(57)【要約】【課題】アノードの面加圧を高くすることができ、燃料電池の内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池、燃料電池システム、及びこの燃料電池システムの製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池１０は、アノード７と、アノード７に接して配された固体高分子電解質膜６と、固体高分子電解質膜６に接して配されたカソード５と、からなるＭＥＡ９を有し、アノード７で発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層４ａが、アノード７における固体高分子電解質膜６が設けられた面と反対側の面に接して配され、アノード側ガス拡散層４ａに接するとともにアノード７及びカソード５の周囲に配された上記のＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔２が、カソード５側の燃料電池１０の表面まで貫通して設けられることによって上記課題を解決する。【選択図】図１
2008226751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、該アノードに接して配された固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に接して配されたカソードと、からなる膜電極接合体を有する燃料電池であって、
前記アノードで発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層が、前記アノードにおける前記固体高分子電解質膜が設けられた面と反対側の面に接して配され、
前記アノード側ガス拡散層に接するとともに前記アノード及び前記カソードの周囲に配された前記ＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔が、前記カソード側の前記燃料電池の表面まで貫通して設けられている、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池がダイレクトメタノール固体高分子電解質型燃料電池である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ＣＯ２ガス排出孔が複数形成される、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード側ガス拡散層における前記アノードが設けられた面と反対側の面に気液分離膜が設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記気液分離膜が、撥水性ポリエーテルスルホンの膜、撥水性ポリスルホンの膜、４フッ化エチレン多孔質膜、撥水処理をした金属多孔質膜、撥水処理をした金属メッシュ、及び撥水処理をしたカーボン繊維から選ばれるいずれかである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記カソードの表面にカソード側ガス拡散層が設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、それぞれ多孔質シート又はメッシュ状シートである、請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層の空孔率が、それぞれ２０％以上、８０％以下である、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、それぞれ耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シート、耐腐食性の金属メッシュ、及びカーボンメッシュから選ばれるいずれかである、請求項６〜８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記アノード側ガス拡散層の大きさと前記カソード側ガス拡散層の大きさとが異なる、請求項６〜９のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、同一形状又は異なる形状である、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池を平面状に複数配置したことを特徴とする平面スタック構造の燃料電池システム。
【請求項１３】
平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法であって、
燃料流路が気液分離膜で封止された封止燃料流路を準備する封止燃料流路準備工程と、
アノード側絶縁材が周囲に形成されたアノード側ガス拡散層と、該アノード側ガス拡散層上に形成されたアノードと、を有するアノード積層体を準備するアノード積層体準備工程と、
カソード側絶縁材が周囲に形成されたカソード側ガス拡散層と、該カソード側ガス拡散層上に形成されたカソードと、該カソード上に接合された固体高分子電解質膜と、を有し、前記カソード側絶縁材及び前記固体高分子電解質膜にＣＯ２ガス排出孔が設けられたカソード積層体を準備するカソード積層体準備工程と、
前記アノード積層体と前記カソード積層体とを、前記固体高分子電解質膜を介して接合して燃料電池上部体を準備する燃料電池上部体準備工程と、
前記燃料電池上部体の前記アノード積層体側と前記封止燃料流路の前記気液分離膜側とを向かい合うようにして接合する接合工程と、
を有することを特徴とする平面スタック構造の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、燃料電池、該燃料電池を用いた燃料電池システム、及び該燃料電池システムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイレクトメタノール固体高分子電解質型燃料電池（Direct  Methanol  Fuel  Cell。以下ＤＭＦＣという場合がある。）は、燃料水素源として液体のメタノール水溶液を用いることでエネルギー密度を高くすることができ、改質器が不要で、小型化もできることから、携帯電話等の小型の携帯機器に用いる燃料電池としての実用化が期待されている。
【０００３】
こうしたＤＭＦＣは、通常、複数の燃料電池で構成された燃料電池システムとして用いられ、この燃料電池システムとしては、燃料電池がセルの厚み方向に積層したバイポーラ構造と、燃料電池が平面的に並ぶ平面スタック構造とが知られているが、小型化という点からは、平面スタック構造が有利である。特許文献１には、小型軽量の燃料電池を得ることを目的として、平面スタック構造をとることが提案されている。
【０００４】
ところで、ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液の循環ポンプ、酸素（又は空気）を供給するためのファンなどの補機を用いる能動型と、補機を用いない受動型とがある。受動型は、ポンプなどの補機が不要なことから小型化が可能であり、また制御システムが単純なことから制御システムを簡素化できる利点がある。しかし、燃料のメタノール濃度分布が発電による消費によって不均一となった場合には、濃度制御を行う補機がない分、濃度制御が難しくなる。これに対して、能動型は補機があるために小型化が難しいが、ポンプによる燃料移動時に燃料が撹拌されて均一化しやすく、濃度が均一なため濃度制御が行いやすいという利点がある。
【０００５】
こうした能動型又は受動型の平面スタック構造を有するＤＭＦＣでは、下式１で表される反応がアノード（燃料極）で起こり、下式２で表される反応がカソード（空気極）で起こる。
【０００６】
【化１】
2008226751.tif 000003
【０００７】
【化２】
2008226751.tif 000004
【０００８】
上記反応からわかるように、アノードにおいて、ＣＯ２（二酸化炭素）ガスが燃料電池の発電電流に比例して発生する。
【０００９】
こうしたＣＯ２ガスを排気する技術として、能動型のＤＭＦＣでは、ポンプによって燃料であるメタノール水溶液と共にＣＯ２ガスを燃料タンクに押し流すことが可能である。特許文献２には、燃料タンク内に気液分離膜を設ける燃料電池用混合タンクとすることにより内圧上昇を防ぐ技術が提案されている。
【００１０】
また、ＣＯ２ガスを排出するための別の技術として、排気孔を用いる方法もある。特許文献３では、気液分離膜と排気孔とで燃料電池の燃料極で発生したＣＯ２を排出する排出部を構成している。
【００１１】
【特許文献１】特公平８−２８２３４号公報（第２頁左欄の第３１行目〜第３２行目、第１図）
【特許文献２】特開２００４−１８６１５１号公報（第００３６段落〜第００４２段落）
【特許文献３】特開２００３−３１７７７３号公報（第００２５段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示される平面スタック構造は、燃料電池の反応に必要な酸素を空気中からの自然吸気にすることで、流路を省略・簡略化できるので、携帯機器用の燃料電池に適している。また、積層構造を採用するバイポーラ構造と比較して、平面スタック構造は、セパレータ部分の流路形成を簡略化でき、セパレータ加工を簡素化できるので、コストの低減ができる利点がある。しかしながら、平面スタック構造は、バイポーラ構造と異なり、膜電極接合（Membrane  and  Electrode  Assembly。以下、ＭＥＡという場合がある。）における、集電体やスタック基材に対するアノードやカソードの面加圧を高くすることが難しいという課題がある。
【００１３】
また、特許文献２に開示される燃料電池用混合タンクは、燃料タンク内に気液分離膜を設けることにより燃料電池の内圧の上昇を抑制することはできる利点はある。しかし、発電電流の増大とともにＣＯ２の発生量が増大するので、ＣＯ２ガスによって燃料流路内の内圧が上昇しやすくなり、この内圧がカソード（空気極）側からの面圧以上になるとＭＥＡが変形するという課題がある。また、発電電流の電流変化に比例してＣＯ２が増大するので、この電流変化に伴う内圧の変動もＭＥＡの剥離や劣化の原因となるという課題もある。
【００１４】
さらに、特許文献２に開示される燃料電池用混合タンクにおいては、平面スタック構造においてＭＥＡの直列数が増えると、ＣＯ２量も累積的に増えるために燃料電池の燃料入り口部のＭＥＡと出口部のＭＥＡとで、内圧差が大きくなるという課題もある。ＣＯ２を早く燃料電池の燃料流路から押し出すようにポンプの吐出圧を上げれば、上記の内圧差を低減できるが、無負荷時の内圧は上昇する。そして、これら内圧上昇に耐え得るように、燃料電池スタック基材の強度を上げると、スタック基材は、大きく、厚くなる。また燃料流路内の内圧上昇がポンプ吐出圧より大きい場合は、燃料が送れないためにスタック内の一部が燃料不足になり、ＭＥＡにおいて発電ができないだけでなく劣化の原因ともなる。
【００１５】
また、特許文献３に開示される気液分離膜と排気孔とで構成される排出部は、気液分離膜のＣＯ２ガスの移動や排出機能が不十分なために、発電電流の増大とともにＣＯ２の発生量が増大した場合、発電電流の電流変化に比例してＣＯ２の発生量が増大した場合、及びＭＥＡの直列数が増えてＣＯ２発生量が増大した場合等に、ＣＯ２ガスの排出が効率的になされないという課題がある。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池の内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、集電体やスタック基材に対するアノードやカソードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池システムの内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した平面スタック構造の燃料電池システムを提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、ＣＯ２ガス排出孔を製造時に同時に形成することにより製造工数の削減、位置決め精度向上による歩留まりの向上、及び一体成形による液漏れ不良の削減が可能となる生産性の高い平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するための本発明の燃料電池は、アノードと、該アノードに接して配された固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に接して配されたカソードと、からなる膜電極接合体を有する燃料電池であって、前記アノードで発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層が、前記アノードにおける前記固体高分子電解質膜が設けられた面と反対側の面に接して配され、前記アノード側ガス拡散層に接するとともに前記アノード及び前記カソードの周囲に配された前記ＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔が、前記カソード側の前記燃料電池の表面まで貫通して設けられている、ことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、アノードで発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層が、アノードにおける固体高分子電解質膜が設けられた面と反対側の面に接して配され、アノード側ガス拡散層に接するとともにアノード及びカソードの周囲に配されたＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔が、カソード側の燃料電池の表面まで貫通して設けられているので、アノードがアノード側ガス拡散層によって面加圧を受けるとともに、アノードで発生したＣＯ２ガスはアノード側ガス拡散層を移動し、さらにアノード側ガス拡散層からカソード側の燃料電池の表面まで貫通して設けられたＣＯ２ガス排出孔を通って燃料電池外へと排出されるようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池の内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池を提供することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池の好ましい態様においては、前記燃料電池がダイレクトメタノール固体高分子電解質型燃料電池である。
【００２２】
この発明によれば、燃料電池がダイレクトメタノール固体高分子電解質型燃料電池であるので、燃料水素源として液体のメタノール水溶液を用いることとなり、その結果、エネルギー密度を高くすることができ、改質器が不要で、燃料電池の小型化が可能となる。
【００２３】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記ＣＯ２ガス排出孔が複数形成される。
【００２４】
この発明によれば、ＣＯ２ガス排出孔が複数形成されるので、ＣＯ２ガスを排出するための孔が複数存在することになり、その結果、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスをさらに効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池の内圧上昇を抑制することができる。
【００２５】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層における前記アノードが設けられた面と反対側の面に気液分離膜が設けられる。
【００２６】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層におけるアノードが設けられた面と反対側の面に気液分離膜が設けられるので、気液分離膜によりアノード（燃料極）で発生したＣＯ２ガスが燃料タンクや燃料流路等に逆流することが抑制され、その結果、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスは、アノード側ガス拡散層内を移動しやすくなって、ＣＯ２ガスをさらに効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池の内圧上昇を抑制することができる。
【００２７】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記気液分離膜が、撥水性ポリエーテルスルホンの膜、撥水性ポリスルホンの膜、４フッ化エチレン多孔質膜、撥水処理をした金属多孔質膜、撥水処理をした金属メッシュ、及び撥水処理をしたカーボン繊維から選ばれるいずれかである。
【００２８】
この発明によれば、気液分離膜を、撥水性ポリエーテルスルホンの膜、撥水性ポリスルホンの膜、４フッ化エチレン多孔質膜、撥水処理をした金属多孔質膜、撥水処理をした金属メッシュ、及び撥水処理をしたカーボン繊維から選ばれるいずれかとするので、気液分離膜の耐薬品性が向上することとなり、その結果、アノード（燃料極）で発生したＣＯ２ガスの燃料タンクや燃料流路等への逆流をさらに抑制することができる。
【００２９】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記カソードの表面にカソード側ガス拡散層が設けられる。
【００３０】
この発明によれば、カソードの表面にカソード側ガス拡散層が設けられるので、カソード側ガス拡散層がカソードの面加圧をするとともに、カソード側ガス拡散層が酸素の取り込み機能を発揮するようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するカソードの面加圧を高くすることができるとともに、カソードへの酸素の取り込みも促進される。
【００３１】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、それぞれ多孔質シート又はメッシュ状シートである。
【００３２】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層が、それぞれ多孔質シート又はメッシュ状シートであるので、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層内のＣＯ２ガスの拡散性が向上するようになり、その結果、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層内をＣＯ２ガスがより効率よく移動できる。
【００３３】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層の空孔率が、それぞれ２０％以上、８０％以下である。
【００３４】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層の空孔率を、それぞれ２０％以上、８０％以下とするので、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層の空孔率を十分確保することができるようになり、その結果、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層内をＣＯ２ガスが効率よく移動できるようになる。
【００３５】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、それぞれ耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シート、耐腐食性の金属メッシュ、及びカーボンメッシュから選ばれるいずれかである。
【００３６】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層が、それぞれ耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シート、耐腐食性の金属メッシュ、及びカーボンメッシュから選ばれるいずれかであるので、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層に導電性と耐腐食性とを付与することができるようになり、その結果、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層内をＣＯ２ガスが効率よく移動できる上、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層の導電面抵抗の低減も可能となるだけでなく、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層の耐腐食性も確保することができる。
【００３７】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層の大きさと前記カソード側ガス拡散層の大きさとが異なる。
【００３８】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層の大きさとカソード側ガス拡散層の大きさとが異なるので、カソード側ガス拡散層を避けてＣＯ２ガス排出孔を形成しやすくなり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔の設計が行いやすくなる。
【００３９】
本発明の燃料電池の他の好ましい態様においては、前記アノード側ガス拡散層及び前記カソード側ガス拡散層が、同一形状又は異なる形状である。
【００４０】
この発明によれば、アノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層を同一形状又は異なる形状とするので、カソード側ガス拡散層を避けてＣＯ２ガス排出孔を形成しやすくなり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔の設計が行いやすくなる。
【００４１】
上記課題を解決するための本発明の平面スタック構造の燃料電池システムは、上記の燃料電池を平面状に複数配置したことを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、上記の燃料電池を平面状に複数配置したので、アノードがアノード側ガス拡散層によって面加圧を受けるとともに、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出することによりスタック基材等の燃料電池の部材の強度を上げることなく燃料電池システムの内圧上昇を抑制することができるようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池システムの内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した平面スタック構造の燃料電池システムを提供することができる。
【００４３】
上記課題を解決するための本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法は、燃料流路が気液分離膜で封止された封止燃料流路を準備する封止燃料流路準備工程と、アノード側絶縁材が周囲に形成されたアノード側ガス拡散層と、該アノード側ガス拡散層上に形成されたアノードと、を有するアノード積層体を準備するアノード積層体準備工程と、カソード側絶縁材が周囲に形成されたカソード側ガス拡散層と、該カソード側ガス拡散層上に形成されたカソードと、該カソード上に接合された固体高分子電解質膜と、を有し、前記カソード側絶縁材及び前記固体高分子電解質膜にＣＯ２ガス排出孔が設けられたカソード積層体を準備するカソード積層体準備工程と、前記アノード積層体と前記カソード積層体とを、前記固体高分子電解質膜を介して接合して燃料電池上部体を準備する燃料電池上部体準備工程と、前記燃料電池上部体の前記アノード積層体側と前記封止燃料流路の前記気液分離膜側とを向かい合うようにして接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
【００４４】
この発明によれば、カソード積層体準備工程と接合工程とを少なくとも有するので、カソード側絶縁材及び固体高分子電解質膜へのＣＯ２ガス排出孔の形成を一度に行うことが可能となる上、燃料電池上部体と封止燃料流路との一体成形も可能となり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔を製造時に同時に形成することにより製造工数の削減、位置決め精度向上による歩留まりの向上、及び一体成形による液漏れ不良の削減が可能となる生産性の高い平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の燃料電池によれば、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池の内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池を提供することができる。より具体的には、ＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出できるので、スタック基材等の燃料電池の部材の強度を上げることなく、ＭＥＡや集電体・スタック基材にかかる面圧を抑制することができる。
【００４６】
本発明の平面スタック構造の燃料電池システムによれば、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池システムの内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した平面スタック構造の燃料電池システムを提供することができる。より具体的には、ＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出できるので、スタック基材等の燃料電池の部材の強度を上げることなく、ＭＥＡや集電体・スタック基材にかかる面圧を抑制することができる。
【００４７】
本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法によれば、ＣＯ２ガス排出孔を製造時に同時に形成することにより製造工数の削減、位置決め精度向上による歩留まりの向上、及び一体成形による液漏れ不良の削減が可能となる生産性の高い平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は下記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変更できることはいうまでもない。
【００４９】
［燃料電池］
図１は、本発明の燃料電池の一例を示す模式的な断面図である。
【００５０】
燃料電池１０は、アノード７と、アノード７に接して配された固体高分子電解質膜６と、固体高分子電解質膜６に接して配されたカソード５と、からなるＭＥＡ９を有し、アノード７で発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層４ａが、アノード７における固体高分子電解質膜６が設けられた面と反対側の面に接して配され、アノード側ガス拡散層４ａに接するとともにアノード７及びカソード５の周囲に配された上記ＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔２が、カソード５側の燃料電池１０の表面まで貫通して設けられている。すなわち、アノード７、アノード側ガス拡散層４ａ、及びＣＯ２ガス排出孔２が連続するように設けられている。より具体的には、アノード側ガス拡散層４ａは、アノード７よりも大きくなるように形成され、アノード７の底面に接するとともにアノード７の周囲を囲むように配置されている。そして、ＣＯ２ガス排出孔２は、その一端がアノード側ガス拡散層４ａに接しており、固体高分子電解質膜６及びカソード５の周囲に設けられたカソード側絶縁材８ｂに設けられる貫通孔として形成されている。この貫通孔を固体高分子電解質膜６及びカソード側絶縁材８ｂに設けることにより、ＣＯ２ガス排出孔２が、アノード７及びカソード５の周囲に配されるとともに、カソード５側の燃料電池１０の表面まで貫通することになる。なお、図１からわかるように、燃料電池１０においては、カソード側絶縁材８ｂの表面がカソード５側の燃料電池１０の表面となっている。
【００５１】
燃料電池１０は、アノード７で発生するＣＯ２ガスが移動するためのアノード側ガス拡散層４ａが、アノード７における固体高分子電解質膜６が設けられた面と反対側の面に接して配され、アノード側ガス拡散層４ａに接するとともにアノード７及びカソード５の周囲に配された上記ＣＯ２ガスを排出するためのＣＯ２ガス排出孔２が、カソード５側の燃料電池１０の表面まで貫通して設けられているので、アノード７がアノード側ガス拡散層４ａによって面加圧を受けるとともに、アノード７で発生したＣＯ２ガスはアノード側ガス拡散層４ａを移動し、さらにアノード側ガス拡散層４ａからカソード５側の燃料電池１０の表面まで貫通して設けられたＣＯ２ガス排出孔２を通って燃料電池１０外へと排出されるようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するアノード７の面加圧を高くすることができ、アノード７（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード５（空気極）側に排出して燃料電池１０の内圧上昇を抑制してＭＥＡ９の変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池１０を提供することができる。
【００５２】
燃料電池１０においては、ＣＯ２ガス排出孔２は、カソード５の周囲に設けられたカソード側絶縁材８ｂ及び固体高分子電解質膜６を貫通するとともに、アノード７の周囲に存在するアノード側ガス拡散層４ａの上面に接して形成されている。しかしながら、ＣＯ２ガス排出孔２はこうした形態に限られるものではない。例えば、ＣＯ２ガス排出孔は、アノード側ガス拡散層に一部入り込むように形成されていてもよい。すなわち、アノード側ガス拡散層内部までＣＯ２ガス排出孔が形成されてもよい。また、ＣＯ２ガス排出孔は、アノード側ガス拡散層をも貫通して気液分離膜まで形成されてもよい。いずれの場合も、ＣＯ２ガス排出孔はアノード側ガス拡散層に接していることとなる。なお、本発明においてＣＯ２ガス排出孔をアノード側ガス拡散層に接するようにするのは、アノード側ガス拡散層からＣＯ２ガス排出孔へのＣＯ２ガスの迅速な移動を可能にするためである。したがって、アノード側ガス拡散層からＣＯ２ガス排出孔へのＣＯ２ガスの迅速な移動を行うことができるのであれば、ＣＯ２ガス排出孔とアノード側ガス拡散層とを離隔して設けることもできる。
【００５３】
ＭＥＡ９は、固体高分子電解質膜６をアノード７とカソード５とで挟持した構造からなるものである。固体高分子電解質膜６としては、燃料に対する耐食性を有すると共に、水素イオン（プロトン）の伝導性が高く、かつ、電子伝導性をもたない高分子膜が好適に使用される。固体高分子電解質膜６の構成材料としては、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有するイオン交換樹脂が好ましく、その具体例としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸系樹脂、及びスルホン化ポリイミド系樹脂等が挙げられる。より具体的には、例えば、スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、及びアルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族系高分子からなる固体高分子電解質膜６を挙げることができる。固体高分子電解質膜６の厚さは、その材質や燃料電池の用途等に応じて、通常、１０μｍ以上、３００μｍ以下の範囲内で適宜選定可能である。
【００５４】
カソード５は、上記式２に示すように、酸素を還元して水にする電極であり、例えば、触媒をカーボン等の担体に担持させた粒子（粉末を含む）又は担体を有さない触媒単体と、プロトン伝導体との触媒層をカーボンペーパー等の基材上に塗布等で形成することにより得ることができる。触媒としては、例えば、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、ランタン、ストロンチウム、及びイットリウム等が挙げられる。触媒は、１種のみでも、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。触媒を担持する粒子としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素系材料が例示される。粒子の大きさは、例えば炭素系材料が粒状物であるときには、通常、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下の範囲内、好ましくは０．０２μｍ以上、０．０６μｍ以下の範囲内で適宜選定される。粒子に触媒を担持させるには、例えば含浸法を適用することができる。
【００５５】
カソード５において、触媒層が形成される基材としては、固体高分子電解質膜を用いることもできるし、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、及び発泡金属等、導電性を有する多孔性物質を用いることもできる。カーボンペーパー等の基材を用いた場合には、基材上に触媒層を形成してカソード５を得た後に、ホットプレス等の方法によって、触媒層が固体高分子電解質膜６と接する向きでカソード５を固体高分子電解質膜６に接合することが好ましい。カソード５の単位面積当たりの触媒量は、触媒の種類や大きさ等に応じて、通常、４ｍｇ／ｃｍ２以上、２０ｍｇ／ｃｍ２以下の範囲内で適宜選定可能である。
【００５６】
アノード７は、上記式１に示すように、メタノール水溶液と水から水素イオンと二酸化炭素と電子を生成する電極であり、上記のカソード５と同様にして構成される。アノード７を構成する触媒層や基材は、カソード５を構成する触媒層や基材と同じであってもよいし異なっていてもよい。アノード７の単位面積当たりの触媒量も、カソード５の場合と同様、触媒の種類や大きさ等に応じて、通常、４ｍｇ／ｃｍ２以上、２０ｍｇ／ｃｍ２以下の範囲内で適宜選定可能である。
【００５７】
カソード５にはカソード集電体が、アノード７にはアノード集電体が接触して設けられている。こうしたカソード集電体及びアノード集電体は、図１には図示していないが、カソード５及びアノード７上にそれぞれ接して配され、電子の取出効率及び電子の供給効率を高めるように作用する。これらの集電体は、通常、ＭＥＡ９の周縁部に接する枠形状のものであってもよいし、ＭＥＡ９の全面に接する平板状又はメッシュ状等のものであってもよい。これらの集電体の材料としては、例えば、ステンレス鋼、焼結金属、発泡金属等、又はこれらの金属に高導電性金属材料をメッキ処理したもの等を挙げることができる。
【００５８】
燃料電池１０は、燃料流路１を備える。燃料流路１は、ＭＥＡ９にメタノール水溶液を供給するために用いられるものである。燃料流路１内は燃料水素源としてメタノール水溶液が満たされており、燃料電池１０はＤＭＦＣとして構成されている。燃料水素源として液体のメタノール水溶液を用いることによりエネルギー密度を高くすることができ、改質器が不要で、燃料電池の小型化が可能となる。また、図１に詳細は図示していないが、燃料電池１０は、受動型のＤＭＦＣ又は能動型のＤＭＦＣのいずれであってもよい。燃料流路１としては、従来公知のものを適宜用いればよい。なお、燃料経路１は燃料タンクとして用いられてもよい。
【００５９】
燃料電池１０には、ＣＯ２ガス排出孔２が複数形成されている。より具体的には、図１に示すように、２つのＣＯ２ガス排出孔２が形成されている。ＣＯ２ガス排出孔２を複数形成することにより、アノード７で発生するＣＯ２ガスをさらに効率よくカソード５側に排出して燃料電池１０の内圧上昇を抑制することができる。上記説明したように、ＣＯ２ガス排出の点からは、燃料電池１０に設けられるＣＯ２ガス排出孔２の個数は多い方が好ましい。ただし、ＣＯ２ガス排出孔２は空孔ゆえ、ＣＯ２ガス排出孔２を多く設けると燃料電池１０の機械的強度が低下する傾向となる。このため、ＭＥＡ９周辺の部材の強度を損なわない範囲でＣＯ２ガス排出孔２の個数の上限を定めればよい。
【００６０】
燃料電池１０には、アノード側ガス拡散層４ａにおけるアノード７が設けられた面と反対側の面に気液分離膜３が設けられる。気液分離膜３は、アノード７で発生したＣＯ２ガスが燃料流路１に逆流することを抑制するために用いられるものである。気液分離膜３は、断面形状が略コの字型となるアノード側ガス拡散層４ａの底面に接して配置される。なお、アノード７において固体高分子電解質膜６が接している面の反対面とアノード側ガス拡散層４ａとが接している面が、「アノード側ガス拡散層４ａにおけるアノード７が設けられた面」となっている。そして、上述のとおり、このアノード側ガス拡散層４ａにおけるアノード７が設けられた面とは反対側の面に気液分離膜３が設けられている。
【００６１】
気液分離膜３は、アノード７で発生したＣＯ２ガスが燃料流路１に逆流することを抑制するため、アノード７で発生するＣＯ２ガスは、アノード側ガス拡散層４ａ内を移動しやすくなって、ＣＯ２ガスをさらに効率よくカソード５側に排出して燃料電池１０の内圧上昇を抑制することができる。より具体的には、アノード７で発生したＣＯ２ガスは燃料流路１へ戻ることを気液分離膜３に妨げられ、多孔質又はメッシュ状のアノード側ガス拡散層４ａ内で拡散またはそれ自身の膨張による圧力により面方向に移動し、ＣＯ２ガス排出孔２よりカソード５側の燃料電池１０の表面外へと排出される。その結果、ＣＯ２ガス発生による燃料流路１の内圧変動を抑制することができる。さらに、図１には図示していないが、ＭＥＡ９の直列数が増えた場合においても、ＣＯ２ガスの累積量は増加しないので、燃料電池１０の内圧上昇も抑制できる。さらに、発電電流の増加に伴いＣＯ２ガスの発生量が増加するような場合においても、ＭＥＡ９の周囲に設けられたＣＯ２ガス排出孔２でＣＯ２ガスがカソード５側の燃料電池１０の表面外へと排出されることによって燃料電池１０の内圧の上昇を抑制できる。したがって、燃料電池１０を内圧に耐えるような強固な構造とする必要がなくなり、燃料電池１０を薄型、軽量な構造とすることが可能となる。
【００６２】
気液分離膜３は、通常、多孔質又はメッシュ状の膜の形態を有する。この場合における気液分離膜３の孔径は、通常、０．２μｍ以上、０．８μｍ以下とする。ＣＯ２ガスの燃料流路１側への逆流防止、及びＣＯ２ガス排出孔２への排出特性をより向上させる観点からは、気液分離膜３は、約０．５μｍ孔径の多孔質膜とすることが好ましい。また、気液分離膜３の厚さは、通常、０．０１ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下とする。
【００６３】
気液分離膜３は、撥水性ポリエーテルスルホンの膜、撥水性ポリスルホンの膜、４フッ化エチレン多孔質膜等のテフロン（登録商標）系の多孔質膜、撥水処理をした金属多孔質膜、撥水処理をした金属メッシュ、及び撥水処理をしたカーボン繊維から選ばれるいずれかであることが好ましい。これら膜や繊維を気液分離膜３に用いれば、気液分離膜３の耐薬品性が向上し、アノード７で発生したＣＯ２ガスの燃料流路１への逆流をさらに抑制することができる。これらのうち、燃料電池の総合的な特性を考慮すると、４フッ化エチレン多孔質膜等のテフロン（登録商標）系の多孔質膜を用いることが好ましい。
【００６４】
気液分離膜３として、上記材料のうち、撥水処理をした金属メッシュ等の撥水処理をした金属多孔質膜、又は撥水処理をしたカーボン繊維を用いると、スタック構成材としての強度を向上させやすくなる。
【００６５】
燃料電池１０においては、カソード５の表面にカソード側ガス拡散層４ｃが設けられている。より具体的には、カソード５において固体高分子電解質膜６が設けられた面とは反対面にカソード側ガス拡散層４ｃが設けられている。これにより、カソード側ガス拡散層４ｃがカソード５の面加圧をするとともに、カソード側ガス拡散層４ｃが酸素の取り込み機能を発揮するようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するカソード５の面加圧を高くすることができるとともに、カソード５への酸素の取り込みも促進される。
【００６６】
アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは、それぞれ多孔質シート又はメッシュ状シートとされる。これにより、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃ内のＣＯ２ガスの拡散性が向上するようになり、その結果、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃ内をＣＯ２ガスがより効率よく移動できる。なお、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは、必ずしも同一の形態を有するシートとする必要はなく、例えば、アノード側ガス拡散層４ａを多孔質シートとし、カソード側ガス拡散層４ｃをメッシュ状シートとするようにしてもよい。
【００６７】
アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃを多孔質シート又はメッシュ状シートとする場合における、空孔率は、それぞれ２０％以上、８０％以下とすることが好ましい。これにより、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃの空孔率を十分確保することができるようになり、その結果、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃ内をＣＯ２ガスが効率よく移動できるようになる。なお、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは、必ずしも同一の空孔率とする必要はなく、それぞれに求められる性能に応じて適宜空孔率を変化させればよい。また、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃの厚さは、それぞれ、通常、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とする。なお、アノード側ガス拡散層４ａの厚さと、カソード側ガス拡散層４ｃの厚さとは必ずしも同一とする必要はなく、それぞれのガス拡散層に求められる性能に応じて適宜変化させればよい。
【００６８】
アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは、それぞれ導電性の材料で形成することが好ましい。導電性の材料で形成することにより、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃの導電面抵抗を低減できるようになる。
【００６９】
アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは、それぞれ耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シート、耐腐食性の金属メッシュ、及びカーボンメッシュから選ばれるいずれかであることが好ましい。これにより、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃに導電性と耐腐食性とを付与することができるようになり、その結果、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃ内をＣＯ２ガスが効率よく移動できる上、導電面抵抗の低減も可能となるだけでなく、耐腐食性も確保することができる。これらのうち、アノード７及びカソード５の集電体やスタック基材に対する面加圧の確保の観点からは、耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シート、及び耐腐食性の金属メッシュを用いることが好ましい。また、燃料電池の総合的な特性を考慮すると、耐腐食性の発泡金属、耐腐食性の金属繊維シートを用いることが好ましい。なお、アノード側ガス拡散層４ａとカソード側ガス拡散層４ｃとは、必ずしも同一の材料で構成する必要はなく、それぞれのガス拡散層に求められる性能に応じて用いる材料を適宜選択すればよい。
【００７０】
アノード側ガス拡散層４ａの大きさとカソード側ガス拡散層４ｃの大きさとは異なっている。より具体的には、アノード側ガス拡散層４ａがカソード側ガス拡散層４ｃよりも大きくなるように形成されている。これにより、カソード側ガス拡散層４ｃを避けてＣＯ２ガス排出孔２を形成しやすくなり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔２の設計が行いやすくなる。なお、アノード側ガス拡散層の大きさとカソード側ガス拡散層の大きさとは同一としてもよいが、この場合には、燃料電池をカソード側から平面視した場合にそれぞれのガス拡散層の配置をずらすことが好ましい。こうした配置を採用することにより、カソード側ガス拡散層４ｃを避けてＣＯ２ガス排出孔２を形成しやすくなる。
【００７１】
アノード側ガス拡散層４ａの周囲にはアノード側絶縁材８ａが、カソード側ガス拡散層４ｃ及びカソード５の周囲にはカソード側絶縁材８ｂが、それぞれ設けられている。アノード側絶縁材８ａ及びカソード側絶縁材８ｂは、隣接するＭＥＡ同士の短絡防止や燃料電池１０の機械的強度の確保等のために、通常、絶縁性材料で形成される。こうした絶縁性材料としては、所定の絶縁性や機械的強度を有する材料であれば特に制限はなく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂等を挙げることができる。なお、アノード側絶縁材８ａ及びカソード側絶縁材８ｂのうちカソード側絶縁材８ｂにはＣＯ２ガス排出孔２の一部が設けられている。
【００７２】
［平面スタック構造の燃料電池システム］
図２は、本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの一例を示す模式的な平面図である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ’面の模式的な断面図である。
【００７３】
平面スタック構造の燃料電池システム２０は、上記説明した燃料電池１０を平面状に複数配置している。より具体的には、同図が燃料電池システム２０をカソード側ガス拡散層４ｃ側からみた平面図であるために詳細は図示されていないが、平面スタック構造の燃料電池システム２０は、上記説明した燃料電池１０を３つ直列接続したものである。なお、同図においては、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃの配置と、ＣＯ２ガス排出孔２の設置位置との関係をわかりやすくするために、アノード側ガス拡散層４ａの外周を点線で示してある。
【００７４】
平面スタック構造の燃料電池システム２０においては、燃料電池１０を平面状に複数配置したので、アノードがアノード側ガス拡散層４ａによって面加圧を受けるとともに、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出することによりスタック基材等の燃料電池１０の部材の強度を上げることなく燃料電池システム２０の内圧上昇を抑制することができるようになり、その結果、集電体やスタック基材に対するアノードの面加圧を高くすることができ、アノード（燃料極）で発生するＣＯ２ガスを効率よくカソード（空気極）側に排出して燃料電池システム２０の内圧上昇を抑制してＭＥＡの変形・剥離・劣化を抑制することができ、出力安定性に優れ、低コスト、かつ軽量化を実現した燃料電池システム２０を提供することができる。
【００７５】
平面スタック構造の燃料電池システム２０においては、図３に示すように、ピン１１を介して隣接する燃料電池１０同士のアノード７とカソード５とが電気的に接続されている。この結果、隣接する燃料電池１０が直列に接続されることとなる。そして、隣接する燃料電池１０同士のアノード７とカソード５との接続を確保するために、隣接する燃料電池１０同士のアノード７とカソード５とが重なり合うようになっている。このため、一つの燃料電池１０におけるアノードとカソードとは一定の距離ずらして配置してある。これに伴い、図２に示すように、一つの燃料電池１０におけるアノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃもずらして配置されることとなる。
【００７６】
平面スタック構造の燃料電池システム２０の各燃料電池１０においては、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃが同一形状ではあるが、アノード側ガス拡散層４ａがカソード側ガス拡散層４ｃよりも大きくなるように形成されている。なお、アノード側ガス拡散層４ａ及びカソード側ガス拡散層４ｃは異なる形状としてもよい。これにより、カソード側ガス拡散層４ｃを避けてＣＯ２ガス排出孔２を形成しやすくなり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔２の設計が行いやすくなる。
【００７７】
平面スタック構造の燃料電池システム２０の各燃料電池１０においては、ＣＯ２ガス排出孔２が６つ形成されている。ＣＯ２ガス排出孔２の個数について特に制限はないが、ＭＥＡ周囲のスタック基材の強度を損なわない範囲の個数とすることが好ましい。また、ＣＯ２ガス排出孔２は円筒形となっているが、ＣＯ２ガス排出孔の形状に特に制限はなく、例えば、スリット状の形状としてもよい。
【００７８】
［平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法］
本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法は、燃料流路が気液分離膜で封止された封止燃料流路を準備する封止燃料流路準備工程と、アノード側絶縁材が周囲に形成されたアノード側ガス拡散層と、アノード側ガス拡散層上に形成されたアノードと、を有するアノード積層体を準備するアノード積層体準備工程と、カソード側絶縁材が周囲に形成されたカソード側ガス拡散層と、カソード側ガス拡散層上に形成されたカソードと、カソード上に接合された固体高分子電解質膜と、を有し、カソード側絶縁材及び固体高分子電解質膜にＣＯ２ガス排出孔が設けられたカソード積層体を準備するカソード積層体準備工程と、アノード積層体とカソード積層体とを、固体高分子電解質膜を介して接合して燃料電池上部体を準備する燃料電池上部体準備工程と、燃料電池上部体のアノード積層体側と封止燃料流路の気液分離膜側とを向かい合うようにして接合する接合工程と、を有する。
【００７９】
本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの製造方法は、カソード積層体準備工程と接合工程とを少なくとも有するので、カソード側絶縁材及び固体高分子電解質膜へのＣＯ２ガス排出孔の形成を一度に行うことが可能となる上、燃料電池上部体と封止燃料流路との一体成形も可能となり、その結果、ＣＯ２ガス排出孔を製造時に同時に形成することにより製造工数の削減、位置決め精度向上による歩留まりの向上、及び一体成形による液漏れ不良の削減が可能となる生産性の高い燃料電池システムの製造方法を提供することができる。
【００８０】
燃料流路が気液分離膜で封止された封止燃料流路を準備する封止燃料流路準備工程、アノード側絶縁材が周囲に形成されたアノード側ガス拡散層と、該アノード側ガス拡散層上に形成されたアノードと、を有するアノード積層体を準備するアノード積層体準備工程、及びアノード積層体とカソード積層体とを、固体高分子電解質膜を介して接合して燃料電池上部体を準備する燃料電池上部体準備工程については、従来公知の技術（例えば、特開２００４−３１０２６号公報等に紹介されている技術）を適宜用いて行うことができる。このため、詳細な説明は省略するが、一例を挙げるならば、燃料電池上部体準備工程におけるアノード積層体とカソード積層体との接合は、例えば熱圧着を用いればよい。
【００８１】
カソード積層体準備工程においては、カソード側絶縁材が周囲に形成されたカソード側ガス拡散層と、このカソード側ガス拡散層上に形成されたカソードと、このカソード上に接合された固体高分子電解質膜と、を有し、カソード側絶縁材及び固体高分子電解質膜にはＣＯ２ガス排出孔が設けられたカソード積層体を準備する。ここで、カソード側絶縁材及び固体高分子電解質膜にＣＯ２ガス排出孔を設ける方法として、例えば、以下に説明する方法を採用することができる。
【００８２】
まず、カソード側絶縁材にＣＯ２ガス排出孔となる孔を設ける方法について説明する。カソード側絶縁材を上述したＰＰＳ樹脂やＬＣＰ樹脂等の絶縁性の樹脂で形成する場合には、カソード側絶縁材を射出成形して得るのが通常である。このため、ＣＯ２ガス排出孔となる孔が形成できる金型を用い、カソード側絶縁材の成形時に上記の孔が形成されるようにすればよい。また、通常の金型を用い、カソード側絶縁材を成形した後に、例えば、切削加工、金型による打ち抜き等の方法を用いて、カソード側絶縁材にＣＯ２ガス排出孔となる孔を設けてもよい。
【００８３】
次に、固体高分子電解質膜にＣＯ２ガス排出孔となる孔を設ける方法について説明する。こうした方法としては、以下の２通りの方法を挙げることができる。
【００８４】
第１に、固体高分子電解質膜にあらかじめＣＯ２ガス排出孔となる孔を設けておき、固体高分子電解質膜に設けられたＣＯ２ガス排出孔となる孔と、カソード側絶縁材に設けられたＣＯ２ガス排出孔となる孔と、の位置合わせを行いながら、固体高分子電解質膜とカソードとを熱圧着等により接合する方法を挙げることができる。
【００８５】
第２に、ＣＯ２ガス排出孔となる孔を設けてない固体高分子電解質膜とカソードとを熱圧着等により接合した後に、カソード側絶縁材に設けられたＣＯ２ガス排出孔となる孔に対応する固体高分子電解質膜の位置に所定の孔を、例えば、切削加工、金型による打ち抜き等の方法により設ければよい。
【００８６】
接合工程においては、燃料電池上部体のアノード積層体側と封止燃料流路の気液分離膜側とを向かい合うようにして接合を行う。接合は、例えば、接着、熱圧着、レーザ熔接、及び超音波熔接等、一般的な接合技術を利用することができる。なお、封止燃料流路における燃料流路と気液分離膜との界面は燃料であるメタノール水溶液の液漏れ防止のため完全封止の必要があるが、燃料電池上部体と封止燃料流路との接合は、部分的に気密が保たれない部分があってもかまわない。
【００８７】
なお、平面スタック構造の燃料電池システムの製造時に、上記説明した、封止燃料流路準備工程、アノード積層体準備工程、カソード積層体準備工程、燃料電池上部体準備工程、及び接合工程以外の工程を行う必要がある場合においては、従来公知の技術を適宜用いて行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の燃料電池、及びこの燃料電池を用いた平面スタック構造の燃料電池システムの活用例として、例えば、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、各種デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、及びポータブル音楽再生プレーヤー等の電源としての用途を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の平面スタック構造の燃料電池システムの一例を示す模式的な平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’面の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  燃料流路
２  ＣＯ２ガス排出孔
３  気液分離膜
４ａ  アノード側ガス拡散層
４ｃ  カソード側ガス拡散層
５  カソード
６  固体高分子電解質膜
７  アノード
８ａ  アノード側絶縁材
８ｂ  カソード側絶縁材
９  ＭＥＡ
１０  燃料電池
１１  ピン
２０  平面スタック構造の燃料電池システム
【図１】
2008226751.tif 000005
【図２】
2008226751.tif 000006
【図３】
2008226751.tif 000007