(57)【要約】【課題】  本発明は、電池効率の低下を招く抵抗分極、活性化分極の少ない燃料電池及び該燃料電池の作成法を提供する。【解決手段】  本発明は、１つ又は複数の燃料電池アセンブリからなる燃料電池を提供することによって、前述の欠点を解決する。燃料電池アセンブリの各々は、ある一定の長さを有する電解質と、ある一定の長さを有し、電解質の一方の側に配置されている燃料極と、ある一定の長さを有し、電解質の前記一方の側又は反対側に配置されている空気極とからなる。前記燃料電池は、さらに、複数の電流コレクタを構成要素として含んでいる。電流コレクタの各々は、それぞれの長さを有する電解質、燃料極、及び空気極のうちの少なくとも１つの中に実質的に埋め込まれており、且つ実質的に前記それぞれの長さの連続体として存在している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池アセンブリ（１２）であって、該複数の燃料電池アセンブリ（１２）の各々が、
長さ（３４）を有する電解質（１４、１４'、１４''）及び、
長さ（３６）を有し、前記電解質（１４）の一方の側に配置されている燃料極（１６）及び、
長さ（３８）を有し、前記電解質（１４）の前記一方の側又は反対の側に配置されている空気極（１８）からなる前記複数の燃料電池アセンブリ（１２）と、
複数の電流コレクタ（２０）であって、該複数の電流コレクタ（２０）の各々が、
前記電解質（１４）、前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）のうちの少なくとも１つの中に実質的に埋め込まれており、且つ実質的に前記それぞれの長さ（３４、３６、３８）の連続体として存在している導電性物質からなる前記複数の電流コレクタ（２０）と、
を具備する燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）であって、
前記複数の電流コレクタ（２０）の少なくともいくつかが、前記電解質（１４、１４'、１４''）、前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）のうちの少なくとも１つから選択的に除去され、それによって少なくとも１つのガス流路（２６）が設けられてなる燃料電池。
【請求項２】
負荷（Ｌ）と、
前記負荷（Ｌ）に接続されている請求項１に記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）と、
を具備する電気機器。
【請求項３】
前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、前記電解質（１４、１４'、１４''）内に実質的に埋め込まれており、且つ前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、実質的に前記電解質（１４、１４'、１４''）の前記長さ（３４）の連続体として存在している個別の露出面（２３）を有しており、該露出面（２３）が前記燃料極（１６）又は前記空気極（１８）によって被覆されている請求項１に記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）。
【請求項４】
前記複数の電流コレクタの各々が、前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）の少なくとも一方の中に実質的に埋め込まれており、且つ前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、実質的に前記燃料極（１６）又は前記空気極（１８）の前記それぞれの長さ（３６、３８）の連続体として存在している個別の露出面（２２）を有しており、該露出面（２２）が前記電解質（１４、１４'、１４''）によって被覆されている請求項１に記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）。
【請求項５】
前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、長さ（Ｃ）を有しており、且つ前記電流コレクタの長さ（Ｃ）、前記燃料極の長さ（３６）、前記空気極の長さ（３８）、及び前記電解質の長さ（４０）がそれぞれ、約０．０１ｃｍ〜約１２ｃｍの範囲にある請求項１、３、４のいずれか１つに記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）。
【請求項６】
隣接する電流コレクタ（２０）の間に幅（４４）を有しており、前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）がそれぞれ厚さ（４６）を有しており、且つ前記燃料極の厚さ（４６）及び前記空気極の厚さ（４６）が前記隣接する電流コレクタ（２０）間の幅（４４）の約１／２よりも小さい請求項１及び請求項３から５のいずれか１つに記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）。
【請求項７】
前記燃料極（１６）が幅（４８）を、前記空気極（１８）が幅（４８'）をそれぞれ有しており、且つ空気極の幅（４８'）に対する燃料極の幅（４８）の比率が変化する請求項１及び請求項３から６のいずれか１つに記載の燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）。
【請求項８】
燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）を作製する方法であって、
電解質層（１４）上に第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０）を付着させるステップであって、前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０）の各々が露出面（２２）を有し、該露出面（２２）を前記電解質（１４）と接触していない面とするステップと、
前記第１の導電性部材（６２）の前記露出面（２２）に、燃料極層（１６）及び空気極層（１８）の一方を付着させるステップであって、前記第１の導電性部材（６２）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
前記第２の導電性部材（６４）の前記露出面（２２）に、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）のもう一方を付着させるステップであって、前記第２の導電性部材（６４）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記もう一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
からなる方法。
【請求項９】
燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）を作製する方法であって、
前記燃料極層（１６）と前記空気極層（１８）のうちの少なくともいくつかの上に、複数の第３（６６）の導電性部材（２０）を付着させるステップと、  
前記第３（６６）の導電性部材（２０）の上に、第２の電解質層（１４）を付着させるステップと、
をさらに有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基材（７０）上に複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）を付着させるステップであって、前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）の各々が第１の露出面（２２）を有し、該第１の露出面（２２）が前記基材（７０）と接していない面であり、且つ前記基材（７０）が露出領域（７２）を有し、該露出領域（７２）を前記複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）と接していない領域とするステップと、
前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）の前記第１の露出面（２２）上及び前記基材の前記露出領域（７２）上に、電解質（１４）を付着させるステップと、
前記第１の導電性部材（６２）、前記電解質（１４）、前記第２の導電性部材（６４）の繰り返しパターンからなる個別の領域（７４）を露出させるために所定量の基材（７０）を除去するステップであって、前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０）の各々が第２の露出面（２３）を有し、前記第２の露出面（２３）を前記基材（７０）の除去された面とするステップと、
前記第１の導電性部材（６２）の前記第２の露出面（２３）上に、燃料極層（１６）及び空気極層（１８）の一方を付着させるステップであって、前記第１の導電性部材（６２）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
前記第２の導電性部材（６４）の前記第２の露出面（２３）上に、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）のもう一方を付着させるステップであって、前記第２の導電性部材（６４）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記もう一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
からなる燃料電池（１０''）を作製する方法。
【請求項１１】
燃料極表面（１６）、空気極表面（１８）、及び基材（７０）のうちの１つの上に、第１の複数（７６）の導電性部材（２０）を付着させるステップであって、前記第１の複数（７６）の導電性部材（２０）の各々が露出面（２１）を有し、該露出面（２１）が前記燃料極表面（１６）、前記空気極表面（１８）、及び前記基材（７０）のうちの前記１つと接していない面であり、前記燃料極表面（１６）、前記空気極表面（１８）、及び前記基材（７０）のうちの前記１つが露出領域（７８）を有し、該露出領域（７８）を前記第１の複数（７６）の導電性部材（２０'）と接していない領域とするステップと、
前記第１の複数（７６）の導電性部材（２０）の前記露出面（２１）上及び前記露出領域（７８）上に、第１の電解質層（１４）を付着させるステップと、
前記第１の電解質層（１４）上に、前記複数の第１（６２）の導電性部材及び複数の第２（６４）の導電性部材（２０）を付着させるステップであって、前記複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０）の各々が露出面（２２）を有し、該露出面（２２）を前記第１の電解質層（１４）と接していない面とするステップと、
前記第１の導電性部材（６２）の前記露出面（２２）上に、燃料極層（１６）及び空気極層（１８）の一方を付着させるステップであって、前記第１の導電性部材（６２）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
前記第２の導電性部材（６４）の前記露出面（２２）上に、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）のもう一方を付着させるステップであって、前記第２の導電性部材（６４）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記もう一方の電流コレクタ（２０）とするステップと、
隣接する前記燃料極層及び前記空気極層（１６、１８）の間に、第２の電解質層（１４）を付着させるステップと、
前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）のうちの少なくともいくつかの上に、前記第２の複数（８０）の導電性部材（２０'）を付着させるステップであって、前記第２の複数（８０）の導電性部材（２０'）の各々が露出面（８２）を有し、該露出面（８２）を前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方と接していない面とするステップと、
前記第２の複数（８０）の導電性部材（２０'）の上に第３の電解質層（１４）を付着させるステップと、
からなる燃料電池（１０、１０'）を作製する方法。
【請求項１２】
基材（７０）上に導電性部材層（２０'）を付着させるステップと、
前記導電性部材層（２０'）上に燃料極層（１６）及び空気極層（１８）の一方を付着させるステップと、
前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の上に、第１の複数（９２）の電流コレクタ（２０）を付着させるステップと、
前記第１の複数（９２）の電流コレクタ（２０）上と、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の露出面（７８）上に電解質層（１４）を付着させるステップと、
前記電解質層（１４）上に第２の複数（９４）の電流コレクタ（２０）を付着させるステップと、
前記第２の複数（９４）の電流コレクタ（２０）上及び前記電解質層（１４）上に、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）のもう一方を付着させるステップと、
前記導電性部材層（２０'）及び前記基材（７０）を除去して、前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方の外側表面を、反応物、酸化剤及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つに露出させるステップと、
からなる燃料電池（１０''''）を作製する方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１つに記載の燃料電池を作製する方法であって、
前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、前記電解質（１４、１４'、１４''）内に実質的に埋め込まれており、且つ前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、実質的に前記電解質の前記長さ（３４）の連続体として存在している個別の露出面（２３）を有し、該露出面（２３）が前記燃料極（１６）又は前記空気極（１８）の一方によって被覆されている方法。
【請求項１４】
請求項８から１２のいずれか１項に記載の燃料電池を作製する方法であって、
前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）の少なくとも１つの中に実質的に埋め込まれており、且つ前記複数の電流コレクタ（２０）の各々が、実質的に前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）の前記それぞれの長さ（３６、３８）の連続体として存在している個別の露出面（２２）を有し、該露出面（２２）が前記電解質（１４、１４'、１４''）によって被覆されている方法。
【請求項１５】
前記燃料極層（１６）及び前記空気極層（１８）の前記一方及び前記もう一方を付着させるステップが、電解析出又は電気泳動析出によって達成される請求項８から１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の第１（６２）、第２（６４）、及び第３（６６）の導電性部材（２０'）のうちの少なくとも１つを選択的に除去することで、少なくとも１つのガス流路（２６）を設けるステップをさらに有する請求項８から１５のいずれか１つに記載の燃料電池を作製する方法。
【請求項１７】
前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）の前記一方を付着させる前に、前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）上に保護層（６８）を付着させるステップをさらに有し、前記保護層（６８）が高温において前記第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材（２０'）をより安定化させる請求項８から１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
電極（１６、１８）を作製する方法であって、
電極（１６、１８）の第１の層（９８）を付着させるステップと、
前記電極（１６、１８）の前記第１の層（９８）上に少なくとも１つの電流コレクタ（２０）を付着させるステップと、
前記少なくとも１つの電流コレクタ（２０）上及び前記電極（１６、１８）の前記第１の層（９８）の露出面上に、前記電極（１６、１８）の第２の層（１００）を付着させ、それにより前記電極（１６、１８）内に少なくとも１つの電流コレクタ（２０）を埋め込むステップと、
からなる方法。
【請求項１９】
複数の燃料電池アセンブリ（１２）であって、該複数の燃料電池アセンブリ（１２）の各々が、
電解質（１４）及び、
長さ（３６）を有し、前記電解質（１４）の一方の側に配置されている燃料極（１６）及び、
長さ（３８）を有し、前記電解質（１４）の前記一方の側又は反対側に配置されている空気極（１８）からなる前記複数の燃料電池アセンブリ（１２）と、
複数の電流コレクタ（２０）であって、該複数の電流コレクタ（２０）の各々が、
前記燃料極（１６）及び前記空気極（１８）の少なくとも１つの中に実質的に埋め込まれており、且つ実質的に前記それぞれの長さ（３６、３８）の連続体として存在している前記複数の電流コレクタ（２０）と、
からなる燃料電池。
【請求項２０】
前記燃料電池（１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''）が、固体電解質形燃料電池である請求項１から１９のいずれか１つに記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、燃料電池に関する。より詳細には、電流コレクタが埋め込まれている燃料電池及び該燃料電池を作成する方法に関する。
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素から、電気と熱への電気化学エネルギー変換を利用する。燃料電池は、携帯用電源として、一次電池及び二次電池に取って代わるものと期待されている。燃料電池では、燃料（水素源を含む）は酸素源によって酸化され、（主に）水と二酸化炭素を生成する。燃料電池では、燃料極上で起こる酸化反応（電子の遊離）と空気極上で起こる還元反応（電子の消費）とが組み合わさって、有効な電圧と電流が負荷に供給される。
【０００３】
燃料電池は、モータ、ライト、その他の電気機器などに使用できる直流（ＤＣ）電圧を供給する。固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、携帯用途として利用できる燃料電池の１つのタイプである。
【０００４】
典型的に、燃料極及び空気極では、望ましくない抵抗分極が生じることが知られている。そのため、多くの場合、燃料極及び／又は空気極上に電流コレクタ（高効率の電子伝導体）が配置されている。しかしながら、一般的に、燃料極／空気極上に配置されている電流コレクタの電流収集効率は比較的低いのが現状である。また、燃料電池では、望ましくない触媒の活性化分極が生じることも知られている。これに加えて、電極上に配置される薄膜電流コレクタは、一般的に、高温条件下では凝集し断線する。その結果、該電流コレクタは、その効能を失うといった問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池効率の低下を招く抵抗分極、活性化分極の少ない燃料電池及び該燃料電池を作製する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１つ又は複数の燃料電池アセンブリからなる燃料電池を提供することによって、前述の欠点を解決する。燃料電池アセンブリの各々は、ある一定の長さを有する電解質と、ある一定の長さを有し、電解質の一方の側に配置されている燃料極と、ある一定の長さを有し、電解質の前記一方の側又は別の側に配置されている空気極とからなる。前記燃料電池は、さらに、複数の電流コレクタを構成要素として含んでいる。電流コレクタの各々は、それぞれの長さを有する電解質、燃料極、及び空気極のうちの少なくとも１つの中に実質的に埋め込まれており、且つ実質的に前記それぞれの長さの連続体として存在している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電流収集効率が高く、高温下においても安定な電流コレクタが埋め込まれており、且つ大きな表面積構造を持つ電極構造を有する燃料電池を比較的簡便な方法で作製することができる。即ち、本発明は、比較的簡便な方法で、電池効率の低下を招く抵抗分極及び活性化分極の少ない燃料電池を提供することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することで明らかとなる。
【０００９】
本発明は、燃料極、空気極及び／又は電解質に、電流コレクタを埋め込むことによって燃料電池の性能を実質的に改善できるという予期しなかった偶然の発見に基づいている。本明細書で使用される「実質的に埋め込まれている」という用語は、導電性部材及び／又は電流コレクタが、個別領域を除いて、それぞれの燃料極／空気極／電解質によって被覆されていることを意味している。本発明の特定の実施形態において、個別領域は、燃料極、空気極又は電解質のうちの１つによって被覆されている。さらに、本明細書で使用される「完全に埋め込まれている」という用語は、電流コレクタが、それぞれの燃料極／空気極によって全ての側が被覆されていることを意味している。
【００１０】
本発明は、電流収集効率を有利に高めることができる。いかなる理論にも拘束されることなく、これは、電流コレクタと電極との接触面積の増大によるものであると考えられる（電極の大きさ内で）。さらに、本発明では、電着法を使用して大きな表面積を持つ構造を作成することができ、これにより、触媒活性化分極を有利に低下させるものと考えられる。さらに、本発明では、スタックのバランスが改善されるため、装置構造の積み重ねを可能にすることができる。例えば、本発明では、概して、スタックを形成する各層は、電流コレクタを付着させるステップで終端されることはない。さらに、スタックのバランス内においては、接合部を封止するのに、電着法を有利に使用することができる。
【００１１】
後に説明する燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''では、電流コレクタ２０は、始めに導電性部材２０'として付着される。この段階では、導電性部材２０'は燃料電池の活性要素（即ち、燃料極１６、空気極１８、及び電解質１４、１４'、１４''）を電着するための電極として使用することができる。その後、活性要素の電着用電極として用いられた導電性部材２０'は、燃料極１６及び／又は空気極１８用の電流コレクタとして使用される。このように、電流コレクタ２０は、２つの目的を有利に果たすことができる。
【００１２】
次に、図１Ａを参照すると、本発明の燃料電池の一実施形態１０が概略的に示されている。燃料電池１０は、１つ又は複数の燃料電池アセンブリ１２からなる。燃料電池アセンブリ１２は、電解質１４と、電解質１４の一方の側に配置されている燃料極１６と、電解質１４の前記一方の側又は反対側に配置されている空気極１８とを有している。
【００１３】
燃料電池１０は、１つ又は複数の電流コレクタ２０を有し、該電流コレクタ２０の各々は、それぞれの長さを有する電解質１４、燃料極１６及び／又は空気極１８の中に実質的に埋め込まれており、且つ実質的に前記それぞれの長さの連続体として存在している。例えば図１Ａにおいて、電解質１４、燃料極１６及び空気極１８の長さ方向は、ページ面に対して垂直方向である。図７Ｃにおいては、電解質１４、燃料極１６及び空気極１８の長さは、点線で示されており、それぞれ３４、３６及び３８と符号が付されている。図２において、電流コレクタ２０の長さは、例示的な表現としてＣと表されている。図２にはさらに、燃料電池１０を電気負荷Ｌ及び／又は電気貯蔵装置Ｓに接続するために、電流コレクタ２０に取り付けられている接続部材２４、２４'が示されている。接続部材２４、２４'は、任意の適切な材料から形成することができる。一態様としては、部材２４、２４'は、主成分として導電性材料を含有している。そのような導電性材料のいくつかの適例として、限定はしないが、銀、パラジウム、白金、金、チタン、タンタル、クロム、鉄、ニッケル、炭素、及びこれらの合金あるいは混合物が挙げられる。
【００１４】
電気負荷Ｌとしては、限定はしないが、例えば、コンピュータ、携帯型電子機器（例えば、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電動工具など）、及び民生用、軍事用両方の携帯型あるいは別の形態の通信装置を含む多くの機器が挙げられる。電気貯蔵装置Ｓとしては、限定はしないが、例えば、キャパシタ、バッテリ及び電力調整装置が挙げられる。電力調整装置の例をいくつか示すと、無停電電源装置、ＤＣ／ＡＣ変換器、ＤＣ電圧変換器、電圧調整器、電流リミッタなどがある。
【００１５】
また、本発明の燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''は、いくつかの例において、運送業界では例えば自動車に電力を供給するために、また設備業界では例えば電力施設内で使用するのに適していると考えられる。
【００１６】
本明細書においては、電極（燃料極１６及び空気極１８）と接して配置されることによって電流コレクタの機能を果たすようになった導電性部材２０'を電流コレクタ２０と定義する。図１Ａ、図３Ａ〜図３Ｄ、図７Ａ、及び図７Ｂに、導電性部材２０'の例を示している。
【００１７】
図１Ａ、図４〜図６、及び図７Ｃは、電流コレクタ２０の各々が、燃料極１６及び空気極１８の中に実質的に埋め込まれている態様を示している。また、図３Ｅは、電流コレクタ２０が電解質１４の中に実質的に埋め込まれている態様を示している。
【００１８】
図１Ａ、図４〜図６、及び図７Ｃに示したように、電流コレクタ２０の各々は、実質的に燃料極１６及び空気極１８の少なくとも一方の中に実質的に埋め込まれている。これらの実施形態において、電流コレクタ２０の各々は、実質的に燃料極１６又は空気極１８のそれぞれの長さの連続体として存在している個別の露出面２２を有している。該露出面２２は、電解質１４で覆われている。
【００１９】
図３Ｅに示したように、電流コレクタ２０の各々は、実質的に電解質１４の中に埋め込まれている。この実施形態においては、電流コレクタ２０の各々は、実質的に電解質１４の長さの連続体として存在している個別の露出面２３を有している。該露出面２３は、燃料極１６又は空気極１８のいずれかによって被覆されている。電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、特定の最終用途による要望及び／又は必要に応じて任意の適切な形状、構成および寸法とすることができる。さらにまた、露出面２２、２３は、特定の最終用途による要望及び／又は必要に応じて任意の適切な形状、構成および寸法とすることができる。
【００２０】
図１Ａ、図３Ｅ、図７Ｃ、図８、及び図９を参照する。本発明の燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''の任意の実施形態において、必要に応じて、電解質１４、燃料極１６及び／又は空気極１８から、電流コレクタ２０及び／又は導電性部材２０'の少なくともいくつかを選択的に除去することで、燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''に出入りするガス（空気およびまたは燃料）の経路となる少なくとも１つのガス流路２６（図１Ａと図８）を設けることができる。ガス流路２６は、酸化剤／空気及び反応物／燃料と接する活性表面積を有利に大きくすることができる。図１Ａにおいては、燃料極１６の上に反応物用のものと空気極１８の上に酸化剤用のものの２つのガス流路２６だけを示しているが、これらに加えて、電解質層１４''内の複数又は全ての導電性部材２０'をさらに除去して、他のガス流路２６（図８に示したような）を設けることが望ましい。
【００２１】
電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、任意の適切な導電性材料から形成することができる。導電性材料は、導電性金属、導電性酸化物、導電性サーメット、及び導電性複合材料に分類することができる。また本発明のいくつかの実施形態では、電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、燃料極１６／電解質１４／空気極１８の焼結（又は焼なまし）の条件（温度）に耐えることができる材料から形成されることが好ましい。
【００２２】
一態様として、導電性材料は、金、アルミニウム、白金、銅、ニッケル、ルテニウム、酸化ルテニウム、銀、パラジウム、チタン、タンタル、クロム、ＬａｘＳｒｙＭｎＯ３−δ、ＬａｘＳｒｙＣｒＯ３−δ、導電性複合材料、導電性サーメット、鉄、炭素、及びこれらの合金あるいは混合物のうちの少なくとも１つである。
【００２３】
さらに、導電性複合材料が、任意の適切な材料からなることができることを理解されたい。一実施態様として、導電性複合材料は、ＬａｘＳｒｙＭｎＯ３−δ＋Ｍ、ＬａｘＳｒｙＣｒＯ３−δ＋Ｍ、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含有する。ここで、Ｍは少なくとも１種類の金属を表している。
【００２４】
いくつかの例において燃料極１６の電流コレクタ２０としてより適している材料の例をいくつか挙げると、限定はしないが、白金、金、パラジウム、ステンレス鋼、めっきステンレス鋼、及びこれらの合金あるいは混合物がある。
【００２５】
いくつかの例において空気極１８の電流コレクタ２０としてより適している材料をいくつか挙げると、限定はしないが、白金、金、銀、ルテニウム、及びこれらの合金あるいは混合物がある。
【００２６】
いくつかの例において犠牲層になる（すなわち、ガス流路２６を設けるために除去され、且つ／又は所望の燃料電池１０の構造を得るために除去される）導電性部材２０'としてより適している材料の例をいくつか挙げると、限定はしないが、アルミニウム、ニッケル、銅、炭素、及びこれらの合金あるいは混合物がある。犠牲層とみなすことのできる層の１例として、限定はしないが、図１Ａの３０が挙げられる。
【００２７】
燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''は、固体電解質形燃料電池、プロトン透過セラミック燃料電池、アルカリ形燃料電池、高分子電解質膜形（ＰＥＭ）燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸形燃料電池、及び直接メタノールＰＥＭ燃料電池のいずれかである。本発明の一態様では、燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''は固体電解質形燃料電池である。
【００２８】
電解質１４は、任意の適切な材料から形成することができる。本発明の一態様として、電解質１４は、酸素イオン透過膜、プロトン伝導体、炭酸（ＣＯ３２−）伝導体、ＯＨ−伝導体、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つである。
【００２９】
他の実施形態において、電解質１４は、立方蛍石構造、ドープド立方蛍石、プロトン交換重合体、プロトン交換セラミックス、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つである。さらに他の実施形態では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サマリウムドープドセリア（ＳＤＣ）、ガドリニウムドープドセリア（ＧＤＣ）、ＬａａＳｒｂＧａｃＭｇｄＯ３−δ、及びこれらの混合物のうち少なくとも１つを電解質１４として用いることができる。
【００３０】
燃料極１６と空気極１８は、特定の最終用途による要望及び／又は必要に応じて、任意の適切な材料から形成することができる。一態様として、燃料極１６及び空気極１８はそれぞれ、金属、セラミック、およびサーメットのうちの少なくとも１つである。
【００３１】
本発明の一実施形態において、燃料極１６に適している金属の例をいくつか挙げると、限定はしないが、ニッケル、白金、及びこれらの混合物のうち少なくとも１つを含有している。燃料極１６に適しているセラミックスの例をいくつか挙げると、限定はしないが、ＣｅｘＳｍｙＯ２−δ、ＣｅｘＧｄｙＯ２−δ、ＬａｘＳｒｙＣｒｚＯ３−δ、及びこれらの混合物が挙げられる。また、燃料極１６に適しているサーメットの例をいくつか挙げると、限定はしないが、Ｎｉ−ＹＳＺ、Ｃｕ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、Ｃｕ−ＳＤＣ、Ｃｕ−ＧＤＣ、及びこれらの混合物がある。
【００３２】
本発明の一態様として、空気極１８に適している金属の例をいくつか挙げると、限定はしないが、銀、白金及びそれらの混合物が挙げられる。空気極１８に適しているセラミックスの例をいくつか挙げると、限定はしないが、ＳｍｘＳｒｙＣｏＯ３−δ、ＢａｘＬａｙＣｏＯ３−δ、ＧｄｘＳｒｙＣｏＯ３−δ、及びこれらの混合物がある。
【００３３】
本明細書で説明するいずれの実施形態においても、燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''と接触するガスは、反応物及び／又は酸化剤及び／又はそれらの混合物からなる。一態様として、反応物は燃料であり、酸化剤は酸素、空気及びそれらの混合物のうちの１つである。
【００３４】
本発明の燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''に、任意の適切な燃料／反応物を使用できることを理解されたい。一態様として、燃料／反応物は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、メタノール、エタノール、天然ガスやガソリン（低硫黄ガソリン、低硫黄ケロシン、低硫黄ディーゼル油などの低硫黄炭化水素が望ましい）などの混合炭化水素又は高次の直鎖、及びその混合物の少なくとも１つから選択される。他の実施態様として、燃料／反応物は、ブタン、プロパン、メタン、ペンタン、及びこれらの混合物からなる群から選択することもできる。好適な燃料は、内部改質及び／又は直接改質への適合性、対象となる作動温度範囲における適切な蒸気圧、及びそのような各条件を考慮して、選択することができる。
【００３５】
本発明の一実施態様によれば、燃料電池１０は、シングルチャンバ燃料電池である。図３Ｅは、シングルチャンバ燃料電池の例を示している。シングルチャンバ燃料電池の態様では、ガスは反応物と酸化剤との混合物である。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、燃料電池１０は、デュアルチャンバ燃料電池である。図１Ａは、デュアルチャンバ燃料電池の例である。図１Ａの実施形態は、シングルチャンバ燃料電池になるように修正することができることを理解されたい。デュアルチャンバ燃料電池の態様では、ガスは反応物と酸化剤のうちの１つである。酸化剤は燃料電池アセンブリの各空気極１８に送られ、反応物は燃料電池アセンブリの各燃料極１６に送られる。
【００３７】
次に、図３Ｄを参照すると、複数の電流コレクタ２０の各々が、幅２８を有している。一実施形態では、電流コレクタの幅２８は、約１μｍ〜約５００μｍの範囲にある。また、別の実施形態においては、電流コレクタの幅２８は、約５μｍ〜約１００μｍの範囲である。
【００３８】
複数の電流コレクタ２０の各々は、厚さ３２を有する。一態様として、厚さ３２は、約０．１μｍ〜約１００μｍの範囲にある。また、別の実施態様においては、電流コレクタの厚さ３２は、例えば、約１μｍ〜約１０μｍの範囲にある。
【００３９】
電流コレクタ２０／導電性部材２０'が、犠牲層３０として使用されるように設計されている場合、ガス流路２６を設け、且つ／又は所望の燃料電池１０の構造を得るために、電流コレクタ２０／導電性部材２０'の各々は、約４０μｍ〜約２００μｍの範囲の幅２８を有することが好ましい。さらに、そのような電流コレクタ２０／導電性部材２０'の各々が、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲の厚さ３２を有することが好ましい。
【００４０】
図２及び図７Ｃを再び参照する。本発明の一態様として、電流コレクタの長さＣ、燃料極の長さ３６、空気極の長さ３８、及び電解質の長さ３４はそれぞれ、約０．０１ｃｍ〜約１２ｃｍの範囲にある。別の実施形態としては、電流コレクタの長さＣ、燃料極の長さ３６、空気極の長さ３８、及び電解質の長さ３４はそれぞれ、約５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲にある。
【００４１】
次に図３Ｃに関して、本発明の一態様として、電解質１４は、約３μｍ〜約１５００μｍの範囲の厚さ４０を有することができる。別の実施形態において、例えば、電解質の厚さ４０は、約１５μｍ〜約３００μｍの範囲であってもよい。
【００４２】
さらに図３Ｃにおいて、本発明の一態様として、電解質１４は、例えば、約０．０１ｃｍ〜約１２ｃｍの範囲の幅４２を有している。また、別の実施態様として、電解質の幅４２が、例えば、約５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲にあってもよい。
【００４３】
次に、図３Ｅを参照すると、隣り合った電流コレクタ２０間の幅が４４で、燃料極の厚さが４６で、空気極の厚さが４６'で、それぞれ示されている。本発明の一実施形態においては、燃料極の厚さ４６と空気極の厚さ４６'はそれぞれ、隣り合った電流コレクタ２０間の幅４４の約半分よりも小さい。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、隣り合った電流コレクタの間の幅４４は、約１μｍ〜約１５００μｍの範囲にある。また、本発明の別の実施形態では、隣り合った電流コレクタの間の幅４４は、約３μｍ〜約５００μｍの範囲にあってもよい。さらに、隣り合った電流コレクタの幅４４は、約５μｍ〜約３００μｍの範囲にあっても、約１５μｍ〜約１００μｍの範囲にあってもよい。
【００４５】
さらに図３Ｅを参照すると、燃料極１６が幅４８を、空気極１８が幅４８'を、それぞれ有している。本発明の一実施形態においては、燃料極の幅４８と空気極の幅４８'はそれぞれ、電流コレクタの幅２８よりも大きい（図３Ｄ）。本発明の実施形態の前記幅４８、４８'は、燃料極１６が空気極１８と接触しないように設定されることが好ましい。
【００４６】
次に図４と図５を参照する。本発明の任意の実施形態において、空気極の幅４８'に対する燃料極の幅４８の比率は変化させることができる。図４に示したように、空気極の幅４８'が燃料極の幅４８より大きい場合もあれば、図５に示したように、燃料極の幅４８が空気極の幅４８'より大きい場合もある。したがって、燃料極１６と空気極１８の活性が異なってもよく、比率を変化させることで所定の活性に選択的に調整することができる。
【００４７】
次に図６を参照する。本発明の任意の実施態様においては、電解質１４、燃料極１６及び／又は空気極１８の中に複数の電流コレクタ２０が実質的に埋め込まれている。図６には非限定的な例として、空気極１８に３つの電流コレクタ２０が実質的に埋め込まれている態様が示されている。
【００４８】
以上、様々な幅、長さ及び他の寸法を示すために参照された図は、例示のために参照されたものであり、記載した種々の寸法の値は、本明細書に開示した任意の実施形態、及び本明細書の任意又は全ての図に適用されるものである。
【００４９】
燃料極１６、空気極１８、電解質１４、及び電流コレクタ２０／導電性部材２０'の側壁は、任意の適切な寸法、形状または構造を有することができる。本発明の一実施態様によれば、燃料極１６、空気極１８、電解質１４、及び電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、斜めに延在する側壁を有している。図６において、燃料極１６は斜めに延在する側壁５０を有し、空気極１８は斜めに延在する側壁５２を有している。図１Ａ及び図３Ｂにおいて、電解質１４は斜めに延在する側壁５６を有し、図１Ａにおいて、電流コレクタ２０／導電性部材２０'はそれぞれ斜めに延在する側壁５４、５４'を有している。
【００５０】
本発明の他の実施態様によれば、燃料極１６、空気極１８、電解質１４、及び電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、必要に応じて、実質的に垂直に延在する側壁を有していてもよい。図１Ａにおいて、燃料極１６は実質的に垂直に延在する側壁５０を有し、空気極１８は実質的に垂直に延在する側壁５２を有している。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、電解質１４は実質的に垂直に延在する側壁５６を有し、電流コレクタ２０／導電性部材２０'は、それぞれ実質的に垂直に延在する側壁５４、５４'を有している。
【００５１】
次に、図３Ｄ及び図７Ａを参照する。本発明の一実施形態においては、必要に応じて、複数の電流コレクタ２０／導電性部材２０'の各々を実質的に被覆する接着層５８をさらに含んでいる。例示のために、少数の電流コレクタ２０／導電性部材２０'だけを接着層５８付きで示しているが、接着層５８を付着させる場合は、一般に、必ずではないが、電流コレクタ２０／導電性部材２０'の全ての層に付着させる。電流コレクタ２０／導電性部材２０'を形成する材料と、その後に付着させる層（例えば、燃料極１６、空気極１８、電解質１４）の間の接着力が、特定の例において、望ましいほど高くない場合は、接着層５８が必要となる。接着層５８の厚さは比較的薄く、約１ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲でよい。接着層５８に適した材料の例をいくつか挙げると、限定はしないが、タンタル、クロム、チタン及びこれらの混合物がある。
【００５２】
次に、図７Ｃを参照する。本発明の一実施態様である燃料電池導体６０は、それぞれ長さ３４、３６、３８を有する本体（電解質１４、燃料極１６及び／又は空気極１８）と、この本体に実質的に埋め込まれており、且つそれぞれの長さ３４、３６、３８の連続体として存在している電流コレクタ２０とからなる。「導体」という用語は、導体６０の意味で使用されるとき、イオン（電解質１４のように）及び／又は電子（燃料極１６又は空気極１８のように）の伝導体を意味している。
【００５３】
次に図７Ａを参照する。燃料電池１０'を作製する方法は、電解質層１４の上に第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'を付着させるステップを含む。第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'の各々は露出面２２'を有しており、該露出面２２'は電解質１４と接していない面である。
【００５４】
次に図７Ｂを参照する。燃料電池１０'を作成する方法は、第１の導電性部材６２の露出面２２'上に燃料極層１６又は空気極層１８のうち一方を付着させるステップをさらに含む。第１の導電性部材６２は、付着された電極層用の電流コレクタ２０となる。図７Ｂには、非限定的な例として、第１の導電性部材６２上に空気極層１８が付着している態様を示している。燃料極層１６を第１の導電性部材６２上に付着させることもできる。
【００５５】
図７Ｃを再び参照する。燃料電池１０'を作成する方法は、さらに、第２の導電性部材６４の露出面２２'上に燃料極層１６又は空気極層１８のもう一方を付着させるステップを含む。第２の導電性部材６４は、付着された電極層用の電流コレクタ２０となる。図７Ｃには、非限定的な例として、第２の導電性部材６４上に燃料極層１６が付着している態様を示している。燃料極層１６が第１の導電性部材６２上に付着されるように選択された場合、空気極層１８は第２の導電性部材６４に付着されなければならないことを理解されたい。
【００５６】
燃料極層１６及び空気極層１８は、任意の適切な方法で付着させることができる。本発明の一態様として、電着、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、スピンコーティング法、原子蒸着法などによって付着させることができる。本発明のさらに他の実施態様として、電解析出法及び／又は電気泳動析出法によって付着させることもできる。
【００５７】
次に図１Ａを参照する。燃料電池１０、１０'を作成する方法は、以上のステップに加えて、第２の電解質層１４'、燃料極層１６及び空気極層１８の少なくともいくつかの上に、複数の第３の導電性部材６６を付着させるステップをさらに含む。非限定的な例として、該方法は、さらに、第３の導電性部材６６の上に他の又は第３の電解質層１４''を付着させるステップをさらに含むことができる。電解質層１４'及び１４''は、２つの別々の層として示されているが、電解質（層１４'、１４''）は、１つの単一電解質層に組み込まれてもよい。
【００５８】
燃料電池１０、１０'を作成する方法は、必要に応じて、複数の第１（６２）、第２（６４）及び第３（６６）の導電性部材２０'のうちの少なくとも１つを選択的に除去することで、少なくとも１つのチャネル２６を設けるステップをさらに含むことができる。この選択的な除去は、任意の適切な方法によって達成することができる。一態様としては、選択的な除去は、エッチングによって達成される。
【００５９】
電解質層１４、第２の電解質層１４'、及び第３の電解質層１４''は、任意の適切な方法で付着させることができる。一実施態様によれば、電着、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、スピンコーティング法、原子蒸着法などのうちの少なくとも１つによって付着させることができる。さらに他の実施形態において、電解質１４、１４'、１４''の層は、電気泳動析出法、電解析出、陰極電解析出及び／又はこれらの組合せによって付着させることができる。さらに他の実施形態としては、電解質１４、１４'、１４''の層を、電気泳動析出法によって付着させることもできる。
【００６０】
電着法は、導電性部材２０'／電流コレクタ２０を選択することで、電荷及び電位に応じて、導電性部材２０'／電流コレクタ２０のパターン化された層の付着を可能にする、及び／又は導電性部材２０'／電流コレクタ２０の三次元カプセル化を可能にするという点で有利である。したがって、燃料極１６、空気極１８及び／又は電解質１４、１４'、１４''の形状又は構造を制御するためにエッチングは不要である。
【００６１】
次に、図４を参照する。燃料電池１０、１０'を作成する方法は、必要に応じて、燃料極１６又は空気極１８のいずれか一方を付着する前に、第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'の上に保護層６８を付着させるステップをさらに含む。この保護層６８は、高温において第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材を安定化させることができ有利である。
【００６２】
保護層６８が、特定の最終用途により要求され、且つ／又は必要とされる場合は、例えば約１ｎｍよりも大きいような比較的薄い層でなければならない。保護層６８は、不活性で且つ触媒作用に有害でない任意の適切な材料から形成させることができる。一態様として、保護層６８は、セラミック、アルミニウム、チタン、不活性酸化物層、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含有している。
【００６３】
保護層６８は、電流コレクタ２０の望ましくない凝集（不連続になる、即ち断線する）を防ぐのに役立つ。保護層６８は、電流コレクタ２０を形成する材料が、該材料がおかれている環境下において高温条件下でも十分に安定している場合（例えば、セラミックからなる燃料極１６又は空気極１８材料に実質的に埋め込まれている場合）は、必要とされない。
【００６４】
次に図３Ａを参照する。燃料電池１０''を作成する方法は、基材７０上に複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'を付着させるステップを含む。第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材の各々が第１の露出面２２'を有し、該第１の露出面２２'の各々が基材７０と接触していない面である。基材７０は、複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'と接触していない露出領域７２を有している。基材７０としては、任意の適切な材料を選択することができる。一態様として、基材７０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、絶縁体成文を含む酸化シリコン、アルミナ、サファイヤ、セラミック、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つから形成される。本発明の一実施態様において、単結晶シリコンが基材７０として好ましい。
【００６５】
次に図３Ｂを参照する。燃料電池１０''を作成する方法は、第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'の第１の露出面２２'と基材露出領域７２の上に電解質層１４を付着させるステップをさらに含む。
【００６６】
次に図３Ｃを参照する。燃料電池１０''を作成する方法は、第１の導電性部材６２、電解質１４、第２の導電性部材６４の繰り返しパターンからなる個別領域７４を露出させるために、基材７０の所定の量を除去するステップをさらに含む。第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'の各々は第２の露出面２３を有しており、該第２の露出面２３は基材７０が除去された面である。基材７０の除去は、任意の適切な方法によって達成できる。一態様として、基材７０の除去は、エッチングにより達成される。
【００６７】
次に図３Ｄを参照する。燃料電池１０''を作成する方法は、第１の導電性部材６２の第２の露出面２３上に燃料極層１６及び空気極層１８のいずれか一方を付着させるステップをさらに含む。第１の導電性部材６２は、付着された電極用の電流コレクタとなる。図３Ｄには、非限定的な例として、個々の第１の導電性部材６２上に空気極層１８が付着される態様を示している。
【００６８】
次に図３Ｅから分かるように、燃料電池１０''を作成する方法は、第２の導電性部材６４の第２の露出面２３上に空気極層１８又は燃料極層１６のもう一方を付着させるステップを含む。第２の導電性部材６４は、付着された電極用の電流コレクタとなる。図３Ｅには、非限定的な例として、個々の第２の導電性部材６４上に燃料極層１６が付着される態様を示している。
【００６９】
本発明の燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''の実施態様において、様々な層（電解質１４、１４'、１４''、燃料極１６、空気極１８）の付着は、限定はしないが、電着法、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、スピンコーティング法、原子蒸着法などの適切な方法で行うことができる。一実施態様として、電解質１４は電気泳動析出法によって付着され、燃料極１６／空気極１８は電解析出法によって付着される。例えばＣＶＤ、原子蒸着法、ＰＶＤ、スピンコーティング法などの非電気的な付着方法を採用する場合は、本発明の方法に、マスキングとパターニングの段階を追加しなければならない。
【００７０】
導電性部材２０'は、限定はしないが、非電気的な付着法（例えば、ＰＶＤ）などの任意の適切な方法によって付着させることができる。付着後に、導電性部材２０'を、マイクロリソグラフィ法、ナノプリンティング法などによって形成することができる。
【００７１】
図１Ａを再び参照する。燃料電池１０を作製する他の方法は、燃料極面１６及び空気極面１８のいずれか一方に第１の複数７６の導電性部材２０'を付着させるステップを含む。
【００７２】
燃料極１６／空気極１８の支持面８８（その上に第１の複数７６の導電性部材２０'が配置されている）は、それ自体、埋め込まれていない導電性部材８４'上に付着されている。埋め込まれていない導電性部材８４'は、燃料極１６／空気極１８の支持面８８を反応物及び／又は酸化剤と接触させるために、例えばエッチングによって全体を除去することができる。部材８４'が完全に除去された場合は、第１の複数７６の導電性部材２０'が、燃料極１６／空気極１８の支持面８８の電流コレクタ２０となる。
【００７３】
その代わりに、図１Ｂに示しているように、導電性部材８４'を部分的にエッチングして、反応物及び／又は酸化剤を導入する通路８６を設けることもできる。また、そのような部分的なエッチングを施した場合には、埋め込まれていない電流コレクタ８４が、燃料極１６／空気極１８の支持面８８の電流を収集する。
【００７４】
図１Ａを再び参照すると、第１の複数７６の導電性部材の各々は、燃料極１６／空気極１８の支持面８８と接していない面である露出面２１'を有する。支持面８８は、複数７６の導電性部材２０'に接しない露出領域７８を有している。
【００７５】
第１の電解質層１４は、複数７６の導電性部材２０'の露出面２１'と、露出領域７８に付着される。第１の電解質層１４は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの任意の適切な方法によって平坦にすることができる（図示しているように）。または、第１の電解質層１４は、実質的に付着されたままの状態でもよい（例えば、図９を参照）。第１の電解質層１４上に、複数の第１（６２）及び第２（６４）の導電性部材２０'が付着される。
【００７６】
燃料極層１６及び空気極層１８のいずれか一方が、第１の導電性部材６２の露出面２２'に付着される。空気極層１８及び燃料極層１６のもう一方は、第２の導電性部材６４の露出面２２'に付着される。
【００７７】
本発明の燃料電池１０を作成する前記他の方法は、隣り合った燃料極１６と空気極１８の層の間に第２の電解質層１４'を付着させるステップをさらに含む。その後、第２の複数８０の導電性部材２０'を、燃料極層１６及び空気極層１８の少なくともいくつかの上に付着させる。第２の複数８０の導電性部材２０'はそれぞれ露出面８２を有しており、該露出面８２は燃料極層１６及び空気極層１８のいずれとも接していない面である。次に、第３の電解質層１４''を、第２の複数８０の導電性部材２０'の上に付着させる。
【００７８】
次に、図８を参照すると、本発明の燃料電池の他の実施形態１０'''が示されている。燃料電池１０'''は、基材７０に支持されたデュアルチャンバ燃料電池である。燃料電池１０'''は、第１の複数７６の導電性部材２０'が基材７０上に付着されることを除いては、図１Ａを参照して説明した前記方法によって形成される（図１Ａに示した燃料極１６／空気極１８の支持面８８と対照的なものとして）。図８の燃料電池１０'''は、反応物及び／又は酸化剤を導入するための露出通路（図１Ｂの露出通路８６のような）のない閉じたガス流路２６を有するデュアルチャンバ燃料電池が必要な場合に適している。
【００７９】
次に図９を参照すると、本発明の燃料電池の他の実施形態１０''''が示されている。燃料電池１０''''は、デュアルチャンバ燃料電池の別の実施形態である。燃料電池１０''''は、以下の方法で形成することができる。基材７０上に導電性部材２０'が付着される。次に、導電性部材２０'上に燃料極１６／空気極１８の支持面８８が付着される。燃料極１６／空気極１８の支持面８８上に、第１の複数９２の電流コレクタ２０が付着される。電解質層１４は、第１の複数９２の電流コレクタ２０の上と、燃料極１６／空気極１８の支持面８８の露出面７８の上に付着される。この時点で、必要に応じて、電解質層１４を、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）などの任意の適切な方法によって平坦にし、電解質層１４と電解質層１４'の境界面を図１Ａのように実質的に平坦な面にすることができる。電解質層１４の上に、第２の複数９４の電流コレクタ２０／導電性部材２０'が付着される。第２の複数９４の電流コレクタ２０の上と電解質層１４の上に、燃料極１６／空気極１８の支持面８８と反対の電極層９０が付着される。例えば、層８８が燃料極１６の場合は、層９０は空気極１８であり、また、その逆の組み合わせでもよい。次に、基材７０と、基材７０を覆う導電性部材２０'を、例えば、エッチングによって部分的又は完全に除去して、面８８を反応物及び／又は酸化剤と接触させる。燃料電池１０''''の態様では、基材７０とその上の導電性部材２０'が完全に除去され、燃料極１６／空気極１８の支持面８８の下面全体が、反応物及び／又は酸化剤と接触できる。
【００８０】
図９記載のデュアルチャンバ燃料電池１０''''は、上述した比較的単純な方法によって有利に形成することができる単純なデュアルチャンバ燃料電池であるため望ましい。
【００８１】
次に図１０を参照すると、薄膜燃料電池に使用することが望ましい他の実施形態の電流コレクタが、符号９６として示されている。薄膜電流コレクタ９６は、燃料極１６及び／又は空気極１８に完全に埋め込まれている。電流コレクタ９６を形成する方法は、電極（燃料極１６又は空気極１８）の第１の層９８を付着させるステップを含む。次に、電極の第１の層９８の上に、１つ又は複数の薄膜電流コレクタ９６が付着される。電流コレクタ９６は、図示しているような１つ又は複数の細い棒状の連続体として形成することもでき、例えば網状構造の任意の構造で付着させることもできる。電極の第２の層１００（すなわち、第１の層９８が燃料極１６の場合は、第２の層１００も燃料極１６であり、第１の層９８が空気極１８の場合は、第２の層１００も空気極１８である）が、電流コレクタ９６の上と第１の層９８の上に付着される。
【００８２】
図１０に記載されている態様の、完全に埋め込まれている電流コレクタ９６は、該電流コレクタ９６を被覆している燃料極１６又は空気極１８の層によって、安定性がさらに高められ、電流コレクタ９６の望ましくない凝集を有利に防ぐことができる。それにより、電流コレクタ９６の効率は高くなり、且つ／又は電流コレクタ９６が収容されている電極１６、１８は高効率を示す期間が延長される。
【００８３】
図８〜図１０に示している実施形態の付着工程、パターン形成工程、及び／又は除去工程は、図１Ａ〜図７Ｃの実施形態を参照して前述した工程及び／又は代替の工程のいずれを用いても達成できる。さらに、図８〜図１０に示している実施形態の種々の構成要素の寸法、形状、構成、寸法などは、図１Ａ〜図７Ｃの実施形態を参照して前述したようなものでよい。
【００８４】
本発明の燃料電池を作製する方法のいずれの実施態様においても、いくつかのあるいは全ての所望の層、又は所望の層の任意の組み合わせを付着させた後で、燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''は、約２００℃〜約１５００℃の範囲の温度下で焼結／焼なましされる。別の実施形態において、燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''は、約６００℃〜約１１００℃の範囲の温度で焼結／焼なましさせることもできる。この温度は、燃料極１６、空気極１８及び電解質１４、１４'、１４''を焼結できるほど十分に高く、燃料電池の作動温度よりも低くなく、且つ電流コレクタ２０が耐えられる温度よりも高くないものでなければならない。
【００８５】
燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''を使用する方法は  燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''を、電気負荷Ｌと電気貯蔵装置Ｓの少なくとも一つに有効に接続することを含む。複数の電流コレクタ２０のうち、少なくともいくつかを使用して、この接続を達成しやすくすることができる。
【００８６】
本発明は、任意の電気化学的方法（例えば、電気泳動析出法や電解析出法）によって、例えば固体電解質形燃料電池などの比較的薄い膜状の燃料電池１０、１０'、１０''、１０'''、１０''''を製造するのに効果的である。また、そのような電気化学的方法に使用される導電性部材２０'を、きわめて効率的な電流コレクタ２０及び／又は犠牲構造３０（図１Ａ）として有効に活用することできる。
【００８７】
本発明は、比較的単純な方法で燃料電池を作製できるため有利である。さらに、電流コレクタ２０の表面積利用効率が高いことも有利である。さらに、本発明は、必要に応じて、ガスの密封を達成することができるのに加え、セラミックエッチングを利用せずに、燃料極１６／空気極１８の表面積を増大させる方法を提供する
【００８８】
本発明のいくつかの実施態様を詳細に説明したが、記載した実施形態を修正することができることは当業者には明らかである。したがって、以上の説明は、本発明を限定するものではなく、単に例示するものである。本発明の真の範囲は、併記の特許請求の範囲において定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態である燃料電池１０（断面図）
【図１Ｂ】図１Ａの右下の縁（点線で切り離された部分）の代替構成（断面図）
【図２】本発明の電気機器の一実施形態（概略平面図）
【図３Ａ】本発明の一実施形態である燃料電池１０''を作製する非限定的な方法の第１段階（断面図）
【図３Ｂ】本発明の一実施形態である燃料電池１０''を作製する非限定的な方法の第２段階（断面図）
【図３Ｃ】本発明の一実施形態である燃料電池１０''を作製する非限定的な方法の第３段階（断面図）
【図３Ｄ】本発明の一実施形態である燃料電池１０''を作製する非限定的な方法の第４段階（断面図）
【図３Ｅ】本発明の一実施形態である燃料電池１０''を作製する非限定的な方法の第５段階（断面図）
【図４】電流コレクタが電極中に実質的に埋め込まれている燃料電池の一実施形態（断面図）
【図５】図４記載の燃料電池の代替形態（断面図）
【図６】電極内に複数の電流コレクタが実質的に埋め込まれている燃料電池の一実施形態（断面図）
【図７Ａ】本発明の一実施形態である燃料電池１０'を作製する非限定的な方法の第１段階（断面図）
【図７Ｂ】本発明の一実施形態である燃料電池１０'を作製する非限定的な方法の第２段階（断面図）
【図７Ｃ】本発明の一実施形態である燃料電池１０'を作製する非限定的な方法の第３段階（断面図）
【図８】本発明の一実施形態である燃料電池１０'''（断面図）
【図９】本発明の一実施形態である燃料電池１０''''（断面図）
【図１０】電流コレクタが電極中に完全に埋め込まれている燃料電池の一実施態様（断面図）
【符号の説明】
【００９０】
１０  燃料電池
１０'  燃料電池
１０''  燃料電池
１０'''  燃料電池
１０''''     燃料電池
１２     燃料電池アセンブリ
１４  電解質
１４'  電解質
１４''     電解質
１６     燃料極
１８     空気極
２０  電流コレクタ
２０'     導電性部材
２２     第１の露出面
２２'  第１及び第２の導電性部材の露出面
２３     第２の露出面
２４  接続部材
２４'     接続部材
２６     チャネル
２８  電流コレクタの幅
３０  犠牲層
３２  電流コレクタの厚さ
３４  電解質の長さ
３６  燃料極の長さ
３８    空気極の長さ
４０  電解質の厚さ
４２  電解質の幅
４４  隣り合った電流コレクタ間の幅
４６  燃料極の厚さ
４６'  空気極の厚さ
４８  燃料極の幅
４８'  空気極の幅
５０  燃料極の側壁
５２  空気極の側壁
５４  電流コレクタの側壁
５４'  導電性部材の側壁
５６  電解質の側壁
５８  接着層
６０  燃料電池導体
６２  第１の導電性部材
６４  第２の導電性部材
６６  第３の導電性部材
６８  保護層
７０  基材
７２  露出領域
７６  第１の複数導電性部材
７８  支持面の露出領域
８０  第２の複数導電性部材
８２  第２の複数の導電性部材の露出面
８４  埋め込まれていない電流コレクタ
８４'  埋め込まれていない導電性部材
８６  露出通路
８８  燃料極/空気極の支持面
９０  電極層
９２  第１の複数の電流コレクタ
９６  薄膜電流コレクタ
９８  第１の電極層
１００  第２の電極層
Ｃ  電流コレクタの例示的な長さ
Ｌ    負荷
Ｓ  電気貯蔵装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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