(57)【要約】      （修正有）【課題】充分な出力が得られると共に、充分に小形軽量化、かつコンパクト化され、また低コストに提供可能な燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】平面スタック構造の燃料電池において、電解質膜２は、繊維体から成る帯状基体に電解質を含浸させることで構成する。さらに、各電解質膜２を帯状基体の長手方向に沿って配置すると共に、上記各電解質膜２の一方の面側に燃料極１５を、またその他方の面側に空気極１６をそれぞれ形成することで単位電池を構成する。特定の単位電池の燃料極１５は、これとは相隣接する単位電池の空気極１６に対して、帯状基体を貫通して延びる無電解金メッキ８または多孔質電極材等の導体によって電気的接続がなされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面スタック構造の燃料電池において、電解質膜（２）は、繊維体から成る帯状基体（１）に電解質を含浸させることで構成し、さらに、各電解質膜（２）を帯状基体（１）の長手方向に沿って配置すると共に、上記各電解質膜（２）の一方の面側に燃料極（１５）を、またその他方の面側に空気極（１６）をそれぞれ形成することで単位電池を構成し、特定の単位電池の燃料極（１５）は、これとは相隣接する単位電池の空気極（１６）に対して、帯状基体（１）を貫通して延びる導体によって電気的接続がなされていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記各電解質膜（２）の長手方向の前後には、各電解質膜（２）を区画する絶縁剤含浸層（４）が形成されており、相隣接する単位電池間における絶縁剤含浸層（４）の間には、上記導体の貫通を許容する導体貫通部（３）が形成されていることを特徴とする請求項１の燃料電池。
【請求項３】
上記導体は、無電解金メッキ（８）であり、燃料極側電極材及び空気極側電極材として無電解金メッキを施す際に、金メッキ（８）が特定の単位電池の燃料極側触媒（５）と、これとは相隣接する単位電池の空気極側触媒（６）とに対して施されると共に、さらに、上記導体貫通部（３）を通って連続していることを特徴とする請求項２の燃料電池。
【請求項４】
上記導体は、印刷によって施される多孔質電極材（９）であり、燃料極側電極材及び空気極側電極材として多孔質電極材（９）を印刷する際に上記導体貫通部（３）内に侵入していることを特徴とする請求項２の燃料電池。
【請求項５】
上記帯状基体（１）は不織布から成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの燃料電池。
【請求項６】
帯状基体（１）に絶縁剤（４）を含浸させることにより電解質膜（２）となる電解質領域（２ａ）を、長手方向に所定の間隔をおいて区画する工程と、上記電解質領域（２ａ）に電解質を含浸させて電解質膜（２）を形成する工程と、電解質膜の表裏面に燃料極（１５）と空気極（１６）とを形成して単位電池を形成する工程と、特定の単位電池の燃料極（１５）と、これとは相隣接する単位電池の空気極（１６）とを、帯状基体（１）内を通って延びる導体によって電気的に接続する工程とを備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
上記電解質領域（２ａ）を区画する工程において、相隣接する単位電池間における絶縁剤含浸層（４）の間には、上記導体の通過を許容する導体貫通部（３）が形成されていることを特徴とする請求項６の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、直接メタノール式燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。それは、リチウム二次電池の数倍以上のエネルギを取り出せる可能性があり、また、メタノール供給すれば充電することなく継続して使用が可能であるためである。従って、ノートパソコンや携帯電話等のモバイル機器への適用が試みられている。
【０００３】
燃料電池の基本的な構造は、水素イオンを通す電解質膜の両側に燃料極と空気極とを接合した膜電極接合体を有するものである。そして、実際には、このような構造の単位電池の複数個を接続することによって、電池が構成される。このような場合、全体をコンパクトに構成するために、平面スタック構造が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
上記特許文献１の平面スタック構造は、電気絶縁性の基板に複数個の貫通孔を形成し、この貫通孔内に、上記膜電極接合体より成る単位電池を配置し、各単位電池を電気的に直列又は並列に接続した構造のものである。また、特許文献２の平面スタック構造は、空気極側拡散層を構成するウエブ状の基材を繋ぎ材として、その上に連続的に膜電極接合体を形成した構造のものである。
【特許文献１】特開昭６２−２００６６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の燃料電池では、充分に小形軽量化、及びコンパクト化されているとは言い難く、そのため、ノートパソコンや携帯電話等のモバイル機器への適用に特に適しているとはいえない状態である。また、その製造に多くの手数を要し、コスト面においても満足し得るものではない。さらに、特許文献２の燃料電池は、空気極側が全て共通化して利用され、各単位電池が並列に接続される構造であるため、充分な出力が得られるとはいい難い。
【０００６】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、充分な出力が得られると共に、充分に小形軽量化、かつコンパクト化され、また低コストに提供可能な燃料電池及びそ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】
【０００７】
そこで請求項１の燃料電池は、平面スタック構造の燃料電池において、電解質膜２は、繊維体から成る帯状基体１に電解質を含浸させることで構成し、さらに、各電解質膜２を帯状基体１の長手方向に沿って配置すると共に、上記各電解質膜２の一方の面側に燃料極１５を、またその他方の面側に空気極１６をそれぞれ形成することで単位電池を構成し、特定の単位電池の燃料極１５は、これとは相隣接する単位電池の空気極１６に対して、帯状基体１を貫通して延びる導体によって電気的接続がなされていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の燃料電池は、上記各電解質膜２の長手方向の前後には、各電解質膜２を区画する絶縁剤含浸層４が形成されており、相隣接する単位電池間における絶縁剤含浸層４の間には、上記導体の貫通を許容する導体貫通部３が形成されていることを特徴している。
【０００９】
請求項３の燃料電池は、上記導体は、無電解金メッキ８であり、燃料極側電極材及び空気極側電極材として無電解金メッキを施す際に、金メッキ８が特定の単位電池の燃料極側触媒５と、これとは相隣接する単位電池の空気極側触媒６とに対して施されると共に、さらに、上記導体貫通部３を通って連続していることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の燃料電池は、上記導体は、印刷によって施される多孔質電極材９であり、燃料極側電極材及び空気極側電極材として多孔質電極材９を印刷する際に上記導体貫通部３内に侵入していることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の燃料電池は、上記帯状基体１は不織布から成ることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の燃料電池の製造方法は、帯状基体１に絶縁剤４を含浸させることにより電解質膜２となる電解質領域２ａを、長手方向に所定の間隔をおいて区画する工程と、上記電解質領域２ａに電解質を含浸させて電解質膜２を形成する工程と、電解質膜の表裏面に燃料極１５と空気極１６とを形成して単位電池を形成する工程と、特定の単位電池の燃料極１５と、これとは相隣接する単位電池の空気極１６とを、帯状基体１内を通って延びる導体によって電気的に接続する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項７の燃料電池の製造方法は、上記電解質領域２ａを区画する工程において、相隣接する単位電池間における絶縁剤含浸層４の間には、上記導体の通過を許容する導体貫通部３が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の燃料電池によれば、帯状基体１に対して電解質を含浸させることで電解質膜２を形成することができ、また、帯状基体１に対して同一面側から各燃料極１５と各空気極１６との形成作業を行うことができるので、高能率に製造可能な燃料電池を提供できる。また、単位電池の接続に、余分なスペースを要さないので、小形軽量化、かつコンパクト化できる。しかも直列接続構造であるため、充分な出力が得られる。さらに、使用に際しては、帯状基体１を折り返して使用することも可能であるため、コンパクトに構成可能である。
【００１５】
請求項２の燃料電池によれば、電解質膜２の寸法精度を向上できるし、また、導体による単位電池の接続を確実に行えることになる。
【００１６】
請求項３、及び請求項４の燃料電池によれば、単位電池の接続を低コストにて行え、また、確実な接続状態が得られる。また、請求項５の燃料電池は、その実施に好適である。
【００１７】
請求項６の燃料電池の製造方法によれば、帯状基体１に対して電解質を含浸させることで電解質膜２を形成しているので、燃料電池を高能率に製造可能である。また、絶縁剤にて電解質領域２ａを、予め区画しているので、電解質膜２の寸法精度を向上できる。
【００１８】
請求項７の燃料電池によれば、導体による単位電池の接続を確実に行えることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、この発明の燃料電池及びその製造方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、最初に、図１及び図２を参照しながら、製造方法の第１実施形態を説明する。同図（ａ）において、１は、帯状基体であり、この基体１は、図において左右方向に連続ものであって、ポリエステル製不織布等の繊維体より成っている。以下の製造方法においては、図示していないが、帯状基体１の両側に位置決め用のガイド孔を所定の間隔で穿設しておき、順送プレスのように、帯状基体１を間歇的に送りながら図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）（ｂ）の各工程を行っていくのが好ましい。
【００２０】
上記基体１には、同図（ｃ）に示すように、所定の間隔をおいて、島状に複数の電解質膜２・・を形成するが、それに先立って、同図（ｂ）に示すように、電解質膜２を形成するための電解質領域２ａ、及び相隣接する電解質領域２ａ、２ａ間において所定幅を除いて、絶縁剤を印刷手法により含浸させる。すなわち、電解質膜２の前後左右に絶縁剤含浸層４を形成して電解質領域２ａを区画すると共に、相隣接する電解質領域２ａ、２ａの絶縁剤含浸層４、４間に導体貫通部３を形成しておくのである。この導体貫通部３は、絶縁剤を含浸させていない不織布のままの状態である。絶縁剤としては、対酸性ポリエステル、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート等を用いることができる。次いで、同図（ｃ）に示すように、平面視四角形（方形）の電解質領域２ａ・・に印刷手法等によってイオン交換樹脂から成る電解質（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（デュポン社登録商標）を溶媒中に溶解させた電解質溶液を含浸させて、電解質膜２を形成する。
【００２１】
そしてその後、電解質膜２・・の表裏両面に、それぞれ燃料極（アノード）１５と空気極（カソード）１６を形成するが、表面側（上側）の燃料極側触媒５を（Ｐｔ−Ｒｕ／Ｃ）とし、裏側（下側）の空気極側触媒６を（Ｐｔ−Ｃ）とし、これら各触媒５、６を、同図（ｄ）のように印刷する。上記燃料極１５は、燃料極側触媒５と、その表面に配置される燃料極側電極材とより成るもので、また、空気極１６は、空気極側触媒６と、その表面に配置される空気極側電極材とより成るものであるが、この実施形態においては、各電極材が無電解金メッキ８によって構成される。以下にこの無電解金メッキ方法について説明する。
【００２２】
図２（ａ）のように、無電解メッキ用の触媒７を印刷する。この印刷に際しては、燃料極１５においては、燃料極側触媒５と、これとは図において右側に相隣接する導体貫通部３とを含む領域にかけて触媒７を印刷する。また、空気極１６においては、空気極側触媒６と、これとは図において左側に隣接する導体貫通部３とを含む領域にかけて触媒７を印刷する。この結果、各導体貫通部３においては、特定の単位電池Ａの燃料極側触媒５に印刷された触媒７と、これとは相隣接する単位電池Ｂの空気極側触媒６に印刷された触媒７とが上下に重なることになる。
【００２３】
そしてこのように触媒７の印刷された状態のものに無電解金メッキ８を施すと、図２（ｂ）に示す状態の単位電池の平面スタック構造が得られる。すなわち、無電解金メッキ８が、特定の単位電池Ａの燃料極側触媒５から導体貫通部３を通って、これとは相隣接する単位電池Ｂの空気極側触媒６へと連続し、これらが電気的に接続された状態となる。
【００２４】
上記平面スタック構造の燃料電池では、帯状の不織布製の帯状基体１に電解質を含浸させることで電解質膜２が形成され、その上側に燃料極５を形成すると共に、その下側に空気極６が形成され、これにより単位電池が構成されている。また、各単位電池は、帯状基体１の長手方向に沿って並設されており、各単位電池は互いに直列接続されている。
【００２５】
図３には、この発明の燃料電池とその製造方法の第２の実施形態を示している。この実施形態は、図１（ａ）〜（ｄ）の各工程は、上記第１の実施形態と同一であるため、その説明を省略する。この実施形態では、燃料極１５の燃料極側電極材と、空気極１６の空気極側触媒６とを、無電解金メッキ８によって構成するのではなく、多孔質電極を印刷することによって構成している点において、上記実施形態と相違している。まず、燃料極１５側において、燃料極側触媒５に対して、多孔質電極材９を印刷する。この際、図３（ａ）に示すように、燃料極側触媒５と、これとは図において右側に相隣接する導体貫通部３とを含む領域に対して印刷を行う。そうすると、多孔質電極材９は、導体貫通部３内も含めて印刷されることになる。次に、図３（ｂ）に示すように、空気極１６側においても空気極側触媒６と、これとは図において左側に相隣接する導体貫通部３とを含む領域に対して印刷を行う。そうすると、同図（ｂ）に示す状態の単位電池の平面スタック構造が得られる。すなわち、多孔質電極材９が、特定の単位電池Ａの燃料極側触媒５から導体貫通部３を通って、これとは相隣接する単位電池Ｂの空気極側触媒６へと連続し、これらが電気的に接続された状態となる。
【００２６】
上記各実施形態の燃料電池によれば、帯状基体１に対して電解質を含浸させることで電解質膜２を形成することができ、また、帯状基体１に対して同一面側から各燃料極１５と各空気極１６との形成作業を行うことができるので、高能率に製造可能な燃料電池を提供できる。また、帯状基体１に導体貫通部３を設け、この導体貫通部３に導体（無電解金メッキ８、多孔質電極材９）を貫通させて電気的接続を行うようにしているので、余分なスペースを要さない。従って、小形軽量化、かつコンパクト化できる。しかも直列接続構造であるため、充分な出力が得られる。さらに、使用に際しては、帯状基体１を折り返して使用することも可能であるため、コンパクトに構成可能である。また、絶縁剤含浸層４によって電解質領域２ａを区画し、この領域２ａに電解質膜２を形成するので、電解質膜２の寸法精度を向上できる。
【００２７】
また、上記燃料電池の各製造方法によれば、帯状基体１に対して電解質を含浸させることで電解質膜２を形成しているので、燃料電池を高能率に製造可能である。また、絶縁剤にて電解質領域２ａを、予め区画しているので、電解質膜２の寸法精度を向上できる。
【００２８】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記においては、帯状基体１として不織布を用いているが、これは織布を用いても、また紙を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の燃料電池の製造方法における第１実施形態の前半の工程を説明するための簡略工程図である。
【図２】この発明の燃料電池の製造方法における第１実施形態の後半の工程を説明するための簡略工程図である。
【図３】この発明の燃料電池の製造方法における第２実施形態の後半の工程を説明するための簡略工程図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・帯状基体、２・・電解質膜、２ａ・・電解質領域、３・・導体貫通部、４・・絶縁剤含浸層、５・・燃料極触媒、６・・空気極触媒、８・・無電解金メッキ、９・・多孔質電極材、１５・・燃料極、１６・・空気極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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