(57)【要約】【課題】  簡素な構造を有し、高出力かつ小型化・薄型化された固体高分子型燃料電池を提供する。【解決手段】  固体高分子電解質膜１１４の一方の面に配置された燃料極１０２ａ、ｂと、他方の面に配置された酸化剤極１０８ａ、ｂとが固体高分子電解質膜１１４を挟み付けることにより複数の単位セルを構成する。固体高分子電解質膜１１４上における単位セル間の領域に、溝部３０２を設けることにより、隣接する単位セルへの水素イオンの移動を抑制し、電圧降下を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜と、該固体電解質膜の一方の面に配置された第一電極および前記第一電極に隣接して設けられた第二電極と、
該固体電解質膜の他方の面に前記第一電極および第二電極とそれぞれ対向して配置された第三電極および第四電極と、
を備え、
前記第一電極、前記第三電極および前記固体電解質膜により構成された第一単位セルと、前記第二電極、前記第四電極および前記固体電解質膜により構成された第二単位セルとの間の領域に、前記第一単位セルおよび前記第二単位セルから電気的に離隔して設けられた低イオン伝導性領域を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記低イオン伝導性領域は、前記固体電解質膜に凹部が形成されてなる領域であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記凹部の内部に、前記第一単位セルおよび前記第二単位セルから電気的に離隔して設けられた部材が充填されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記部材は絶縁体であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記低イオン伝導性領域は、前記固体電解質膜にイオン照射された領域であることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池において、
前記第一電極および前記第二電極からなる電極群と、前記第三電極および前記第四電極からなる他の電極群のうち、いずれかの電極群が燃料極であり他方の電極群が酸化剤極であることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池において、
前記第一単位セルおよび前記第二単位セルは、並列に接続されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池において、
前記第一単位セルおよび前記第二単位セルは、直列に接続されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項７または８に記載の燃料電池において、
前記第一単位セルおよび前記第二単位セルは、前記固体電解質の外部に設けられた外部導電部材により接続されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載の燃料電池において、
前記第一単位セルおよび前記第二の単位セルが、電気的に隔離して設けられたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に固体電解質膜を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、パーフルオロスルフォン酸膜等のイオン交換膜を電解質とし、このイオン交換膜の両面に燃料極および酸化剤極の各電極を接合して構成され、燃料極に水素、酸化剤極に酸素あるいは空気を供給して電気化学反応により発電する装置である。この反応を起こすために、通常、固体高分子型燃料電池は、イオン交換膜と、その両面に形成される触媒物質が担持された炭素微粒子と固体高分子電解質との混合体からなる触媒層と、燃料および酸化ガスの供給と拡散を目的とする多孔質性炭素材料からなるガス拡散層（供給層）と、炭素あるいは金属の導電性薄板からなる集電体とで構成されている。
【０００３】
また近年では、上記と同様の構成で、燃料としてメタノールなどの有機液体燃料を直接燃料極に供給する直接メタノール固体高分子型燃料電池の研究開発も活発に行われている。
【０００４】
上記の構成において、燃料極に供給された燃料は、拡散層（供給層）中の細孔を通過して触媒に達し、触媒により燃料が分解されて、電子と水素イオンが生成される。電子は電極中の触媒担体とガス拡散層（供給層）とを通って外部回路へ導き出され、外部回路より酸化剤極に流れ込む。一方、水素イオンは電極中の電解質および両電極間の固体高分子電解質膜を通って酸化剤極に達し、酸化剤極に供給された酸素と外部回路より流れ込む電子と反応して水を生じる。この結果、外部回路では燃料極から酸化剤極へ向かって電子が流れ、電力が取り出される。
【０００５】
しかしながら、この基本的構成の固体高分子型燃料電池単体の電池電圧は、各電極における酸化還元電位差に相当することから、理想的な開放電圧であっても高々１．２３Ｖである。このため、様々な機器に搭載する駆動電源としては電池出力に関し、必ずしも充分とは言えない。例えば、携帯用機器の駆動電源に燃料電池を使用する場合、それらの機器の多くは電源として１．５〜４Ｖ程度以上の入力電圧を必要とする。このため、単位セルを直列に接続し、電池の電圧を上げる必要がある。
【０００６】
そこで、電池電圧を上昇させるために、単位セルを積層することにより充分な電圧を確保することが考えられるが、このようにすると電池全体が厚みを帯びることから、薄型化が要請される携帯機器などの駆動電源としては好ましいとは言えない。こうしたことから、電池の薄型化を実現する技術が望まれている。
【０００７】
特許文献１には、一枚の電解質膜の一方の面側に複数の酸化剤電極が配置され、当該電解質膜の他方の面側に複数の燃料電極が配置されることにより、複数単位セルを同一平面上に有する燃料電池が開示されている。
【０００８】
特許文献２には、イオン伝導体板にスルーホールを形成し、イオン伝導体板の一方の面側に形成された＋極と他方の面側に形成された−極とをスルーホールを介して接続するという方式が記載されている（段落０００７）。すなわち、特許文献３には、固体電解質膜の一方の面に複数の燃料極が、他方の面に複数の酸化剤極がそれぞれ配置され、隣接する単位セル間が固体電解質膜を貫通する貫通部材により電気的に直列に接続された構成が記載されている。
上記公報の技術は、複数のセル間を電気的に接続することにより高出力化が可能であるので、機器駆動のための電源電圧を得るという点において一定の効果を奏している。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１７１９２５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１０２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、ある単位セルの燃料極において生成した水素イオンが、隣接する単位セルの酸化剤極へ移動し、電圧が低下してしまうという課題を有していた。特に、各単位セルの間隔を電解質膜の厚さと同程度まで接近させる場合は、電気的リークが顕著となり、電圧の低下が避けられなかった。
【００１１】
また、特許文献２記載の技術は、単位セル間にスルーホールが配置する位置関係になるため、単位セルを構成する電極とスルーホールとの間で電流リークが発生することがあった。また、ある単位セルの燃料極において生成した水素イオンが、隣接する単位セルの酸化剤極へ移動し、このとき、スルーホールを流れる電流値に影響を与えることがあった。
上記事情に鑑み、本発明は、単位セル間の電気的リークが抑制された平面スタック型の燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明によれば、固体電解質膜と、該固体電解質膜の一方の面に配置された第一電極および前記第一電極に隣接して設けられた第二電極と、該固体電解質膜の他方の面に前記第一および第二電極とそれぞれ対向して配置された第三電極および第四電極と、を備え、前記第一電極、前記第三電極および前記固体電解質膜により構成された第一単位セルと、前記第二電極、前記第四電極および前記固体電解質膜により構成された第二単位セルとの間の領域に、前記第一単位セルおよび前記第二単位セルから電気的に離隔して設けられた低イオン伝導性領域を具備することを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１３】
本発明の燃料電池は、一枚の固体電解質膜を共有した二以上単位セルが平面方向に複数配置された構成を有する。このため、単位セルを高集積で平面的に配置することが可能となる。
【００１４】
そして、単位セル間に、それぞれ単位セルから電気的に離隔して設けられた低イオン伝導性領域を備えている。かかる領域を設けることにより、上記単位セル間の電気的リークを効果的に抑制することができる。
各単位セル同士の間隔を狭めることにより、さらに燃料電池の小型化を図ることができる。しかしながら、このような場合、上記したように電気的リークが生じることから、電圧が低下してしまうという課題が生じる。そこで本発明の燃料電池においては、固体電解質膜上における単位セル間の領域に、低イオン伝導性領域を設けることにより、上記電気的リークが生じることを防止している。このため、各単位セルの間隔を、固体電解質膜の厚さと同程度とした場合においても電圧の低下が抑制されるため、小型かつ薄型で高出力の燃料電池が実現する。ここで、本発明における低イオン伝導性領域とは、固体電解質膜と比較して、水素イオンの伝導性が低い領域をいう。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構造を有し、高出力かつ小型化・薄型化た固体高分子型燃料電池を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明において、前記第一電極および前記第二電極からなる電極群と、前記第三電極および前記第四電極からなる他の電極群のうち、いずれかの電極群が燃料極であり他方の電極群が酸化剤極である構成とすることができる。すなわち、上記固体電解質膜の一方の面には燃料極が、他方の面には酸化剤極が配置された構成としてもよい。こうすることにより、各単位セル毎に個別に燃料あるいは酸化剤を供給する流路などを設ける必要がなく、上記二以上単位セルに対し一挙に燃料あるいは酸化剤を供給することが可能である。したがって、機構を簡素化することができるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
【００１７】
低イオン伝導性領域としては、たとえば、固体電解質膜に凹部が形成されてなる領域とすることができる。凹部とは、溝部、ホール等が含まれる。凹部は、固体電解質膜を貫通していてもよいし貫通していなくてもよい。
【００１８】
凹部の内部には、前記第一単位セルおよび前記第二単位セルから電気的に離隔して設けられた部材が充填されていてもよい。たとえば、凹部の内部に絶縁体が充填されていてもよい。凹部の内部の充填部材は、各単位セルと電気的に離隔して設けられるため、充填部材と単位セル電極との間の電流リークが発生せず、かかる構成によれば、新たなリークパスを生ずることなく単位セル間の電気的リークを抑制することができる。なお、充填部材を絶縁体とする場合、絶縁体としては、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂のいずれかを用いることができる。
【００１９】
低イオン伝導性領域の他の例としては、前記固体電解質膜にイオン照射された領域を例示することができる。たとえば電解質膜にＡｒイオンを照射する等の方法により、こうした構成を実現することができる。
【００２０】
本発明において、第一単位セルおよび第二単位セルは、並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。これらのセル間は、固体電解質の外部に設けられた外部導電部材により接続することができる。また、第一単位セルおよび第二の単位セルは、電気的に隔離して設けられた構成とすることもできる。
【００２１】
本発明において、単位セルを３以上設けてもよい。この場合、単位セルをすべて直列に接続しても良いし、すべて並列に接続しても良い。また、一部のセル間のみを並列、他を直列に接続することが可能であり、所望の電圧または電流値を有する燃料電池を得ることが可能である。
本発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池のように、液体燃料が燃料極に直接供給されるタイプの燃料電池に適用した場合、特に効果的である。
【００２２】
第１の実施形態
図１は、本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態の燃料電池の構造を模式的に表した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、一枚の固体高分子電解質膜１１４の一方の面に燃料極１０２ａ、ｂが配され、固体高分子電解質膜１１４の他方の面には酸化剤極１０８ａ、ｂが配されている。また、燃料極１０２ａ、ｂ上には集電体１２０、１２１が、酸化剤極１０８ａ、ｂ下には集電体１２２、１２３が接続されている。燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂは、図示しない基体および触媒層から構成される。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、燃料極１０２ａ、ｂには燃料１２５が、酸化剤極１０８ａ、ｂには空気あるいは酸素などの酸化剤１２６が供給される。本実施形態の燃料電池においては、複数の単位セルの燃料極１０２ａ、ｂ、酸化剤極１０８ａ、ｂがそれぞれ固体高分子電解質膜１１４を境にして同じ側に配されている。したがって、燃料を供給する燃料流路および酸化剤を供給する酸化剤流路はそれぞれ一系統で足りるため、燃料電池の構造を簡素化することが可能となる。ここで、固体高分子電解質膜１１４は、燃料極側と酸化剤極側を隔てる隔壁の役割を有していることから、燃料１２５が酸化剤極側に進入することはなく、また酸化剤１２６が燃料極側に進入することもない。
【００２４】
単位セル間には、溝部３０２が設けられている。この溝部３０２が設けられた箇所が低イオン伝導性領域であり、この領域を設けることにより、単位セル間の電気的リークが抑制される。図示した２つの単位セルは、直接接続されていない。ところが、
(i)燃料極１０２ａと燃料極１０２ｂとの間、
(ii)燃料極１０２ａと酸化剤極１０８ｂとの間、
(iii)酸化剤極１０８ａと燃料極１０２ｂとの間、
において、電気的リークが生じることがある。本実施形態によれば、溝部３０２が設けられているため、上記電気的リークを効果的に抑制することができる。すなわち、燃料極１０２ａ、ｂで生成した水素イオンを効果的に酸化剤極１０８ａ、ｂへ導くことができる。
【００２５】
図１の燃料電池において、固体高分子電解質膜１１４は、燃料極１０２ａ、ｂと酸化剤極１０８ａ、ｂとを隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体高分子電解質膜１１４は、水素イオンの導電性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体高分子電解質膜１１４を構成する材料としては、
スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基などの強酸基や、カルボキシル基などの弱酸基などの極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、
スルフォン化ポリ（4-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子；
ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、架橋アルキルスルホン酸誘導体、フッ素樹脂骨格およびスルホン酸からなるフッ素含有高分子などの共重合体；
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルフォン酸のようなアクリルアミド類とｎ−ブチルメタクリレートのようなアクリレート類とを共重合させて得られる共重合体； 
スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製）、アシプレックス（旭化成社製））；
カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製））；
などが例示される。
【００２６】
有機液体燃料を使用する場合であって、上記スルフォン化ポリ（4-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子を選択した場合には、当該有機液体燃料の透過を抑制でき、クロスオーバーによる電池効率の低下を抑えることができる。
【００２７】
燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂは、たとえば、触媒を担持した炭素粒子と固体高分子電解質の微粒子とを含む膜を基体上に形成した構成とすることができる。基体表面は撥水処理してもよい。
【００２８】
基体としては、燃料極、酸化剤極ともにカーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属などの多孔性基体を用いることができる。また、基体の撥水処理にはポリテトラフルオロエチレンなどの撥水剤を用いることができる。
【００２９】
燃料極の触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウムなどが例示され、これらを単独または二種類以上組み合わせて用いることができる。一方、酸化剤極の触媒としては、燃料極の触媒と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極および酸化剤極の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもよい。
【００３０】
触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（電気化学社製）、ＸＣ７２（Vulcan社製）など）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどが例示される。炭素粒子の粒径は、たとえば、０．０１〜０．１μｍ、好ましくは０．０２〜０．０６μｍとする。
【００３１】
燃料１２５としては、メタノール、エタノール、ジエチルエーテルなどを含む有機液体燃料や水素含有ガスを用いることができる。
【００３２】
燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂの作製方法は特に制限がないが、たとえば以下のようにして作製することができる。まず燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂの触媒の炭素粒子への担持は、一般的に用いられている含浸法によって行うことができる。次に、触媒を担持させた炭素粒子と固体高分子電解質粒子を溶媒に分散させ、ペースト状とした後、これを基体に塗布、乾燥させることによって燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂを得ることができる。ここで、炭素粒子の粒径は、たとえば０．０１〜０．１μｍとする。また、触媒粒子の粒径は、たとえば１ｎｍ〜１０ｎｍとする。また、固体高分子電解質粒子の粒径は、たとえば０．０５〜１μｍとする。炭素粒子と固体高分子電解質粒子とは、たとえば、重量比で２：１〜４０：１の範囲で用いられる。また、ペースト中の水と溶質との重量比は、たとえば、１：２〜１０：１程度とする。基体へのペーストの塗布方法については特に制限がないが、たとえば、刷毛塗り、スプレー塗布、およびスクリーン印刷等の方法を用いることができる。ペーストは、約１μｍ〜２ｍｍの厚さで塗布される。ペーストを塗布した後、使用するフッ素樹脂に応じた加熱温度および加熱時間で加熱し、燃料極１０２ａ、ｂまたは酸化剤極１０８ａ、ｂが作製される。加熱温度および加熱時間は、用いる材料によって適宜に選択されるが、たとえば、加熱温度１００℃〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分とすることができる。
【００３３】
固体高分子電解質膜１１４は、用いる材料に応じて適宜な方法を採用して作製することができる。たとえば、固体高分子電解質膜１１４を有機高分子材料で構成する場合、有機高分子材料を溶媒に溶解または分散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性シート等の上にキャストして乾燥させることにより得ることができる。
【００３４】
以上のようにして作製した固体高分子電解質膜１１４を、燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂで挟み、ホットプレスし、電極−電解質接合体を得る。このとき、両電極の触媒が設けられた面と固体電解質膜とが接するようにする。ホットプレスの条件は、材料に応じて選択されるが、固体電解質膜や電極表面の電解質膜を有機高分子で構成する場合、これらの高分子の軟化温度やガラス転位温度を超える温度とすることができる。具体的には、例えば、温度１００〜２５０℃、圧力１〜１００ｋｇ／ｃｍ２、時間１０秒〜３００秒とする。
【００３５】
上記のようにして得られた電極−電解質接合体を、集電体１２０〜１２３により挟持する。その後、集電体１２１および１２２を外部接続電極１２４により電気的に接続することにより、直列接続された燃料電池を得ることができる。なお、集電体１２０〜１２３は導電性を有する部材であり、例えばステンレスやチタンなどを用いることができる。
【００３６】
上記の説明においては、簡単のため、単位セルが二つの場合について説明したが、これに限られるものではなく、三つ以上の単位セルを用いた形態についても適用することができる。
【００３７】
第２の実施形態
図２は、本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。図２（ａ）は、ホール３０３が設けられた形態の斜視図であり、図中のＡ−Ａ’断面図が図２（ｂ）である。ホール３０３を設けることにより、燃料極１０２ａで生成した水素イオンが隣接する単位セルの酸化剤極１０８ｂへ移動する際のイオン伝導性を降下させることができる。このため、電気的リークを抑え、燃料極１０２ａで生成した水素イオンを効果的に酸化剤極１０８ａに導くことができる。
【００３８】
第３の実施形態
上述の実施の形態において、溝部３０２またはホール３０３を、絶縁体で充填することもできる。このような形態を図３、図４に示す。図３（ａ）は、溝部に絶縁性樹脂３０４が挟まれた形態の斜視図を示しており、図中のＡ−Ａ’断面図が図３（ｂ）である。また、図４（ａ）は、凹部に絶縁性樹脂３０４が充填された形態の斜視図を示しており、その断面図が図４（ｂ）である。このような構成を採用することにより、電気的リークをより一層抑制することが可能となる。
なお、絶縁性樹脂３０４としては、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂などの材料を用いることができる。
【００３９】
第４の実施形態
本実施形態に係る燃料電池は、単位セル同士が並列接続されている。図５は、本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。単位セル間は、固体電解質膜１１４の外部に設けられた外部接続電極１２４で接続されている。
集電体１２０〜１２３および外部接続電極１２４は導電性を有する部材であり、例えばステンレスやチタンなどを用いることができる。
本実施形態によれば、溝部３０２からなる低イオン伝導性領域が設けられているため、燃料極１０２ａで生成した水素イオンが隣接する単位セルの酸化剤極１０８ｂへ移動することが抑制される。このため、電気的リークを抑え、燃料極１０２ａで生成した水素イオンを効果的に酸化剤極１０８ａに導くことができる。
【００４０】
第５の実施形態
本実施形態に係る燃料電池は、イオン照射部からなる低イオン伝導性領域を備える。図６（ａ）は、イオン照射部３０５が設けられた形態の斜視図であり、その断面図が図６（ｂ）である。イオン照射部３０５は、固体電解質膜１１４に対してアルゴンイオン照射することにより形成した領域である。イオン照射の加速電圧は、たとえば４００〜５００ｋｅＶとする。この領域は、固体電解質膜１１４よりもイオン伝導性が低く、単位セル間の電気的リークを効果的に抑制することができる。イオン照射は、ここではアルゴンの例について述べたが、これに限られず様々な方法を用いることができる。
【００４１】
第６の実施形態
本実施形態では、単位セル間の電気的リークが抑制された平面スタック型の燃料電池の例を示す。図７、図８および図９は、単位セルの配置例を示す図である。
【００４２】
図７では、図中左側の２つの単位セルが同一回路中に設けられ、図中右側の２つの単位セルが同一回路中に設けられている。図中上側の単位セルと下側の単位セルは、それぞれ不図示のスルーホールによって接続されている。単位セル間には、図示したように、溝部３０２が設けられている。
図８および図９の配置例では、図中左側の２つの単位セル、および、図中右側の２つの単位セルが、固体電解質膜１１４を貫通するスルーホールによりそれぞれ直列に接続しており、さらにこれらが並列に接続されている。各単位セル間には、図示したように、溝部３０２が設けられている。
【００４３】
本実施形態によれば、溝部３０２からなる低イオン伝導性領域を備えるため、単位セル間の電気的リークが抑制された平面スタック型の燃料電池が提供される。なお、本実施形態では溝部３０２からなる低イオン伝導性領域としたが、前述の実施形態で述べた種々の低イオン伝導性領域を適用することもできる。
【００４４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す構造の燃料電池を作製した。触媒には炭素微粒子（デンカブラック；電気化学社製）に粒子径３〜５ｎｍの白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金を重量比で５０％担持させた触媒担持炭素微粒子を使用した。この触媒担持炭素微粒子１ｇにアルドリッチ・ケミカル社製５ｗｔ％ナフィオン溶液１８ｍｌを加え、５０℃にて３時間超音波混合機で攪拌し触媒ペーストとした。このペーストをカーボンペーパー（東レ製：ＴＧＰ−Ｈ−１２０）上にスクリーン印刷法で２ｍｇ／ｃｍ２塗布し、１２０℃で乾燥させて電極を得た。
【００４６】
次に、１枚の固体高分子電解質膜１１４（デュポン社製ナフィオン（登録商標）、膜厚１５０μｍ）に対し、上記で得た電極を１２０℃で熱圧着して燃料極１０２ａ、ｂおよび酸化剤極１０８ａ、ｂとし、二組の単位セルを作成した。なお、この二つの単位セルの間隔は０．２ｍｍとした。さらに、この二つの単位セルの間に、幅０．０５ｍｍ、深さ０．１ｍｍの溝部３０２を設けた。
【００４７】
上記二つの単位セルをステンレス製の集電体１２０〜１２３で挟持した。さらに、集電体１２１および集電体１２２を外部接続電極１２４を介して直列に接続した。さらに、テフロン（登録商標）製の燃料容器を燃料極１０２側に取り付けた。二つの燃料極１０２は、この燃料容器に覆われ、かつ固体高分子電解質膜１１４とこの燃料容器とで密閉された状態となるようにした。各単位セルは、それぞれ別の回路中に設けられ、電気的に接続されていない状態となっている。
【００４８】
この燃料電池の内部に１０％メタノール水溶液を２ｍｌ／ｍｉｎで流し、外部を大気中に曝して電池特性を測定したところ、単位セル間の電気的リークがほとんど生じず、良好な結果が得られた。
【００４９】
（実施例２）
本実施例では、図３に示す構造の燃料電池を作製した。本実施例の燃料電池は、溝部３０２に絶縁体を充填したこと以外は実施例１と同様の構成である。本実施例における固体高分子電解質膜１１４は、図２における固体高分子電解質膜１１４上に設けられた溝部３０２に、ポリイミドからなる絶縁性樹脂３０４（デュポン社製カプトン（登録商標））を挟み、接着させたものである。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５０】
この燃料電池の内部に１０％メタノール水溶液を２ｍｌ／ｍｉｎで流し、外部を大気中に曝して電池特性を測定したところ、単位セル間の電気的リークがほとんど生じず、良好な結果が得られた。
【００５１】
（実施例３）
本実施例では、図５および図９に示す構造の単位セル４個からなる燃料電池を作製した。単位セルの構成および作製方法は実施例１と同様である。この燃料電池の内部に１０％メタノール水溶液を２ｍｌ／ｍｉｎで流し、外部を大気中に曝して電池特性を測定したところ、単位セル間の電気的リークがほとんど生じず、良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図４】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図５】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図６】実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。
【図７】単位セルの配置例を示す図である。
【図８】単位セルの配置例を示す図である。
【図９】単位セルの配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０２、１０２ａ、１０２ｂ  燃料極
１０８、１０８ａ、１０８ｂ  酸化剤極
１１４  固体高分子電解質膜
１２０、１２１、１２２、１２３  集電体
１２４  接続電極
１２５  燃料
１２６  酸化剤
３０２  溝部
３０３  凹部
３０４  絶縁性樹脂
３０５  イオン照射部
【図１】
2005174770.tif 000003
【図２】
2005174770.tif 000004
【図３】
2005174770.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005174770.tif 000007
【図６】
2005174770.tif 000008
【図７】
2005174770.tif 000009
【図８】
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【図９】
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