(57)【要約】【課題】  電極と水素透過性金属層との短絡に起因する燃料電池の電池効率の低下を抑制することを目的とする。【解決手段】  水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に積層されると共にプロトン伝導性を有する電解質層とを有する燃料電池であって、前記電解質層上に形成され、電気的に非連続な複数の区画からなる電極と、前記電極における前記電解質層との接触面と反対側の面に形成される集電体と、前記複数の区画のうち、前記水素透過性金属層との間で短絡している区画と前記集電体との間の電気的接続を遮断する遮断手段とを設けた燃料電池とする。【選択図】  図１
2005243419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に積層されると共にプロトン伝導性を有する電解質層とを有する燃料電池であって、
前記電解質層上に形成され、電気的に非連続な複数の区画からなる電極と、
前記電極における前記電解質層との接触面と反対側の面に形成される集電体と、
前記複数の区画のうち、前記水素透過性金属層との間で短絡している区画と前記集電体との間の電気的接続を遮断する遮断手段と
を設けた燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記電極を構成する複数の区画同士を絶縁性を有する材料を用いて仕切る区画手段を設けた燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池であって、
前記遮断手段は、前記短絡している区画と前記集電体との間に介装する絶縁性を有する絶縁層である燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記絶縁層は、前記短絡している区画上であって、電極側に形成された層である燃料電池。
【請求項５】
水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に積層されると共にプロトン伝導性を有する電解質層とを有する燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記電解質層上に、電気的に非連続な複数の区画からなる電極を形成する工程と、
（ｂ）前記電極の複数の区画のうち、前記水素透過性金属層との間で短絡している区画を特定する工程と、
（ｃ）前記特定された区画と該区画に当接する集電体との間の電気的接続を遮断する遮断層を形成する工程と
を備えた燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ａ−１）前記水素透過性金属層上の全面に絶縁性を有する材料からなる絶縁層を形成する工程と、
（ａ−２）前記形成された絶縁層のうち、所定の部分を除去して複数の領域を形成する工程と、
（ａ−３）前記形成された領域毎に、前記電解質層を形成する工程と、
（ａ−４）前記形成された電解質層上に前記電極を形成し、複数の区画を形成する工程と
からなる燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ａ１−１）前記水素透過性金属層上の全面に前記電解質層を形成する工程と、
（ａ１−２）前記形成された電解質層上の全面に前記電極を形成する工程と、
（ａ１−３）前記電解質層および前記電極のうち、少なくとも該電極の所定の部分を除去し、複数の区画を形成する工程と
からなる燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ａ１−３）で除去する所定の部分に、絶縁性を有する材料を挿入して前記区画を仕切る工程を更に加えてなる燃料電池の製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ａ２−１）前記水素透過性金属層上の全面に前記電解質層を形成する工程と、
（ａ２−２）前記全面に形成した前記電解質層のうち、所定の部分を除去し、該電解質層を複数に分割する工程と、
（ａ２−３）前記除去する所定の部分に、絶縁性を有する材料を挿入して前記区画を仕切る工程と、
（ａ２−４）前記分割された電解質層上に前記電極を形成し、複数の区画を形成する工程と
からなる燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｃ）は、
（ｃ−１）前記特定された区画上に前記電気的接続を遮断する遮断層となりうる材料を生成する工程と、
（ｃ−２）前記材料に所定の処理を施して該材料を絶縁性の材料とし、前記遮断層を形成する工程と
からなる燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｃ）は、前記短絡している区画上に、前記遮断層として電解めっき法を用いためっきの層を生成する工程であり、
前記短絡している区画上に選択的に前記めっきの層を生成することで、前記工程（ｂ）を実施することなく前記電気的接続を遮断する燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素透過性金属層を備える燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な構造の燃料電池が提案されている。例えば、下記特許文献１には、プロトン伝導性を有する電解質層のアノード側に、水素透過性を有するパラジウム系金属膜を配設した燃料電池が開示されている。このような燃料電池は、例えば、金属薄膜である水素透過性金属層上に、セラミックスなどの固体電解質層を成膜し、その膜上に集電用の電極を薄く、かつ、均一に成膜することによって製造することができる。こうした電極の成膜技術には、スパッタリング法やイオンプレーティング法等が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９９１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした燃料電池の製造では、固体電解質層の成膜条件に起因して、固体電解質層において数原子レベルの幅のマイクロクラックやピンホール等の微細孔が発生する可能性がある。こうした微細孔を有する固体電解質層上に、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて原子レベルの電極用材料を飛ばして電極を成膜する場合、図６に示すように、固体電解質層４１０の微細孔４１０ａ，４１０ｂに電極用材料４２０ａが入り込んで付着し、電極４２０と水素透過性金属層４００との間が短絡することがあった。その結果、燃料電池全体の電池効率が低下する場合があった。
【０００５】
本発明は、電極と水素透過性金属層との短絡に起因する燃料電池の電池効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池は、上記課題を解決するため、以下の手法を採った。すなわち、水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に積層されると共にプロトン伝導性を有する電解質層とを有する燃料電池であって、前記電解質層上に形成され、電気的に非連続な複数の区画からなる電極と、前記電極における前記電解質層との接触面と反対側の面に形成される集電体と、前記複数の区画のうち、前記水素透過性金属層との間で短絡している区画と前記集電体との間の電気的接続を遮断する遮断手段とを設けたことを要旨としている。
【０００７】
本発明の燃料電池によれば、電極を複数の区画から構成し、その複数の区画のうち、水素透過性金属層との間で短絡している区画と集電体との電気的接続を遮断する。したがって、短絡区画の存在による電極への影響範囲を低減し、水素透過性金属層と電極との間の短絡に起因する燃料電池の性能の低下を抑制することができる。
【０００８】
上記の構成を有する燃料電池において、電極を構成する複数の区画同士を絶縁性を有する材料を用いて仕切る区画手段を備えるものとしても良い。かかる燃料電池によれば、区画手段を用いて電極を複数の小面積に仕切ることで、容易に電気的に非連続な区画を形成することができる。加えて、絶縁性を有する材料によって仕切ることで、区画間での電子の移動を妨げることができる。
【０００９】
上記の構成を有する燃料電池の遮断手段は、前記短絡している区画と前記集電体との間に介装する絶縁性を有する絶縁層であるものとしても良い。かかる燃料電池によれば、絶縁層を介装することで、短絡している区画と集電体との間の電気的な接続を遮断することができる。
【００１０】
上記の遮断手段として介装する絶縁層は、短絡している区画と集電体との間であれば、電極側、集電体側のどちらに設けるものとしても良いが、特に、短絡している区画上であって、電極側に形成された層とすることができる。かかる燃料電池によれば、電極の区画を製造する一連の製造工程中に絶縁層を生成することができる。
【００１１】
本発明の燃料電池の製造方法は、水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に積層されると共にプロトン伝導性を有する電解質層とを有する燃料電池の製造方法であって、（ａ）前記電解質層上に、電気的に非連続な複数の区画からなる電極を形成する工程と、（ｂ）前記電極の複数の区画のうち、前記水素透過性金属層との間で短絡している区画を特定する工程と、（ｃ）前記特定された区画と該区画に当接する集電体との間の電気的接続を遮断する遮断層を形成する工程とを備えたことを要旨としている。
【００１２】
本発明の燃料電池の製造方法によれば、電極を複数の区画により形成し、短絡している区画を特定し、その区画と集電体との電気的接続を遮断する。したがって、電解質層にマイクロクラックやピンホール等の微細孔が存在し、電極の製造過程においてその微細孔に電極材料が入り込み短絡が発生しても、事後的に短絡している区画と集電体との電気的接続を遮断することができる。
【００１３】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、工程（ａ）は、（ａ−１）前記水素透過性金属層上の全面に絶縁性を有する材料からなる絶縁層を形成する工程と、（ａ−２）前記形成した絶縁層のうち、所定の部分を除去して複数の領域を形成する工程と、（ａ−３）前記形成された領域毎に、前記電解質層を形成する工程と、（ａ−４）前記形成された電解質層上に前記電極を形成し、複数の区画を形成する工程とからなるものとしても良い。
【００１４】
かかる燃料電池の製造方法によれば、水素透過性金属層上に形成した絶縁層の一部を除去し、残余の絶縁層によって、水素透過性金属層上の面を複数の領域に仕切る。残余の絶縁層で仕切られた領域に電解質層、電極を形成するため、電極を電気的に非連続な複数の区画に分割して生成することができる。
【００１５】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、工程（ａ）は、（ａ１−１）前記水素透過性金属層上の全面に前記電解質層を形成する工程と、（ａ１−２）前記形成された電解質層上の全面に前記電極を形成する工程と、（ａ１−３）前記電解質層および前記電極のうち、少なくとも該電極の所定の部分を除去し、複数の区画を形成する工程とからなるものとしても良い。
【００１６】
かかる燃料電池の製造方法によれば、水素透過性金属層上に電解質層、電極を形成した後に、少なくとも電極の一部を除去して複数の区画を形成する。電極を構成する各区画は、近隣の区画同士と接触することがなく、電気的に非連続な複数の区画を生成することができる。
【００１７】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、前記工程（ａ１−３）で除去する所定の部分に、絶縁性を有する材料を挿入して前記区画を仕切る工程を更に加えてなるものとしても良い。
【００１８】
かかる燃料電池の製造方法によれば、絶縁性の材料を挿入して各区画同士を電気的に非連続とすることで、信頼性の高いものとすることができる。また、絶縁性を有する材料の挿入により、所定の部分の除去により形成された空間を埋めることができるため、機械的な強度の低下を抑制することができる。
【００１９】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、工程（ａ）は、（ａ２−１）前記水素透過性金属層上の全面に前記電解質層を形成する工程と、（ａ２−２）前記全面に形成した前記電解質層のうち、所定の部分を除去し、該電解質層を複数に分割する工程と、（ａ２−３）前記除去する所定の部分に、絶縁性を有する材料を挿入して前記区画を仕切る工程と、（ａ２−４）前記分割された電解質層上に前記電極を形成し、複数の区画を形成する工程とからなるものとしても良い。
【００２０】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、工程（ｃ）は、（ｃ−１）前記特定された区画上に前記電気的接続を遮断する遮断層となりうる材料を生成する工程と、（ｃ−２）前記材料に所定の処理を施して該材料を絶縁性の材料とし、前記遮断層を形成する工程とからなるものとしても良い。
【００２１】
かかる燃料電池の製造方法によれば、遮断層を構成する材料に、所定の処理を施すことで絶縁性を有する材料を使用し、所定の処理を経て、遮断層を形成する。したがって、遮断層に使用する材料の選択肢に幅を持たせることができる。
【００２２】
上記の構成を有する燃料電池の製造方法において、工程（ｃ）は、前記短絡している区画上に、前記遮断層として電解めっき法を用いためっきの層を生成する工程であり、前記短絡している区画上に選択的に前記めっきの層を生成することで、前記工程（ｂ）を実施することなく前記電気的接続を遮断するものとしても良い。
【００２３】
かかる燃料電池の製造方法によれば、通電によりめっきの層を生成する電解めっき法の用いることで、各区画と前記水素透過性金属層との間で短絡している区画上に選択的にめっきの層を生成することができる。したがって、短絡している区画を特定する検査工程を不要にできる。さらに、電解めっき法を用いることで、短絡の発生しない区画にはめっきの層は生成されないため、意図した場所以外への成膜を回避するマスキング等の処理を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて次の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
Ｂ．仕切部材の構造：
Ｃ．ＭＥＡの製造方法：
Ｃ−１．製造方法の変形例：
Ｄ．第２実施例：
Ｅ．変形例：
【００２５】
Ａ．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第1実施例としての燃料電池を構成する単セルの概略構成を示す断面模式図である。第1実施例の燃料電池は、燃料ガス中から水素を分離する水素分離膜を備えた水素分離膜型燃料電池であり、図１に示す単セル１０を複数積層し、両端から締結力を与えることで複数の単セル１０を直列に接続したスタック構造をしている。
【００２６】
図１に示すように、この単セル１０は、主に、燃料電池での電気化学反応に使用する燃料ガスや酸化ガスの流路となるガスセパレータ６０，７０、電解質膜と電極とを一体で備えたＭＥＡ１００（Membrane-Electrode Assembly）等からなり、ガスセパレータ６０，７０でＭＥＡ１００を両側から挟みこんで形成されている。なお、図示は省略するが、スタック構造の内部温度を調整するために、各単セル間に、または所定数の単セルを積層する毎に、燃料電池を冷却する冷媒の通過する冷媒流路を設けるものとしても良い。
【００２７】
ガスセパレータ６０，７０は、カーボンや金属などの導電性材料で形成され、燃料ガス，酸化ガスを透過させない緻密質体で構成されている。ガスセパレータ６０の表面には燃料ガスを単セル１０内部に導く燃料ガス流路６５を形成する凹凸形状が、ガスセパレータ７０の表面には酸化ガスを単セル１０内部に導く酸化ガス流路７５を形成する凹凸形状が、それぞれ形成されている。
【００２８】
こうしたガスセパレータ６０，７０の流路のうち、燃料ガス流路６５には燃料ガスとしての炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスが、酸化ガス流路７５には酸化ガスとしての空気が、それぞれ供給される。ガスセパレータ６０，７０は、供給された水素リッチガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応により発生する電気を集電する機能を有している。
【００２９】
ＭＥＡ１００は、水素分離膜としての水素透過性金属層２０，電解質膜としての電解質層３０，仕切部材５０，カソード電極４０等から構成されている。水素透過性金属層２０は、水素透過性を有する金属からなる層であり、例えば、パラジウム（Ｐｄ），Ｐｄ合金等により形成することができる。水素透過性金属層２０は、燃料ガス流路６５を介して供給される水素リッチガスのうち、水素リッチガスに含有する水素のみを選択的に透過させる。本実施例では、この水素透過性金属層２０は、水素分離膜としての機能に加え、水素のイオン（プロトン）化を活性する触媒機能およびアノード電極としての機能を有する。
【００３０】
電解質層３０は、プロトン伝導性を有する固体電解質からなり、電気的な絶縁性を有する層である。電解質層３０には、例えば、固体酸化物であるＢａＣｅＯ3、ＳｒＣｅＯ3系のペロブスカイトやパイロクロア等を用いることができる。こうした電解質層３０は、緻密な水素透過性金属層２０上に薄膜として成膜される。かかる薄膜化により、固体酸化物の膜抵抗を低減している。
【００３１】
カソード電極４０は、電解質層３０上に成膜された金属からなる層であり、例えば、Ｐｄ等により形成することができる。このカソード電極４０は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する貴金属により形成することができる。なお、電気化学反応を促進するため、白金（Ｐｔ）等の触媒層を設けるものとしても良い。
【００３２】
仕切部材５０は、絶縁性を有する材料により構成され、水素透過性金属層２０上に成膜される電解質層３０，電解質層３０上のカソード電極４０を複数の区画に分割する部材である。つまり、カソード電極４０は、複数の電気的に非連続な区画の集合体として構成され、例えば、欠損等を有する不所望な区画には所定の処理を施し、それ以外の区画を有効に使用することができる。なお、こうした部品からなるＭＥＡ１００の製造方法に関しては、後述する。
【００３３】
Ｂ．仕切部材の構造：
図２は、第1実施例のＭＥＡ１００を構成する仕切部材５０の形状を示す模式図である。図２（ａ）はＭＥＡ１００をカソード電極４０側から見た平面図を示し、図２（ｂ）は図１と同様にＭＥＡ１００の一断面模式図を示している。なお、図２（ａ）に示した１〜６の数字は、区画を区別するための番号を示している。
【００３４】
図示するように、仕切部材５０は、電解質層３０とカソード電極４０とを小面積のます目状に６等分する枠形状をしており、水素透過性金属層２０上に設けられている。本実施例では、６個の区画（区画１〜６）を設けるよう仕切部材５０の形状を決定しているが、所望する区画の数に合わせて仕切部材５０の形状を決定するものとすれば良い。
【００３５】
６個に分割された区画同士は、絶縁性材料である仕切部材５０により電気的に非連続なものとなる。こうした区画（１〜６）のうち、水素透過性金属層２０上に電解質層３０を成膜する過程で、例えば区画６の電解質層３０にピンホールやクラックなどの微細孔３０ａが発生したとする。この区画６の微細孔３０ａを有する電解質層３０上にカソード電極４０を成膜すると、カソード電極材料４０ａが微細孔３０ａに入り込んで付着し、区画６は水素透過性金属層２０とカソード電極４０との間で短絡が生じる短絡区画となる。本実施例では、この短絡区画のカソード電極４０表面にのみ絶縁物質からなる絶縁層５５を形成する。こうすることで、区画６に短絡発生箇所があっても、区画１〜区画５を使用することができる。
【００３６】
第1実施例のＭＥＡ１００構造によれば、従来、水素透過性金属層と電極との間で１箇所でも短絡が発生している場合にＭＥＡ１００の構成部品として不適当であるとして扱われてきた部品を、仕切部材５０を用いて短絡している区画のみに絶縁層５５を形成することで、使用することができる。具体的には、図２に示したように、区画６に絶縁層５５を施すことで全体の５／６が使用できる。つまり、短絡を防止し、燃料電池の性能低下を抑制することができると共に、製品の歩留まりを高めることができる。
【００３７】
Ｃ．ＭＥＡの製造方法：
以下に、燃料電池を構成する単セル１０の製造方法として、水素透過性金属層２０，電解質層３０，カソード電極４０，仕切部材５０からなるＭＥＡ１００の製造工程を説明する。図３は、ＭＥＡ１００の製造工程を示す工程図である。
【００３８】
ＭＥＡ１００の製造においては、ＭＥＡ１００の構造基材となる水素透過性金属層２０を準備する（ステップＳ３００）。水素透過性金属層２０を形成する基材としては、Ｐｄ合金を使用している。
【００３９】
続いて、水素透過性金属層２０の表面に、絶縁材料からなる絶縁材料層を形成する（ステップＳ３１０）。絶縁材料層には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を使用している。この絶縁材料層の成膜には、物理蒸着法（ＰＶＤ）であるスパッタリング法を用いているが、イオンプレーティング法等を用いることとしても良い。
【００４０】
このステップＳ３１０で形成された絶縁材料層のうち、不要な部分をエッチングにより除去する（ステップＳ３２０）。この工程を経ることで、絶縁材料層は図２に示した形状の仕切部材５０を構成する。つまり、エッチングで除去する絶縁材料層の不要部分は、図２に示した各区画（１〜６）の位置に該当する部分であり、水素透過性金属層２０が露出する深さまで絶縁材料層が除去される。なお、絶縁材料層の除去は、エッチングに限らず、アルゴンイオンを用いたスパッタリングや、化学的，物理的な種々の除去方法を用いることができる。
【００４１】
こうして絶縁材料層が除去され露出した水素透過性金属層２０上に電解質層３０を成膜する（ステップＳ３３０）。この電解質層３０には、固体酸化物であるＢａＣｅＯ3系ペロブスカイトを使用しており、成膜には、上述の物理蒸着法（ＰＶＤ）を用いている。こうした成膜方法により、水素透過性金属層２０上に前述の固体酸化物を生成させて（結晶化して）膜を形成し、電解質層３０を形成する。この電解質層３０の膜厚は、既成の仕切部材５０の厚みの半分程度である。なお、成膜方法としては、化学蒸着法（ＣＶＤ）などを用いることとしても良い。
【００４２】
続いて、ステップＳ３３０で形成された電解質層３０上に、カソード電極４０を成膜する（ステップＳ３４０）。カソード電極４０には、Ｐｄを使用している。この成膜方法も、上述の成膜と同様、物理蒸着法（ＰＶＤ）を用いている。これにより、カソード電極４０を構成する電極部材（Ｐｄ）を原子レベルで放出し、電解質層３０上に薄く均一な膜を生成する。なお、この工程で形成されたカソード電極４０は、ステップＳ３２０により生成された仕切部材５０により、６個の区画に分割されている。
【００４３】
こうして形成されたカソード電極４０の区画について、所定の区画の電極表面上に絶縁物質からなる絶縁層５５を形成し（ステップＳ３５０）、ＭＥＡ１００を完成させる。この工程での所定の区画とは、水素透過性金属層２０とカソード電極４０の区画との間で短絡している区画（短絡区画）である。短絡区画に絶縁層５５を形成する方法としては、電解めっき法を用いている。
【００４４】
電解めっき法は、通電によりめっきが施されるため、導電性を有しない（つまり、欠陥のない）電解質層３０上の区画には絶縁層５５は形成されず、通電する短絡区画のみに選択的に絶縁層５５が形成される。つまり、短絡の生じる区画を特定する検査工程を必要とすることなく、めっきを施すことができる。本実施例では、電解めっき法により生成する絶縁層５５の絶縁物質として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を使用している。なお、電解めっき法に用いる材料は、絶縁物質に限らず、例えば、Ｃｒ，Ａｌなどの金属からなる金属層をカソード電極３０の短絡区画に形成した後、酸化処理および窒化処理を施すことで金属層を絶縁層５５に変えるものとしても良い。
【００４５】
この一連の工程を経て完成したＭＥＡ１００を挟み込むように、ガスセパレータ６０，７０を配置して単セル１０を形成し、この単セル１０を所定数積層することで、燃料電池が完成する。
【００４６】
以上に示した工程を備えた燃料電池の製造方法によれば、水素透過性金属層２０とカソード電極４０との間で短絡している区画のみを絶縁層５５で覆い、短絡を防止した単セル１０を用いた燃料電池を製造することができる。したがって、温度等の成膜条件により欠損を有する電解質層３０であっても、燃料電池の構成部品として使用することができる。その結果、電解質層３０の欠損を低減するための成膜条件を管理する負担を軽減することができる。さらに、短絡区画に施す絶縁層５５の形成に電解めっき法を用いているため、短絡の生じる区画を特定する検査工程を必要としない。また、電解めっき法によれば、絶縁層５５の製造工程において、短絡しない区画に絶縁物質が付着しないようにマスキング等の処理を施す必要もない。
【００４７】
Ｃ−１．製造方法の変形例：
第１実施例の製造方法では、まず水素透過性金属層２０上に仕切部材５０を形成し、電解質層３０，カソード電極４０の順に成膜することでＭＥＡ１００を製造するものとしたが、例えば、図４に示す製造方法によるものとしても良い。
【００４８】
図４は、第１実施例の製造方法の変形例としてのＭＥＡの製造工程を示す工程図である。なお、各層等に使用する材料は、第１実施例の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
【００４９】
図示するように、ＭＥＡの構造の基材となる水素透過性金属層２０を準備する（ステップＳ４００）。この工程は、図３に示した工程図のステップＳ３００と同様である。続いて、水素透過性金属層２０上に電解質層３０を成膜し（ステップＳ４１０）、さらに、カソード電極４０を成膜する（ステップＳ４２０）。電解質層３０、カソード電極４０の成膜には、前述の物理蒸着法を用いている。
【００５０】
こうして形成されたカソード電極４０、電解質層３０に対して、エッチングを用いた不要箇所の除去を施し、６個の区画を生成する（ステップＳ４３０）。つまり、電解質層３０とカソード電極４０とからなる６個の区画は水素透過性金属層２０上に生成され、各区画は、近傍の区画とは非連続の状態とされている。
【００５１】
続いて、ステップＳ４３０の不要箇所の除去により作られた空間に、絶縁材料からなる仕切部材５０を形成する（ステップＳ４４０）。
【００５２】
この仕切部材５０により隔てられて各区画について、水素透過性金属層２０との間で短絡が生じるか否かを検査する（ステップＳ４５０）。この検査工程では、区画１〜区画６の各区画について、水素透過性金属層２０との間の短絡をテスター等を用いて調べている。
【００５３】
こうして短絡区画の有無を検査し、短絡区画が存在しない場合は、そのままＭＥＡは完成する。他方、短絡区画が存在する場合は、短絡区画に絶縁層５５を形成して（ステップＳ４６０）、ＭＥＡは完成する。この絶縁層５５の形成には、物理蒸着法を用いている。なお、第１実施例の製造方法と同様、金属からなる金属層を特定した短絡区画に形成し、その後、酸化処理等を経て絶縁層５５を形成するものとしても良い。
【００５４】
こうした製造方法によれば、電解質層３０に欠損が存在しても事後的に絶縁層５５を施して対処できるため、電解質層３０，カソード電極４０の成膜に際し、温度等の成膜条件を詳細に管理する必要がない。
【００５５】
なお、図４に示した製造方法では、仕切部材５０を最後に製造しているが、例えば、水素透過性金属層２０上の全面に電解質層３０を形成後、仕切部材５０を形成し、仕切られた区画にカソード電極４０を成膜するものとしても良い。この場合、水素透過性金属層２０上の全面に成膜された電解質層３０に対して、エッチング等により、仕切部材５０を形成するのに不要な部分を除去するものとすれば良い。また、ステップＳ４５０の検査工程、ステップＳ４６０の絶縁増５５の形成に替えて、図３のステップＳ３５０に示した電解めっき法を用いるものとしても良い。
【００５６】
図４の製造方法では、電解質層３０の一部もエッチングにより除去しているが、仕切部材５０はカソード電極４０を分割するものであればよく、必ずしも電解質層３０までエッチングにより除去する必要はない。
【００５７】
その他の製造方法として、仕切部材５０を構造物として初めから形成しておき、水素透過性金属層２０に積層し、電解質層３０，カソード電極４０を順次成膜するものとしても良い。この場合、仕切部材５０を一つの構造物として取り扱うため、仕切部材５０に所定の厚みが必要となるが、ガスセパレータ側で調整することで対応することができる。
【００５８】
Ｄ．第２実施例：
図５は、第２実施例としての燃料電池の単セルを構成するＭＥＡを示す模式図である。図５（ａ）はＭＥＡ２００をカソード電極側から見た平面図を示し、図５（ｂ）はＭＥＡ２００の一断面模式図を示している。なお、図５（ａ）に示した１〜６の数字は、区画を区別するための番号を示している。
【００５９】
図示するように、第２実施例のＭＥＡ２００は、第１実施例のＭＥＡ１００と同様、水素透過性金属層２０，電解質層３０，カソード電極４０等により構成されている。したがって、各層の材料、機能等は、第１実施例のＭＥＡ１００と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
第２実施例のＭＥＡ２００は、水素透過性金属層２０上に６個の電解質層３０とカソード電極４０からなる区画を設けている。第１実施例のＭＥＡ１００では仕切部材５０を用いてカソード電極４０を複数の区画に分割したが、第２実施例のＭＥＡ２００では仕切部材５０を用いていない。つまり、第２実施例のＭＥＡ２００では、互いに電気的に非連続な独立した６個の区画によりカソード電極４０を構成している。
【００６１】
この６個の各区画のうち、水素透過性金属層２０との間で短絡している区画にのみ絶縁層５５が形成される。図５に示した第２実施例のＭＥＡ２００では、区画６に短絡が発生したものとしている。
【００６２】
こうした第２実施例のＭＥＡ２００は、例えば、図４に示した工程図のステップＳ４３０に示すように、水素透過性金属層２０の全面に成膜した電解質層３０，カソード電極４０をエッチングにより分割して独立した区画を生成するものとすれば良い。その後、短絡区画の有無を検査する工程を経て、特定した短絡区画（図５に示し区画６）にのみ絶縁層５５を施すことで製造できる。
【００６３】
以上の第２実施例のＭＥＡ２００によれば、各区画は電気的に非連続であるため、１の区画に短絡が発生していても、他の区画は独立したものとなる。したがって、短絡している区画のみを絶縁層５５で覆うことで短絡を防止することができる。さらに、第１実施例のＭＥＡ１００の製造に比べて製造工数を低減することができる。
【００６４】
Ｅ．変形例：
本実施例では、各区画の大きさは略均等なものとして説明したが、各区画の大きさが不均等であっても良い。また、複数の区画が整然と配列されている必要もない。
【００６５】
さらに、第１実施例の製造方法では、絶縁材料層から仕切部材５０を形成したが、仕切部材５０は絶縁性の材料である必要はない。例えば、導電性の材料であっても、ＭＥＡ１００の製造工程の最後に、仕切部材５０を除去するものとすれば良い。この場合、仕切部材５０を除去することで、第２実施例と同様なＭＥＡ２００を形成することができる。
【００６６】
また、短絡している区画のカソード電極４０上に、必ずしも絶縁層５５を形成する必要はない。例えば、テスターを用いた検査工程で短絡している区画を特定し、その区画と隣接するガスセパレータ側に絶縁物質を形成する、あるいは、両者の間に絶縁物質を介装することとしても良い。さらには、絶縁物質を介装することなく、短絡区画とガスセパレータとを非接触な状態とするように、電極側若しくはガスセパレータ側で調整するものとしても良い。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。本実施例では、仕切部材によりカソード電極を６つの区画に分割したが、区画の数は２つ以上であればいくつでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池を構成する単セルの概略構成を示す断面模式図である。
【図２】本実施例のＭＥＡを構成する仕切部材の形状を示す模式図である。
【図３】本実施例のＭＥＡの製造工程を示す工程図である。
【図４】ＭＥＡの製造工程を示す工程図である。
【図５】ＭＥＡの形状を示す模式図である。
【図６】従来の電極の成膜を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０...単セル
２０...水素透過性金属層
３０...電解質層
３０ａ...クラック
４０...カソード電極
４０ａ...電極材料
５０...仕切部材
５５...絶縁層
６０，７０...ガスセパレータ
６５，７５...ガス流路
１００，２００...ＭＥＡ
４００...水素透過性金属層
４１０...電解質層
４１０ａ，４１０ｂ...クラック
４２０...カソード電極
４２０ａ...電極材料
【図１】
2005243419.tif 000003
【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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