３の燃料電池の特有の実施形態の実施のさらなる他のステップを示す。
【図８】図８は、プラズマによる処理を行った場合とそれを行わなかった場合のナフィオン（登録商標）型のポリマー材料のＦＴＩＲスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
他の利点及び特徴は、本発明の特有の実施形態についての下記の説明により、さらに明らかにされる。本発明の特有の実施形態は、単なる例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の特有の実施形態は、添付の図面により示される。
【００１６】
特有の実施形態においては、燃料電池は接続要素により直列に接続された隣り合う複数の基本セルを備える。セルは、有利にはプレーナ燃料電池である。
【００１７】
支持体１４の上に配置された２つの隣り合う基本セル２ａ及び２ｂは図３に示される。支持体１４は、有利には多孔質であり、有利には平坦であるような上面１４ａと下面１４ｂとを有する。多孔質支持体１４は例えば多孔質材料から形成される。チャネルが開けられた非多孔質材料により形成することもできる。多孔質材料の孔（porosity）又は非多孔質材料に開けられたチャネルのサイズは、燃料電池の中の流れる流体が拡散することができるようなより十分なものであり、特に流体燃料に対してである。さらに有利には電極の下にのみ配置することができる。支持体１４は、追加的に電気絶縁されており、有利には、０．１ｍｍから２ｍｍの間の膜厚を有する。支持体は、例えば、セラミックス、ポリマー、シリコン、シリコンカーバイドから選択される材料から形成される。
【００１８】
２つのセルは図３中の符号２ａ及び２ｂで示され、セル２ａは図３の左側に位置するセルであり（第１のセルと呼ぶ）、セル２ｂは図３の右側に位置するセルである（第２のセルと呼ぶ）。
【００１９】
さらに、概してこれからの説明においては、文字“ａ”が続く符号は図３に示されるセル２ａを構成する要素に対応し、一方、文字“ｂ”が続く符号は、セル２ｂを構成する要素に対応する。明確にするために、説明において２つのセル２ａ及び２ｂ、さらにこれらを構成する要素を区別しない場合には、文字“ａ”及び“ｂ”を省略する。従って、例えば、セル２ａ及び２ｂ及び追加的セルは符号２となる。
【００２０】
各基本セル２は、以下の連続的な積層により形成される：
−  第１の電流コレクタ１２と例えばアノードであるような第１の電極３とにより形成された第１のアセンブリと、
−  電解質ポリマー材料により形成された電解質膜５であって、有利には固体状であり、有利には１０μｍから５００μｍの間の、さらに好ましくは２５μｍから１００μｍの間の膜厚を有する電解質膜５と、
−  例えばカソードであるような第２の電極４と第２の電流コレクタ１３とにより形成された第２のアセンブリと。
【００２１】
複数の基本セルは、図３の符号ＺＩで示される内部接続領域と呼ばれる領域により互いに分離される。内部接続領域は、例えば実施形態によって、１μｍから１ｃｍの間の好ましくは０．５ｍｍから１０ｍｍの間で変化する幅を有することができる。これらの領域は、詳細には、隣り合うセル２ｂの第２のアセンブリにセル２ａの第１のアセンブリを、さらに詳細には隣り合うセル２ｂの第２の電流コレクタ１３ｂにセル２ａの第１の電流コレクタ１２ａを電気的に接続するために配置された手段が存在する領域である。特に、この手段は、セルの第１及び／又は第２の電流コレクタを形成するものと同じ導電性材料により形成されることが好ましい。
【００２２】
内部接続領域ＺＩに位置する各接続要素１１は、接続するように設計された２つの隣り合うセル２の各電解質膜５から分離されている。従って、欧州特許出願２０６１１１４Ａに記載された燃料電池と異なり、接続要素は電解質膜に直接接することはない。さらに、２つの隣り合うセル２の電解質膜５は有利には個別の要素により形成される。２つのセルのうちの１つ（図３中のセル２ａ）のために、接続要素１１は隙間により電解質膜５ａと分離されており、一方、他のセル（図３中のセル２ｂ）は、電池が動作している間に、この膜５ｂの体積変化に対するバッファ領域として機能するように設計された保護薄層（thin barrier layer）１５により電解質膜５ｂと分離されている。従って、セル２ａの電解質膜５ａは、接続要素１１とともに隙間Ｅを形作る側壁を有し、それは、電解質膜５ａの膜厚ｅｐの全体を覆っており、一方、保護薄層１５は、接続要素１１と電解質膜５ｂの膜厚ｅｐ全体を覆う隣り合うセル２ｂの電解質膜５ｂとに、直接接している。
【００２３】
特に、保護薄層１５は、セル２ｂの電解質膜５ｂを構成するポリマー材料のものと比べて低い水の吸収能を有するポリマー材料により形成される。この材料の水吸収能は、特に、この関連する材料のサンプルの水体積の増加を測定することにより見積もることができる。電解質膜のポリマー材料の水吸収能と保護薄層のポリマー材料の水吸収能との間の割合は、有利には２よりもかなり大きく、さらに有利には１０よりも大きい。有利なモードにおいては、保護薄層１５は、電解質膜５ｂを形成するものと同じポリマー材料により形成することができる。この場合、保護薄層を形成するために、電解質膜は、例えばプラズマにより選択的に且つ少なくとも表面的な処理により少なくとも部分的に劣化された親水基を備える。この場合、水を吸収する能力は、膜と保護薄層とを形成する層の膜厚において段階的に変化する。ポリマー材料の親水基は、有利には、−ＳＯ３、−ＣＯＯＨ、及び−ＰＯ（ＯＨ）２群から選択される。
【００２４】
接続するように設計されたセルの各電解質膜に対して接続要素の離隔は、接続要素をこの膜の体積変化から維持することを可能にし、これによって、２つの隣り合うセルの間の電気接続を維持する。
【００２５】
図３と図４の拡大図とに示される実施形態においては、内部接続領域に位置する接続要素１１は、セル２ａの第１の電流コレクタ１２ａに水平に延びる第１の部分１１−１により形成され、第１の部分自体は、セル２ｂの第２のコレクタ１３ｂと接する端部を持つ傾いた第２の部分１１−２により延長されている。接続要素１１の第２の部分１１−２からセル２ａの第１のコレクタ１２ａと接続要素１１の第１の部分１１−１との主面Ｐまで反時計回りの方向に形成される傾斜角度βは、有利には鈍角であり、さらに詳細には９０°とは異なる。さらに好ましくは１３５°以上であり、有利には１７０°以上である。従って、有利には接続要素１１の第２の部分１１−２は主面Ｐに対して垂直ではないことは、電解質膜の体積変化に対する燃料電池の構造安定性を促進する。
【００２６】
図３においては、接続要素１１の第２の部分１１−２は保護薄層１５の上に残っており、保護膜層自体はセル２ｂの電解質膜５ｂの外側部分１６の上に配置されている。従って、電解質膜５ｂは、セル２ｂの２つの電極３ｂ及び４ｂの間に配置されるだけでなく、接続領域ＺＩに部分的に延長されている。この外側部分１６は多孔性支持体１４の上面１４ａの上に残っており、図３の切断面において有利には直角三角形状の断面を有し、その三角形の斜面は保護薄層１５に接している。図３の同じ切断面において有利には保護薄層１５自体も三角形状の断面を有する。
【００２７】
特に製造方法においては、電流コレクタ１２ａ及び１３ｂの各主面（水平面Ｐに対応する）に対して接続要素１１の第２の部分１１−２の傾きを決定する保護薄層１５とこの外側部分１６とを形成することを用いる。
【００２８】
このような燃料電池は、それによって、電池が動作中の際に、ポリマー材料から形成された電解質膜の体積変化の問題を避けることができる。一つは、電解質膜５ａから接続要素１１を分離する隙間と、もう１つは、接続要素と電解質膜５ｂとの間の保護薄層の存在とは、実際に２つの隣り合うセルの間の接続手段により受ける機械的ストレスを弱めることができる。これによって、セルは、ポリマー材料から形成された電解質膜の体積変化に対して敏感ではないようにすることができる。
【００２９】
このようなセルは、容易に製造することができるという利点を有する。実際、支持体の上に電解質ポリマー材料の連続した単一の薄層を形成し、内部接続領域に堆積したポリマー材料を少なくとも部分的に除去することにより、各セルの電解質膜を製造することができる。これにより、均一な堆積を形成することができない堆積条件を用いて電解質材料の局所的な堆積を形成することを避けることができる。さらに、一方の隙間と一方の保護層とは製造が容易である。隙間は、内部接続領域ＺＩに堆積された電解質材料の少なくとも部分的な除去の間に形成される。さらに、保護薄層は、その部分に対しては、有利には、電池の実施を促進し且つ電池を迅速に形成するように、同じプロセス手段を用いて除去の間又は直後に形成される。
【００３０】
図５から７には、図３による燃料電池の特有の実施形態の異なるステップが示されている。電解質ポリマー材料の連続した薄膜１７は、支持体１４の上面１４ａの全体の上に堆積される。電解質ポリマー材料は例えば親水基を有するポリマーであり、例えばデュポン社の販売するナフィオン（登録商標）といったスルホン酸群を備えるフッ素化コポリマである。例えば、コーティング法、スプレー法、プラズマ気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）といった堆積技術により形成することができる。
【００３１】
特に、堆積された連続した薄層１７は、支持体１４の上面１４ａの上にあらかじめ形成された各セル２の第１のアセンブリ（１２及び３）を覆い、同時にセル２ａ及び２ｂを分離する自由領域（内部接続領域ＺＩを形成するように設計された領域）も覆う。連続する薄層１７を堆積後、内部接続領域ＺＩに堆積された電解質ポリマー材料の部分は除去されて、各セルの電解質膜を形作り、且つ、接続要素１１から１つのセル２ａの膜５ａを分離するように設計された隙間（ビア）を形成する。
【００３２】
特に図６に示されるように、各内部接続領域ＺＩでの除去は、プラズマ処理（図６中の矢印Ｆ）による選択的なエッチングによりに行われる部分的な除去であることができ、この内部接続領域ＺＩの隙間の形成とともに、電解質膜５ａ及び５ｂを形作る。内部接続領域ＺＩの端部においてこの隙間を形成するために、特に隙間の形成は、形成された電解質膜５ａの側壁が対応する第１の電流コレクタ１２ａとアノード３ａとの側壁と並ぶように正確に制御される。さらにこれは、電解質ポリマー材料の非除去部分と呼ばれる部分を保存することができる。この非除去部分は有利にはセル２ｂの第１のアセンブリ１２ｂ及び３ｂに配置された電解質膜５ｂの部分に延びた直角三角形状の断面を有する。エッチングは連続する薄層１７中で行われ、直角三角形状の断面を有する非除去部分は、セル２ｂだけでなくセル２ａのためにも維持することができる。従って、セル２ａが配置された側のこの非除去部分はセル２ａの第１のアセンブリ１２ａ及び３ａの上に位置する電解質膜５ａの部分に延びることができる。
【００３３】
図５から図７においては、保護薄層１５は電解質ポリマー材料の部分的な除去が行われると同時に形成される。この場合、プラズマ処理は、電解質ポリマー材料の部分を除去して隙間を形成し且つ膜５ａ及び５ｂを形作るだけでなく、同時に、非除去部分のポリマー材料の親水基を少なくとも表面において劣化させることができる。これは、エッチングにより除去されなかった非除去部分において、保護薄層１５を形成し且つ電解質膜５ｂの残った非劣化部分（外側部分１６）の上に残った少なくとも１つの表面薄層を形成することを可能にする。電解質ポリマー材料のエッチングと化学改質との両方を行うことができるプラズマ処理ステップは、有利には、平行電極を持つ反応器の中で行うことができる。反応性ガスは、スプレーシャワーにより注入され、低周波（４００ｋＨｚ）から高周波（１３．５６ＭＨｚ）の間の周波数レンジで分極される。容量放電の電力は好ましくは１Ｗから１０００Ｗの間である。圧力は、有利には０．０１ｍｂａｒから１ａｔｍの間であり、好ましくは０．１から１ｍｂａｒである。さらに反応性ガスは、アルゴン、酸素、水、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ２又は混合ガスから選択される。プラズマ処理時間は１秒から１時間の間である。好ましくはプラズマ処理時間は１０から３０分の間である。さらに、保護薄層１５を形成する材料の化学的改質とエッチングとを達成することができるエッチング時間及び／又はプラズマ中の酸素の割合は、これらのパラメータが増加するほど、エッチングが達成するまでの化学的改質が高まる。
【００３４】
保護層１５の上の内部接続領域の要素１１の形成とともに、各セルのカソードと第２の電流コレクタは電解質膜の上に形成される。接続要素の堆積は、例えば、カソードスパッタリングにより行われるＣｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＰｔといった金属の真空堆積操作により行われる。堆積は、シリコーン、エポキシ又はアクリルタイプの導電性接着剤といった導電性有機材料の堆積によっても行うことができる。
【００３５】
例えば低温コーティングにより形成された２６μｍ±４μｍの膜厚を有するナフィオン（登録商標）の連続する薄層はシリコン基板に堆積され、その基板には、隙間領域により分離された第１のアセンブリがあらかじめ形成されている。第１のアセンブリは、５００ｎｍの膜厚を持つ金から形成されたアノード側電流コレクタと、１μｍの膜厚を有するプラチナカーボンインクにより形成されたアノードとにより形成される。
【００３６】
連続するナフィオン（登録商標）の薄層は、１つの操作において、好ましい領域でナフィオン（登録商標）を部分的に除去し、さらに（表面の化学的構造を改質することにより）保護薄層１５を形成することができるプラズマ処理操作により処理される。用いられるプラズマは、流量１０ｓｃｃｍの水蒸気と流量１５０ｓｃｃｍのヘリウムとの低周波プラズマである。平行平板に囲われたプラズマ処理の圧力は、０．２５ｍｂａｒであり、電力は３００Ｗに固定される。電極間の距離は２０ｍｍに固定され、処理時間は１３分に固定される。さらに、保護される領域が、５００μｍの膜厚を持つステンレス鋼マスクを用いて機械的にマスキングされている間、処理されるナフィオン（登録商標）の連続した薄層の領域はマスキングされない。さらに詳細には、保護される領域がアノードの上に位置する領域に対応するならば、処理される領域は内部接続領域に配置された領域に対応する。
【００３７】
図７は、保護薄層を形成するためのプラズマ処理の前（曲線１）と後（曲線２）とのナフィオン電解質材料のＦＴＩＲスペクトルを示す。ピークの変化は、材料の化学マイクロ構造が改質したことを示す。−Ｓ−Ｏ結合に対する−Ｃ−Ｆ結合の割合の大幅な増加がプラズマ処理後に観察される。従って、プラズマ処理の後には、材料は水を吸収することなく、変形をしない。この場合には、プラズマ処理後に、２０％の変形ではなくて２％の変形が観察される。
【００３８】
保護薄層が形成された後、例えば１μｍの膜厚を持つプラチナカーボンインクによって形成されたカソードは、電解質膜の上に形成され、且つ、第２の電流コレクタで覆われ、さらに接続要素が形成される。
【００３９】
接続要素１１により接続された２つの隣り合うセルのみが図３により示されているが、本発明による電池は、２つの隣り合うセル以上のセルを備えることができる。特に、セル２ａの第１の電流コレクタは、図３には図示されていないが、追加的な接続要素により延長することができ、第２のセル１１ｂの第１の電流コレクタ１６ｂを隣り合う追加的なセル（図３には図示されていない）の第２の電流コレクタに接続する。さらには、例えば電池を形成する基本セルの鎖の１つの端に位置するセルの１つといった、第２のセル２ｂが端のセルの間に位置する場合、追加的な接続要素は、燃料電池の２つの端子のうちの１つと接続することができる。この場合、追加的な接続要素は端部接続要素と呼ばれる。同様に、第１のセル２ａの第２の電流コレクタ１３ａは、他の接続要素により、他の隣り合うセルの第１の電流コレクタ（図３において図示されていない）に接続することができる。さらに、第１のセル１１ａが端部基本セルである場合には、第２の電流コレクタ１３ａは電池の他の端子に接続することもできる。
【００４０】
保護薄層１５の形成は、プラズマ処理による第１のポリマー材料の非除去領域への選択的で且つ少なくとも表面的な処理による電解質ポリマー材料の除去の間ではなく後に、行うことができる。
【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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【国際調査報告】
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