(57)【要約】【課題】大面積ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを用いる燃料電池および可逆燃料電池を低コストで製造できる。また、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを多種類な燃料電池および可逆燃料電池に提供できる。【解決手段】プレートの面に波形部と水素（燃料）あるいは酸素（空気）が流通する流通穴を中央に開けた平面部を形成した２種類のプレートのプレート基盤手段と、前記２種類のプレートの波形部上面または波形部下面に電解質膜を挟む多孔質電極（燃料極、空気極）の一対を形成したＭＥＡ（膜−電極接合体）手段と、前記２種類のプレートおよび多孔質電極（燃料極、空気極）の面に導電帯を形成した導電手段と、で構成した２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートと、燃料電池および可逆燃料電池では、前記２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートに絶縁体を介して交互に積み重ねた積層手段で構成する。【選択図】図１
2004311434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートの面に波形部と水素（燃料）あるいは酸素（空気）が流通する流通穴を中央に開けた平面部を形成した２種類のプレートのプレート基盤手段と、前記２種類のプレートの波形部上面または波形部下面に電解質膜を挟む多孔質電極（燃料極、空気極）の一対を形成したＭＥＡ（膜−電極接合体）手段と、前記２種類のプレートおよび多孔質電極（燃料極、空気極）の面に導電帯を形成した導電手段と、で構成した２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートと、燃料電池および可逆燃料電池では、前記２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートに絶縁体を介して交互に積み重ねた積層手段で構成したことを特徴とするＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート、およびこれを用いる燃料電池並びに可逆燃料電池。
【請求項２】
ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの電極（燃料極、空気極）の拡散触媒では、次の１〜３のいずれかの材料を用いることによって拡散触媒の機能を得ることを特徴とする請求項１記載のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート、およびこれを用いる燃料電池並びに可逆燃料電池。
１．水素解離性の金属または合金の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか被膜処理がされたものを含む機能材料であること。
２．炭素質の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか水素解離性の金属または合金で被膜処理がされたものを含む機能材料であること。
３．炭化物または酸化物の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか水素解離性の金属または合金で被膜処理がされたものを含む機能材料であること。
【請求項３】
ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの電解質膜では、次の１〜４のいずれかの材料を用いることによってプロトン伝導および水素遮断（ガス、液体を含む）の機能を得ることを特徴とする請求項１、２記載のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート、およびこれを用いる燃料電池並びに可逆燃料電池。
１．有機物（高分子）であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料であること。
２．水素解離性の金属または合金の粒子であり、その材料を母体に炭化物または酸化物で被膜処理をしてプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料であること。
３．炭素質の粒子であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料であること。
４．炭化物または酸化物の粒子であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料であること。
【請求項４】
２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートに絶縁体を介して交互に積層して、水素（燃料）と酸素（空気）の流路を分離形成し、前記ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの積層体または積層体をケーシングの内部に収納し、前記積層体またはケーシングの外面には、積層体内部の水素（燃料）および酸素（空気）の流路に連通開放する水素（燃料）用および酸素（空気）用のノズルをそれぞれ設けて構成したことを特徴とする請求項１、２、３記載のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート、およびこれを用いる燃料電池並びに可逆燃料電池。
【請求項５】
ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの電極の接続は、電導体が絶縁材料で覆われた接続端子をプレートに穴を設け貫通して設けるか、もしくは絶縁体（フィルム状）に導電帯を形成して積層体の外部へ導いて直列または並列に接続することを特徴とする請求項１、２、３、４項記載のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート、およびこれを用いる燃料電池並びに可逆燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＡ（膜−電極接合体）を用いた燃料電池、水電解装置のスタック構造に係り、特に大面積でも単純な工程で製造が可能なＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートと、これを用いる燃料電池および可逆燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素等の燃料の化学エネルギーを電気として直接取り出す燃料電池の場合では、通常、電解質層を挟んで一対の多孔質電極（燃料極、空気極）を配置して、燃料極に供給された燃料ガスは、触媒の作用によってプロトン（陽子）と電子に解離され、電子は燃料極において吸収され、他方、プロトンは、プロトン伝導膜を介して空気極に運ばれる。燃料極において吸収された電子は、負荷を経由して、空気極に運ばれる。一方、空気極に供給された酸素は、触媒の作用によりプロトン伝導膜を介して、燃料極から運ばれたプロトンおよび電子と結合して水を生成する。
【０００３】
このようにして、燃料極と空気極との間に起電力が生じ負荷に電流が流れるように燃料電池は構成されて高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができる。
【０００４】
これらの燃料電池は、電解質層を挟んで多孔質電極（燃料極、空気極）の一対をセパレータによって燃料側と空気側の流路を分離して積層される構造技術であり、文献例としては、ＪＰ特開２００２−６３９１２、ＪＰ特開２００２−１５１０９４、ＪＰ特開２００２−２６０７０５等があり、これら固体高分子型燃料電池として提供されている。
【０００５】
また、固体高分子型燃料電池と同様な構造体の水電解装置の文献例としては、ＪＰ特開２００１−８１５８９、ＪＰ特開２００２−１３５９１１、ＪＰ特開２００２−３３４７０８等があり、電解質層を挟む多孔質電極（燃料極、空気極）に直流電流を通電して水（電解液）を酸素と水素に分解する水電解装置として提供されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の燃料電池、水電解装置では、ＭＥＡ（膜−電極接合体）の面体を積層するためにセパレータで密閉化することが不可欠であるため、これに伴う複雑な構造、部材のほか作業も要することになる。
【０００７】
また、このような密閉構造の加工は、非常に多くの手間がかかり、製造コストが高くなるという問題点につながるため、大面積ＭＥＡ（膜−電極接合体）の加工に手間がかからず、製造コストの低い燃料電池あるいは水電解装置の開発が民生から産業までの広域用途で望まれている。
【０００８】
本発明は、従来技術の課題である大面積ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを低コストで製造して多種類な燃料電池に提供することにある。また、本発明の他の目的は、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを用いる可逆燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、プレートの面に波形部と水素（燃料）あるいは酸素（空気）が流通する流通穴を中央に開けた平面部を形成した２種類のプレートのプレート基盤手段と、前記２種類のプレートの波形部上面または波形部下面に電解質膜を挟む多孔質電極（燃料極、空気極）の一対を形成したＭＥＡ（膜−電極接合体）手段と、前記２種類のプレートおよび多孔質電極（燃料極、空気極）の面に導電帯を形成した導電手段と、で構成した２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートと、燃料電池および可逆燃料電池では、前記２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートに絶縁体を介して交互に積み重ねた積層手段で構成したことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
プレートの面に波形部と水素（燃料）あるいは酸素（空気）が流通する流通穴を開けた平面部を形成した２種類のプレートのＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを重ねあわせ積層して構成することで、これまでのセパレータを用いずとも水素（燃料）または酸素（空気）の流路が容易に分離できる。
【００１１】
また、２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートにおいて、一方のプレート上面の波形部には、面側から順次、水素（燃料）拡散触媒による水素（燃料）極、電解質膜、酸素（空気）拡散触媒による酸素（空気）極と、また、他方のプレート下面の波形部には、面側から順次、水素（燃料）拡散触媒による水素（燃料）極、電解質膜、酸素（空気）拡散触媒による酸素（空気）極の各層のほか、両プレートの面およびＭＥＡ（膜−電極接合体）の水素（燃料）極または酸素（空気）極の面に導電帯を形成しておき、絶縁体を介して交互に積層することで燃料電池および可逆燃料電池のスタック機能が得られる。
【００１２】
また、ＭＥＡ（膜−電極接合体）の水素（燃料）極、酸素（空気）極の拡散触媒材料では、水素解離性の金属または合金の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか被膜処理がされたものを含む機能材料、あるいは、炭素質の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか水素解離性の金属または合金で被膜処理がされたものを含む機能材料、あるいは、炭化物または酸化物の粒子であり、その粒子に水素解離性の金属または合金の微粒子を担持させるか水素解離性の金属または合金で被膜処理がされたものを含む機能材料など、を採用することでＭＥＡ（膜−電極接合体）の拡散触媒の機能が得られる。
【００１３】
また、ＭＥＡ（膜−電極接合体）の電解質膜では、有機物（高分子）であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料、あるいは、水素解離性の金属または合金の粒子であり、その材料を母体に炭化物または酸化物で被膜処理をしてプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料、あるいは、炭素質の粒子であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料、あるいは、炭化物または酸化物の粒子であり、その材料にプロトン伝導性の基が導入されたことを含む機能材料など、を採用することでＭＥＡ（膜−電極接合体）のプロトン伝導および水素遮断（ガス、液体を含む）の機能が得られる。
【００１４】
また、絶縁体を介して２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを交互に積層して、水素（燃料）と酸素（空気）の流路を分離形成し、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの積層体、または積層体をケーシングの内部に収納し、積層体またはケーシングの外面には、積層体内部の水素（燃料）および酸素（空気）の流路に連通開放する水素（燃料）用および酸素（空気）用のノズルをそれぞれ設けることで、燃料電池並びに可逆燃料電池が構成され機能が得られる。
【実施例】
【００１５】
図２よび図３実施例によって説明すると、２種類の燃料電池のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの製造は、２枚のプレート９、１０には、各々面内に凹平面４および凸平面４ａが形成され、その凹平面および凸平面の中心部に酸素（空気）の流通穴３が各々開けられ、２枚のプレート全面には、直線で平行な波溝１２、１２ａを並べ、プレートを重ねた時に波溝が交差するように各々直角方向に形成した波形部１１が形成され、かつ波形部１１の全面には、水素（燃料）が通過できる微細孔が無数開けられて、２枚のプレートの周囲面を折り曲げるか、あるいは周囲面にプレート間の間隙の厚みを持つ板材を取り付けて成形され製造される。
【００１６】
このプレート材質については、電極を兼ねる場合は、導電性の金属板ではプレス成形して製造されるが、高分子材などの場合であれば射出成形後に導電帯１５を印刷方法などで形成して製造される。
【００１７】
また、プレート９の上面およびプレート１０の下面の波形部１１には、ＭＥＡ（膜−電極接合体）の各層および導電帯１５が形成された後、図３下部に示すように、２枚のプレート９、１０が積層されるとプレート間を水素（燃料）が流通でき、さらに２枚のプレートの組み合わせがその上下に積層されると、流通穴３を酸素（空気）が通過する流路と水素（燃料）流路とが形成され水素（燃料）と酸素（空気）が分離される。
【００１８】
また、流通穴３を含む凹平面４および凸平面４ａは、流通させるものが酸素（空気）に変えて水素（燃料）を流通させる場合、純水素燃料のようにＣＯ２などを生成しないため面内に１個所でよく、炭化水素系の改質ガスを燃料として用いる場合などは、ＣＯ２などオフガスを通過させるため面内に２箇所必要となる。
【００１９】
また、２種類のプレートを積層した場合、プレート面が向き合う面の帯電は、プレート９の上面と、プレート９の上に重ねて向き合うプレートの面とが陽極であり、プレート９の裏面と、プレート９の下に重ねて向き合うプレート１０の面とが負極であり、プレート１０の裏面と、プレート１０の下に重ねて向き合うプレートの面とが陽極であり、つまり、積層されるプレート間は、陽極または負極の同極が向き合い、それが交互に連続するため電極を直列に接続するにはプレート間を絶縁した上で導電体がプレートを貫通して接続するか、もしくはプレート単位で絶縁体に導電帯を形成して積層体の外部へ引き出して、接続する必要がある。
【００２０】
具体的には、プレート９の上面の導電帯１５（陽極）と連結する接続端子１６は、プレート９の上に重ねるプレートの上面（負極）に連結して設けられる接続端子とが接続できるようにされ、プレート１０の一方の接続端子は、下面の導電帯（陽極）に連結して設けられる接続端子と、プレート１０の上に重ねるプレート９の裏面（負極）に連結して設けられる接続端子とが接続できるように、プレート１０の他方の接続端子は、上面（負極）に連結して設けられる接続端子と、プレート１０の下に重ねるプレートの上面の導電帯（陽極）に連結して設けられる接続端子とが接続できるようにされ、各々の接続端子は、電導体が絶縁材料で覆われてプレートに穴を設け貫通して設けられる。
【００２１】
また、他の接続方法は、プレート単位でフィルム状の絶縁体２９内に導電帯を形成して積層体の外部へ引き出して、積層体の外部でプレートごとの正負２極を順次直列に結線される。
【００２２】
図４実施例によって説明すると、各々プレートを基盤として、プレート９の上面およびプレート１０の下面に形成される波形部１１には、面側から、導電帯１５と、ＭＥＡ（膜−電極接合体）２６の各層として、水素（燃料）極２４、電解質膜２２、酸素（空気）極２３とが順次形成された上に導電帯１５が形成されて構成されている。
【００２３】
従来型の燃料電池、水電解装置では、セパレータとＭＥＡの組み合わせによってスタックが構成され機能するが、本発明では、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートのみで燃料電池、水電解装置などのスタックを構成してそれぞれ機能する。
【００２４】
従い、本発明のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの各膜材料は構成要素であるため、従来のＭＥＡの各膜材料に用いられる公知の拡散触媒およびプロトン伝導の材料を含めてすべての機能材料が構成要素となる。
【００２５】
ＭＥＡ（膜−電極接合体）２６の膜層の形成順は、２枚のプレート９、１０間を酸素（空気）極２３側または水素（燃料）極２４側の選択により材料が決定され、これまでの実施例では、水素（燃料）極２４側として燃料電池の説明をしたが、以後も同様として説明をする。
【００２６】
水素（燃料）極２４の水素（燃料）拡散触媒または酸素（空気）極２３の酸素（空気）拡散触媒の材料について、水素吸蔵合金と言われる水素解離性の一般的な金属（Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉなど）または合金（Ｆｅ-Ｔｉ、Ｔｉ-Ｍｎ等のチタン系、Ｍｇ-Ｎｉ等のマグネシウム系、Ｌａ-Ｎｉ等の希土類系、Ｍｇ-Ｔｉ系にＶ系を添加したものなど）の粒子であり、これらの触媒材料は、アモルファス系の合金を含み必要であればその粒子が被毒しないように金属で被膜処理が施される。
【００２７】
また、触媒材料の炭素質の粒子について、例えば、フラーレン分子は、球状炭素クラスター分子であればよく、Ｃ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４などから選ばれるフラーレン分子の単体、またはこれら２種以上の混合物のほか、グラファイトなどでもよく、とくに炭素質を限定するものではない。
【００２８】
以上の触媒材料は、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム及びルテニウム等のほか、水素解離性の金属（Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉなど）または合金（Ｆｅ-Ｔｉ、Ｔｉ-Ｍｎ等のチタン系、Ｍｇ-Ｎｉ等のマグネシウム系、Ｌａ-Ｎｉ等の希土類系、Ｍｇ-Ｔｉ系にＶ系を添加したものなど）やこれらのアモルファスの金属および合金などで、担持または被膜処理が必要によって施される。担持または被膜処理の方法例としては、スパッタなどによる均質な分散・成膜技術などを用いるほか、マイクロカプセル化する製造プロセスによって製造される。このマイクロカプセル化する製造プロセスについては、例えば金属であれば、粒子の径が１０〜３０μ程度に調整した粉末に、湿式めっきのほかＣＶＤ、ＰＶＤなどの放電式を用いて、薄膜で被膜を施して製造される。
【００２９】
また、触媒材料の炭化または酸化した金属化合物の材料について、例えば、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ニッケルなどの様々な金属化合物の粉末、酸化セリウムを主体とする複酸化物などの粉末のほか、必要に応じてこれら炭化物や酸化物とパラジウム、白金、ロジウム、イリジウム及びルテニウムから選ばれる少なくとも一種とを混合粉砕した触媒材料である。
【００３０】
この炭化または酸化した金属化合物の触媒材料への担持または被膜処理をする材料について、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム及びルテニウム等のほか、水素解離性の金属（Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉなど）または合金（Ｆｅ-Ｔｉ、Ｔｉ-Ｍｎ等のチタン系、Ｍｇ−Ｎｉ等のマグネシウム系、Ｌａ-Ｎｉ等の希土類系、Ｍｇ-Ｔｉ系にＶ系を添加したものなど）やこれらのアモルファスの金属および合金などがある。担持または被膜処理の方法例としては、スパッタなどによる均質な分散・成膜技術などを用いるほか、マイクロカプセル化する製造プロセスによって製造され、特に限定されるものではない。
【００３１】
また、これらの触媒層の薄膜形成は、一例として、触媒材料と結着材と機能溶剤などを用いペースト状にして、水素（燃料）極２４または酸素（空気）極２３の拡散触媒層として成膜され、必要であれば焼結して形成される。
【００３２】
電解質膜２２の高分子材料について、電解質材料として公知されているものは、側鎖にスルホン酸基やカルボキシル基の陽イオン交換基を有する高分子でプロトン解離性の基を導入して用いたプロトン伝導材料（パーフルオロスルホン酸重合体／デュポン、旭化成等）がある。
【００３３】
また、電解質膜２２の水素解離性の金属または合金の粒子を母体にする材料について、水素吸蔵合金と言われる水素解離性の一般的な金属（Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉなど）または合金（Ｆｅ-Ｔｉ、Ｔｉ-Ｍｎ等のチタン系、Ｍｇ-Ｎｉ等のマグネシウム系、Ｌａ-Ｎｉ等の希土類系、Ｍｇ-Ｔｉ系にＶ系を添加したものなど、アモルファス系の合金を含む）の粒子で、これらの材料の表面に、公知されている製法を用いて、炭化物または酸化物で被膜を施して、プロトン解離性の基を導入して用いるプロトン伝導材料である。
【００３４】
また、電解質膜２２の炭素質の粒子材料について、例えば、フラーレン分子は、球状炭素クラスター分子であればよく、Ｃ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４などから選ばれるフラーレン分子の単体、またはこれら２種以上の混合物もあるが、グラファイトでもよく、とくに炭素材料を限定するものではなく、プロトン解離性の基を導入して用いるプロトン伝導材料である。
【００３５】
また、電解質膜の炭化物または酸化物の材料として、例えば、炭化チタン、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ニッケルなどの様々な金属化合物の粒子、酸化セリウムを主体とする複酸化物などの粒子のほか、ジルコニア系、セリア系などの材料にＹ-Ｏ、Ｙｂ-Ｏ、Ｄｙ-Ｏ、Ｅｒ-Ｏ、Ｅｕ-Ｏ、Ｇｄ-Ｏ、Ｈｏ-Ｏ、Ｌｕ-Ｏ、Ｓｍ-Ｏ、Ｔｍ-Ｏの内少なくとも１種類以上を添加した粒子またはＬａ（Ｓｒ、Ｃａ）Ｍｎ-Ｏ、ペロブスカイト型酸化物（ＬＳＣＭ）とイットリアドープジルコニア（ＹＳＺ）との複合粉末（ＬＳＣＭ／ＹＳＺ）を含む粒子であり、プロトン解離性の基を導入して用いるプロトン伝導材料である。
【００３６】
これら電解質のプロトン解離性の基について述べると、「プロトン（Ｈ＋）の解離」とは、「電離によりプロトンが（官能基から）離れること」を意味し、「プロトン解離性の基」とは、「プロトンが電離により離脱し得る官能基」を意味する。
【００３７】
酸処理や加水分解等の公知の処理を適宜組み合わせて施すことにより、材料に必要なプロトン解離性の基を導入できる。また、プロトン解離性の基とともに、電子吸引基、たとえば、ニトロ基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトリル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子（フッ素、塩素など）などが導入される。
【００３８】
また、電解質膜の成形方法は、公知されている方法でよく、材料により選択でき、特に限定されず、材料と結着材と機能溶剤などを用いディッピング法、スプレー法、刷毛塗り法等であって良い。ディッピング法としては、大気中でスラリーの中に基体を浸漬させる通常のディッピング法の他、加圧ガス中や真空中でディッピングを行う方法を採用できるほか、必要であれば焼結して形成される。
【００３９】
図１の実施例によって説明すると、燃料電池の断面構造であって、絶縁体２９を介してＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート１０の上にプレート９を重ねる組み合わせ方で積層して、水素（燃料）流路４０と、酸素（空気）流路４５を分離形成したＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの積層体をケーシング２の内部に収納し、ケーシング２の外面には、内部の積層体の水素（燃料）および酸素（空気）の流路に連通開放する水素（燃料）用のノズルおよび酸素（空気）用のノズル５をそれぞれ設けて構成されている。
【００４０】
絶縁体２９は、プレート間の電流の絶縁、平面部およびプレート周囲の接合部の機密シールの機能を目的として、形状は、プレートの波山１８および平面部４、４ａが接触するところやプレートの周囲の接合部１９で機能するようにくり抜かれたフィルム状なものや、絶縁物を必要部に塗りつけ固化したり印刷したものでよく、材質は、絶縁性、耐熱性、耐蝕性、機密性がよいものであればよい。
【００４１】
また、一方の酸素（空気）用のノズルから空気をポンプで送り込み、空気流路の酸素（空気）拡散触媒層で生成した水分を溜めることなく気流で運び、他方の酸素（空気）用のノズルから送りだすことができる。
【００４２】
また、水素（燃料）極の拡散触媒の材料を選択して用いることで、様々な燃料が水素（燃料）用のノズルから導入され、オフガスなど必要によって他方の水素（燃料）用のノズルから放出することができる。
【００４３】
可逆燃料電池または水電解装置として用いる場合は、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート構成は燃料電池同様ではあるが、接続端子は、水電解作動時にプレート間に水（電解液）を充満させるためにプレート間の導電帯が短絡するため接続端子は機能しないことから用いず、プレート単位でフィルム状の絶縁体内に導電帯を形成して積層体の外部へ引き出しておき、プレート間ごとの同極を並列に配線したりプレートごとの正負２極を順次直列に配線して、都度並列または直列に切り替え、陽極側では酸素および負極側では水素を生成したり可逆的に発電を行うことができる。
【００４４】
また、この水電解装置の構成を二次電池へ適用することもできる。
【００４５】
図５、図６、図７実施例によって説明すると、これまで説明してきた燃料電池および水電解装置は、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートが比較的小面積に向くものであるが、以下は、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートが比較的大面積に向くものである。
【００４６】
２種類の燃料電池のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの製造は、２枚のプレート７０、７１には、各々面内に凹平面８０、８０ａ、８２、８２ａおよび凸平面８５、８５ａ、８７、８７ａが形成され、その凹平面および凸平面の中心部に酸素（空気）の流通穴８１、８６、８３、８８が各々開けられ、２枚のプレート全面には、直線で平行な波溝７３、７４を並べプレートを重ねた時に波溝が交差するように各々直角方向に形成した波形部７２が形成され、かつ波形部７２の全面には、水素（燃料）が通過できる微細孔が無数開けられて、２枚のプレートの周囲面は、折り曲げるか、あるいは周囲面にプレート間の間隙の厚みを持つ板材を取り付けて成形され製造される。
【００４７】
このプレート材質については、電極を兼ねる場合は、導電性の金属板をプレス成形して製造されるが、高分子材などの場合であれば射出成形後に導電帯７５を印刷方法などで形成して製造される。
【００４８】
また、プレート７０の上面およびプレート７１の下面の波形部７２には、ＭＥＡ（膜−電極接合体）の各層および導電帯７５が形成された後、第７図に示すように、２枚のプレート７０、７１が積層されるとプレート間を水素（燃料）が右左に通過でき、さらに２枚のプレートの組み合わせがその上下に積層されると、流通穴８１、８５、８３、８８を酸素（空気）が通過する流路と水素（燃料）流路とが形成され水素（燃料）と酸素（空気）が分離される。
【００４９】
また、流通穴８１、８５、８３、８８を含む凹平面８０、８０ａ、８２、８２ａおよび凸平面８５、８５ａ、８７、８７ａは、酸素（空気）および炭化水素系の改質ガスを燃料として用いる場合は、オフガスを通過させるために２箇所必要となる。
【００５０】
また、積層されるプレート間は、陽極または負極の同極が向き合い、それが交互に連続するため、図２、図３で明したものと同様に、電極を直列に接続するにはプレート間を絶縁した上で電導体がプレートを貫通して接続されるか、もしくはプレート単位でフィルム状の絶縁体内に導電帯を形成して積層体の外部へ引き出して直列に接続されている。
【００５１】
また、ＭＥＡ（膜−電極接合体）２６については、図４の実施例によって説明したものと同様に、各々プレートを基盤として、導電帯７５、水素（燃料）極２４、電解質膜２２、酸素（空気）極２３の各層が形成された上に導電帯７５、が形成されている。
【００５２】
ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの積層については、図１の説明同様に、絶縁体２９を介してＭＥＡ（膜−電極接合体）プレート７１の上にプレート７０を重ねる組み合わせ方で積層して、水素（燃料）流路４０と、酸素（空気）流路４５を分離形成し、積層体の水素（燃料）および酸素（空気）の流路に連通開放する水素（燃料）用のノズルおよび酸素（空気）用のノズル５をそれぞれ設けて構成され、水素（燃料）６０および酸素（空気）５０が流入し通過している。
【００５３】
また、可逆燃料電池および水電解装置として用いる場合について、接続端子は、前述と同様で水電解作動時にプレート間に水（電解液）を充満させるためプレート間の導電帯が短絡するために接続端子は機能しないことから用いず、プレート単位でフィルム状の絶縁体内に導電帯を形成して積層体の外部へ引き出しておき、プレート間ごとの同極を並列に配線したりプレートごとの正負２極を順次直列に配線して、都度並列または直列に切り替え、陽極側では酸素および負極側では水素を生成したり可逆的に発電を行う。
【００５４】
また、この水電解装置の構成を二次電池へ適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、ＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートが構成されると、大面積化を可能にする。特に燃料電池および可逆燃料電池が低コストにできるという利点がある。水素社会においては、有害排出物がないという利点もあり地球環境保全によく、民生から産業までの広域分野で功を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例の外観図であって、燃料電池の断面を示している。
【図２】本発明の一実施例の平面図であって、２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの上面を示している。
【図３】本発明の一実施例の断面図であって、２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの側面を示している。
【図４】本発明の一実施例の断面図であって、絶縁体を介して２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートを積層した側面を示している。
【図５】本発明の一実施例の平面図であって、２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの上面を示している。
【図６】および
【図７】本発明の一実施例の断面図であって、２種類のＭＥＡ（膜−電極接合体）プレートの側面を示している。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃料電池
２  ケーシング
５  ノズル
９、１０、７０、７１  プレート
１１、１１ａ、７２  波形部  
１２、１２ａ、７３、７４  波溝
１５、７５  導電帯
１６、７６  接続端子
２２  電解質膜
２３  酸素（空気）極
２４  水素（燃料）極
２６  ＭＥＡ（膜−電極接合体）
２９  絶縁体
４０  水素（燃料）流路
４５  酸素（空気）流路
【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】
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