(57)【要約】燃料電池（１６，２０，４０，６０）は、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、無孔質水素透過性アノード電極（５４，７４）及び／又は無孔質水素透過性カソード電極（３８，５８）とを含む。電極は、不純物ではなく水素の透過を許容する、パラジウムからなる固体金属薄膜であってよい。プロトン伝導媒体は、固体の無水プロトン伝導媒体であってよい。アノード電極及びカソード電極は、プロトン伝導媒体、アノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）、カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）、プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットの少なくとも一つに直接シールされてよい。【選択図】  図３
2008513959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電方法であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置された固体の無水プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
アノード電極（５４，７４）とカソード電極（３８，５８）とのうち少なくとも１つを無孔質水素透過性電極とした装置（１６，２０，４０，６０）に燃料の供給物及び酸素の供給物を提供し、
アノード電極とカソード電極との間に電荷を印加することからなる方法。
【請求項２】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、ａ）プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、ｂ）第１の部材（４２，６２）と、ｃ）第２の部材（２４，４４）と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、拡散接合、溶接、蒸着、スパッタリングのうち少なくとも１つにより、第１の部材（４２，６２）と、第２の部材（２４，４４）とのうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項１記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、蒸着によりプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に直接シールされる請求項１記載の方法。
【請求項５】
固体の無水プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、ペロブスカイトセラミック及び固体酸プロトン伝導媒体からなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項６】
固体の無水プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、セシウム二水素リン酸からなる請求項１記載の方法。
【請求項７】
アノード電極（５４，７４）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項１記載の方法。
【請求項８】
カソード電極（３８，５８）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項１記載の方法。
【請求項９】
アノード電極（５４）とカソード電極（５８）とは、無孔質水素透過性電極からなる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
反応物の供給物の提供は、水素含有ガス混合物からなる請求項１記載の方法。
【請求項１１】
さらに、カソード出口に背圧を印加することからなる請求項１記載の方法。
【請求項１２】
装置はスタックからなる請求項１記載の方法。
【請求項１３】
発電装置（１６，２０，４０，６０）であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置された固体の無水プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
アノード電極（５４，７４）とカソード電極（３８，５８）とのうち少なくとも１つを無孔質水素透過性電極とした装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、ａ）プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、ｂ）第１の部材（４２，６２）と、ｃ）第２の部材（２４，４４）と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、拡散接合、溶接、蒸着、スパッタリングのうち少なくとも１つにより、第１の部材（４２，６２）と、第２の部材（２４，４４）とのうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、蒸着によりプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に直接シールされる請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
固体の無水プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、ペロブスカイトセラミック及び固体酸プロトン伝導媒体からなる群から選択される請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、セシウム二水素リン酸からなる請求項１３記載の装置。
【請求項１９】
アノード電極（５４，７４）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
カソード電極（３８，５８）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項１３記載の装置。
【請求項２１】
アノード電極（５４）とカソード電極（５８）とは、無孔質水素透過性電極からなる請求項１３記載の装置。
【請求項２２】
さらに、カソード出口に背圧を印加するバルブからなる請求項１３記載の装置。
【請求項２３】
装置はスタックからなる請求項１３記載の装置。
【請求項２４】
発電方法であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置されたプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
ａ）カソード電極（３８，５８）が無孔質水素透過性電極からなることと、ｂ）アノード電極（５４）及びカソード電極（３８）が無孔質水素透過性電極からなることとのうち少なくとも１つである装置（１６，２０，４０，６０）に燃料の供給物及び酸素の供給物を提供し、
アノード電極とカソード電極との間に電荷を印加することからなる方法。
【請求項２５】
カソード電極（５８）が、無孔質水素透過性電極からなる請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
アノード電極（５４）及びカソード電極（５８）が、無孔質水素透過性電極からなる請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
反応物の供給物の提供は、改質物の供給物の提供からなる請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
発電装置（１６，２０，４０，６０）であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置されたプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
ａ）カソード電極（３８，５８）が無孔質水素透過性電極からなることと、ｂ）アノード電極（５４）及びカソード電極（３８）が無孔質水素透過性電極からなることとのうち少なくとも１つである装置。
【請求項２９】
カソード電極（５８）が、無孔質水素透過性電極からなる請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
アノード電極（５４）及びカソード電極（５８）が、無孔質水素透過性電極からなる請求項２８記載の装置。
【請求項３１】
発電方法であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置されたプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
アノード電極（５４，７４）と、カソード電極（３８，５８）のうち少なくとも１つを無孔質水素透過性電極とし、無孔質水素透過性電極のうち少なくとも１つが、ａ）プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、ｂ）第１の部材（４２，６２）と、ｃ）第２の部材（２４，４４）と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、直接シールされる装置（１６，２０，４０，６０）に燃料の供給物及び酸素の供給物を提供し、
アノード電極とカソード電極との間に電荷を印加することからなる方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、拡散接合、溶接、蒸着、スパッタリングのうち少なくとも１つにより、第１の部材（４２，６２）と、第２の部材（２４，４４）とのうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）は、蒸着及びスパッタリングのうち少なくとも１つにより、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に直接シールされる請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、プロトン交換膜からなる請求項３１記載の方法。
【請求項３５】
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、パーフルオロスルホン酸、ポリベンズイミダゾール、ペロブスカイトセラミック、及びセシウム二水素リン酸からなる群から選択される請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
アノード電極（５４，７４）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項３１記載の方法。
【請求項３７】
カソード電極（３８，５８）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項３１記載の方法。
【請求項３８】
アノード電極（５４）とカソード電極（５８）とは、無孔質水素透過性電極からなる請求項３１記載の方法。
【請求項３９】
反応物の供給物の提供は、水素含有ガス混合物を提供することからなる請求項３１記載の方法。
【請求項４０】
さらに、カソード出口に背圧を印加することからなる請求項３１記載の方法。
【請求項４１】
装置はスタックからなる請求項３１記載の方法。
【請求項４２】
発電装置（１６，２０，４０，６０）であって、
アノード電極（３４，５４，７４）と、
カソード電極（３８，５８，７８）と、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、
カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）と、
アノード電極とカソード電極との間に配置されたプロトン伝導媒体（３５，５５，７５）とを備え、
アノード電極（５４，７４）と、カソード電極（３８，５８）のうち少なくとも１つを無孔質水素透過性電極とし、無孔質水素透過性電極のうち少なくとも１つが、ａ）プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、ｂ）第１の部材（４２，６２）と、ｃ）第２の部材（２４，４４）と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、直接シールされる装置。
【請求項４３】
電極は、拡散接合、溶接、蒸着、スパッタリングのうち少なくとも１つにより、入口及び出口のうち少なくとも１つに、直接シールされる請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
電極は、蒸着により、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に直接シールされる請求項４２記載の装置。
【請求項４５】
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、プロトン交換膜からなる請求項４２記載の装置。
【請求項４６】
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）は、パーフルオロスルホン酸、ポリベンズイミダゾール、ペロブスカイトセラミック、及びセシウム二水素リン酸からなる群から選択される請求項４２記載の装置。
【請求項４７】
アノード電極（５４，７４）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項４２記載の装置。
【請求項４８】
カソード電極（３８，５８）は、無孔質水素透過性電極からなる請求項４２記載の装置。
【請求項４９】
アノード電極（５４）とカソード電極（５８）とは、無孔質水素透過性電極からなる請求項４２記載の装置。
【請求項５０】
さらに、カソード出口に背圧を印加するバルブからなる請求項４２記載の装置。
【請求項５１】
装置はスタックからなる請求項４２記載の装置。
【請求項５２】
燃料電池（１６，２０，４０，６０）を形成する方法であって、
プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）を準備し、
アノード電極（５４，７４）とカソード電極（３８，５８）とのうち少なくとも１つが無孔質水素透過性電極からなる、アノード電極（３４，５４，７４）とカソード電極（３８，５８，７８）との間に、プロトン伝導媒体を配置し、
アノード入口からアノード電極に燃料の供給物を分配する第１の部材（２２，４２，６２）と、カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材（２４，４４，６４）との間に、アノード電極（３４，５４，７４）と、カソード電極（３８，５８，７８）とを配置することからなり、
前記配置は、ａ）プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）と、ｂ）第１の部材（４２，６２）と、ｃ）第２の部材（２４，４４）と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる方法。
【請求項５３】
直接シールすることは、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に、無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
直接シールすることは、第１の部材（４２，６２）に、無孔質水素透過性電極（５４，７４）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５５】
直接シールすることは、第２の部材（２４，４４）に、無孔質水素透過性電極（３８，５８）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５６】
直接シールすることは、第１の部材（４２，６２）と、第２の部材（２４，４４）とのうち少なくとも１つに、無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）のうち少なくとも１つを、拡散接合し、溶接し、蒸着し、スパッタリングすることのうち少なくとも１つからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５７】
直接シールすることは、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）の周囲に配されたガスケットに、無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５８】
直接シールすることは、蒸着により、プロトン伝導媒体（３５，５５，７５）に、無孔質水素透過性電極（３８，５４，５８，７４）のうち少なくとも１つを直接シールすることからなる請求項５２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、水素に基づくエネルギーシステムに関し、さらに詳しくは、燃料電池及び発電方法に関する。尚、本出願は、「燃料電池及び発電方法」と題する、２００４年９月１４日付け米国特許出願第１０／９４１０４４号の全主題を包含している。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば、燃料及び酸素という反応物を電気に変換する。プロトン伝導媒体は、燃料電池の「アノード」側から燃料電池の「カソード側」へのプロトン（すなわちＨ＋イオン）の通過を許し、一方で、反応物（例えば、水素及び空気または酸素）がそこを通過することを妨げる。
【０００３】
一般的には、プロトン伝導媒体は、多孔質で電子伝導性の膜材料で作られたアノード電極及びカソード電極の間に挟持される。電極は、一般に、炭素繊維紙または炭素繊維布である。さらに、電極と膜との界面において、その間に挟持されているものは、電気化学的反応を促進する白金ベースの触媒層である。表面に押圧成形された１つまたはそれ以上の反応物流路を有する２つの電子伝導性グラファイトプレートが、電極の反応物の流れに指向される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらに改良された燃料電池及び発電方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１の特徴において、発電のための装置を提供する。前記装置は、アノード電極と、カソード電極と、アノード入口からアノード電極まで燃料の供給物(supply)を分配する第１の部材(member)と、カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材と、アノード電極とカソード電極との間に配置された固体無水物プロトン伝導媒体(solid anhydrous proton conducting medium)とを含み、アノード電極とカソード電極とのうち少なくとも一方は、無孔質水素透過性電極からなる。
【０００６】
本発明は、第２の特徴において、発電のための装置を提供する。前記装置は、アノード電極と、カソード電極と、アノード入口からアノード電極まで燃料の供給物を分配する第１の部材と、カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材と、アノード電極とカソード電極との間に配置された固体無水物プロトン伝導媒体とを含み、ａ）カソード電極と、ｂ）アノード電極及びカソード電極とのうち少なくとも一方は、無孔質水素透過性電極からなる。
【０００７】
本発明は、第３の特徴において、発電のための装置を提供する。前記装置は、アノード電極と、カソード電極と、アノード入口からアノード電極まで燃料の供給物を分配する第１の部材と、カソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材と、アノード電極とカソード電極との間に配置された固体無水物プロトン伝導媒体とを含み、アノード電極とカソード電極とのうち少なくとも一方は、無孔質水素透過性電極からなり、無孔質水素透過性電極は、ａ）プロトン伝導媒体、ｂ）第１の部材、ｃ）第２の部材及び、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットのうち少なくとも１つに直接シールされる。
【０００８】
本発明は、第３の特徴において、上述の装置と、前記装置からの精製された水素を貯蔵するための貯蔵タンクと、前記装置に改質物を供給するための改質器とを含む水素燃料施設を提供する。
【０００９】
本発明は、第４の特徴において、発電方法を提供する。前記方法は、上述の装置に燃料の供給物と酸素の供給物とを提供し、アノード電極とカソード電極とに電荷を印加することを含む。
【００１０】
本発明は、第５の特徴において、燃料電池の形成方法を提供する。前記方法は、プロトン伝導媒体を準備し、アノード電極とカソード電極との間にプロトン伝導媒体を配置し、アノード電極及び／又はカソード電極は無孔質水素透過性電極からなり、アノード入口からアノード電極まで燃料の供給物を分配する第１の部材とカソード電極に酸素の供給物を分配する第２の部材との間にアノード電極とカソード電極と配置することを含み、前記配置は、ａ）プロトン伝導媒体と、ｂ）第１の部材と、ｃ）第２の部材と、ｄ）プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに、無孔質水素透過性電極のうち少なくとも１つを、直接シールすることからなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明として考慮される主題は、詳しくは明細書の最後の部分で指摘され、明瞭に特許請求される。しかしながら、本発明は、後続の各種態様の詳細な記述及び添付の図面を参照することにより、最も良く理解されるだろう。
【００１２】
図１は、本発明に係る発電システム１０の一態様の実施例であり、メタンまたはメタノールのような炭化水素化合物を水素リッチな流れに変換するための触媒部分酸化（ＣＰＯ）改質器、蒸気改質器、自動熱改質器のような改質器１２及び、以下により詳細に記述される水素ポンプ１６を含む。
【００１３】
本発明の燃料電池の各種態様は、固体無水物（すなわち、水分を有さない）プロトン伝導媒体、例えばパラジウム、パラジウム−銅合金のようなパラジウム合金、または水素透過を許容する他の材料からなる無孔質水素透過性アノード電極及び／又は無孔質水素透過性カソード電極を採用してもよい。
【００１４】
本発明の燃料電池の他の態様は、少なくとも一方は無孔質水素透過電極からなるアノード電極とカソード電極との間に配置されたプロトン伝導媒体を採用してもよく、少なくとも１つの水素透過性電極は、プロトン伝導媒体と、アノード電極に燃料の供給物を分配するための第１の部材と、カソード電極に酸素の供給物を分配するための第２の部材と、プロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとのうち少なくとも１つに直接シールされる。これは、便利なシールと、漏れを低減すること及び／又はプロトン伝導媒体のための固定された支持体を準備することとを提供する。
【００１５】
各種態様は、発電することができる。さらに、本発明の各種態様は、窒素、アルゴン、二酸化炭素及び一酸化炭素のような不純物がプロトン伝導媒体に侵入及び／又は交わり得る従来の燃料電池の問題点を克服する。
【００１６】
図２は、例えば図１に示す発電システムの使用のための本発明に係る燃料電池２０の一態様を示す。この態様において、以下に、より詳細に説明されるように、燃料電池は、無孔質水素透過性カソード電極を有するプロトン伝導電気化学セルを含む。
【００１７】
例えば、燃料電池２０は、改質物のような水素を含む燃料の供給物と、空気のような酸素の供給物から、発電するために操作可能である。燃料電池２０は、燃料の供給物を受け取るためにアノード入口に装着され、燃料の供給物を分配するための流路を有するアノードセパレータプレートまたは部材２２と、酸素の供給物を受け取るためにカソード入口に装着され、酸素の供給物を分配するための流路を有するカソードセパレータプレートまたは部材２４と、アノードセパレータプレート２２とカソードセパレータプレート２４との間に挟持されたプロトン伝導電気化学セル３０とを含んでよい。
【００１８】
プロトン伝導電気化学セル３０は、アノードガス拡散層３２及びアノードセパレータプレート２２に合わせて配置されたアノード電極３４、カソードガス拡散層３６及びカソードセパレータプレート２４に合わせて配置されたカソード電極３８、アノード電極３４とカソード電極３８との間に配置されたプロトン伝導媒体３５を含んでもよい。
【００１９】
アノード電極３４は、プロトン（Ｈ＋）及び不純物が容易に通過し得る複数の通路または孔部を有するパラジウムから形成された従来の多孔質電極からなるものでよい。例えば、従来のアノード電極は、プラチナまたはプラチナ−ルテニウム合金の触媒層からなるものでもよい。
【００２０】
カソード電極３８は、固体金属薄膜のような無孔質水素透過性電極を含んでよい。固体薄膜は、パラジウムまたは、例えば６０％Ｃｕ／４０％Ｐｄ（原子％）であるパラジウム−銅合金のようなパラジウムを含む合金を含んでもよい。固体薄膜電極は、約２５μｍ未満の厚さ、望ましくは１０μｍ未満の厚さを有してよい。
【００２１】
本発明の１つの特徴において、プロトン伝導媒体３５は、固体無水物（例えば、水分を有さない）プロトン伝導媒体を含んでよく、例えば、無機及びセラミックを基礎とする系のような固体状態の伝導体、ペロブスカイトセラミック、セシウム二水素リン酸（ＣｓＨ２ＰＯ４）のような固体酸、または他の適切な固体無水物プロトン伝導媒体である。
【００２２】
本発明の他の特徴において、プロトン伝導媒体３５は、パーフルオロスルホン酸ポリマー膜であるナフィオン（アメリカ合衆国デラウェア州ウィルミントンのイー・アイ・デュポン社から入手できる）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）ポリマー膜、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリスルホン、ポリイミド、炭化水素膜、ポリトリフルオロ−スチレンスルホン酸、パーフルオロスルホン酸膜の変形物、何らかの強酸を含む他の重合体または非重合体のプロトン伝導体のようなプロトン交換膜（ＰＥＭ）を含んでよい。
【００２３】
プロトン伝導電気化学セルが燃料電池モードで操作されるとき、燃料がアノード側に供給され、酸素がカソード側に供給されて、電荷が電極に印加される。水素は、燃料流れから多孔質の水素透過性アノード電極に移動し、そこで水素ガスはプロトン（Ｈ＋）と電子とを形成する。プロトンは、プロトン伝導媒体を越えて移動し、無孔質水素透過性カソード電極に伝導される。プロトンは酸素及び電子と結合され、水を形成する。アノード側での不純物及び／又は不純物の蓄積（例えば、ＣＯ、Ｎ２、その他）は、アノード出口を介して容易に排出される。
【００２４】
図３は、例えば、図１に示すシステムにおける使用のために、本発明に係る燃料電池４０の他の態様を示す。この態様では、以下に、より詳しく説明されるように、燃料電池は、無孔質水素透過性アノード電極と無孔質水素透過性カソード電極とを有するプロトン伝導電気化学セルを含む。
【００２５】
例えば、燃料電池４０は、改質物のような水素を含む燃料の供給物と、空気のような酸素の供給物から、発電するために操作可能である。燃料電池４０は、燃料の供給物を受け取るためにアノード入口に装着され、燃料の供給物を分配するための流路を有するアノードセパレータプレートまたは部材４２と、酸素の供給物を受け取るためにカソード入口に装着され、酸素の供給物を分配するための流路を有するカソードセパレータプレートまたは部材４４と、アノードセパレータ４２とカソードセパレータプレート４４との間に挟持されたプロトン伝導電気化学セル５０とを含んでよい。
【００２６】
プロトン伝導電気化学セル５０は、アノードセパレータプレート４２に合わせて配置されたアノードガス拡散層５２及びアノード電極５４と、カソードセパレータプレート４４に合わせて配置されたカソードガス拡散層５６及びカソード電極５８と、アノード電極５４とカソード電極５８との間に配置されたプロトン伝導媒体５５とを含んでよい。アノード電極５４は無孔質水素透過性電極からなってよく、カソード電極５８は無孔質水素透過性電極からなってよい。
【００２７】
無孔質水素透過性アノード電極５４と、無孔質水素透過性カソード電極５８とは両方とも固体金属薄膜からなってよい。固体薄膜は、パラジウムまたは、例えば６０％Ｃｕ／４０％Ｐｄ（原子％）のパラジウム−銅合金のようなパラジウムを含む合金を含んでよい。固体薄膜は、約２５μｍ未満の厚さ、望ましくは約１０μｍ未満の厚さを有してよい。
【００２８】
プロトン伝導媒体５５は固体無水物プロトン伝導媒体と、及び／又は図２のプロトン伝導媒体について上述したような他のプロトン伝導媒体とを含んでよい。
【００２９】
プロトン伝導電気化学セル５０が燃料電池モードで操作されるとき、燃料がアノード側に供給され、酸素がカソード側に供給されて、電荷が電極に印加される。水素は、燃料流れから無孔質水素透過性アノード電極に移動し、そこで水素ガスはプロトン（Ｈ＋）と電子とを形成する。プロトンは、プロトン伝導媒体を越えて移動し、無孔質水素透過性カソード電極に伝導される。プロトンは酸素及び電子と結合され、水を形成する。
【００３０】
実質的に純粋な水素は、無孔質水素透過性アノード電極を通過し、そうすることによって不純物がプロトン伝導媒体を通過することを阻止する。アノード側での不純物及び／又は不純物の蓄積（例えば、ＣＯ、Ｎ２、その他）は、アノード出口を介して容易に排出される。さらに、プロトン伝導媒体はそこに水及び他の成分を含み、プロトン伝導媒体中の水及び他の成分は逆拡散(back-diffusion)してプロトン伝導媒体から出るか、生成物流れの外に持ち越されまたはもう一度入口を出るかすることは許されないので、まさに実質的に純粋な水素が、無孔質水素透過性アノード電極を通過することができる。このように、ＰＥＭの場合におけるプロトン伝導媒体中の水（またはＰＢＩのＰＥＭの場合における酸）はカプセルに入れられており、ＰＥＭは通常より高い温度で安定である。上述のように、不純な水素及び／又はアノード入口での不純物（例えば、ＣＯ、Ｎ２、その他）の蓄積は排出されてよい。
【００３１】
図４は、例えば図１に示すシステムに用いられる本発明に係る燃料電池６０の他の態様を示す。本態様において、以下に、より詳細に説明されるように、燃料電池は、無孔質水素透過性アノード電極を有するプロトン伝導電気化学セルを含む。
【００３２】
例えば、燃料電池６０は、改質物のような水素を含む燃料の供給物と、空気のような酸素の供給物から、発電するために操作可能である。燃料電池６０は、燃料の供給物を受け取るためにアノード入口に接着され、燃料の供給物を分配するための流路を有するアノードセパレータプレートまたは部材６２と、酸素の供給物を受け取るためにカソード入口に装着され、酸素の供給物を分配するための流路を有するカソードセパレータプレートまたは部材６４と、アノードセパレータプレート６２とカソードセパレータプレート６４との間に挟持されたプロトン伝導電気化学セル７０とを含んでよい。
【００３３】
プロトン伝導電気化学セル７０は、アノードセパレータプレート６２に合わせて配置されたアノードガス拡散層７２及びアノード電極７４と、カソードセパレータプレート６４に合わせて配置されたカソードガス拡散層７６及びカソード電極７８と、アノード電極７４とカソード電極７８との間に配置されたプロトン伝導媒体７５とを含んでよい。アノード電極７４は無孔質水素透過性電極からなってよく、カソード電極７８は無孔質水素透過性電極からなってよい。
【００３４】
無孔質水素透過性アノード電極７４は、固体金属薄膜からなってよい。固体薄膜は、パラジウムまたは、例えば６０％Ｃｕ／４０％Ｐｄ（原子％）のパラジウム−銅合金のようなパラジウムを含む合金を含んでよい。固体薄膜は、約２５μｍ未満の厚さ、望ましくは約１０μｍ未満の厚さを有してよい。
【００３５】
カソード電極７８は、パラジウムから形成された従来の多孔質電極からなってよく、複数の通路または孔部を有する。例えば、従来のアノード電極は、また、パラジウムまたはパラジウム合金の触媒層からなってよい。
【００３６】
プロトン伝導媒体７５は、固体無水物プロトン伝導媒体と、及び／又は図２のプロトン伝導媒体について上述したような他のプロトン伝導媒体とを含んでよい。
【００３７】
プロトン伝導電気化学セル７０が燃料電池モードで操作されるとき、反応物がアノード側に供給され、酸素がカソード側に供給されて、電荷が電極に印加される。水素は、燃料流れから無孔質水素透過性アノード電極に移動し、そこで水素ガスはプロトン（Ｈ＋）と電子とを形成する。プロトンは、プロトン伝導媒体を越えて移動し、無孔質水素透過性カソード電極に伝導される。プロトンは酸素及び電子と結合され、水を形成する。
【００３８】
実質的に純粋な水素は、無孔質水素透過性アノード電極を通過し、そうすることによって不純物がプロトン伝導媒体を通過することを阻止する。不純な水素の供給物及び／又は不純物（例えば、ＣＯ、Ｎ２、その他）の蓄積は、アノード出口を経由して排出されてよい。
【００３９】
本発明の他の特徴は、プロトン伝導媒体と、アノードセパレータプレートまたは部材と、カソードセパレータプレートまたは部材と、及び／又はプロトン伝導媒体の周囲に配されたガスケットとに、アノード電極またはカソード電極を直接シールすることを含む。
【００４０】
例えば、各種態様において、無孔質水素透過性アノード電極及び／又は無孔質水素透過性カソード電極は、アノードまたはカソードセパレータプレートまたは部材に、（例えば、拡散接合、溶接、蒸着、スパッタリングにより）接合されてよい。カソードの場合、これはカソードにおけるシールの、高圧時の容積が漏れを非常に少なくするような利益を提供し、ＰＥＭ電解質のようなプロトン伝導媒体のための硬い支持体を提供する。
【００４１】
無孔質水素透過性電極の表面は、また、プロトン伝導媒体と無孔質水素透過性電極との間に高接触表面領域(a high contact surface area)を作り出すように組み立てられてよい。このような工程は、例えば、ＰＥＭから無孔質水素透過性電極への水素の伝導を最大にするために利用されてよい。連続だが高度に同形の(conformal)材料層を作り出すために採用されてよい無孔質水素透過性電極膜材料の物理的蒸着（ＰＶＤ）のような方法が可能である。そのような場合に、ＰＶＤプロセスは、直接、ＰＥＭ層上に、無孔質水素透過性電極層を堆積するために実施されてよい。また、低温化学蒸着（ＣＶＤ）またはプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスのような他のプロセスが可能であるかもしれない。さらに、化学機械研磨（ＣＭＰ）または、無孔質水素透過性電極表面の機械的スコアリング(scoring)のようなプロセスが可能であるかもしれない。また、無孔質水素透過性電極膜に対してＰＥＭ膜を直接接合する方法が利用されるかもしれない。
【００４２】
図５は、その場所に電解質を保持するために、２つのパラジウム膜８０の間に形成されたシールの一態様を示す。例えば、シールまたはガスケットは、金属化セラミック８２を用いて形成されてよく、銅層８４と共にパラジウム箔に拡散接合され得る。さらに、金属化セラミックの組成のために、拡散接合は、エンドプレートに接合されるパラジウム膜と同時に実施することができる。さらに詳しくは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、または多くのセラミック類のような、実質的に非酸化物セラミックスが、多数の金属、特に銅により金属化され得る。銅は、銅被覆エンドプレートの接合と同様にしてパラジウム箔に拡散するので、有用である。
【００４３】
また、良好な電解質のシールを維持することが望まれる。もし、電解質が脱水素されるか、そうでなければ分解か漏れかが許されるならば、セルの効率が減少させられる。従って、水素化レベルは、無孔質水素透過性電極の間の電解質をシールする前に、最大限に利用されてよい。さらに、金属化セラミックのガスケットが用いられてよく、そのようなセラミックはセル間に印加された電圧を維持する絶縁体として作用する。そして、パラジウム合金の無孔質水素透過性電極は、ガスケットに拡散接合されるか、または溶接される。そうすることによって気密シールが作り出され、電解質はシールの完全性を失うことなく高圧下で操作することができる。
【００４４】
腐食が出るとの理由で、無孔質水素透過性電極と酸電解質とは、特に液体の酸とアルカリ電解質との場合に、注意して選択されることがある。電極は、通常の操作の間の電気化学的ポテンシャルの範囲を測り(span)、ｐＨは同様に変化する。従って、電極は、その電位−ｐＨ図(Pourbaix diagram)上で得られた領域全体で、安定であるべきである。パラジウム銅は、水素の存在下で膨潤が最少であるという利点を有し、従って特に多くの熱サイクルを通じて、使用可能な長い寿命を有することが示される。マンガン酸、（パー）レニウム酸、テルル酸、テクネチウム酸のような酸電解質が、ＰｄＣｕ、ＰｄＡｇ及びＰｄＨｏに適している。
【００４５】
アノード電極が多孔質電極からなり、カソード電極が無孔質水素透過性電極からなる態様において、パラジウムカソード電極は水素が通過し得るので、このモードで操作されるセルは、プロトン伝導媒体中に含まれる液体を保持するという利点を有する。すなわち、液体は、生成物の流れの一部としてセルを出ることが許されない。
【００４６】
本発明のさらなる特徴は、無孔質水素透過性アノード電極及び／又はカソード電極の外側または内側（または両側）が、プラチナ、プラチナ−ルテニウム合金、パラジウム、ロジウム、貴金属または十分に水素と反応する触媒により被覆されていることを含んでよい。ガス拡散媒体のような圧縮伝導材料の層は、アノード入口またはセパレータプレート及びカソード出口またはセパレータプレートと、プロトン伝導媒体との間に導入されてよく、良好な電気的接触を提供する。
【００４７】
投入流れの不純水素中に少量の一酸化炭素が存在するとき、プラチナ−ルテニウムアノード触媒は一酸化炭素を酸化する。小濃度の空気注入の使用は、同様に利用されてよく、または汚染する一酸化炭素が極く微量になるように、セル温度が上昇されてよい。
【００４８】
アノード電極が多孔質電極からなり、ナフィオンプロトン伝導媒体が使用される態様において、投入される湿度がセルの効率を調整するために選択されてよい。例えば、全ての水がアノード入口と出口とを経由して出入りしなければならないので、セルの効率は、投入されるアノードの相対湿度（ＲＨ）レベルが１００％未満であるときに最適であってよい。シールされた電解質の利便性は、また、固体酸電解質により明らかである。プロトン移動のメカニズムが無水であるにも関わらず、電極はなお脱水素されるかもしれない。無孔質水素透過性アノード電極及びカソード電極の使用は、この限界を克服する。
【００４９】
アノード電極が多孔質電極からなり（及びカソード電極が多孔質電極からなり）、ナフィオンプロトン伝導媒体が使用される態様において、必要な水分は既に膜材料中に存在しており、２つの無孔質水素透過性電極内で分離されるので、電解質の湿度は緩和される。アノード電極及びカソード電極が無孔質水素透過性電極からなる態様において、無孔質水素透過性電極は、例えばナフィオンＰＥＭから水分が失われることを防ぎ、一方で同時に不純物の侵入を防ぐので、本発明のセルは、通常、ナフィオンにより可能である以上の高温で操作されてよい。高い当量のナフィオンがまた、選択され得る。
【００５０】
アノード電極が多孔質水素電極からなり、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）膜が使用される態様において、セルは、ナフィオン膜の使用に比較して高い温度で操作されてよい。無孔質水素透過性カソード電極は、カソード側での蒸留による酸の損失を防ぐように作用する。高い操作温度により、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）膜のセルは、セルのアノードでの高濃度の一酸化炭素に耐える利点を有する。
【００５１】
さらに、無孔質水素アノード電極と、例えば、プロトン伝導媒体としてのナフィオンを用いる多孔質カソードとを採用する本発明の各種態様は、セルの操作温度で水により飽和された生成ガス流れを生成するという従来の燃料電池の問題を克服する。
【００５２】
非酸化物セラミックが使用されてよい。非酸化物セラミックは、酸化雰囲気及び還元雰囲気で安定であり、高温（約１０００℃）の環境でも安定であり、完全に緻密なセラミックにおいてゼロより低い空隙率を有し、優れた電気絶縁性を示し、最後に金属化され得る。セラミックを金属化する方法は、よく知られており、多層パッケージの底部としてエレクトロニクス工業において用いられる。シール材は、２つの箔を接合すると同時に、その電気絶縁性を維持する。シールのメカニズムは、望ましくは、セルを操作する温度と同様に化学的環境に耐えるように選択される。
【００５３】
燃料電池における使用のための無孔質水素透過性電極の問題点は、特に、パラジウム銅箔における腐食であり、多分、高温、高圧下、電解質の内側にある。しかしながら、ある条件下でのその明確な独特の利点のために、両立しない材料を使用することに利点があるかもしれない。
【００５４】
多くの方法が提案されており、それは、燃料電池の背景において使用可能な寿命及び／又は効率を一層良くするために、１つまたは多数の材料の表面にコーティングを施すこと、それらを分離または単離すること、及び／又は、一方または両方を他の方法（例えば、ドーピング、腐食反応の物質移動の制限）で処理することを含む。
【００５５】
例えば、可能な方法は、下記のものを含む。
（１）裸の（コートされていない）無孔質水素透過性電極を用いるときに、電解質及びＰｄ合金は、その系の電位−ｐＨ図における操作領域を通じて腐食に抵抗力があるように選ばれてよい。
（２）プラチナ、パラジウム、ロジウムまたは他の触媒のような多孔質で触媒的に活性な材料の層は、無孔質水素透過性電極の１つまたは両方の面にスパッタリングされるか、十分な電極領域が反応を行う状態のままであるような他の方法（例えば、ＰＴＦＥ結合）で行われてもよい。
（３）固相プロトン伝導のために、無孔質水素透過性電極の１つまたは両方の面は、ペロブスカイトセラミックまたは固体酸材料のような材料によりシールされてよい。
（４）固相プロトン及び電子伝導のために、上記（３）と同様に、プロトン伝導以外は金属でドープされ、同程度の電子伝導性にする。Ｐｄ箔は、また、これらの特性を満たす。
（５）短絡されたセルのために、上記（４）と同様に、触媒を除く。これは、効果的に内部で短絡された燃料電池または水素ポンプセルである。
（６）電気メッキされた触媒（例えば、電気メッキされたＰｔ）を用いる気密シールは、上記（１）と同様に、非水素多孔質(non-hydrogen porous)を除く。この層は、おそらく非常に薄い。
（７）固相のために、多孔質のプロトン及び電子伝導体は、上記（４）と同様に、多孔質を除く。
（８）電極層（例えば、良好な「酸処理」またはイオノマー化されることにより貴金属触媒で支持された）のために、電極は、電子伝導性及びプロトン伝導性であり、水素透過性、触媒的に活性な層であってもよい。
（９）酸化物層のために、層は箔に堆積されてもよい。この層は高度に水素透過性である必要はないが、その場合、非常に薄くなければならない。好適な酸化物は、空気中で容易に酸化されるので、タンタル、ニオブ、バナジウム、アルミニウムの酸化物を含む。
【００５６】
また、その目的が水素の精製及び／又は圧縮である電気化学システム内における、方法、処理、分離、または電解質と無孔質水素透過性電極との間の界面のコーティングは、水素ガス透過性、プロトン伝導透過性、電子伝導透過性(electron conductor permeability)、及び触媒が水素に対して活性であるかどうかに影響を及ぼすということが指摘される。
【００５７】
セルは、半導体製造技術に用いる方法を用いて製造されてもよい。例えば、比較的大きなシリコンウエハは、ガス拡散のための小さな孔でエッチングされ得る。パラジウムの非常に薄い層（約１００ｎｍ）は、この構造上にスパッタリングされ得て、合金はその組成をコスパッタリング(co-sputtering)することにより製造され得る。任意の絶縁層が底部（カソード）のＰｄ層に対する短絡を防ぐために設けられ得る。電解質は、同様にコスパッタリングされ、あるいは手作業で(manually)設けられ得る。Ｐｄ合金の最後の層は、（無孔質水素透過性アノード電極及びカソード電極の両方が用いられるところに）設けられ得て、単純な触媒ガス拡散層は、（無孔質水素透過性アノード電極が用いられるところに）設けられ得る。カソードからの集電は、端部集電(edge collection)、シリコンを介する金属トレース、または他の方法、及びその組み合わせのような各種の方法で実施され得る。
【００５８】
本発明は、ウエハの大きさの態様で実施されてよい。そのような態様は、小さなサイズ、数百ナノメートルの厚さまたはさらに薄いものでさえ、利点を持っている。非常に薄い電解質層は、抵抗及び／又は電気的損失を低減する。さらに、より薄い層は、大量生産における装置の大きな材料コストを潜在的に低減するかもしれない。
【００５９】
装置は、半導体工業において採用されているものと全く同様であってもよい製造技術を用いて構成され得る。ウエハの大きさの燃料電池のそのような製造方法の１つが以下に提案されるが、他の方法も同様に適しているかもしれない。
【００６０】
最初に、シリコンウエハ基材（または他の適切な基材のピース）により、ウエハはフォトレジスト、リソグラフィーを用いる通路がパターン化され、プラズマ「ＲＩＥ」エッチを用いてエッチングされ、基材に水素を通す深溝が作られる。このエッチング工程の次に、フォトレジストが剥離される。深溝は基材の全面に穴を作ってもよいが、続いて、基材の背面は薄くされてもよく、そこで水素の通過は穴が活性領域で背面に曝されるようにすることが望まれる。
【００６１】
ウエハの表面からウエハの裏面まで、伝導通路が作られる。これは、Ｐ（ホウ素）またはＮ（リン）のドーパントにより、Ｓｉ基材に厚くドーピングすることによりなされてよい。これはまた、Ａｇ、Ａｕ、厚くドープされたＳｉまたは他の伝導材料の薄い同形(conformally)の拡散層のような伝導材料により深溝穴をコーティングすることによりなされてもよい。これはまた、エッチングされ、伝導体のすべてに拡散され、化学的機械的研磨または他の手段により研磨される付加的な深溝を作ることによりなされてもよい。もし、これが後で用いられるならば、伝導通路を作る処理工程は、上記のように、パターン化されるウエハに、最初に行われる。
【００６２】
基材の背面に対する処理は、ウエハの背面にスパッタリングされるＰｄ合金の層を含む。もし、深溝エッチング工程のエッチングの終点とすること、またはＰｄ層でのエッチング停止によることが望まれるならば、この工程が最初に行われる。図３に示す態様の構成を作るために、処理中のこの点で、３つの層、すなわちアノードＰｄ合金層、電解質層、及びカソード電解質層が拡散される。
【００６３】
Ｐｄ層の端部は、選択的に除去される。ウエハのＰｄ層の中央領域は、フォトレジスト及びリソグラフィーを用いて保護される。ウエハの端部は、プラズマまたは湿式エッチングを用いて、その領域からＰｄを除去するためにエッチングされる。その後、フォトレジストは除去される。
【００６４】
絶縁体スペーサは、ＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙ（良好な絶縁体を提供するために十分に化学量論的な窒化ケイ素）、ＺｒＯ２または他の材料等の絶縁材料等をウエハの端部に拡散する。端部領域は、フォトレジスト及びリソグラフィーを用いて保護される。絶縁体は、プラズマまたは湿式エッチングを用いて、中央領域でエッチングにより除去される。端部の終点は、Ｐｄ層が到達するときである。そのとき、フォトレジストが除去される。
【００６５】
そのとき、電極層は拡散され、エッチバックされる。これは、フォトレジスト及びリソグラフィーを用いて中央領域を保護し、湿式またはプラズマエッチングを用いて３つの膜の端部を除去し、フォトレジストを除去することを含む。
【００６６】
本発明は、結果としてウェットベースで高純度の水素を獲得する。例えば、ナフィオン１０３５電解質を用いる従来のナフィオンＰＥＭコンプレッサーは、ドライベースで９９．２％の純Ｈ２を得ると評価されるが、６５℃の操作温度で十分に飽和され、続く乾燥工程を必要とし、それでも目標の９９．９９％の純度を達成するために、さらなる精製が必要である。ＰｄＣｕ無孔質水素透過性電極を利用するコンプレッサーは、（さらなる乾燥を必要とすることなく）ウェットベースで９９．９９９％または９９．９９９９％の純度の水素を得る。なぜならば、パラジウム合金は、水素以外のガスを放散しないからである。
【００６７】
高いｐＨの電解質は、ＯＨ−がチャージキャリアである操作を困難にすることができる。例えば、電解質の伝導性は実際に高いが、この伝導性は水分の強い作用である。これは、ＯＨ−チャージキャリアのためである。ＯＨ−チャージキャリアは、水がカソードで分解されたものであり、アノードで生成される。反応を支えるために、カソードで十分な水が入手可能でなければならない。例えば、ＰｄＣｕは、水素（Ｈ２）を透過するために熱いことを必要とするので、電解質は結果的に高い気圧を有する。上記のように、提案された二重無孔質水素透過性電極水素ポンプは、セラミックガスケットに拡散接合されており、電解質の高い圧力を維持することができる。さらに、無孔質水素透過性電極は、ＰＥＭ層の脱水素を妨げる。
【００６８】
ＰＥＭまたは固体酸電解質は、固相であるので、両側で無孔質水素透過性電極の保護を必要としないが、本態様では他の理由のために望まれてよい。例えば、固体酸電解質は、水または溶解される他のものから保護されなければならない。溶解は、例えば、冷却または休止状態で起こり得る。さらに、セシウム二水素リン酸電解質は、他の固体酸の同等物（例えば、硫酸〜、セレンを基礎とする酸）以上であり、特に脱水素で損傷しやすい。水はこの電解質中を移動しないにも関わらず、その温度での材料の分解を妨げるために、いくらかのレベルの水和物を維持することが必要である。リン酸の固体酸は、もし、約０．３０気圧の水の分圧（大気圧で、７０℃の露点に相当する）が維持されるならば、約２７０℃の操作温度まで十分な水和を維持し得ることが示される。この圧力は、もしＰｄＣｕ合金のような無孔質水素透過性電極の間をシールするならば、もし液体または水系の電解質が使用される数千ｐｓｉに比較して、電解質内で容易に維持される。
【００６９】
本発明の他の特徴において、本発明のプロトン伝導電気化学セルは、平らなセル（セルは一般に頂部と底部とで平らな形状を有する）または筒形状として形成されてよい。分子篩材料（すなわち、電極）の例であるパラジウム箔は、非常に大きく異なる圧力が生成され、非常に高い圧力に達するように、支持体に直接接合でき、それ自体支持体（例えば、前記支持体は、ガスを分配し、または収集する部材として作用する）として使用されるという利点を有する。
【００７０】
本発明は、２００４年９月１３日付けの「水素の分離、除去、圧縮及び生成のための方法、装置及び施設（インフラストラクチャー・システム）」と題する米国特許出願１０／９４１０４１号（整理番号第２２３３．００３号）に記載されたような、水素ポンプとして設計されてもよい。例えば、カソード出口は純粋な水素を排出する出口として設計されてもよい。
【００７１】
本発明に係る上述の燃料電池、水素ポンプ及びプロトン伝導電気化学セルは、また、さらなる特徴を包含してもよい。例えば、各種態様は、スタックまたは複数のプロトン伝導電気化学セル、例えばセルが平行に走る小さな活性領域のマトリックスを含んでよい。
【００７２】
本発明の各種態様が説明され、記述されているが、本発明の趣旨及び範囲を外れることなく、さらに多くの変更及び修正がなされてよいことは、当業者により理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明に係る発電システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に用いる本発明に係る無孔質水素透過性カソード電極を含む、燃料電池の一態様の断面図。
【図３】図３は、図１に用いる本発明に係る無孔質水素透過性アノード電極及び無孔質水素透過性カソード電極を含む、燃料電池の他の態様の断面図。
【図４】図４は、図１に用いる本発明に係る無孔質水素透過性アノード電極を含む、燃料電池の他の態様の断面図。
【図５】図５は、本発明に係る２つの無孔質水素透過性アノード電極の間に形成されるシールの断面図。
【図１】
2008513959.tif 000003
【図２】
2008513959.tif 000004
【図３】
2008513959.tif 000005
【図４】
2008513959.tif 000006
【図５】
2008513959.tif 000007
【国際調査報告】
2008513959.tif 000008
2008513959.tif 000009
2008513959.tif 000010