(57)【要約】【課題】起動と停止を頻繁に行う使用に対する信頼性が高く、発電効率が良好で電池出力が大きい燃料電池セル、これを用いた燃料電池スタック及び集積回路を提供すること。【解決手段】セル基板３内に複数の単セル１を有して成り、セル基板３が支持基板部２と電解質部１１より構成され、電解質部１１は並列する複数の溝を有し、これら溝の内壁に空気極層１３及び燃料極層１２が電解質部１１を挟持するように被覆して成る燃料電池セル板である。燃料電池セルをセル基板の延在方向に対して垂直方向に複数個連結して成る燃料電池スタックである。燃料電池セルと電子回路を同一基板上に作製した集積回路である。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル基板内に複数の単セルを有して成る燃料電池セルであって、
上記セル基板が、支持基板部と電解質部より構成され、この電解質部は並列する複数の溝を有し、これら溝の内壁に空気極層及び燃料極層が順次被覆され、
上記単セルが、該電解質部とこれを挟持する該空気極層及び燃料極層とより構成されることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
上記支持基板部と上記電解質部とを、同一材料で構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
各単セル同士を接続する集電配線を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
上記集電配線が、複数の空気極層同士及び複数の燃料極層同士を電気的に接続し、上記単セルを直列又は並列に接続することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
上記電解質部が固体酸化物電解質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池セル。
【請求項６】
上記電解質部が固体高分子電解質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池セル。
【請求項７】
上記溝の一端にガス導入口を設け、他端にガス排出口を設けて成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の燃料電池セル。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の燃料電池セルを用いた燃料電池スタックであって、
上記燃料電池セルをセル基板の延在方向に対して垂直方向に複数個連結して成ることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の燃料電池セルと電子回路を同一基板上に作製したことを特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セル、これを用いた燃料電池スタック及び集積回路に係り、更に詳細には、電気化学反応により電気エネルギーが得られ、固体酸化物電解質を用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び固体高分子膜を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に利用できる燃料電池セル、これを用いた燃料電池スタック及び集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池（以下「ＳＯＦＣ」と略す）は、電解質としてイットリア安定化ジルコニアなどの酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両面に多孔性電極を取付け、これを隔壁として一方の側に水素や炭化水素などの燃料ガス、他方の側に空気又は酸素ガスを供給し、一般的に約１０００℃で動作する。
固体電解質の導電率は、りん酸型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池の電解質の導電率に比較して、約１桁低い値となる。これは、電解質部分の電気抵抗が発電損失となるためであり、電池出力密度を向上させるには、固体電解質を薄膜化して、極力膜抵抗を低減させることが重要となる。また、ＳＯＦＣでは、電解質が薄膜であり、且つある程度の電池面積を有することが必要であるから、機械的強度をもつ支持体上に電解質膜を形成したセル構造が採用されている。
具体的には、以下のような構造を有するＳＯＦＣが提案されている。
【０００３】
（１）円筒型
支持体として円筒状で多孔質の基体管を用い、基体管表面に燃料極層、電解質層、空気極層を積層したセル構造を形成したものである。一本の基体管に単セル構造を複数個配列した円筒横縞型と、一本の基体管に１個の単セルを形成した円筒縦縞型とがある。どちらも複数の円筒をインターコネクタによって電気的に接続されて、ＳＯＦＣを構成する。基体管の内側に燃料ガス及び空気の一方を導入し、基体管の外側に他方のガスを導入して発電する。燃料ガス又は空気を基体管内に流すため、燃料ガスと空気との間に特にシールを必要としないことが特徴である。
【０００４】
（２）平板型
基本的にりん酸型や炭酸溶融塩型と同等の構造である。インターコネクタ平板の両面に燃料ガス流路を形成した燃料極板と空気流路を形成した空気極板を貼り合せたセパレータ板と、シート状電解質層の両面に燃料極層と空気極層を積層した平面状のセル板とを交互に貼り合せた構造である。電解質層を薄膜化するために、多孔質な燃料極及び空気極の一方を支持体とし、この上に電解質膜と他方の電極層を形成したセル構造が提案されている。例えば、１．５ｍｍ厚のＮｉサーメット製燃料極層上に真空スリップキャスティング法によって膜厚１５μｍの電解質層を形成した構成がある（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｔｈｅ　３ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｃｏｆｅｒｅｎｃｅ，Ｐ３４９）。
【０００５】
（３）モノリス型
平板型と類似する構造であり、インターコネクタ平板の両面にガス流路を有さない燃料極層及び空気極層を形成したセパレータ板と、波板形状の燃料極層、電解質層及び空気極層の三層を一体化したセル膜と、を交互に貼り合せた構造である。セル膜の形状によって流路が形成されるとともに、電解質層の面積を大きくすることによって電解質膜抵抗を低減できることが特徴である。
【０００６】
（４）ハニカム型
例えば、特開平１０−４０９３４号公報に提案されているように、電解質とインターコネクタとを同時に押出成型してハニカム形状の構造体を作り、この構造体の各開口に空気極、燃料極を形成した構造が挙げられる。電解質とインターコネクタによって各開口の気密性が独立して保持できることから、シールレス構造のスタックが形成可能であり、また緻密質の電解質とインターコネクタを用いることで構造体として高い構造強度を有している。
【０００７】
（５）電解質の膜厚を薄くした構造例
特開平８−６４２１６号公報には、基板に多数の小開口部が形成され、この開口部に燃料極層、電解質層及び空気極層の三層膜を被着させた構成のセル板と、流路を形成したセパレータ板とを交互に積層した構造が提案されている。多孔質でないＳｉウエハを支持基板として成膜することにより、電解質膜厚が２μｍとなることが特徴である。具体的には、Ｓｉ基板上又はＳｉ基板上に形成した配向性ＣｅＯ２層上に単結晶膜の安定化ジルコニアから成る電解質層を形成するものが提案されている。また同様に、シリコン窒化膜で絶縁被覆されたＳｉ単結晶基板に、小開口部が形成され、燃料極層、電解質層及び空気極層の三層膜が形成された構成のセル構造が提案されている（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ．４９６，ｐ１５５）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＳＯＦＣは、発電出力を向上させるために、電解質層の薄膜化を行い、電解質層部分の導電率を低減させることが重要である。また、燃料ガスと空気は電解質層を隔壁としているため、電解質膜の緻密性も重要となる。これは、電解質膜にピンホールが形成されてわずかなリークがあった場合は、直接ガスが反応し発電出力が損失するからである。
【０００９】
また、（１）の円筒型のＳＯＦＣでは、多孔質の支持基板上に緻密な電解質膜を形成する製造方法として、電気化学蒸着法が採用されている（「燃料電池発電」コロナ社、１９９４年）。この方法は、第１段階で封孔し、第２段階で緻密化する成膜方法である。
しかし、この場合は電解質の膜厚が数百μｍと厚くなってしまう問題点がある。
【００１０】
更に、（２）の平板型のＳＯＦＣは、電解質層の厚さが数十μｍという特徴を有する。
しかし、電解質の膜抵抗は、動作温度の低下に比例して急激に増加してしまう。動作温度が１０００℃の一般的なＳＯＦＣを６００℃〜８００℃の低温で動作させる場合は、膜抵抗率は約１桁増加することとなるため、薄膜化が十分でないという問題点がある。一方、ＳＯＦＣの動作温度が低温であると、セル板とセパレータの間の接合部やガス導入管と燃料電池との接合部などにかかる熱応力を低減できるため、耐久性が向上する効果やＳＯＦＣの起動停止にかかる時間やエネルギーを低減できる面から有効である。
【００１１】
更にまた、（３）のモノリス型のＳＯＦＣは、電解質層の面積を増加させることによって、電解質全体の膜抵抗を低下させることに特徴がある。
しかし、形状が複雑であるため、薄膜化した電解質を形成するには製造コストがかかるという問題点がある。また、６００〜８００℃で動作する場合は、電解質層の膜抵抗の低減が不十分であるという問題点がある。
【００１２】
また、（４）のハニカム型のＳＯＦＣは、ハニカム構造により単位体積あたりの電極面積を増大できることを特徴とする。
しかし、電解質層を押出し成型で作製すること及びハニカム構造体とすることから、電解質層の薄膜化が難しく電解質層の膜抵抗の低減が不十分である。
【００１３】
更に、（５）の電解質の膜厚を薄くした構造例は、多孔質でない平面性に優れた基板上に電解質膜を形成するため、数μｍ以下の緻密な薄膜が形成できることを特徴とする。また、特開平８−６４２１６号公報に記載の構造は、多数の開口部を具備する一枚の基板に、電解質層と電極層が全面的に形成された構成であり、絶縁処理していないＳｉ基板上に直接電解質膜を形成することによって、単結晶膜を形成することを特徴とする。
一般的にセルの発電出力は、ガスの流れ方や温度分布に依存して変動する。特に、自動車などの移動体に搭載する燃料電池は、一般的な定置型の燃料電池システムに比較して始動停止が頻繁に行われ、始動開始までの温度上昇時間も短時間で行われることが要求される。そのため、セル部分にも高い耐熱衝撃性や耐熱応力性が要求される。
しかし、Ｓｉ基板と安定化ジルコニアの熱膨張係数は約３〜６倍違うため、Ｓｉ基板と電解質である安定化ジルコニア単結晶膜の熱膨張係数の差によって剥離や、クラックが発生するなど耐熱衝撃性が不十分であるという問題点があった。
【００１４】
また、開口部分が発電機能を発現させるので、一枚の基板内における開口部分の総面積が大きいほど、発電出力密度が大きくなる。そのため、小さい開口部を多く形成するより、大きな開口部を形成した方が出力密度を向上させることができる。更に、開口部の面積が大きいセル板からなる燃料電池の方が、燃料ガスや空気のガス流を制御しやすいため、ガス流の偏りに依存した局所的な温度上昇を引き起こさず、故障し難く発電出力が安定した燃料電池が製造できる。
しかし、開口部の大きさは、電解質層の膜強度に依存するため、際限無く大きく設計できないという問題点があった。
【００１５】
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、起動と停止を頻繁に行う使用に対する信頼性が高く、発電効率が良好で電池出力が大きい燃料電池セル、これを用いた燃料電池スタック及び集積回路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、電解質の膜抵抗を低減し、セル基板の単位面積当たりの電解質の面積を増大させることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池セルについて詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を示す。
また、説明の便宜上、セル基板や燃料電池セルなどの一方の面を「表面」及び「上面」、他の面を「裏面」及び「下面」などと記載するが、これらは等価な要素であり、相互に置換した構成も本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００１８】
上述の如く、本発明の燃料電池セルは、セル基板内に複数の単セルを有して成る。
ここで、上記セル基板は、支持基板部と電解質部より構成される。この電解質部は並列する複数の溝を有し、これら溝の内壁に空気極層及び燃料極層が順次被覆される。
また、上記単セルは、該電解質部とこれを挟持する該空気極層及び燃料極層とより構成される。
【００１９】
このような構成により、従来の電解質支持型燃料電池セルや電極支持型燃料電池セルのように、単セル自体に強度を付与する必要がなくなる。従って、セル基板の構成材料は、絶縁性であれば耐熱性、機械的強度や電解質部との熱膨張係数等から任意に選択でき、耐熱性及び耐熱衝撃性を向上させ得る。例えば、支持基板部としてアルミナ、ジルコニア等を挙げることができる。また、電解質部の構成材料として、イオン伝導度に優れる材料、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、並びにガドリウム（Ｇｄ）、サマリウム（Ｓｍ）及びイットリウム（Ｙ）などをドープした酸化セリウム（ＣｅＯ）等を用いることができる。
上記支持基板部と上記電解質部とを同一材料で構成し、支持基板部と電解質部とを一体構造で作製することもできる。代表的には、切削加工法及びレーザー加工法などを採用して、セル基板に溝を設けることで支持基板部及び電解質部を形成できる。このときは、よりいっそう耐熱性及び耐熱衝撃性を向上させ得る。
【００２０】
また、上記溝は、複数の電解質部の間隙として構成され、各単セルは、これら溝の内壁には上記空気極層及び燃料極層が順次被覆される。なお、上記溝は、電解質部が所望の厚さを確保できるように並列して存在していればよく、特に直線状に限定されず、曲線状等の任意のパターンで形成できる。また、部分的に幅や深さが変更されていてもよい。更に、上記空気極層及び燃料極層は、隣接する溝部に交互に被覆されていればよく、それらの形状や面積なども任意に選択できる。
【００２１】
更に、本発明の燃料電池セルは、電極層及び電解質層の積層方向に支持基板を設けて強度を付与した従来品に比べ、各単セルに要求する構造体としての強度が小さいので、電解質部を非常に薄くすることが可能である。従って、電解質部での膜抵抗が低減され発電効率の向上が図れる。例えば、電解質部の厚さを数十〜１μｍ程度にすることができる。
更にまた、各単セルは、支持基板部の延在方向に対して垂直方向に配設されているので、支持基板部の面積よりもセル面積を増大でき、これより支持基板部の単位面積当たりの電池出力が大きくなるので有効である。
【００２２】
更にまた、上記溝の一端にガス導入口を設け、他端にガス排出口を設けることができる。このときは、溝の上面をキャップなどで塞ぐことや、スタック化する際に燃料電池セルを積層することにより、ガス流路を形成できる。
【００２３】
また、各単セル同士を接続する集電配線を設けることが好適である。具体的には、複数の空気極層同士及び複数の燃料極層同士を電気的に接続し、上記単セルを直列又は並列に接続できる。この場合は、ガス流路の形成が容易になるとともに、セルを所望の電池構成に接続できる。
【００２４】
更に、上記電解質部としては、固体酸化物電解質又は固体高分子電解質を用いることができる。代表的には、上記固体酸化物電解質としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ及びＬＳＧＭなど、上記固体高分子電解質としては、パーフルオロカーボンスルフォン酸などが使用できる。
【００２５】
次に、本発明の燃料電池スタック及び集積回路について詳細に説明する。
本燃料電池スタックは、上述の燃料電池セルをセル基板の延在方向に対して垂直方向に複数個連結して成る。この場合は、従来必要とされてきたインターコネクタ及びセパレータがなくても、燃料電池セルの積層のみで燃料電池スタックが得られる。また、部品点数が大幅に簡素化されることから、安価な燃料電池が提供可能である。
また、上記燃料電池セルを電子回路と同一基板上に配設することで、集積回路が得られる。
【００２６】
次に、本発明の燃料電池セル、燃料電池スタック及び集積回路を、好適な実施形態を示しながら更に詳細に説明する。なお、各実施形態で使用する図は、支持基板部の大きさに対して燃料電池セルの大きさが非常にミクロであるため互いの大きさ関係が相似ではないことを予め注意しておく。
また、各図において、セル基板のうち単セルを含む部分が電解質部であり、他の部分が支持基板部である。更に、電解質部を挟持する電極層の一方が燃料極層、他方が空気極層であり、これら３層構造から成る部位が単セルである。
【００２７】
（実施形態１）
図１に、燃料電池セルの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）及びＡ−Ａ’断面図（ｃ）及びＢ−Ｂ’断面図（ｄ）を示す。また、図２に、図１（ｂ）に示すＣ部分を拡大した斜視図（ａ）、及びＡ−Ａ’断面図（ｂ）を示す。
図１及び図２より、燃料電池セル５では、支持基板部２、固体電解質部１１及びキャップ４の全てが、固体酸化物電解質であるイットリア安定化ジルコニア（以下「ＹＳＺ」と省略する）から形成されている。支持基板部２には複数の固体電解質部１１が支持基板部２の延在方向に対して垂直方向に、支持基板部２と一体化するように形成されている。
また、固体電解質部１１の間にある溝は、交互に燃料ガス流路１４及び空気流路１５となる。燃料ガス流路１４の内壁にはＮｉＯ−ＹＳＺサーメットが燃料極層１２として被覆され、空気流路１５の内壁には（Ｌａ１−ｘ、Ｓｒｘ）ＭｇＯ３−δ（以下「ＬＳＭ」と省略する）が空気極層１３として被覆されている。
固体電解質部１１、燃料極層１２及び空気極層１３によって、電池として機能する単セル１が構成される。また、空気流路１５の一端は空気極集電層１７で塞がれ、燃料ガス流路１４の一端は燃料極集電層１６で塞がれている。更に、キャップ４には燃料ガス、空気それぞれの使用済ガスを排出するための開口１８及び排気ガス流路１９が形成されている。
【００２８】
ここで、本実施形態の燃料電池セルの作製プロセスを図３〜５を参照して説明する。なお、図３〜５において、（ａ）は燃料電池セルの斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はＡ−Ａ’断面図及び（ｄ）はＢ−Ｂ’断面図である。
まず、型によってＹＳＺクレーを、支持基板部２となる部位及び固体電解質部１１となる部位を有する成型体に成型し、仮焼成を行い仮焼体を作製する（図３）。
次いで、燃料ガス流路１４の内壁及び燃料極集電層１６を被覆する部分にＮｉＯ−ＹＳＺサーメットのスラリーを、空気流路１５の内壁及び空気極集電層１７を被覆する部分にＬＳＣのスラリーをコーティングし仮焼成を行う（図４）。
更に、ＹＳＺのグリーンシートに使用済ガスの排出口１８及び排気ガス流路１９を加工したキャップ４を仮焼体に重ね、加重をかけて一括焼成を行い、燃料電池セル５を完成させる（図５）。
【００２９】
次に、図６に燃料電池セル５を用いた燃料電池スタックを示す。
このスタックは、燃料電池セル５を積層し、燃料極集電層１６に電気の取出し兼燃料ガス供給のためマニホールド２０を接続し、空気極集電層１７に電気取出し兼空気供給のためのマニホールド２１を接続して得られる。
また、図７に上記スタック中の燃料ガスの流れを図示する。図７（ａ）は燃料ガス排気流路部分の断面図であり、図７（ｂ）は燃料ガス流路部分の断面図である。このスタックにおいて燃料ガスは、燃料ガス供給のマニホールド２０より供給され、燃料ガス流路１４、ガス排出口１８を通過し、排気ガス流路１９を通ってスタック外に排出される。空気も同様の経路で供給、排出される。それぞれの流路の間にある燃料極層１２、固体電解質部１１及び空気極層１３から成る単セルで発電が行われ、各電極層から集電層を通じ、取り出し電極へと電気が供給される。
【００３０】
実施形態１に示すように、燃料電池セル５を構成する部材のほぼ全て、即ち、電極層（１２及び１３）を除く、支持基板部２、キャップ４及び固体電解質部１１を同一材料で形成できる。
特に、自動車などの移動体に搭載する燃料電池は、一般的な定置型の燃料電池システムに比較して、始動と停止が頻繁に行われ、始動開始までの温度上昇時間も短時間であることが要求されるため、単セル、燃料電池セル及び燃料電池スタックの全てに高い耐熱衝撃性や耐熱応力性が要求される。このようなニーズのなかで、本発明の燃料電池セル及び燃料電池スタックは、大部分が単一の材質で構成され熱膨張係数差による熱応力の発生がないため、高い耐熱衝撃性や耐熱応力性を有する。
【００３１】
また、燃料電池セル５は、支持基板部２と、単セル１（固体電解質部１１の両側に燃料極層１２及び空気極層１３を被覆して成る）と、ガス分離のためのキャップ４と、から構成される。これより、従来のＳＯＦＣのようにセパレータやインターコネクタを必要とせず、燃料電池セル５のみを積層する簡単な構造で燃料電池スタックを作製できる。言い換えれば、スタック化に際し、部品を大幅に簡素化することができる。
更に、支持基板部２の延在方向に対し垂直方向に固体電解質部１１を配設し、単セル１を形成するため、支持基板２の面積より広い面積に燃料ガスや空気を接触させることができ、基板面積当たりの発電効率が増大する。
【００３２】
なお、実施形態１においては、支持基板部２及び固体電解質部１１を同一材料で構成しているが、特にこの構成に限定されるものではなく、電解質部のみをＹＳＺ等の電解質材料とし支持基板部をより安価なアルミナ等の材料としてもよい。この場合、支持基板部の熱膨張係数を電解質部に合わせておけば、支持基板部を電解質部と同一材料で構成したときと同じ効果が得られる。
また、支持基板部２及び固体電解質部１１としてＹＳＺを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、他にスカンジア安定化ジルコニアやイッテルビュウム（Ｙｂ）をドープしたジルコニア、ガドリュウム（Ｇｄ）、サマリュウム（Ｓｍ）、及びイットリウム（Ｙ）をドープした酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の酸素イオンを透過する固体酸化物電解質を一般的に使用できる。
更に、空気極層１３としてＬＳＭを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、他にＬＳＣ及びＬＣＭなどを使用できる。また、燃料極層１２もＮｉＯ−ＹＳＺサーメットに限定されるものではなく、他にＮｉ−ＳＤＣ及びＮｉなどを使用できる。
更にまた、支持基板部２はＹＳＺを型成型し、仮焼成して作製しているが、このような作製方法に限定されず、例えば予め焼成したものに切削加工、レーザー加工又はＥＢ加工等を施して作製することもできる。また、空気極層１３及び燃料極層１２の形成方法もスラリーの塗布、焼成に限定されるものではなく、スプレーコート等を始め、スパッタ法やＥＢ蒸着等を用いたＰＶＤ法やＣＶＤ法等でも形成できる。
また、図８〜１１に示すように、形成プロセスの全てに焼成工程を実施する必要はなく、支持基板上に燃料電池セルを配設した後、溝部に樹脂等を埋め込み、上面に溶射等によりキャップを形成し開口部及び排気流路を形成した後、当該埋め込み材を除去して燃料電池セルを形成することが可能である。
【００３３】
（実施形態２）
図１２に、燃料電池セルの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）及びＡ−Ａ’断面図（ｃ）、Ｂ−Ｂ’断面図（ｄ）及びＣ−Ｃ’断面図（ｅ）を示す。また、図１３に、図１２の燃料電池セルを用いて構成した燃料電池スタック、図１４に、そのスタック内での燃料ガスのガスフローを示す。なお、図１４（ａ）は排気流路部分での断面図であり、（ｂ）は燃料ガス流路部分での断面図である。
この燃料電池セル及び燃料電池スタックは、使用済みの排気ガスの流路２２を支持基板の下面に形成した以外は、実施形態１と同様の構成を有する。
流路２２を強度のある支持基板部に形成した構造のため、キャップ作製工程が穴あけ加工のみとなり工程数が減る上、流路形成工程でのキャップの破損を防止できる。また、キャップへの流路形成が不要なことからキャップを薄くでき、スタック全体の熱容量を低減でき、起動性が向上し燃料使用量の低減にもつながる。更に、支持基板部への流路の加工は、流路が形成される成形型を用いて行えるので、工程を増やさずに形成できる。更にまた、支持基板部は全体の強度を保持する役目を果たすことから、十分な厚さで形成すれば、その分排気流路も大きく設計できるので排気効率が向上する。
【００３４】
（実施形態３）
図１５に、電極等を形成する前のセル基板の斜視図（ａ）、上面図（ｂ）及びＡ−Ａ’断面図（ｃ）、Ｂ−Ｂ’断面図（ｄ）及びＣ−Ｃ’断面図（ｅ）を示す。また、図１６に、ミラー反転した１対のセル基板及び燃料電池セル、図１７に、これら燃料電池セルを接合した燃料電池スタック、図１８に、この燃料電池スタックにおける燃料ガスの流れを示す。
この燃料電池セル及び燃料電池スタックは、互いにミラー反転した形状をした２枚の燃料電池セル同士を接合して一体とし、これを用いて燃料電池スタックを形成した以外は、実施形態１と同様の構成を有する。
この場合は、実施形態２と同様に支持基板部に排気流路を形成し、セル基板の作製工程を増やすことなく排気流路を形成でき、且つ排気流路を大きく取れるので排気効率が向上できる。また、キャップが存在しないのでスタック全体の熱容量を更に少なくでき、起動性が向上し燃料使用量も低減できる。更に、２枚の燃料電池セルを接合して得られるので、燃料ガスや空気の流路の径を大きく設計できガスの流入損失を低減できる。
【００３５】
（実施形態４）
図１９に、燃料電池セルの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）及びキャップ（ｃ）を示す。また、図２０は燃料電池セルの上面図及び回路図（等価回路）である。
実施形態１の燃料電池セル及び燃料電池スタックは、１枚の燃料電池セル中の燃料極層同士又は空気極層同士は全てつながっており、単セルの全てが並列に接続されている。それに対し、本実施形態の燃料電池セル及び燃料電池スタックは、空気極層及び燃料極層をつなぐ配線２３を配設して幾つかの並列な単セルを直列に接続している点が異なる。
この燃料電池セルは、等価回路に示すように、４つの単セルが並列接続された１セットを３つ直列に接続して成る。これより、１枚の燃料電池セルにおいてその使用法に適した様々な電流、電圧を発生させることができる。また、１枚の燃料電池セルから異なった電圧を複数取り出すことも可能である。
また、本燃料電池セルの作製プロセスは、燃料ガス流路及び空気流路のパターンを設定して所望の単セルを形成し、実施形態１の作製プロセスにおける電極パターン形成時に接続配線のパターン形成工程を追加すればよい。更に、キャップは全く同様な方法で作製でき、燃料電池スタック作製も全く同様である。更にまた、実施形態２のように支持基板部側に排気ガス流路を形成することや、実施形態３のようにミラー反転した二種類のセル基板を対向して張り合わせることも全く同様に可能である。
【００３６】
（実施形態５）
マイクロマシン及び半導体装置の製造技術を用いて同一基板上に多数の小型の燃料電池セルを作り込んだ例である。図２１に基板概観図、図２２にその１つの燃料電池セルを拡大した斜視図、図２３に１つの燃料電池セルの上面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ’の断面図（ｃ）を示す。また、図２４にこの燃料電池セルにおける燃料ガス及び空気の流れを示す。
本実施形態の燃料電池セルは、図２３に示すように、支持基板部１０２、固体電解質部１１１、キャップＡ１１８及びキャップＢ１１９の全てがＹＳＺで形成されている。支持基板部１０２上には物理エッチング処理により固体電解質部１１１が形成されており、この間にある溝には燃料ガス流路１１４及び空気流路１１５が交互に形成されている。そして、燃料ガス流路１１４の内壁にはＮｉＯ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極層１１２、空気流路側には（Ｌａ１−ｘ、Ｓｒｘ）ＣｏＯ３−δ（以下「ＬＳＣ」と省略する）から成る空気極層１１３が形成されている。また、空気流路１１５が１０２の側面に存在する開口部には空気極集電層１１７、反対側には燃料極集電層１１６が形成されている。更に、キャップ１１８及び１１９には燃料ガスの導入口１２０、排出口１２１、空気の導入口１２２及び排出口１２３がそれぞれ形成されている。
【００３７】
ここで、本燃料電池セルの作製プロセスを図２５〜３１を参照して説明する。なお、各図に拡大した１つの燃料電池セルの上面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ’断面図（ｃ）を示す。
まず、ミラー研磨されたＹＳＺ基板に対しシリコン窒化膜（以下「ＳｉＮ」と省略する）のマスク材となる犠牲膜を形成した後、半導体製造技術の１つであるフォトリソグラフィ技術及び物理エッチングによりＹＳＺ基板に所望の溝１３０を形成する（図２５）。
次いで、厚膜のレジスト１３１を塗布した後、露光・現像により空気流路１１５部分のレジスト１３１を除去する。更に、その上から空気極材料であるＬＳＣを０．５μｍ程度スパッタ等のＰＶＤ法により成膜する（図２６）。
次いで、有機溶剤によりレジスト及びレジスト上に成膜されたＬＳＣを除去（リフトオフ）し、アニール処理を行い、空気極流路の内面にのみ空気極層１１３を形成する（図２７）。
次いで、同様の処理を行い燃料流路１１４内壁にＮｉＯ−ＹＳＺサーメットによる燃料極層１１２を形成する（図２８）。
次いで、両流路を珪素酸化物をアルコール系溶媒にといたスピン・オン・ガラス（以下「ＳＯＧ」と省略する）１３２のような平坦化材で埋め込み、エッチバックによって電解質上部表出させた後、スパッタやＥＢ蒸着法のようなＰＶＤ法等によりＹＳＺ膜を数μｍの厚さ形成しキャップＡ１１８を形成する（図２９）。
次いで、フォトリソグラフィ技術および物理エッチングによりキャップＡ１１８の所望の部分に溝を形成し燃料ガスの導入口１２０、排出口１２１、空気の導入口１２２及び排出口１２３を形成する（図３０）。
次いで、再度フォトリソグラフィ技術および物理エッチングによりキャップＡ１１８の所望の部分に貫通口１３３を形成し、それぞれの溝と燃料流路、空気流路をつなげる。その後、弗化アンモニウム水溶液又は希釈した弗化水素酸水溶液により内部のＳＯＧを除去する（図３１）。
最後にキャップＡ１１８上にＹＳＺのキャップＢ１１９を低融点ガラスやロウ付け等により接合する（図２３）。
【００３８】
本実施形態では、半導体装置の製造技術を用いることにより支持基板上に非常に薄いＹＳＺ層を形成し固体酸化物電解質型燃料電池の固体電解質部１１１とする。これまでの固体酸化物電解質型燃料電池では、電解質層は薄くても数十μｍであったが、上記製造方法により数μｍ〜１μｍ程度の電解質部が得られる。電解質部における酸素イオンの伝導による膜抵抗は燃料電池の性能に大きく影響しており、この厚さを薄くすることで発電能力は大きく向上する。
また、一つの燃料電池セル上に多数の単セルを配設することができ、これらを分割することにより、一度に複数の単セルを容易に作製できる。更に、これらの燃料電池セルのレイアウトと配線の組み合せにより、電圧・電流を自由に引き出すことができる。
【００３９】
（実施形態６）
マイクロマシンや半導体装置の製造技術等を用い同一基板上に多数の小型の燃料電池を作り込んだ例である。図３２は１つの燃料電池セルの拡大図であり、（ａ）に斜視図、（ｂ）にＡ−Ａ’断面図及び（ｃ）に単セル部分の拡大図を示す。また、図３３に燃料電池セルの上面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ’断面図（ｃ）及びＣ−Ｃ’断面図（ｄ）を示す。
本実施形態の燃料電池セルは、支持基板部１０２、固体電解質部１１１及びキャップ１３５の全てがＹＳＺから形成されている。支持基板部１０２上には物理的エッチング処理により厚さ２μｍ、高さ１０μｍ程度の固体電解質部１１１が形成されており、この固体電解質部１１１とキャップ１３５によって燃料ガス流路１１４が形成されている。一方、空気極層側には燃料極層側よりやや広めの８μｍ程度の溝が形成され、特にキャップはされておらず外に開放された形となっている。燃料ガス流路の内壁にはＮｉＯ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極層１１２、空気流路の内壁には（Ｌａ１−ｘ、Ｓｒｘ）ＣｏＯ３−δ（以下「ＬＳＣ」と省略する）から成る空気極層１１３が形成されている。また、空気極層からは空気極集電層１１７、反対側には燃料極集電層１１６が形成されている。更に、キャップ１３５の燃料流路の一部は開口され、燃料ガスの導入口１３６及び排出口１３７がそれぞれ形成されている。
【００４０】
ここで、本燃料電池セルの作製プロセスを図３４〜３９を参照して説明する。なお、各図に拡大した１つの燃料電池セルの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）、Ａ−Ａ’断面図（ｃ）を示す。
まず、ミラー研磨されたＹＳＺ基板１０２に対しシリコン窒化膜（以下「ＳｉＮ」と省略する）等のマスク材となる犠牲膜を形成した後、半導体製造技術の１つであるフォトリソグラフィ技術及び物理エッチングによりＹＳＺ基板に所望の溝１３０を形成する（図３４）。
次いで、厚膜のレジスト１３１を塗布した後、露光・現像により空気流路１１５部分のレジストを除去する。更に、その上から空気極材料であるＬＳＣを０．５μｍ程度スパッタ等のＰＶＤ法により成膜する（図３５）。
次いで、有機溶剤によりレジスト及びレジスト上に成膜されたＬＳＣを除去（リフトオフ）し、アニール処理を行い、空気極流路の内壁にのみ空気極層１１３を形成する（図３６）。
次いで、同様の処理を行い燃料流路１１４内壁にＮｉＯ−ＹＳＺサーメットによる燃料極層１１２を形成する（図３７）。
次いで、両流路をＳＯＧ１３２によって埋め込みし、エッチバックによって平坦化を行った後、スパッタやＥＢ蒸着法のようなＰＶＤ法等によりＹＳＺ膜を数μｍの厚さ形成しキャップ１３５を形成する（図３８）。
次いで、フォトリソグラフィ技術および物理エッチングによりキャップ１３５の所望の部分を除去し燃料ガスの導入口１３６、排出口１３７及び空気流路１１５部分を開口するとともに燃料極集電層１１６を表出させる（図３９）。
最後に弗化アンモニウム水溶液、又は希釈した弗化水素酸水溶液により内部のＳＯＧを除去する（図３２）。
【００４１】
本実施形態では、半導体装置の製造技術を用いることにより支持基板部に非常に薄いＹＳＺ層を形成し、固体酸化物電解質型燃料電池の電解質部として用いる。これまでの固体酸化物電解質型燃料電池では、電解質層は薄くても数十μｍであったが、上記製造方法により数μｍ〜１μｍ程度の電解質部が得られる。電解質部における酸素イオンの伝導による膜抵抗は燃料電池の性能に大きく影響しており、この厚さを薄くすることで発電能力は大きく向上する。
また、空気流路側を開放型とすることで空気の導入、排気を簡略化できる上、燃料電池セルの作製プロセスも簡略化できる。
更に、一つの燃料電池セル上に多数の単セルを配設することができ、これらを分割することにより、一度に複数の単セルを容易に作製できる。更に、これらの燃料電池セルのレイアウトと配線の組み合せにより、電圧・電流を自由に引き出すことができる。
【００４２】
（実施形態７）
マイクロマシンや半導体装置の製造技術等を用い同一基板上に多数の小型の燃料電池セルとＳｉＣによるスイッチング素子を作り込んだ集積回路の一例である。図４０（ａ）に集積回路の概略図、（ｂ）に並列接続した配線図、（ｃ）に直列接続した配線図を示す。
本実施形態では、３つの燃料電池セルと７つのスイッチング素子を１基板上に配設することで、その使用状況によって、１つの燃料電池の単独動作、２つの燃料電池の直列動作又は並列動作、３つの燃料電池の直列動作又は並列動作の５種類の使い方が可能となる。
【００４３】
ここで、スイッチング素子を基板上に形成する方法としては、化学気相成長法、蒸着法等により、シリコンカーバイド膜を作成し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを形成する。そして、シリコンカーバイド膜を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜を作成し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを形成する。次に、ゲート絶縁膜上にゲート電極としてＮｉを、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等により形成し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンで形成することができる。これにより、金属−酸化物−半導体（以下「ＭＯＳ」と省略する）の電界効果型トランジスター（以下「ＦＥＴ」と省略する）のスイッチング素子が作製できる。
なお、所望のパターン形成は、フォトリソグラフィー法に限定されるものではなく、マスクを用いた蒸着法等の成膜技術が適用できる。また、ＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、シリコンカーバイドのｐｎ接合を利用したＪＦＥＴ、及びシリコンカーバイドと金属の接合を利用したＭＥＳＦＥＴを使用できる。更に、本実施形態は燃料電池セルとスイッチング素子を作り込んだ集積回路であるが、診断回路や判断回路を載せることも可能である。
【００４４】
（実施形態８）
ガス混合型の実施形態である。図４１に、燃料電池セルの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）及びＡ−Ａ’断面図（ｃ）、セル断面拡大図（ｄ）を示す。
本実施形態では、支持基板部２０１上に固体電解質部２０２が形成され、その一方の面に燃料極層２０３、他方の面に空気極層２０４が形成されている。それぞれの電極層は、それぞれの燃料極集電層２０５又は空気極集電層２０６に接続されている。
【００４５】
この燃料電池セルの作製プロセスは、ほぼ実施形態１と同様であるが、図４２を参照して説明する。なお、図４２（ａ）は燃料電池セルの上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
まず、型によってＹＳＺクレーを成型した後、支持基板２０１と固体電解質部２０２となる成型体を作り仮焼成を行い仮焼体を作製する（図４２の上欄）。
次いで、電解質部の一方の燃料極層２０３となる部分及び燃料極集電層２０５とする部分にＮｉＯ−ＹＳＺサーメットのスラリーを、更に他方の空気極層２０４となる部分及び空気極集電層２０６とする部分にＬＳＣのスラリーをコーティングし仮焼成、本焼成を行う（図４２の下欄）。
【００４６】
次に、この燃料電池セルを用いたスタックの一例を図４３に示す。なお、図４３（ａ）は概略図、（ｂ）は断面図である。
このスタックを構成する燃料電池セルは、全て並列に積層されている。また、各燃料電池セル同士の間隙には、集電層に接続されたインターコネクタ兼セパレータ２０８が設けられ、出力取り出し用にインターコネクタ兼セパレータ２０８には集電電極２０９が接続されている。
このような構成により、燃料ガスと空気を混合したガスによって発電動作を行うことができる。従って、燃料ガスと空気を分離するための流路形成や、シールが不要であり構造を簡単にできる。
また、この燃料電池セルを用いたスタックの他の例を図４４に示す。このスタックは、向かい合わせにした２枚の燃料電池セルを複数積層して成る。この構造は図４３のスタックに比べ部品点数が少なくできる特徴がある。
【００４７】
（実施形態９）
固体高分子型燃料電池（以下「ＰＥＦＣ」と省略する）に適用した例であり、半導体装置の製造技術及びマイクロマシーン技術等によりＳｉ基板上に燃料電池セルを形成したものである。図４５に上面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）、（ｂ）の一部の拡大図（ｃ）、Ｂ−Ｂ’断面図（ｄ）を示す。
本実施形態では、支持基板部３０１上には固体高分子電解質膜３０２が形成され、その一方の面に燃料極層３０５、他方の面に空気極層３０４が形成されている。支持基板部３０１と固体高分子電解質膜３０２とキャップ３０８とに囲まれて燃料ガス流路３０７が形成されており、固体高分子電解質膜３０２を挟んで逆側は開放された空気流路３０６が形成されている。燃料ガスは導入口３１１より導入され流路３０７を通って排出口３１２から排出される。また、燃料ガス導入口３１１より燃料極集電電極３０９、空気極層より空気極集電電極３１０が形成されている。
このように、実施形態５と同様に半導体製造技術を用いることから、１枚のＳｉ基板上に同一の単セルを大量に配設することができる。
【００４８】
ここで、本燃料電池セルの作製プロセスを図４６〜５２を参照して説明する。なお、各図において、（ａ）は燃料電池セルの上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図を示す。
まず、Ｓｉ基板３０１上にリフトオフ層となる膜、具体的にはＰＳＧ（リンシリケートガラス）層をＳｉ基板全面に常圧ＣＶＤ法にて成膜した後、フォトリソグラフィ技術にてレジストパターン３１５を形成する。このパターンをマスクにドライエッチングにより所望の領域のＰＳＧをエッチング除去し、ＰＳＧパターン３１６を形成する。更に、この２層をマスクにＳｉ基板をドライエッチングし凹部を形成する（図４６）。
次いで、固体高分子電解質層として市販の５％Ｎａｆｉｏｎ溶液と（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ２粒子を分散したＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）を（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ２粒子の体積率が１％となるように攪拌混合し、Ｓｉ基板に凹部が埋る程度塗布し、段階的に溶媒を蒸発させてＮａｆｉｏｎ膜（高分子電解質層）３１７を形成する。その後、数％に希釈した弗化水素酸又は弗化水素酸アンモニウム等の水溶液によりＰＳＧ層ごとリフトオフ処理を行い、不要な部分の固体高分子電解質層を除去する（図４７）。
次いで、再度レジストを塗布しフォトリソグラフィによってレジストパターン３１８し、これをマスクに物理的エッチングにより不要な部分の高分子電解質層を除去し、櫛歯状の固体高分子電解質膜３０２を形成する（図４８）。
次いで、触媒効果のある電極材料、具体的にはＰｔをスパッタ法にて成膜し、その後、有機溶媒によりレジストを除去して不要な部分のＰｔ層を除去し、燃料極層３１９を形成する（図４９）。
次いで、ＳＯＧをスピンコートした後、エッチバックを行い不要な部分のＳＯＧを除去する。高分子電解質の間を埋める。このＳＯＧで埋めた空間が後にガス流路となる。更に、この上に絶縁性の保護膜、例えばシリコン窒化膜３２１をスパッタにて成膜する（図５０）。
次いで、空気極部、燃料ガス導入部、排出部、その他不要な領域のシリコン窒化膜部分をフォトリソグラフィ及びドライエッチングにて除去する。更に、数％に希釈した弗化水素酸又は弗化水素酸アンモニウム等の水溶液により除去する（図５１）。
最後に各空気極層の接続兼出力取り出し用の空気極集電電極３１０と、燃料極からの出力とりだし用の燃料極集電電極３０９とを白金等の電極材料をマスク蒸着にて成膜し形成する。
【００４９】
本実施形態では、半導体装置の製造技術を用いることにより、基板上に非常に薄い壁状の高分子電解質膜を固体高分子型燃料電池の電解質部として用いることができる。具体的には、従来の固体高分子型燃料電池における電解質層が通常３０〜５０μｍであるのに対し、この製造方法によれば数μｍ〜１μｍ程度の電解質層を作製できる。
電解質膜におけるプロトンの伝導による膜抵抗は、燃料電池の性能に大きく影響するので、電解質膜の厚さを薄くすることで発電能力が大きく向上する。また、この製造方法であれば電解質膜を嵩高く形成して反応面積を増大させることができ、電解質膜の反応面積を支持基板部の面積より大きくすることができる。即ち、単位基板面積当たりの電池出力を更に大きくすることができる。
また、一つの支持基板部に多数の単セルを配設し、これを分割することにより、一度に多数の単セルを作製することが可能である。更に、これらの燃料電池のレイアウトと配線の組み合せにより、電圧・電流を自由に引き出すこともできる。更にまた、この燃料電池セルは、半導体装置の製造技術を使用して作製されることから、半導体回路の製造プロセスとのマッチングもよく、同一Ｓｉ基板上に半導体回路と、燃料電池セルを配設することが可能である。
【００５０】
以上、本発明を好適な実施形態により詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、本発明において、燃料電池セルの形状等は任意に選択でき、目的の出力に応じた燃料電池スタックを作製できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、電解質の膜抵抗を低減し、セル基板の単位面積当たりの電解質の面積を増大させることとしたため、起動と停止を頻繁に行う使用に対する信頼性が高く、発電効率が良好で電池出力が大きい燃料電池セル、これを用いた燃料電池スタック及び集積回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の燃料電池セルを示す概略図である。
【図２】燃料電池セルを示す拡大図である。
【図３】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図５】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図６】図１の燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの一例を示す概略図である。
【図７】燃料電池スタック中の燃料ガスの流れを示す概略図である。
【図８】燃料電池スタックの作製プロセスを示す概略図である。
【図９】燃料電池スタックの作製プロセスを示す概略図である。
【図１０】燃料電池スタックの作製プロセスを示す概略図である。
【図１１】燃料電池スタックの作製プロセスを示す概略図である。
【図１２】実施形態２の燃料電池セルを示す概略図である。
【図１３】図１２の燃料電池セルを用いた燃料電池スタックを示す概略図である。
【図１４】燃料電池スタック内での燃料ガスのガスフローを示す概略図である。
【図１５】電極等を形成する前のセル基板を示す概略図である。
【図１６】ミラー反転した１対のセル基板と燃料電池セルを示す概略図である。
【図１７】燃料電池セルを接合した燃料電池スタックを示す概略図である。
【図１８】燃料電池スタック中の燃料ガスの流れを示す概略図である。
【図１９】実施形態４の燃料電池セルを示す概略図である。
【図２０】燃料電池セルの上面図及び回路図である。
【図２１】実施形態５の基板概観図である。
【図２２】燃料電池セルを拡大した斜視図である。
【図２３】燃料電池セルを示す概略図である。
【図２４】燃料電池セルにおける燃料ガス及び空気の流れを示す概略図である。
【図２５】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図２６】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図２７】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図２８】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図２９】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３０】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３１】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３２】実施形態６の燃料電池セルの拡大図である。
【図３３】燃料電池セルを示す概略図である。
【図３４】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３５】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３６】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３７】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３８】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図３９】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４０】実施形態７の集積回路の概略図及び配線図を示す。
【図４１】燃料電池セルを示す概略図である。
【図４２】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４３】実施形態８の燃料電池セルを用いたスタックの一例を示す概略図である。
【図４４】燃料電池セルを用いたスタックの他の例を示す概略図である。
【図４５】実施形態９の燃料電池セルを示す概略図である。
【図４６】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４７】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４８】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図４９】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図５０】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【図５１】燃料電池セルの作製プロセスを示す概略図である。
【符号の説明】
１　　単セル
２　　支持基板部
３　　セル基板
４　　キャップ
５　　燃料電池セル
１１　　固体電解質部
１２　　燃料極層
１３　　空気極層
１４　　燃料ガス流路
１５　　空気流路
１６　　燃料極集電層
１７　　空気極集電層
１８　　使用済ガス排出口
１９　　排気ガス流路
２０、２１　　マニホールド
２２　　使用済ガス流路
２３　　配線
１０１　　単セル
１０２　　支持基板部
１１１　　固体電解質部
１１２　　燃料極層
１１３　　空気極層
１１４　　燃料ガス流路
１１５　　空気流路
１１６　　燃料極集電層
１１７　　空気極集電層
１１８　　キャップＡ
１１９　　キャップＢ
１２０　　燃料ガス導入口
１２１、１２３　　排出口
１２２　　空気の導入口
１３０　　溝
１３１　　レジスト
１３２　　スピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）
１３３　　貫通口
１３５　　キャップ
１３６　　燃料ガス導入口
１３７　　排出口
２０１　　支持基板部
２０２　　固体電解質部
２０３　　燃料極層
２０４　　空気極層
２０５　　燃料極集電層
２０６　　空気極集電層
２０８　　インターコネクタ兼セパレータ
２０９　　集電電極
３０１　　支持基板部
３０２　　固体高分子電解質膜
３０４　　空気極層
３０５　　燃料極層
３０６　　空気流路
３０７　　燃料ガス流路
３０８　　キャップ
３０９　　燃料極集電電極
３１０　　空気極集電電極
３１１　　燃料ガス導入口
３１２　　排出口
３１５、３１８　　レジストパターン
３１６　　ＰＳＧパターン
３１７　　高分子電解質部
３１９、３２０　　燃料極層
３２１　　シリコーン窒化膜
【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】
2004031158.tif 000009
【図８】
2004031158.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004031158.tif 000012
【図１１】
2004031158.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004031158.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2004031158.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
2004031158.tif 000036
【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2004031158.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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