(57)【要約】【課題】  電解質層に発生する微細孔に起因して燃料電池内部で短絡が生じるのを防止する。【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配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池を製造する際に、まず、水素透過性金属層２２上に電解質層２１を形成する。その後、電解質層２１上に、導電性を有すると共に、水素透過性金属層２２との間の電気的な接続を遮断するようにカソード電極２４を形成する。このようなカソード電極２４は、電解質層２１上に向かって、電解質層２１に垂直な方向にＰｄを放出し、電解質層２１よりも薄いＰｄ層を形成することによって得られる。【選択図】  図３
2005174570.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配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記水素透過性金属層上に前記電解質層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で形成した前記電解質層上に、導電性を有する導電層を、前記電解質層が有する微細孔を介した前記水素透過性金属層との間の電気的な接続を遮断するように形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電層は電極である
燃料電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層上に向かって、前記電解質層に垂直な方向に導電性材料を放出し、前記電解質層よりも薄い前記導電層を形成することにより実行される
燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層が有する前記微細孔内に露出する前記水素透過性金属層表面への導電性材料の付着が遮られる角度で、前記電解質層上に向かって前記導電性材料を放出し、前記導電層を形成することにより実行される
燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、真空蒸着法により前記導電性層を形成する
燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層が有する前記微細孔内に、絶縁性物質から成ると共に、前記電解質層が有する前記微細孔内に露出する前記水素透過性金属層表面と前記微細孔の外部との間の接続を遮る絶縁部を形成する工程と、
（ｂ−２）前記（ｂ−１）工程で前記絶縁部を形成した前記電解質層上に、前記導電層を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ−１）工程は、前記微細孔内に、絶縁性微粒子を埋め込んで前記絶縁部を形成する
燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ−１）工程は、前記微細孔内を絶縁性物質でめっきして、前記絶縁部を形成する
燃料電池の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ−１）工程は、
（ｂ−１−１）酸化されると絶縁性物質となる金属によって前記微細孔内を被覆して、金属被覆層を形成する工程と、
（ｂ−１−２）前記金属被覆層を酸化させて前記絶縁部を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層が有する前記微細孔内に、微粒子を埋め込む工程と、
（ｂ−２）前記（ｂ−１）工程で前記微粒子を埋め込んだ前記電解質層上に、前記導電層を形成する工程と、
（ｂ−３）前記（ｂ−２）工程の後に、前記微細孔内から前記微粒子を除去する工程と  を備える
燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ−３）工程は、前記微粒子を化学的な方法により除去する
燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ−３）工程は、前記微粒子を物理的な方法により除去する
燃料電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層上に、該電解質層を覆う保護層を形成する工程と、
（ｂ−２）前記保護層上に、前記導電層を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、さらに、
（ｂ−３）前記保護層を除去すると共に、前記導電層を前記電解質層に固着させる工程を備える
燃料電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の燃料電池の製造方法であって、
前記保護層は、プロトン伝導性を有する絶縁性物質によって形成される
燃料電池の製造方法。
【請求項１６】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層が有する前記微細孔の幅よりも粒径の大きな導電性材料を用いて前記電解質層を被覆することにより、前記導電層を形成する
燃料電池の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、アークイオンプレーティング、エマルジョンデポジションおよびクラスタービームデポジションから選択されるいずれかの方法を用いて、前記導電性材料により前記電解質層を被覆する
燃料電池の製造方法。
【請求項１８】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層上に、前記導電層を形成するための導電性物質を含有し、前記電解質層が有する前記微細孔内への侵入が抑えられる所定の粘度を有するペーストを塗布する工程を含む
燃料電池の製造方法。
【請求項１９】
請求項１または２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）導電性材料によって形成される導電性膜を作製する工程と、
（ｂ−２）前記導電性膜を前記電解質層上に転写して、前記導電層を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項２０】
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配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池であって、
請求項１ないし１９いずれか記載の燃料電池の製造方法により製造された燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関し、詳しくは、電解質層と共に水素透過性金属層を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な種類の燃料電池が提案されている。例えば、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、セラミックなどの固体電解質層を成膜することによって製造することができる。
【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、固体電解質層を薄く緻密に形成することは困難であり、固体電解質において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。水素透過性金属層上に電解質層を形成し、さらにその上に電極等の導電性を有する層を形成する場合に、微細孔内に電極材料などの導電性材料が入り込むと、導電性を有する層と水素透過性金属層との間が短絡し、電池性能が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電解質層に発生する微細孔に起因して燃料電池内部で短絡が生じるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、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配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記水素透過性金属層上に前記電解質層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で形成した前記電解質層上に、導電性を有する導電層を、前記電解質層が有する微細孔を介した前記水素透過性金属層との間の電気的な接続を遮断するように形成する工程と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明の燃料電池の製造方法によれば、電解質層がマイクロクラックやピンホール等の微細孔を有していても、水素透過性金属層との間の電気的な接続を遮断するように導電層を形成することで、これらの微細孔において導電層と水素透過性金属層との間が短絡することがない。したがって、燃料電池内部の短絡に起因する燃料電池の性能低下を防止することができる。
【０００８】
本発明の燃料電池の製造方法において、前記導電層は電極であることとしても良い。このような構成とすれば、水素透過性金属層と電極との間が短絡するのを防止することができる。
【０００９】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層上に向かって、前記電解質層に垂直な方向に導電性材料を放出し、前記電解質層よりも薄い前記導電層を形成することにより実行されることとしても良い。
【００１０】
このような構成とすれば、電解質層上に形成される導電層と、電解質層が有する微細孔内に形成される導電性材料から成る層とが不連続となるため、電解質層上に形成される導電層と水素透過性金属層との間の電気的な接続が遮断された状態となり、短絡防止による効果を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層が有する前記微細孔内に露出する前記水素透過性金属層表面への導電性材料の付着が遮られる角度で、前記電解質層上に向かって前記導電性材料を放出し、前記導電層を形成することにより実行されることとしても良い。
【００１２】
このような構成とすれば、電解質層が有する微細孔内に露出する水素透過性金属層上に導電性材料が付着しないことにより、水素透過性金属層との間の電気的な接続が遮断された導電層を容易に得ることができ、導電層と水素透過性金属層との間が短絡することによる不都合を防ぐことができる。
【００１３】
上記した本発明の燃料電池の製造方法において、前記（ｂ）工程は、真空蒸着法により前記導電性層を形成することとしても良い。
【００１４】
電解質層上に向かって所定の角度で導電性材料を放出するためには、導電性材料を一方向に放出する導電性材料放出源から導電性材料を放出する方法を用いることができる。このような方法としては、具体的には、スパッタ法やイオンプレーティングや真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）や、溶射などを挙げることができる。特に、上記スパッタ法やイオンプレーティングよりも真空度の高い条件下で成膜を行なう真空蒸着法を用いることが好ましい。より真空度の高い条件下で成膜することで、放出された導電性材料は、ほとんど互いに衝突することなく直進状態を保って電解質層に到達するため、微細孔の望ましくない箇所に電極材料が付着する可能性がより低くなり、導電層と水素透過性金属層との間の短絡をより確実に防止可能となる。
【００１５】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層が有する前記微細孔内に、絶縁性物質から成ると共に、前記電解質層が有する前記微細孔内に露出する前記水素透過性金属層表面と前記微細孔の外部との間の接続を遮る絶縁部を形成する工程と、
（ｂ−２）前記（ｂ−１）工程で前記絶縁部を形成した前記電解質層上に、前記導電層を形成する工程と
を備えることとしても良い。
【００１６】
このような構成とすれば、電解質層が有する微細孔内に絶縁部を設けることにより、微細孔を介して導電層と水素透過性金属層との間が短絡するのを確実に防止可能となる。
【００１７】
上記燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ−１）工程は、前記微細孔内に、絶縁性微粒子を埋め込んで前記絶縁部を形成することとしても良い。
【００１８】
また、上記燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ−１）工程は、前記微細孔内を絶縁性物質でめっきして、前記絶縁部を形成することとしても良い。
【００１９】
あるいは、上記燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ−１）工程は、
（ｂ−１−１）酸化されると絶縁性物質となる金属によって前記微細孔内を被覆して、金属被覆層を形成する工程と、
（ｂ−１−２）前記金属被覆層を酸化させて前記絶縁部を形成する工程と
を備えることとしても良い。
【００２０】
これらの方法により、電解質層が有する微細孔内に、効率良く絶縁部を形成することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層が有する前記微細孔内に、微粒子を埋め込む工程と、
（ｂ−２）前記（ｂ−１）工程で前記微粒子を埋め込んだ前記電解質層上に、前記導電層を形成する工程と、
（ｂ−３）前記（ｂ−２）工程の後に、前記微細孔内から前記微粒子を除去する工程と  を備えることとしても良い。
【００２２】
このような場合には、電解質層から微粒子を除去する際に、導電層において微粒子を覆う部分も除去可能となり、導電層と水素透過性金属層との間の絶縁性を確保する信頼性がさらに向上する。
【００２３】
上記燃料電池の製造方法において、前記（ｂ−３）工程は、前記微粒子を化学的な方法により除去することとしても良い。あるいは、上記燃料電池の製造方法において、前記（ｂ−３）工程は、前記微粒子を物理的な方法により除去することとしても良い。いずれの場合にも、電解質層から微粒子を除去することにより、微細孔近傍から導電性材料が除去され、導電性と水素透過性金属層との間の絶縁性を確保する信頼性を高めることができる。
【００２４】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）前記電解質層上に、該電解質層を覆う保護層を形成する工程と、
（ｂ−２）前記保護層上に、前記導電層を形成する工程と
を備えることとしても良い。
【００２５】
このような構成とすれば、導電層を形成するのに先立って電解質層上に保護層を形成するため、導電層を形成する際に電解質層が有する微細孔内に導電性材料が入り込むのを防止し、導電層と水素透過性金属層との間が短絡するのを防ぐことができる。
【００２６】
上記燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、さらに、
（ｂ−３）前記保護層を除去すると共に、前記導電層を前記電解質層に固着させる工程を備えることとしても良い。
【００２７】
このような場合には、導電層と電解質層とが直接接すると共に、導電層と水素透過性金属層との間の絶縁性が確保された燃料電池を得ることができる。
【００２８】
また、上記燃料電池の製造方法において、前記保護層は、プロトン伝導性を有する絶縁性物質によって形成されることとしても良い。
【００２９】
このような構成とすれば、保護層は、電解質層と同様の機能を果たすことが可能となるため、保護層を取り除く必要がない。
【００３０】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層が有する前記微細孔の幅よりも粒径の大きな導電性材料を用いて前記電解質層を被覆することにより、前記導電層を形成することとしても良い。
【００３１】
このような構成とすれば、電解質層が有する微細孔に導電性材料が入り込むのが抑えられるため、導電層と水素透過性金属層との間が短絡するのを防ぐことができる。
【００３２】
上記本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、アークイオンプレーティング、エマルジョンデポジションおよびクラスタービームデポジションから選択されるいずれかの方法を用いて、前記導電性材料により前記電解質層を被覆することとしても良い。
【００３３】
これらの方法を用いることで、導電性材料の粒径が、電解質層が有する微細孔の幅よりも大きくなるように調節することができる。
【００３４】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、前記電解質層上に、前記導電層を形成するための導電性物質を含有し、前記電解質層が有する前記微細孔内への侵入が抑えられる所定の粘度を有するペーストを塗布する工程を含むこととしても良い。
【００３５】
このような構成とすれば、導電性物質を含有するペーストの粘度を調節することにより、導電層と水素透過性金属層との間の短絡を容易に防止可能となる。
【００３６】
本発明の燃料電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ−１）導電性材料によって形成される導電性膜を作製する工程と、
（ｂ−２）前記導電性膜を前記電解質層上に転写して、前記導電層を形成する工程と
を備えることとしても良い。
【００３７】
このような構成とすれば、導電性材料を成膜して導電成膜を形成することにより、導電性材料を構成する粒子間の結合が強められるため、導電成膜を電解質層上に転写するときに、電解質層が有する微細孔内に導電性材料が入り込むのが抑えられ、導電層と水素透過性金属層との間の短絡が防止できる。
【００３８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池の製造方法により製造された燃料電池などの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
Ｂ．製造方法：
Ｃ．その他の実施例：
Ｄ．変形例：
【００４０】
Ａ．燃料電池の構成：
図１は、本発明の好適な一実施例である燃料電池を構成する単セル２０の構成の概略を表わす断面模式図である。単セル２０は、水素透過性金属層２２と電解質層２１とから成る電解質部２３と、電解質層２１上に形成されるカソード電極２４と、ガスセパレータ２７，２９とを備えている。ガスセパレータ２７と水素透過性金属層２２との間には、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路３０が形成されている。また、ガスセパレータ２９とカソード電極２４との間には、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路３２が形成されている。水素透過性金属層２２、電解質層２１およびカソード電極２４から成る構造を、以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）４０と呼ぶ。図１では単セル２０を示したが、実際の本実施例の燃料電池は、図１の単セル２０を複数積層したスタック構造を有している。なお、図示は省略しているが、スタック構造の内部温度を調節するために、各単セル間に、あるいは所定数の単セルを積層する毎に、冷媒の通過する冷媒流路を設けても良い。
【００４１】
水素透過性金属層２２は、水素透過性を有する金属によって形成される層である。このような水素透過性金属層２２は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄ合金により形成することができる。あるいは、バナジウム（Ｖ）等の５族金属（Ｖの他、ニオブ、タンタル等）または５族金属の合金を基材として、少なくともその一方の面（単セル内燃料ガス流路３０側）にＰｄやＰｄ合金層を形成した多層膜とすることができる。水素透過性金属層２２において、少なくとも単セル内燃料ガス流路３０側の表面を構成するＰｄは、水素透過性金属層２２を水素が透過する際に、水素分子を解離させる活性を有する。本実施例では、水素透過性金属層２２は、アノード電極としての機能を果たす。
【００４２】
電解質層２１は、プロトン伝導性を有する固体電解質から成る層である。電解質層２１を構成する固体電解質としては、例えば、ＢａＣｅＯ3、ＳｒＣｅＯ3系のセラミックスプロトン伝導体を用いることができる。電解質層２１は、緻密な水素透過性金属層２２上に成膜されるため、充分な薄膜化が可能となる。したがって、固体酸化物の膜抵抗を低減することができ、従来の固体電解質型燃料電池の運転温度よりも低い温度である約２００〜６００℃程度で燃料電池を運転することができる。
【００４３】
カソード電極２４は、電解質層２１上に成膜された金属層であり、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されている。本実施例では、カソード電極２４はＰｄにより形成されている。白金（Ｐｔ）等、水素透過性を有しない他種の貴金属によりカソード電極２４を構成する場合には、カソード電極２４を充分に薄く形成するなどにより、カソード電極２４の外側（単セル内酸化ガス流路３２側）と電解質層２１との間にガス透過性を確保すればよい。カソード電極２４を形成するための工程は、本発明の要部に対応するものであり、後に詳しく説明する。
【００４４】
ガスセパレータ２７，２９は、カーボンや金属などの導電性材料で形成されたガス不透過な部材である。ガスセパレータ２７，２９の表面には、既述した単セル内燃料ガス流路３０や単セル内酸化ガス流路３２を形成するための所定の凹凸形状が形成されている。なお、図１に示した本実施例の単セル２０においては、ＭＥＡ４０とガスセパレータとの間に、さらに、導電性と共にガス透過性を有する部材を配設する等の変形が可能である。
【００４５】
燃料電池に供給される燃料ガスとしては、炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスを用いても良いし、純度の高い水素ガスを用いても良い。また、燃料電池に供給される酸化ガスとしては、例えば空気を用いることができる。
【００４６】
Ｂ．製造方法：
以下に、単セル２０の製造方法として、水素透過性金属層２２、電解質層２１およびカソード電極２４から成るＭＥＡ４０の製造工程を説明する。図２は、ＭＥＡ４０の製造工程を表わす説明図である。
【００４７】
ＭＥＡ４０を作成する際には、まず、水素透過性金属層２２を用意する（ステップＳ１００）。水素透過性金属層２２は、既述したように、Ｐｄを含有する層、あるいは５族金属を含有する層を基材として、少なくともその一方の面上にＰｄを含有する層を有する金属膜として形成される。
【００４８】
次に、ステップＳ１００で用意した水素透過性金属層２２上に、電解質層２１を形成して電解質部２３を作製する（ステップＳ１１０）。水素透過性金属層２２が、５族金属を含有する層から成る基材の一方の面上にＰｄを含有する層を形成した構造を有する場合には、電解質層２１は、５族金属を含有する層から成る基材側に形成される。この電解質層２１は、水素透過性金属層２２上に、既述した固体酸化物を生成させつつ成膜させることによって形成される。成膜の方法としては、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）など種々の手法を用いることができる。電解質層２１の厚みは、例えば、０．１〜５μｍとすることができる。
【００４９】
その後、電解質層２１上にカソード電極２４を形成して（ステップＳ１２０）、ＭＥＡ４０を完成する。カソード電極２４は、ＰＶＤにより形成する。具体的には、Ｐｄを分子あるいはイオンの状態で一方向に放出するＰｄ蒸着源から、電解質層２１上に、電解質部２３に略垂直な方向にＰｄを放出して形成する。なお、ステップＳ１２０においては、ステップＳ１１０で形成した電解質層２１よりも厚みが薄くなるように、カソード電極２４を形成する。さらに、カソード電極２４の厚みは、１μｍ以下とすることが好ましい。図３は、カソード電極２４を形成する様子を模式的に表わす説明図であり、ピンホール等の微細孔およびその周囲の様子を拡大して示している。図３に示すように、Ｐｄ蒸着源から電解質層２１にＰｄを放出することにより、電解質層２１上にＰｄ層が形成されると共に、電解質層２１が微細孔を有する場合には、この微細孔の内部にもＰｄ層が形成される。ここで、本実施例では、電解質層２１上に向かって、電解質部２３に垂直な方向にＰｄを吹き付けているため、Ｐｄ放出方向と平行な微細孔壁面（図３中に壁面Ａとして破線で囲んで示す）にはＰｄが付着しない。また、形成されるＰｄ層は、電解質層よりも厚みが薄くなるように形成されるため、結果的に、電解質層２１上に形成されるＰｄ層と、微細孔内に形成されるＰｄ層とは、電気的あるいは物理的に不連続な状態となる（図３参照）。
【００５０】
燃料電池を組み立てる際にはさらに、図２に従って作製したＭＥＡ４０を挟持するようにガスセパレータ２７および２９を配設して単セル２０を形成し、さらにこの単セル２０を所定数積層する。
【００５１】
以上のように構成された燃料電池の製造方法によれば、電解質層２１上に向かって、電解質層２１に略垂直な方向にＰｄを吹きつけ、電解質層２１上に電解質層２１よりも薄いカソード電極２４を形成するため、電解質層２１がピンホール等の微細孔を有していても、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防止することができる。すなわち、電解質層２１上に形成されるＰｄ層と、微細孔内に形成されるＰｄとが不連続となるため、電解質層２１上に形成されるＰｄ層であるカソード電極２４を、水素透過性金属層２２との間の電気的な接続が遮断されたものとすることができる。
【００５２】
Ｐｄ等の電極材料を一方向に放出する方法としては、具体的には、スパッタ法やイオンプレーティングを挙げることができる。また、上記スパッタ法やイオンプレーティングよりも真空度の高い条件下で成膜を行なう真空蒸着法を用いることが、さらに好ましい。真空蒸着法とは、高真空条件下で電子ビーム加熱蒸着や抵抗加熱蒸着などにより成膜する方法であり、例えば１０-2〜１０-4Ｐａ程度の圧力下とすることで、蒸着源から気化した電極材料は、ほとんど衝突することなく直進状態を保って電解質層２１に到達できる。このような真空蒸着法によれば、電極材料蒸着源から電解質層２１に向かって電極材料が放出される際の直進性が高いため、微細孔の壁面に電極材料が付着する可能性がさらに低くなって、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間の短絡を、より確実に防止することができる。
【００５３】
上記実施例では、ＰＶＤについて説明したが、ＰＶＤ以外であっても、電解質層２１に略垂直な方向に電極材料を放出してカソード電極２４を形成可能な方法であれば、同様の効果を得ることができる。ＰＶＤ以外の方法としては、溶射を挙げることができる。
【００５４】
Ｃ．その他の実施例：
Ｃ−１．第２実施例：
図４は、第２実施例の燃料電池におけるＭＥＡ４０の製造方法の要部を模式的に表わす説明図である。第２実施例では、図２のステップＳ１２０に示したカソード電極２４を形成する工程のみが第１実施例と異なっており、図４は、第２実施例におけるカソード電極２４の形成の様子を示す。第２実施例においても、第１実施例と同様に、Ｐｄ等の電極材料を一方向に放出する電極材料放出源を用いて、電解質層２１上にカソード電極２４を形成する。このとき、図４に示すように、図２のステップＳ１２０に対応する工程として、電極材料放出源からの電極材料の放出を、電解質層２１が有する微細孔内に露出する水素透過性金属層２２表面への電極材料の付着が遮られる角度で行なう。
【００５５】
このような構成とすることで、電解質層２１が有する微細孔内部において、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間が電気的に接続されるのを防ぐことができる。ここでは、電解質層２１に対する電極材料の吹きつけ方向を調節することにより、微細孔内壁において電極材料の層が形成されない領域（図３中に領域Ｂとして破線で囲んで示す）を形成している。これによって、第１実施例と同様に、カソード電極２４を、水素透過性金属層２２との間の電気的な接続が遮断されたものにして、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡することによる電池性能の低下を防止することを可能としている。ここで、水素透過性金属層２２との間で短絡が生じないカソード電極２４を形成するために、どのような角度で電極材料を放出すべきかは、電解質層２１が有する微細孔の幅（ピンホールの直径あるいはマイクロクラックの幅）や、電解質層２１の厚みに応じて定まる。したがって、水素透過性金属層２２との間で短絡を生じないカソード電極２４を形成可能となるように、カソード電極２４を形成する対象として用いる電解質層２１に応じて、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間の短絡を充分に防止できる上記角度を、予め実験により求めることができる。所定の条件で形成された電解質層２１を備える電解質部２３に対して種々の角度でカソード電極を形成し、できあがったＭＥＡに電圧を印可することで、水素透過性金属層２２との間に短絡を生じないカソード電極を得るための上記角度を求めることができる。あるいは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いることにより測定した細孔径の幅と電解質層２１の厚みに基づいて、予め理論的に上記角度を求めることとしても良い。
【００５６】
なお、第２実施例に示したＭＥＡ４０の製造方法において、電極材料を一方向に放出して成膜する方法としては、第１実施例と同様の種々の方法を用いることができる。
【００５７】
Ｃ−２．第３実施例：
図５は、第３実施例のＭＥＡ１４０の要部を拡大して示す断面模式図である。ＭＥＡ１４０は、第１実施例と同様の燃料電池において、ＭＥＡ４０に代えて用いられる。また、以下の実施例において、ＭＥＡ４０と共通する部分には同じ参照番号を付している。ＭＥＡ１４０を作製する際には、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様にして電解質部２３を形成した後、カソード電極２４を形成するのに先立って、電解質層２１が有する微細孔内に絶縁性粒子４２を充填し、その後、絶縁性粒子４２を微細孔内に充填した電解質層２１を覆うように、カソード電極２４を形成する。
【００５８】
電解質層２１が有する微細孔内に充填する絶縁性粒子４２としては、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）や二酸化ケイ素（シリカ）からなる微粒子を用いることができる。これらの絶縁性粒子４２は、電解質層２１が有する微細孔の幅よりも小さい粒径を有していればよい。電解質層２１が有する微細孔の幅は、既述したように走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いることにより測定することが可能である。微細孔内への絶縁性粒子４２の充填は、例えば吹き付けによって行なっても良いし、絶縁性粒子４２を水などの溶剤を用いてペースト化したものを電解質層２１上に塗布することによって行なっても良い。このように微細孔内に絶縁性粒子４２を充填することで、微細孔内に露出する水素透過性金属層２２表面と微細孔の外部との間の接続が遮断される。上記した絶縁性粒子４２を充填する工程の後、電解質部２３を水洗いするなどの方法により、電解質層２１表面の絶縁性粒子４２を取り除き、その後、電解質層２１上にカソード電極２４を形成する。カソード電極２４を形成する方法としては、ＰＶＤ、ＣＶＤ、めっきなど、種々の方法が選択可能である。
【００５９】
このような第３実施例のＭＥＡ１４０の製造方法によれば、電解質層２１が有する微細孔においては、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間に絶縁性粒子４２が介在するため、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを確実に防止することができる。
【００６０】
Ｃ−３．第４実施例：
図６は、第４実施例のＭＥＡ２４０の要部を拡大して示す断面模式図である。ＭＥＡ２４０は、第１実施例と同様の燃料電池において、ＭＥＡ４０に代えて用いられる。ＭＥＡ２４０を作製する際には、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成した後、カソード電極２４を形成するのに先立って、電解質層２１が有する微細孔内に絶縁性被膜４４を形成し、その後、絶縁性被膜４４を微細孔内に形成した電解質層２１を覆うように、ＰＶＤ、ＣＶＤ、めっきなどの方法によりカソード電極２４を形成する。絶縁性被膜４４は、電解質部２３において電解質層２１が形成される側の面だけに電気めっきを施すことにより形成することができる。すなわち、電解質部２３における電解質層２１が形成される面上に、セラミックスなどの絶縁性物質を電解析出させることにより、導電性を有しない電解質層２１上には被膜を形成することなく、電解質層２１に形成されて水素透過性金属層２２表面の一部が露出する微細孔内に選択的に絶縁性被膜４４を形成することができる。絶縁性被膜４４は、アルミナやシリカ等の絶縁性物質により形成することができる。
【００６１】
あるいは、スパッタ法やイオンプレーティング等により、アルミナやシリカ等の絶縁性物質の被膜を電解質層２１上に形成することによって、電解質層２１が有する微細孔内に絶縁性被膜４４を形成することとしても良い。この場合には、上記のように電解質層２１上に絶縁性物質の被膜を形成した後、電解質層２１表面の絶縁性物質のみを、エッチング等により除去することで、微細孔内に絶縁性被膜４４を形成することができる。絶縁性被膜４４を形成した後は、第３実施例と同様に、電解質層２１上にカソード電極２４を形成する。
【００６２】
第４実施例のＭＥＡ２４０の製造方法によれば、電解質層２１が有する微細孔においては、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間に絶縁性被膜４４が介在するため、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを確実に防止することができる。
【００６３】
Ｃ−４．第５実施例：
図７は、第５実施例のＭＥＡ３４０を作製する工程を示す説明図である。ＭＥＡ３４０を作製する際には、まず、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成する（図７（Ａ））。その後、電解質層２１が有する微細孔内に、金属層４５を形成する（図７（Ｂ））。金属層４５の形成は、電解質部２３において電解質層２１が形成される側の面だけに電気めっきを施すことによって、微細孔内に選択的に行なうことができる。ここで、金属層４５を構成する金属としては、容易に酸化させることができ、酸化すると絶縁性を有するようになる金属を選択する。例えば、アルミニウムやケイ素によって金属層４５を形成すればよい。
【００６４】
金属層４５を形成すると、次に、この金属層４５を酸化して絶縁化することによって、絶縁層４６と成す（図７（Ｃ））。金属層４５の酸化は、例えば、高温酸化雰囲気下に晒す、酸化用溶液暴露、酸化雰囲気下でのレーザアニーリング、電子ビーム加熱、あるいはマイクロ波加熱などにより行なうことができる。金属層４５をアルミニウムあるいはケイ素によって形成したときには、それぞれ、絶縁性を有する酸化アルミニウムあるいは酸化ケイ素からなる絶縁層４６が得られる。絶縁層４６を形成すると、次に、絶縁層４６および電解質層２１を覆うように、ＰＶＤ、ＣＶＤ、めっきなどの方法によりカソード電極２４を形成することで、ＭＥＡ３４０が得られる（図７（Ｄ））。
【００６５】
第５実施例のＭＥＡ３４０の製造方法によれば、電解質層２１が有する微細孔においては、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との間に絶縁層４６が介在するため、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを確実に防止することができる。ここで、絶縁層４６を設けるための金属層４５は、電気めっきにより形成しているため、微細孔が、数原子程度の幅を有する極めて微細なものであっても、確実に微細孔を絶縁層４６で塞ぎ、確実に短絡防止することができる。
【００６６】
Ｃ−５．第６実施例：
図８は、第６実施例のＭＥＡ４４０を作製する工程を示す説明図である。ＭＥＡ４４０を作製する際には、まず、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成する（図８（Ａ））。その後、電解質層２１が有する微細孔内に、微細孔の幅よりも粒径が小さい微粒子４７を充填し（図８（Ｂ））、微細孔内に微粒子４７が充填された電解質層２１を覆うように、ＰＶＤ、ＣＶＤ、めっきなどの方法によりカソード電極２４を形成する（図８（Ｃ））。カソード電極２４を形成した後に微粒子４７を除去して、ＭＥＡ４４０が完成される（図８（Ｄ））。
【００６７】
第６実施例のＭＥＡ４４０の製造方法によれば、電解質層２１の微細孔に微粒子４７を充填し、カソード電極２４を形成した後に、この微粒子４７を除去するため、完成されたＭＥＡ４４０において微細孔内に電解質の層が形成されることがない。したがって、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを確実に防止することができる。
【００６８】
第６実施例において、微粒子４７の除去は、化学的な方法により行なうことができる。例えば、微粒子４７を、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂により形成し、カソード電極２４を形成した電解質部２３を、上記樹脂を溶解可能な溶剤に浸漬することによって、微粒子４７を除去することができる。上記樹脂を溶解可能な溶剤としては、例えばアセトンを用いることができる。
【００６９】
また、第６実施例において、微粒子４７の除去は、物理的な方法により行なうことができる。例えば、カソード電極２４を形成した電解質部２３に対して、液中で超音波をかけるなどの方法により振動を加えて、微粒子４７を除去することとすればよい。あるいは、カソード電極２４を形成した電解質部２３のカソード電極２４側に、略垂直方向から風を当てて、風圧により微粒子４７を除去することとしても良い。また、カソード電極２４を形成した電解質部２３のカソード電極２４側に対して、微細孔の幅よりも小さい粒径の粒子を吹き付け、微細孔内の微粒子４７を除去することとしても良い。微粒子４７は、最終的には除去するものであるため、導電性を有していても絶縁性であっても良く、物理的除去が確実に行なえるように機械的な付着力が小さいものを選択することが好ましい。例えば、酸化アルミニウムから成る微粒子を用いることができる。
【００７０】
Ｃ−６．第７実施例：
図９は、第７実施例のＭＥＡ５４０を作製する工程を示す説明図である。ＭＥＡ５４０を作製する際には、まず、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成する（図９（Ａ））。その後、電解質層２１上に、電極材料が微細孔内に侵入するのを防止するための保護層４８を形成し（図９（Ｂ））、保護層４８の上にカソード電極２４を形成する（図９（Ｃ））。カソード電極２４を形成した後に全体を焼成することによって、保護層４８が除去されると共にカソード電極２４と電解質層２１とが焼結され（図９（Ｄ））、ＭＥＡ５４０が完成される。
【００７１】
ここで、保護層４８は、焼成工程等の後の処理で除去可能であれば良く、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂などから成る有機系ペーストを塗布することによって形成すればよい。なお、上記有機系ペーストの粘度を充分に高くすることによって、後の工程でカソード電極２４を電解質層２１に焼結したときに、カソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのをより確実に防止可能となる。
【００７２】
また、図９（Ｃ）に示す工程では、保護層４８上に、電極材料微粒子を含有するペーストを塗布することによって、カソード電極２４を形成することができる。電極材料としては、ＰｄやＰｔ等、触媒活性を有する貴金属を用いればよい。このような構成とすれば、焼成を行なうことで、電解質層２１に固着される多孔質なカソード電極２４を得ることができる。あるいは、めっき処理を行ない、上記触媒活性を有する貴金属薄膜を設けることによって、カソード電極２４を形成することとしても良い。
【００７３】
第７実施例のＭＥＡ４４０の製造方法によれば、カソード電極２４を形成する際に、カソード電極２４と電解質部２３との間に保護層４８を介在させるため、電解質層２１が微細孔を有する場合にも、微細孔においてカソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防止することができる。
【００７４】
Ｃ−７．第８実施例：
第７実施例では、カソード電極２４を形成する際に電解質部２３との間に保護層４８を介在させ、カソード電極２４を形成した後に保護層４８を除去することとしたが、除去しない保護層４８を設けることとも可能である。このような構成を第８実施例として以下に説明する。
【００７５】
第８実施例では、図９（Ａ）〜（Ｃ）と同様の工程により、電解質部２３上に保護層４８およびカソード電極２４を形成するが、保護層４８は、プロトン伝導性を有する材料により形成する。保護層４８は、例えば、電解質層２１と同様のセラミックスプロトン導電体の微粒子を含有するペーストを塗布することによって形成することができるが、必ずしも電解質層２１と同種のプロトン導電体により形成する必要はない。
【００７６】
上記ペーストを塗布した後は、一旦全体を焼成して多孔質な保護層４８を完成した後に、めっき処理などによりさらにカソード電極２４を形成すればよい。あるいは、上記保護層４８を形成するためのペーストを塗布した後に、さらに、カソード電極２４を形成するための電極材料を含有するペーストを塗布し、その後全体を焼成して、ＭＥＡを完成しても良い。
【００７７】
第８実施例のＭＥＡの製造方法によれば、カソード電極２４を形成する際に、カソード電極２４と電解質部２３との間に保護層４８を介在させるため、電解質層２１が微細孔を有する場合にも、微細孔においてカソード電極２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防止することができる。さらに、第８実施例では保護層４８を除去しないため、カソード電極２４と水素透過性金属層２２との短絡をより確実に防止できる。ここで、第８実施例で設けた保護層４８は、プロトン伝導性を有するため、燃料電池が発電を行なう際には、電解質層２１と同様に電解質の一部として機能する。
【００７８】
Ｃ−８．第９実施例：
図１０は、第９実施例のＭＥＡ６４０を作製する工程の要部を示す説明図である。ＭＥＡ６４０を作製する際には、まず、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成し、その後、電解質層２１上にカソード電極６２４を形成する。ここで、カソード電極６２４は、電解質層２１が有する微細孔の幅よりも粒径の大きな粒子を用いて形成する。図１０は、ＰＶＤを利用して、上記粒径の大きな粒子によってカソード電極６２４を形成する様子を示す。
【００７９】
粒径の大きな粒子によってカソード電極６２４を形成する方法としては、例えば、ドロップレットも含め様々な大きさのクラスターを生成するアークイオンプレーティングや、クラスタービームデポジションが有効である。アークイオンプレーティングによれば、通常は成膜時の粒径を数ｎｍ以上とすることができ、クラスタビームデポジションによれば、通常は成膜時の粒径を数μｍ以上とすることができる。また、それぞれの方法において、印可電圧等の成膜時の条件を調節することで、成膜時の粒径をさらに制御することが可能となる。したがって、電解質層２１が有する微細孔の幅や成膜時のコストを考慮しつつ、カソード電極６２４を形成するための方法を上記成膜方法から選択し、電圧などの成膜条件を適宜設定すればよい。また、これらの方法によりカソード電極６２４を形成する際に、ウィーンフィルタによってクラスターサイズを選択すれば、成膜時の粒径をより所望の大きさに近づけることができる。このような製造方法により、成膜時の粒径を数ｎｍ〜数μｍの間でコントロールすることで、電極材料を微細孔内に入り込ませることなくカソード電極６２４を形成することが可能となる。
【００８０】
第９実施例のＭＥＡ６４０の製造方法によれば、微細孔の幅よりも粒径の大きな粒子を用いてカソード電極６２４を形成するため、カソード電極６２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防止することができる。
【００８１】
なお、微細孔の幅よりも粒径の大きな粒子を用いてカソード電極６２４を形成する方法としては、ＰＶＤ以外の方法を用いることとしても良い。例えば、Ｐｔ等の貴金属から成る電極材料を、微細孔の幅よりも粒径の大きな微粒子の状態で用意し、焼成により除去可能な水などの溶媒を用いてペースト化する。このペーストを電解質層２１上に塗布し、焼成によって溶媒を除去して多孔質体を形成することによって、カソード電極６２４を形成することとしてもよい。あるいは、大きな粒子を選択的に生成できる方法として、ゾルゲル法やエマルジョン法といった液相法を適用して、カソード電極６２４を形成することとしても良い。
【００８２】
Ｃ−９．第１０実施例：
図１１は、第１０実施例のＭＥＡ７４０を作製する工程の要部を示す説明図である。ＭＥＡ７４０を作製する際には、まず、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成し、その後、電解質層２１上にカソード電極７２４を形成する。ここで、カソード電極７２４は、Ｐｔ等の貴金属から成る微粒子を、焼成により除去可能な水などの溶媒を用いてペースト化した状態で、電解質層２１上に塗布し、焼成によって溶媒を除去して多孔質体とすることによって形成される。このとき、上記ペーストは、充分に高い粘度に調製することによって、電解質層２１上に塗布したときに、電解質層２１が有する微細孔内に入り込んで水素透過性金属層２２と接触するのを防止する。ペーストの粘度は、ペーストの構成状態（用いる溶媒の種類、ペースト中における微粒子の含有量、微粒子を構成する貴金属の種類、貴金属微粒子の粒径など）、あるいはペーストの温度によって調節することができる。一般に、温度が高いほど粘度は低くなる。したがって、水素透過性金属層２２との間で短絡を生じないカソード電極７２４を形成するためには、望ましいペーストの構成状態および／またはペースト温度を、予め実験的に求めておけばよい。すなわち、所定の条件で作製され、所定の厚さを有すると共に所定範囲の幅に形成された微細孔を有する電解質層を備える電解質部２３に対して、種々のペーストの構成状態および／またはペースト温度でカソード電極を形成し、短絡を生じないカソード電極が形成されるペーストの条件を定めておけばよい。図１１は、電解質層２１上にペーストを塗布した状態を表わす。図１１（Ａ）は、上記のように粘度を調節したペーストを塗布した様子を示し、図１１（Ｂ）は、より粘度が低いペーストを塗布したときに、ペーストが水素透過性金属層２２と接触する様子を示す。ペーストを塗布した後は、全体を焼成してペースト中の溶剤を除去することで、塗布したペースト層を多孔質なカソード電極７２４とすることができる。
【００８３】
このような製造方法によれば、ペーストの粘度を調節することで、電解質層２１上に塗布したペーストが微細孔内に入り込むのを防止できるため、カソード電極６２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防ぐことができる。本実施例では、ペーストの粘度を調節することによって、ペーストが微細孔内に入り込むのを抑えているため、第９実施例のように、ペーストを作製するための貴金属粒子の粒径を所定値以上に揃える必要もない。
【００８４】
Ｃ−１０．第１１実施例：
図１２は、第１１実施例のＭＥＡ８４０を作製する工程を示す説明図である。ＭＥＡ８４０を作製する際には、まず、所定の転写板５０上に、カソード電極８２４を形成するための電極材料層５２を成膜する（図１２（Ａ））。また、これとは別に、図２のステップＳ１００およびステップＳ１１０と同様に電解質部２３を形成する（図１２（Ｂ））。その後、電解質層２１上に転写板５０上の電極材料層５２を重ね合わせて、電解質層２１上に電極材料層５２を転写し、電極材料層５２をカソード電極８２４と成すことで（図１２（Ｃ））、ＭＥＡ８４０が完成される（図１２（Ｄ））。
【００８５】
ここで、電極材料層５２を形成するには、例えば、ＰＶＤやＣＶＤにより、ＰｔやＰｄ等の貴金属から成る金属薄膜を、転写板５０上に形成すればよい。この場合、金属薄膜をＰｄによって形成する場合には、緻密膜としても良いし充分に薄く形成することによって多孔質膜としても良い。あるいは、金属薄膜を、水素透過性を有しないＰｔ等の貴金属によって形成する場合には、多孔質膜とすればよい。また、スラリーコートやスクリーン印刷により、上記貴金属から成る微粒子を含有する層を電極材料層５２として転写板５０上に形成することとしても良い。
【００８６】
電極材料層５２の電解質層２１上への転写は、加熱および／または加圧により行なうことができる。電極材料層５２を、金属薄膜として形成した場合には、電極材料層５２を電解質層２１上に転写することで、カソード電極５２４が形成される。電極材料層５２を、スラリーコートやスクリーン印刷により形成した場合には、転写に先立って、あるいは転写の後に焼成を行ない電極材料層５２中の溶剤を除去することで、多孔質なカソード電極５２４を形成することができる。
【００８７】
第１１実施例のＭＥＡ８４０の製造方法によれば、電解質層材料層５２を構成する電極材料の粒子は、電解質層２１上に配設されるのに先立って、成膜によって粒子間の結合力が高められているため、電解質層２１に上に配設されたときに電解質層２１が有する微細孔内に入り込むのが抑えられる。したがって、カソード電極８２４と水素透過性金属層２２とが短絡するのを防ぐことができる。
【００８８】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８９】
Ｄ１．変形例１：
既述した実施例の方法を組み合わせることによってカソード電極を形成することも可能である。例えば、第９〜１１実施例のいずれかの製造方法と、第３〜５実施例のいずれかの製造方法とを組み合わせることができる。すなわち、電極を形成するための導電性粒子の大きさやペーストの粘度を調節したり、電極を形成するための導電層を予め形成しておくなどにより、微細孔内に電極材料が入り込むのを防止した製造方法と、カソード電極を形成するのに先立って微細孔内に絶縁性物質を充填しておく製造方法とを組み合わせることができる。これにより、カソード電極と水素透過性金属層との間の短絡を、より確実に防止可能となる。
【００９０】
Ｄ２．変形例２：
図１に示した単セル２０では、電解質層２１を形成する際の基材となる水素透過性金属層２２をアノード側に配設し、電解質層２１上に形成する貴金属層をカソード電極としたが、アノード側の配置とカソード側の配置とを入れ替えることとしても良い。すなわち、既述したいずれかの実施例における水素透過性金属層２２を燃料電池のカソード電極とし、電解質部２３の電解質層２１側に形成する貴金属層をアノード電極としても良い。この場合には、水素透過性金属層のカソード側にはさらに触媒層を設けることとしても良い。
【００９１】
Ｄ３．変形例３：
あるいは、電解質層と水素透過性金属層とを備える電解質部において、電解質層および／または水素透過性金属層を、複数備えることとしても良い。図１３は、５層構造を有するＭＥＡ９４０を備える単セル９２０の構成の概略を現わす断面模式図である。ＭＥＡ９４０は、５族金属あるいは５族金属合金で形成された基材層９２２と、基材層９２２の両面に成膜されて電解質層２１と同様の固体酸化物からなる電解質層９２１，９２５と、さらにそれらの外面に設けられたＰｄあるいはＰｄ合金からなる被覆層９２４，９２６と、を備えている。このような場合にも、本発明を適用することで同様の効果を得ることができる。すなわち、基材層９２２の両面にそれぞれ電解質層９２１，９２５を形成した後、第１ないし第１１実施例のいずれかにおけるカソード電極と同様の方法により、電解質層９２１，９２５上にそれぞれ被覆層９２６，９２４を形成すればよい。
【００９２】
また、図１３に示した構造においても種々の変形が可能であり、例えば、被覆層９２４，９２６の一方または双方を省略してもよい。被覆層を設けない場合には、電解質層におけるガス流路側の面に触媒層を設けると共に、さらにその外側に、ガスセパレータと接するように、多孔質体からなる電極部材を配設すればよい。あるいは、図１３に示した構造において、電解質層９２１，９２５の一方を省略しても良い。
【００９３】
実施例では、電極と水素透過性金属層との間の短絡防止について説明したが、上記のように導電性を有する複数の層あるいは複数の電解質層を備える燃料電池において、電極として働かない導電層を形成する際にも本発明を適用することができる。この場合にも、電解質層が有する微細孔に起因して、電解質層の基材である水素透過性金属層と、電解質層上に設けられた導電層との間が短絡するのを防止することができ、燃料電池内部の短絡によって電池性能が低下するのを防止する同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】単セル２０の構成の概略を表わす断面模式図である。
【図２】ＭＥＡ４０の製造工程を表わす説明図である。
【図３】カソード電極２４を形成する様子を表わす説明図である。
【図４】第２実施例の燃料電池におけるＭＥＡ４０の製造方法の要部を表わす説明図である。
【図５】ＭＥＡ１４０の要部を拡大して示す断面模式図である。
【図６】ＭＥＡ２４０の要部を拡大して示す断面模式図である。
【図７】第５実施例のＭＥＡ３４０を作製する工程を示す説明図である。
【図８】第６実施例のＭＥＡ４４０を作製する工程を示す説明図である。
【図９】第７実施例のＭＥＡ５４０を作製する工程を示す説明図である。
【図１０】第９実施例のＭＥＡ６４０を作製する工程の要部を示す説明図である。
【図１１】第１０実施例のＭＥＡ７４０を作製する工程の要部を示す説明図である。
【図１２】第１１実施例のＭＥＡ８４０を作製する工程を示す説明図である。
【図１３】ＭＥＡ９４０を備える単セル９２０の構成の概略を現わす断面模式図である。
【符号の説明】
【００９５】
２０，９２０…単セル
２１…電解質層
２２…水素透過性金属層
２３…電解質部
２４，５２４，６２４，７２４，８２４…カソード電極
２７，２９…ガスセパレータ
３０…単セル内燃料ガス流路
３２…単セル内酸化ガス流路
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０，９４０…ＭＥＡ
４２…絶縁性粒子
４４…絶縁性被膜
４５…金属層
４６…絶縁層
４７…微粒子
４８…保護層
５０…転写板
５２…電解質層材料層
５２…電極材料層
９２１，９２５…電解質層
９２２…基材層
９２４，９２６…被覆層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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