(57)【要約】【課題】従来の燃料電池セ構造では、単位セルを巻き込む場合には、燃料極で発生する気体を、外部に放出することができず、高出力が得られない問題点があった。【解決手段】燃料電池セル部の電解質膜の一部を、薄膜化し、さらに電解質膜上に接して形成された空気極電極になる導電性膜には穴をあけて、燃料極で発生するガスをこの部分から放出できるようにする。これにより、気体の堆積のために燃料極の反応面積が減少することもなく、高出力の発電ができる。また、空気極電極および燃料極電極は、各々三層構造のシートのおもて面およびうら面で一体として形成されるため、電極同士の接続を行う必要もなく、セル部製造コストの増大や信頼性の低下をきたさない。【図面】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を燃料とし、セル部が燃料極電極となる触媒が担持された海綿状の第一の導電性膜と、当該第一の導電性膜上に接した電解質膜と、当該電解質膜上に接して空気極電極となる触媒が担持された海綿状の第二の導電性膜とからなる三層構造のシートで構成される燃料電池において、当該電解質膜の一部が薄膜であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求範囲第一項の燃料電池において、リソグラフィーを用いて上記電解質膜の一部を薄膜化することを特徴とする燃料電池の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を燃料とする燃料電池に係るもので、特にモバイル機器等で用いる小形の燃料電池のセル部の構造とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｈｅｂｌｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｍａｒｋｅｔｓ  ｏｆ  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ７ｔｈ  Ｇｒｏｖｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｏ７．１，２００１．９
【非特許文献２】
日経エレクトロニクス，２００１年１０月２２日号，ｐ．１１７
モバイル機器等では、高機能化に伴い消費電力が年々増大し、エネルギー密度の高い電力源が必要とされている。このため、液体燃料を直接燃料として利用する燃料電池の開発がにわかに脚光を浴びている。現行のリチウムイオン電池等の二次電池に比較して、液体燃料を燃料とする燃料電池では一桁以上のエネルギー密度が期待できる．
【０００３】
【従来の技術】
【非特許文献１】
Ｍ．Ｂａｌｄａｕｆ，“Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ，”論文誌名Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，ｖｏｌ．８４．ｐｐ．１６１−１６６，１９９９
本発明が対象とするモバイル機器用燃料電池のセルは、図６に示すように燃料極電極１０１と空気極電極１０３で電解質膜１０２を挟み、巻き込むことによって単位セルを構成している。なお、電極にはＰｔ、Ｒｕ等の触媒が担持されている。また、液体燃料としてはメタノールが多く使用されている。燃料極電極では、
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
の反応が起こり、空気極電極では
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→  ３Ｈ２Ｏ
の反応が起こる。燃料極電極１０１で発生した水素イオンは電解質膜１０２を通って空気極電極１０３に到達し、一方燃料極電極１０１で発生した電子は外部回路を通って空気極電極１０３に到達する。この外部回路を通る電子が電気エネルギーとして働くことになる。また、この燃料電池の反応はセル部の温度が高い場合に活発になり、高い出力が得られる。
【０００４】
しかしながら、図６に示すセルでは巻きこみ型のため燃料極電極で発生するガス（メタノール燃料の場合は二酸化炭素）が外部に抜けず、燃料極電極表面にたまるという問題があった。燃料極電極にガスが溜まったまま発電を続ければガスにより、燃料極電極の触媒が働く有効な反応面積が減少し、発電効率が落ちる欠点が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液体燃料を燃料とし、図６のような巻きこみ型のセルを使用する燃料電池において、燃料極電極で発生するガスを外部へ放出することができる燃料電池とその製法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の燃料電池では、電解質膜の一部を薄膜化する。本発明の一実施の形態における基本構成を図１に示す。本発明ではこの薄膜化部分の大きさを１００μｍ程度とし、エッチングで図２に示す位置にあける。図２に示す位置をガスが抜ける程度に薄膜化すれば図１に示すように巻き込み型にしてもガスがたまることはない。燃料電池に使用される電解質膜の膜厚は１００μｍ前後であるがこの薄膜化部分の平均の厚さは０．１μｍ程度とする。これにより燃料極電極で発生したガスが電解質膜を抜けて空気極をとおり外部へ放出される。また薄膜化部分の間隔は数ｍｍ程度とする。
【０００７】
【発明実施の形態】
フォトリソグラフィーを用いた場合の本発明の一実施の形態におけるプロセス
2004207199.tif 000002
電解質膜を覆うようにフォトレジスト２０２を塗布する。さらにこのフォトレジストの上に薄膜化させる部位の寸法と配置を記したマスクパターン２０３を置く。この上方から紫外線を照射して露光し、現像してマスクパターンを写した所望のレジストパターン２０４を得る。マスクパターン２０３を除去しレジストパターンをマスクとして、ケミカルドライエッチングやドライエッチングにより電解質膜１０２のエッチングを行いレジストパターン２０４と同じ場所を膜厚０．１μｍ程度に薄膜化する。次にフォトレジストを除去すれば所望の一部が薄膜化された電解質膜２０１が完成する。同様の手順で空気極電極１０３に穴を作る。このとき穴の寸法は電解質膜２０１の薄膜化される部位より大きめにし、空気極電極の穴と電解質膜の薄膜化される部位を合わせられるようにする。
【０００８】
図４は本発明の一実施の形態における燃料電池のセル部の製作工程を示す概略図である。
図４（ａ）に示すように例えば多孔質カーボン板３０１に触媒粉とフッ素樹脂を混合したペースト３０２を塗布し、乾燥した後に数百度に過熱して第一の導電性膜１０１を形成する。次に図４（ｂ）に示すように一部が薄膜化された電解質膜２０１を圧着する。さらに、図４（ｃ）に示すように図４（ａ）と同様に形成した第二の導電性膜３０３を電解質膜２０１の上に圧着して三層構造のシートを形成する。そして最後に図４（ｄ）に示すように三層構造のシートを二つ折りしてセル部を形成するシートを得る。
【０００９】
図５は本発明の燃料電池を作成するためのセルの実装を示す概略図である。図１に示したセル部を容器内に収容して燃料電池を構成する。第二の導電性膜３０３は容器の金属性シール４０４に接着し正極を取り出す。金属シール４０４の一部に空気取り入れの小孔４０５を形成する。第一の導電性膜１０１は、同質材料の集電層４０６を解して負極４０２に接続される。正極となる金属シール４０４と負極４０２とは絶縁物からなるシール４０３によって絶縁される。燃料４０１は、集電層４０６と第一の導電性膜１０１の毛細管現象を利用して供給される。
【０００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料極電極で発生したガスを電解質膜に形成した薄膜を通して空気極の最外部に放出することが可能になり、反応に伴うガスにより触媒の有効な活性面積が減少することなく高出力の燃料電池発電ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池のセル部を示す概略図。
【図２】本発明の燃料電池セル部の電解質膜の一部が薄膜化されている状態の概略図
【図３】本発明の電解質膜を作製する製作工程を示す概略図
【図４】本発明のセルを作製する製作工程を示す概略図
【図５】本発明の燃料電池を作製するためのセルの実装を示す概略図
【図６】従来の燃料電池のセル構造を示す概略図
【符号の説明】
１０１：第一の導電性膜
１０２：電解質膜
１０３：第二の導電性膜
１０４：三層構造のシート
１０５：電解質膜の幅方向で第二の導電性膜と接していない面
２０１：一部微小な径が薄膜化された電解質膜
２０２：フォトレジスト
２０３：マスクパターン
２０４：レジストパターン
３０１：多孔質カーボン板
３０２：触媒粉とフッ素樹脂を混合したペースト
３０３：一部微小な径の小孔を有する第二の導電性膜
４０１：燃料
４０２：負極
４０３：絶縁物からなるシール
４０４：金属シール
４０５：空気取り入れの小孔
４０６：集電層
【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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