(57)【要約】【課題】反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率を場所によって異ならせた信頼性の高い燃料電池及び該燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】制御装置５６からの信号に基づいて駆動装置５８により駆動されるベルトコンベアＢＣ１により搬送された第１の基板に、吐出装置２０ａ、２０ｂにおいて第１のガス流路を形成する。次に、ベルトコンベアＢＣ１により搬送された第１の基板に、吐出装置２０ｄにおいて第１の集電層を形成する。次に、吐出装置２０ｆにおいて、例えば、第１の触媒のルテニウムの量と第２の触媒の白金の量との比率が場所により異なる第１の反応層を形成する。次に、吐出装置２０ｇにおいて電解質膜を形成する。同様の処理により吐出装置２０ｈにおいて第２の反応層を、吐出装置２０ｊにおいて第２の集電層を形成する。そして、吐出装置２０ｌ、２０ｍにおいて第２のガス流路が形成された第２の基板を、第１の基板上の所定の位置に配置して燃料電池の製造を完了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路が形成された第１の基板と、
前記第１の基板側に形成された第１の集電層と、
前記第１の基板側に形成された第１のガス拡散層と、
前記第１の基板側に形成された第１の反応層と、
第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路が形成された第２の基板と、
前記第２の基板側に形成された第２の集電層と、
前記第２の基板側に形成された第２のガス拡散層と、
前記第２の基板側に形成された第２の反応層と、
前記第１の反応層と前記第２の反応層との間に形成された電解質膜とを備える燃料電池であって、
前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率は、
ガス流路の上流側から下流側に向かって漸次高くなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率は、
ガス流路の上部よりもガス流路が形成されていない部分の上部において高くなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第２の触媒は、
前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスの少なくとも何れか一方に含まれている一酸化炭素に被毒した場合に、触媒活性が低下する触媒であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を、第１の基板に形成する第１のガス流路形成工程と、
前記第１のガス流路を介して供給された第１の反応ガスが反応することにより生じた電子を集める第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、
前記第１のガス流路を介して供給された第１の反応ガスに基づいて反応を行う第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、
電解質膜を形成する電解質膜形成工程と、
第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路を、第２の基板に形成する第２のガス流路形成工程と、
前記第２のガス流路を介して供給された第２の反応ガスが反応するために必要な電子を供給する第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、
前記第２のガス流路を介して供給された第２の反応ガスに基づいて反応を行う第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と
を含む燃料電池の製造方法において、
前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて、複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なる反応層を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１の反応層形成工程又は前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、ガス流路の上流側から下流側に向かって、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が漸次高くなっている反応層を形成することを特徴とする請求項５記載の燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、ガス流路の上部よりもガス流路が形成されていない部分の上部において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が高くなっていることを特徴とする請求項５記載の燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記第２の触媒は、
前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスの少なくとも何れか一方に含まれている一酸化炭素に被毒した場合に、触媒活性が低下する触媒であることを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか一項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車。
【請求項１２】
請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車。
【請求項１３】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池をエネルギー源として備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１４】
請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池をエネルギー源として備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、異なる種類の反応ガスをそれぞれの電極に供給し、供給された反応ガスに基づく反応により発電を行う燃料電池、燃料電池の製造方法、燃料電池を備える電子機器、燃料電池を備える自動車及び燃料電池を備えるコージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イオンを通す性質を持つ電解質を、電子を通す性質を持つ多孔質の電極で挟んだ燃料電池が存在する。この燃料電池の中には、水素又はアルコール等を燃料として発電するものが存在する。このような燃料電池のうち、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池では、一方の電極に水素を含む第１の反応ガスを供給し、他方の電極に酸素を含む第２の反応ガスを供給し、第１の反応ガスに含まれている水素と第２の反応ガスに含まれている酸素とに基づく反応により発電が行われる。
【０００３】
燃料電池においては、反応を促す触媒として白金を用いた反応層を形成している場合が多い。この反応層は、ガス拡散層を構成するカーボン上に塩化白金酸溶液、或いは、白金を担持した白金担持カーボンを分散させた溶液を拭き付けスプレーを用いて噴霧等することにより形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃料電池に供給される反応ガス、例えば、水素を含む第１の反応ガスには、微量の一酸化炭素が含まれている。この一酸化炭素は、触媒として用いられている白金に強く吸着して表面を覆ってしまい、白金の触媒活性を阻害する。そのため、一酸化炭素の影響を受けにくくする触媒として、白金とルテニウムの合金が触媒として用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９８８６０号公報
【非特許文献１】
池田宏之助編、「燃料電池のすべて」、日本実業出版社、２００１年８月２０日、ｐ．１４２−１４３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、白金とルテニウムの合金である触媒により反応層を形成している場合、反応層内における白金とルテニウムの比率は反応層内のどの場所においても同一の比率となっている。しかし、燃料電池内における反応ガスの拡散状態は、場所によって異り反応層に供給される反応ガスの量にも差があるため、触媒に対する一酸化炭素の影響も反応層内の場所によって異なっている。即ち、反応ガスの供給量が多い部分の触媒のみが一酸化炭素の影響により劣化することから反応層内における触媒の劣化度合いが異なる。そのため、場所により触媒の活性能力に差を生じるために燃料電池全体としての出力特性を低下させてしまい、信頼性の高い燃料電池を提供することが困難である。
【０００７】
この発明の課題は、反応層内において、複数種類の触媒の各々の量の比率を場所によって異ならせた信頼性の高い燃料電池、信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる燃料電池の製造方法、信頼性の高い燃料電池を備える電子機器、信頼性の高い燃料電池を備える自動車及び信頼性の高い燃料電池を備えるコージェネレーションシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料電池は、第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路が形成された第１の基板と、前記第１の基板側に形成された第１の集電層と、前記第１の基板側に形成された第１のガス拡散層と、前記第１の基板側に形成された第１の反応層と、第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路が形成された第２の基板と、前記第２の基板側に形成された第２の集電層と、前記第２の基板側に形成された第２のガス拡散層と、前記第２の基板側に形成された第２の反応層と、前記第１の反応層と前記第２の反応層との間に形成された電解質膜とを備える燃料電池であって、前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なることを特徴とする。
【０００９】
この燃料電池によれば、第１の反応層及び第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なっている。従って、例えば、反応ガスの供給量が多く一酸化炭素の影響が強い（一酸化炭素被毒する可能性が高い）場所には、一酸化炭素への耐性を有する触媒の比率を高くすることにより、反応層全体での一酸化炭素被毒による触媒の劣化を均一に保つことができる。そのため、一部の触媒のみが劣化することにより燃料電池全体の特性を低下させることなく、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、この発明に係る燃料電池は、前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率は、ガス流路の上流側から下流側に向かって漸次高くなっていることを特徴とする。
【００１１】
この燃料電池によれば、ガス流路の上流側（入口側）から下流側（出口側）に向かって、第１の触媒、例えば、ルテニウムの量に対する第２の触媒、例えば、白金の量の比率が高くなっている。即ち、反応ガスのガス圧力が高く供給量が多いため、一酸化炭素被毒の可能性が高い入口側においては、一酸化炭素に対する耐性を有するルテニウムの量を多くし、ガス圧力が低下し供給量が少なくなっているため、一酸化炭素被毒の可能性が低いガス流路の出口側においては、一酸化炭素の影響を受け易い白金の量を多くしている。従って、反応層内における触媒の劣化度合いを均一に保つことができ、一部の触媒のみが劣化することにより燃料電池全体の出力特性が低下することを防止できる。
【００１２】
また、この発明に係る燃料電池は、前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率は、ガス流路の上部よりもガス流路が形成されていない部分の上部において高くなっていることを特徴とする。
【００１３】
この燃料電池によれば、ガス流路が形成されている部分の垂直上方向に位置する反応ガスの拡散抵抗が低い部分よりも、ガス流路が形成されていない部分の上部、即ち、ガス流路とガス流路の間に位置する反応ガスの拡散抵抗が高い部分上において、例えば、ルテニウムである第１の触媒の量に対する、例えば、白金である第２の触媒の量の比率が高くなっている。従って、一酸化炭素被毒の可能性が高い部分よりも一酸化炭素被毒の可能性が低い部分に、一酸化炭素被毒により触媒活性が阻害されやすい白金の比率を高くすることにより、反応層内における触媒の劣化度合いを均一に保つことができる。
【００１４】
また、この発明に係る燃料電池は、前記第２の触媒が、前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスの少なくとも何れか一方に含まれている一酸化炭素に被毒した場合に、触媒活性が低下する触媒であることを特徴とする。
【００１５】
この燃料電池によれば、第２の触媒として一酸化炭素被毒により触媒活性が低下する触媒、例えば、白金を用いている。従って、一酸化炭素被毒の可能性が高い反応ガスの供給量が多い部分においては白金の量の比率を少なく、一酸化炭素被毒の可能性が低い反応ガスの供給量が少ない部分においては白金の量の比率を多くすることにより、反応層内における触媒の劣化状態を均一に保つことができる。
【００１６】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を、第１の基板に形成する第１のガス流路形成工程と、前記第１のガス流路を介して供給された第１の反応ガスが反応することにより生じた電子を集める第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、前記第１のガス流路を介して供給された第１の反応ガスに基づいて反応を行う第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、電解質膜を形成する電解質膜形成工程と、第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路を、第２の基板に形成する第２のガス流路形成工程と、前記第２のガス流路を介して供給された第２の反応ガスが反応するために必要な電子を供給する第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、前記第２のガス流路を介して供給された第２の反応ガスに基づいて反応を行う第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程とを含む燃料電池の製造方法において、前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて、複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なる反応層を形成することを特徴とする。
【００１７】
この燃料電池の製造方法によれば、第１の反応層形成工程及び第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なる反応層を形成している。従って、吐出装置を用いることにより、所定の場所に所定の量の触媒をそれぞれ塗布し、触媒の量の比率が場所により異なる反応層を容易に形成することができる。
【００１８】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記第１の反応層形成工程又は前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、ガス流路の上流側から下流側に向かって、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が漸次高くなっている反応層を形成することを特徴とする。
【００１９】
この燃料電池の製造方法によれば、ガス圧力が高く供給量の多いガス流路の上流側からガス圧力が低く供給量の少ない下流側に向かって第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が漸次高くなっている。即ち、一酸化炭素被毒の可能性が高いガス流路の上流側から一酸化炭素被毒の可能性が低いガス流路の下流側に向かって、例えば、ルテニウムの量に対する白金の量の比率を漸次高くしている。従って、反応層内における触媒の一酸化炭素被毒の度合いを均一に保つことにより信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００２０】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記第１の反応層形成工程又は前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、ガス流路の上部よりもガス流路が形成されていない部分の上部において、前記複数種類の触媒の内で第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が高くなっていることを特徴とする。
【００２１】
この燃料電池の製造方法によれば、ガス流路が形成されている部分の垂直上方向に位置する反応ガスの拡散抵抗が低い部分よりも、ガス流路が形成されていない部分の上部、即ち、ガス流路とガス流路の間に位置する反応ガスの拡散抵抗が高い部分上において、第１の触媒の量に対する第２の触媒の量の比率が高い反応層を形成している。従って、一酸化炭素被毒の可能性が高い部分よりも一酸化炭素被毒の可能性が低い部分に、一酸化炭素被毒により触媒活性が阻害されやすい触媒、例えば、白金の量の比率を高くすることにより、反応層内における触媒の劣化度合いを均一に保った信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００２２】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記第２の触媒が、前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスの少なくとも何れか一方に含まれている一酸化炭素に被毒した場合に、触媒活性が低下する触媒であることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係る燃料電池の製造方法によれば、第２の触媒として一酸化炭素被毒により触媒活性が低下する触媒を用いて燃料電池を製造している。従って、一酸化炭素被毒の可能性が高い部分においては白金の量の比率を少なく、一酸化炭素被毒の可能性が低い部分においては白金の量の比率を多くすることにより、反応層内における触媒の劣化度合いを均一に保つことができると共に、反応効率を均一に保った信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００２４】
また、この発明に係る電子機器は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。また、この発明に係る電子機器は、請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。この電子機器によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００２５】
また、この発明に係る自動車は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。また、この発明に係る自動車は、請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。この自動車によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００２６】
また、この発明に係るコージェネレーションシステムは、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池をエネルギー源として備えることを特徴とする。また、この発明に係るコージェネレーションシステムは請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池をエネルギー源として備えることを特徴とする。このコージェネレーションシステムによれば、信頼性の高い燃料電池をエネルギー源として備えることにより、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーにより高い環境性及び高い効率性を有するコージェネレーションシステムを実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。図１は、実施の形態に係る燃料電池の製造工程を実行する燃料電池製造ラインの構成の一例を示す図である。この図１に示すように、燃料電池製造ラインは、各工程においてそれぞれ用いられる吐出装置２０ａ〜２０ｍ、吐出装置２０ａ〜２０ｋを接続するベルトコンベアＢＣ１、吐出装置２０ｌ、２０ｍを接続するベルトコンベアＢＣ２、ベルトコンベアＢＣ１、ＢＣ２を駆動させる駆動装置５８、燃料電池の組み立てを行う組立装置６０及び燃料電池製造ライン全体の制御を行う制御装置５６により構成されている。
【００２８】
吐出装置２０ａ〜２０ｋは、ベルトコンベアＢＣ１に沿って所定の間隔で一列に配置されており、吐出装置２０ｌ、２０ｍはベルトコンベアＢＣ２に沿って所定の間隔で一列に配置されている。また、制御装置５６は、各吐出装置２０ａ〜２０ｋ、駆動装置５８及び組立装置６０に接続されている。制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１を駆動させ、燃料電池の基板（以下、単に「基板」とする。）を各吐出装置２０ａ〜２０ｋに搬送して各吐出装置２０ａ〜２０ｋにおける処理を行う。同様に、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ２を駆動させ、基板を吐出装置２０ｌ、２０ｍに搬送してこの吐出装置２０ｌ、２０ｍにおける処理を行う。また、組立装置６０においては、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１及びベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板により燃料電池の組み立てを行う。
【００２９】
この燃料電池製造ラインにおいては、吐出装置２０ａにおいて基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｂにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われ、吐出装置２０ｃにおいて、集電層を支持するための支持用カーボンを塗布する処理が行われる。また、吐出装置２０ｄにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｅにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｆにおいて、反応層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｇにおいて、電解質膜を形成する処理が行われる。更に、吐出装置２０ｈにおいて、反応層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｉにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｊにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｋにおいて、支持用カーボンを塗布する処理が行われる。
【００３０】
また、吐出装置２０ｌにおいて、基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｍにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われる。なお、吐出装置２０ａ〜２０ｋにおいて第１の基板に対して処理を施す場合には、吐出装置２０ｌ、２０ｍにおいては、第２の基板に対してガス流路を形成する処理が施される。
【００３１】
図２は、この発明の実施の形態に係る燃料電池を製造する際に用いられるインクジェット式の吐出装置２０ａの構成の概略を示す図である。この吐出装置２０ａは、基板上に吐出物を吐出するインクジェットヘッド２２を備えている。このインクジェットヘッド２２は、ヘッド本体２４及び吐出物を吐出する多数のノズルが形成されているノズル形成面２６を備えている。このノズル形成面２６のノズルから吐出物、即ち、反応ガスを供給するためのガス流路を基板上に形成する際に、基板に塗布されるレジスト溶液が吐出される。また、吐出装置２０ａは、基板を載置するテーブル２８を備えている。このテーブル２８は、所定の方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設置されている。また、テーブル２８は、図中矢印で示すようにＸ軸に沿った方向に移動することにより、ベルトコンベアＢＣ１により搬送される基板をテーブル２８上に載置して吐出装置２０ａ内に取り込む。
【００３２】
また、インクジェットヘッド２２には、ノズル形成面２６に形成されているノズルから吐出される吐出物であるレジスト溶液を収容しているタンク３０が接続されている。即ち、タンク３０とインクジェットヘッド２２とは、吐出物を搬送する吐出物搬送管３２によって接続されている。また、この吐出物搬送管３２は、吐出物搬送管３２の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手３２ａとヘッド部気泡排除弁３２ｂとを備えている。このヘッド部気泡排除弁３２ｂは、後述する吸引キャップ４０により、インクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引する場合に用いられる。即ち、吸引キャップ４０によりインクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁３２ｂを閉状態にし、タンク３０側から吐出物が流入しない状態にする。そして、吸引キャップ４０で吸引すると、吸引される吐出物の流速が上がり、インクジェットヘッド２２内の気泡が速やかに排出されることになる。
【００３３】
また、吐出装置２０ａは、タンク３０内に収容されている吐出物の収容量、即ち、タンク３０内に収容されているレジスト溶液の液面３４ａの高さを制御するための液面制御センサ３６を備えている。この液面制御センサ３６は、インクジェットヘッド２２が備えるノズル形成面２６の先端部２６ａとタンク３０内の液面３４ａとの高さの差ｈ（以下、水頭値という）を所定の範囲内に保つ制御を行う。液面３４ａの高さを制御することで、タンク３０内の吐出物３４が所定の範囲内の圧力でインクジェットヘッド２２に送られることになる。そして、所定の範囲内の圧力で吐出物３４を送ることで、インクジェットヘッド２２から安定的に吐出物３４を吐出することができる。
【００３４】
また、インクジェットヘッド２２のノズル形成面２６に対向して一定の距離を隔てて、インクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物を吸引する吸引キャップ４０が配置されている。この吸引キャップ４０は、図２中に矢印で示すＺ軸に沿った方向に移動可能に構成されており、ノズル形成面２６に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面２６に密着し、ノズル形成面２６との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。なお、吸引キャップ４０によるインクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物の吸引は、インクジェットヘッド２２が吐出物３４を吐出をしていない状態、例えば、インクジェットヘッド２２が、退避位置等に退避しており、テーブル２８が破線で示す位置に退避しているときに行われる。
【００３５】
また、この吸引キャップ４０の下方には、流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ４２、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ４４及びチューブポンプ等からなる吸引ポンプ４６が配置されている。また、この吸引ポンプ４６等で吸引され、流路を搬送されてきた吐出物３４は、廃液タンク４８内に収容される。
【００３６】
なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ、吐出装置２０ｇ及び吐出装置２０ｉ〜２０ｍの構成は、吐出装置２０ａと同様の構成であるため説明を省略するが、以下の説明において、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ、吐出装置２０ｇ及び吐出装置２０ｉ〜２０ｍの各構成には、吐出装置２０ａの説明において各構成に用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ、吐出装置２０ｇ及び吐出装置２０ｉ〜２０ｍにそれぞれ備えられているタンク３０には、各吐出装置２０ｂ〜２０ｅ、吐出装置２０ｇ及び吐出装置２０ｉ〜２０ｍにおいて行われる所定の処理に必要な吐出物が収容されている。例えば、吐出装置２０ｂ及び吐出装置２０ｍのタンク３０には、ガス流路を形成する際に行われるエッチング用の吐出物が、吐出装置２０ｃ及び吐出装置２０ｋのタンク３０には、支持用カーボンを形成するための吐出物が、吐出装置２０ｄ及び吐出装置２０ｊのタンク３０には、集電層を形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｅ及び吐出装置２０ｉのタンク３０には、ガス拡散層を形成するための吐出物が、吐出装置２０ｇのタンク３０には、電解質膜を形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｌのタンク３０には、吐出装置２０ａのタンク３０に収容されている基板に対してガス流路を形成するための吐出物と同様の吐出物が収容されている。
【００３７】
図３は、吐出装置２０ｆが備えるインクジェットヘッド及びタンクを説明するための図である。この図３に示すように、吐出装置２０ｆは、吐出装置２０ａが備えるインクジェットヘッド２２及びタンク３０と同様のインクジェットヘッド及びタンクをそれぞれ２つずつ備えている。吐出装置２０ｆにおいては、２種類の触媒の量の比率が場所により異なる反応層を形成する処理が行われる。従って、反応層を形成する２種類の触媒のうち、第１の触媒を含む吐出物を収容している第１のタンク３０ａ及び第１のタンク３０ａに収容されている吐出物を吐出する第１のインクジェットヘッド２２ａ、第２の触媒を含む吐出物を収容している第２のタンク３０ｂ及び第２のタンク３０ｂに収容されている吐出物を吐出する第２のインクジェットヘッド２２ｂを備えている。
【００３８】
第１のインクジェットヘッド２２ａは、この第１のインクジェットヘッド２２ａのヘッド本体２４ａのノズル形成面２７ａに形成されているノズル（第１のノズル）から吐出される吐出物を収容している第１のタンク３０ａと接続されている。また、第２のインクジェットヘッド２２ｂは、この第２のインクジェットヘッド２２ｂのヘッド本体２４ｂのノズル形成面２７ｂに形成されているノズル（第２のノズル）から吐出される吐出物を収容している第２のタンク３０ｂと接続されている。なお、吐出装置２０ｈの構成は、吐出装置２０ｆと同様の構成であるため説明を省略するが、吐出装置２０ｈの各構成には、吐出装置２０ｆの説明において各構成に用いたのと同一の符号を用いる。
【００３９】
次に、図４のフローチャート及び図面を参照して、実施の形態に係る吐出装置２０ａ〜２０ｍを用いた燃料電池の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、基板に反応ガスを供給するためのガス流路を形成する（ステップＳ１０）。即ち、まず、図５（ａ）に示すように矩形平板形状であって、例えば、シリコン素材の基板（第１の基板）２をベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ａまで搬送する。ベルトコンベアＢＣ１により搬送された基板２は、吐出装置２０ａのテーブル２８上に載置され、吐出装置２０ａ内に取り込まれる。吐出装置２０ａにおいては、ノズル形成面２６のノズルを介してタンク３０内に収容されているレジスト溶液を吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の所定の位置に塗布する。ここで、レジスト溶液は、図５（ｂ）に示すように、図中、手前方向から奥に向かって所定の間隔をおいて直線状に塗布される。即ち、基板２において、例えば、水素を含有する第１の反応ガスを供給するためのガス流路（第１のガス流路）を形成する部分を残して、それ以外の部分に対してのみレジスト溶液が塗布される。
【００４１】
次に、所定の位置にレジスト溶液が塗布された基板２（図５（ｂ）参照）は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｂまで搬送され、吐出装置２０ｂのテーブル２８上に載置されて吐出装置２０ｂ内に取り込まれる。吐出装置２０ｂにおいては、タンク３０内に収容されているガス流路を形成するために行われるエッチング用の溶剤、例えば、フッ酸水溶液をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の全体に塗布する。
【００４２】
ここで、基板２には、ガス流路を形成する部分以外の部分にレジスト溶液が塗布されているため、レジスト溶液が塗布されていない部分がフッ酸水溶液によりエッチングされ、図６（ａ）に示すように、ガス流路が形成される。即ち、基板２の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状のガス流路が形成される。また、図６（ａ）に示すようにガス流路が形成された基板２は、図示しない洗浄装置においてレジストの洗浄が行われる。そして、図６（ｂ）に示すように、ガス流路が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃへと搬送される。
【００４３】
次に、ステップＳ１０において基板２に形成されたガス流路が、集電層により塞がれるのを防止すべく、集電層を支持する支持用カーボン（第１の支持部材）をガス流路内に塗布する（ステップＳ１１）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｃ内に取り込む。吐出装置２０ｃにおいては、タンク３０内に収容されている支持用カーボン４をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、基板２に形成されているガス流路内に塗布する。ここで、支持用カーボン４として、所定の大きさ、例えば、直径１〜５ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。即ち、集電層によりガス流路が塞がれることを防止すると共に、反応ガスがガス流路内を確実に流れることができるように、支持用カーボン４として所定の大きさの多孔質カーボンが用いられる。
【００４４】
図７は、支持用カーボン４が塗布された基板２の端面図である。この図７に示すように、支持用カーボン４がガス流路内に塗布されることにより、基板２上に形成される集電層のガス流路内への落下が防止される。なお、支持用カーボン４が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄへと搬送される。
【００４５】
次に、基板２上に、反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための集電層（第１の集電層）を形成する（ステップＳ１２）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｄ内に取り込む。吐出装置２０ｄにおいては、タンク３０内に収容されている集電層６を形成する材料、例えば、銅等の導電性物質をノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８上に載置されている基板２上に吐出する。この時、導電性物質は、ガス流路に供給された反応ガスの拡散を妨げることがない形状に、例えば、網目形状等になるように吐出され集電層６が形成される。
【００４６】
図８は、集電層６が形成された基板２の端面図である。この図８に示すように、集電層６は、基板２上に形成されているガス流路内の支持用カーボン４により支持され、ガス流路内への落下が防止されている。なお、集電層６が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅへと搬送される。
【００４７】
次に、ステップＳ１２において形成された集電層６の上に、基板２に形成されたガス流路を介して供給される反応ガスを拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１３）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｅ内に取り込む。吐出装置２０ｅにおいては、タンク３０内に収容されているガス拡散層８を形成するための材料、例えば、カーボンを集電層６上にノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、ガス流路を介して供給された反応ガス（第１の反応ガス）を拡散させるためのガス拡散層８を形成する。
【００４８】
図９は、ガス拡散層８が形成された基板２の端面図である。この図９に示すように、例えば、電極としての機能も有するカーボンを集電層６上に吐出し、反応ガスを拡散させるためのガス拡散層８が形成される。ここで、ガス拡散層８を構成するカーボンとしては、ガス流路を介して供給された反応ガスを十分に拡散させることができる程度の大きさであって、かつ、多孔質のカーボンが用いられる。例えば、支持用カーボン４よりも小さく、直径０．１〜１ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。なお、ガス拡散層８が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆへと搬送される。
【００４９】
次に、ステップＳ１３において形成されたガス拡散層８の上に、基板２に形成されたガス流路を介して供給される反応ガスに基づいて反応する反応層（第１の反応層）を形成する（ステップＳ１４）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｆ内に取り込む。吐出装置２０ｆにおいては、第１のタンク３０ａに収容されている反応層を形成する第１の触媒、例えば、ルテニウムを担持した多孔質のカーボン（ルテニウム担持カーボン）を含む溶液を第１のノズルを介してガス拡散層８上に吐出する。次に、第２のタンク３０ｂに収容されている反応層を形成する第２の触媒、例えば、白金を担持した多孔質のカーボン（白金担持カーボン）を含む溶液を第２のノズルを介してガス拡散層８上に吐出する。なお、ルテニウム担持カーボン又は白金担持カーボンを含む溶液には、溶液中でルテニウム担持カーボンや白金担持カーボンが凝集等することを防止するための分散剤が付与されている。
【００５０】
ここで、ルテニウム担持カーボンを含む溶液及び白金担持カーボンを含む溶液は、吐出装置２０ｆに予め設定されている吐出パターンに基づいてガス拡散層８上に吐出され反応層１０が形成される。例えば、基板２を９×９の正方形の区画に分割し、何れの区画において何滴のルテニウム担持カーボンを吐出するかを区画毎に示した第１の吐出パターンに基づいてルテニウム担持カーボンを含む溶液を吐出する。次に、９×９の区画のそれぞれにおいて、白金担持カーボンを含む溶液を何滴吐出するかを示した第２の吐出パターンに基づいて白金担持カーボンを含む溶液を吐出することにより、場所によりルテニウムの量と白金の量との比率が異なる反応層１０が形成される。
【００５１】
図１０は、第１の吐出パターンの一例を示す図である。図１０に示すように、基板２に形成されたガス流路４を介し、矢印の方向から反応ガスが供給される場合、反応ガスが供給される入口側（上流側）においては、ガスの圧力も高いため供給される反応ガスの量が多く、一酸化炭素被毒の可能性が高い。従って、例えば、図１０に示すように、ガス流路４の上流側から下流側に向かってルテニウム担持カーボンを含む溶液の液滴数が９〜１へと漸次少なくなるように吐出される。
【００５２】
また、図１１は、第２の吐出パターンの一例を示す図である。図１１に示すように、基板２に形成されたガス流路４を介し、矢印の方向から反応ガスが供給される場合、反応ガスの出口側（下流側）においては、ガスの圧力が低いため供給される反応ガスの量が入口側よりも少ないため、一酸化炭素被毒の可能性が低い。従って、例えば、図１１に示すように、ガス流路４の上流側から下流側に向かって白金担持カーボンを含む溶液の液滴数が１〜９へと漸次多くなるように吐出される。
【００５３】
上述のように、図１０に示す第１の吐出パターンでルテニウム担持カーボンを含む溶液を吐出し、図１１に示す第２の吐出パターンで白金担持カーボンを含む溶液を吐出することにより、一酸化炭素被毒の可能性が高いガス流路４の上流側ではルテニウムの量の比率が高く、一酸化炭素被毒の可能性が低いガス流路４の下流側では白金の量の比率が高い反応層１０を形成することができる。
【００５４】
また、図１２は、第１の吐出パターンの他の例を示す図である。図１２に示すように基板２に形成されたガス流路４を介し、矢印の方向から反応ガスが供給される場合、ガス流路４から垂直上方向（ガス流路４上）の部分においては、ガス拡散層８における反応ガスの拡散抵抗が少なく、触媒が一酸化炭素被毒する可能性が高い。従って、例えば、図１２に示すように、ガス流路４の上部に吐出される液滴数を５、ガス流路４間の部分上に吐出される液滴数を１とする吐出パターンに基づいてルテニウム担持カーボンを含む溶液が吐出される。
【００５５】
また、図１３は、第２の吐出パターンの他の例を示す図である。図１３に示すように、基板２に形成されたガス流路４を介し、矢印の方向から反応ガスが供給される場合、ガス流路４間の部分上においては、ガス流路４の上部に比べてガス拡散層８における反応ガスの拡散抵抗が大きく、触媒の一酸化炭素被毒の可能性がガス流路４の上部よりも低い。従って、例えば、図１３に示すように、ガス流路４の上部に吐出される液滴数を１、ガス流路４間の部分上に吐出される液滴数を５とする吐出パターンに基づいて白金担持カーボンを含む溶液が吐出される。
【００５６】
上述のように、図１２に示す第１の吐出パターンでルテニウム担持カーボンを含む溶液を吐出し、図１３に示す第２の吐出パターンで白金担持カーボンを含む溶液を吐出することにより、一酸化炭素被毒の可能性が高いガス流路４の上部ではルテニウムの量の比率が高く、一酸化炭素被毒の可能性が低いガス流路４間の部分上では白金の量の比率が高い反応層１０を形成することができる。
【００５７】
なお、吐出装置２０ｆには、製造された燃料電池の用途、使用状況等を考慮した吐出パターンが予め設定されている。即ち、上述の図１０に示す第１の吐出パタン及び図１１に示す第２の吐出パターン、図１２に示す第１の吐出パターン及び図１３に示す第２の吐出パターン、図１０〜図１３に示すパターンを組み合わせたパターンの何れかの吐出パターンが予め設定されている。
【００５８】
ここで、ルテニウム微粒子又は白金微粒子を担持しているカーボンは、ガス拡散層８を構成するカーボンと同様のカーボン、即ち、同様の粒径であって、かつ、多孔質のカーボンが用いられる。なお、溶媒に分散剤を添加することによりルテニウム微粒子又は白金微粒子を分散させてガス拡散層８上に塗布した後に、例えば、窒素雰囲気中で２００℃に基板２を加熱することにより、分散剤を除去し、反応層１０を形成するようにしてもよい。この場合には、ガス拡散層８を構成するカーボンの表面上に触媒としてルテニウム微粒子及び白金微粒子を付着させることによって反応層１０が形成される。
【００５９】
図１４は、反応層１０が形成された基板２の端面図である。この図１４に示すように、触媒としての白金微粒子を担持したカーボンがガス拡散層８上に塗布されることにより反応層１０が形成される。なお、図１４において、反応層１０とガス拡散層８とを容易に識別することができるように、反応層１０としては触媒のみを示している。また、以下の図においても反応層は、図１４と同様に示すものとする。反応層１０が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルコトンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇへと搬送される。
【００６０】
次に、ステップＳ１４で形成された反応層１０上にイオン交換膜等の電解質膜を形成する（ステップＳ１５）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｇ内に取り込む。吐出装置２０ｇにおいては、タンク３０内に収容されている電解質膜を形成する材料、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、タングスト燐酸、モリブド燐酸等のセラミックス系固体電解質を所定の粘度に調整した材料を、ノズル形成面２６のノズルを介して反応層１０上に吐出して電解質膜１２を形成する。
【００６１】
図１５は、電解質膜１２が形成された基板２の端面図である。この図１５に示すように、反応層１０上に所定の厚さを有する電解質膜１２が形成される。なお、電解質膜１２が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈへと搬送される。
【００６２】
次に、ステップＳ１５において形成された電解質膜１２上に反応層（第２の反応層）を形成する（ステップＳ１６）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｈ内に取り込む。吐出装置２０ｈにおいては、吐出装置２０ｆにおいて行われた処理と同様の処理により予め設定されている吐出パターンに基づいて、第１の触媒としてのルテニウム微粒子を担持したカーボンを含む溶液と第２の触媒としての白金微粒子を担持したカーボンを含む溶液を吐出し、反応層１０´を形成する。
【００６３】
図１６は、電解質膜１２上に反応層１０´が形成された基板２の端面図である。この図１６に示すように、電解質膜１２上に触媒としての白金微粒子を担持したカーボンが塗布されることによって、反応層１０´が形成される。ここで、反応層１０´は、第２の反応ガス、例えば、酸素を含有する反応ガスに基づいて反応する層である。
【００６４】
次に、ステップＳ１６において形成された反応層１０´上に反応ガス（第２の反応ガス）を拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１７）。即ち、反応層１０´が形成された基板２は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｉまで搬送され、吐出装置２０ｉにおいて、吐出装置２０ｅにおいて行われた処理と同様の処理により所定の粒径の多孔質のカーボンが塗布され、ガス拡散層８´が形成される。
【００６５】
図１７は、反応層１０´上にガス拡散層が形成された基板２の端面図である。この図１７に示すように、反応層１０´上に多孔質のカーボンが塗布されることによって、ガス拡散層８´が形成される。
【００６６】
次に、ステップＳ１７において形成されたガス拡散層８´上に集電層（第２の集電層）を形成し（ステップＳ１８）、集電層上にこの集電層を支持するための支持用カーボン（第２の支持部材）を塗布する（ステップＳ１９）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｊまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｊ内に取り込み、吐出装置２０ｄにおいて行われた処理と同様の処理により、集電層６´がガス拡散層８´上に形成される。また、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｋまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｋ内に取り込み、吐出装置２０ｃにおいて行われた処理と同様の処理により、支持用カーボン４´が塗布される。なお、支持用カーボン４´が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、組立装置６０へと搬送される。
【００６７】
図１８は、ガス拡散層８´上に集電層６´及び支持用カーボン４´が塗布された基板２の端面図である。この図１８に示すように、上述のステップＳ１８の処理により集電層６´が形成され、上述のステップＳ１９の処理により支持用カーボン４´が塗布される。ここで、支持用カーボン４´は、支持用カーボン４と同様に、即ち、基板２に形成されているガス流路に沿って塗布される。
【００６８】
次に、ステップＳ１９において支持用カーボンが塗布された基板（第１の基板）上にガス流路が形成された基板（第２の基板）を配置することによって燃料電池を組み立てる（ステップＳ２０）。即ち、組立装置６０において、ベルトコンベアＢＣ１を介して搬入された基板２（第１の基板）上にベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板２´（第２の基板）を配置することにより、燃料電池の組立を行う。ここで、基板２´には、上述のステップＳ１０〜ステップＳ１９における処理とは別に、第２のガス流路が形成されている。即ち、吐出装置２０ｌ及び吐出装置２０ｍにおいて、吐出装置２０ａ及び吐出装置２０ｂにより行われる処理と同様の処理により、第２のガス流路が形成されている。従って、基板２に形成されている一方の側面から他方の側面へと延びる断面コ字形状のガス流路と、基板２´に形成されている断面コ字形状のガス流路とが平行になるように基板２´を配置して燃料電池の組立を行い、燃料電池の製造を完了する。
【００６９】
図１９は、製造された燃料電池の端面図である。この図１９に示すように、第２のガス流路が形成された基板２´を基板２の所定の位置に配置することによって第１の基板に形成された第１のガス流路を介して第１の反応ガスを供給し、第２の基板に形成された第２のガス流路を介して第２の反応ガスを供給する燃料電池の製造が完了する。
【００７０】
なお、上述の製造方法により製造された燃料電池は、電子機器、特に携帯用電子機器、例えば、携帯電話等に電力供給源として組み込むことができる。即ち、上述の燃料電池の製造方法によれば、吐出装置を用いることによって小型の燃料電池を容易に製造することができるため、例えば、携帯電話等の小型電子機器に電力供給源として組み込むことができる。
【００７１】
この実施の形態に係る燃料電池によれば、反応層内の場所により反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が異なっている。即ち、反応ガスの供給量が多く一酸化炭素被毒の可能性が高い場所、例えば、ガス流路の入口側又はガス流路の上部においては、一酸化炭素への耐性を有するルテニウムの比率を高くしている。また、反応ガスの供給量が少なく一酸化炭素被毒の可能性が低い場所、例えば、ガス流路の出口側又はガス流路間の上部においては、一酸化炭素による影響を受け易い白金の比率を高くしている。従って、一酸化炭素被毒による触媒活性の低下度合いを均一に保つことにより、一部の触媒のみが劣化することにより燃料電池全体の出力特性が低下し、燃料電池そのものが劣化することを防止して燃料電池の信頼性を高めることができる。
【００７２】
この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、インクジェット式の吐出装置を用いて場所により複数種類の触媒の各々の量の比率が異なる反応層を形成している。従って、所定の位置に所定の量の触媒を塗布して反応層を形成することができ、燃料電池内における触媒の劣化度合いを均一に保ち、信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００７３】
また、この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、反応ガスの入口側はルテニウムの量の比率が高く、出口側は白金の量の比率が高い反応層を形成することができる。また、ガス流路から近く反応ガスの拡散抵抗が低い部分にルテニウムの量の比率が高く、ガス流路から離れており反応ガスの拡散抵抗が大きくなる部分には白金の量の比率が高くなるように反応層を形成することができる。即ち、一酸化炭素被毒の可能性が高い部分には一酸化炭素に対する耐性が強いルテニウムの比率を高くし、一酸化炭素被毒の可能性が低い部分には一酸化炭素の影響を受け易い白金の比率を高くした反応層を形成することができる。従って、反応層内における触媒の劣化度合いを均一に保ち、燃料電池全体としての出力特性が一部の触媒の劣化により低下することを防止した信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００７４】
なお、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、全ての工程においてインクジェット式の吐出装置を用いているが、反応層を形成する工程のみにおいてインクジェット式の吐出装置を用いて燃料電池を製造するようにしてもよい。
【００７５】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、予め作成された所定の吐出パターンに基づいて所定の区画内に所定の数の液滴を吐出しているが、一度に吐出される液滴の量を変更することにより、区画毎に吐出される触媒の量を変更してもよい。即ち、インクジェット式の吐出装置を駆動させる駆動波形を区画毎に変更することにより、吐出装置のノズルを介して吐出されるルテニウム担持カーボンを含む溶液又は白金担持カーボンを含む溶液の液滴の量を変更し、区画毎に吐出される触媒の量を調整するようにしてもよい。
【００７６】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、ルテニウムと白金とを触媒として反応層が形成される場合を例として説明しているが、その他のものも触媒として用いるようにしてもよい。例えば、ニッケル、マンガン、コバルト、クロム、パラジウム及びモリブデンの中の何れか一つ以上と白金とを触媒として反応層を形成するようにしてもよい。また、ルテニウム、モリブデン及び白金のように、３種類以上の触媒を用い、反応層内の場所によりそれぞれの触媒の量の比率が異なる反応層を形成するようにしてもよい。
【００７７】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、小型の燃料電池を製造しているが、複数の燃料電池を積層させることによって大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。即ち、図２０に示すように、製造された燃料電池の基板２´の裏面に更にガス流路を形成し、ガス流路が形成された基板２´の裏面上に、上述の燃料電池の製造方法における製造工程と同様にしてガス拡散層、反応層、電解質膜等を形成して燃料電池を積層させることによって大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。このように、大型の燃料電池が製造された場合には、例えば、電気自動車の電力供給源として用いることができ、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーの自動車を提供することができる。
【００７８】
また、製造された大型の燃料電池を、１つのエネルギー源から熱と電気等複数のエネルギーを取り出して提供するコージェネレーションシステムのエネルギー源として用いてもよい。燃料電池においては、発電の際に発生する熱エネルギー量が多いため、効率の高い家庭用又は事業用のコージェネレーションシステムを実現することができる。また、燃料電池は発電の際に有毒物質等を排出することがないため、地球環境に配慮した環境性の高いコージェネレーションシステムを実現することができる。
【００７９】
この発明に係る燃料電池によれば、第１の反応層及び第２の反応層の内の少なくとも何れか一方において、反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なっている。従って、例えば、反応ガスの燃料電池内における拡散状態を考慮して反応層内における触媒の量の比率を調整し、一部の触媒のみの活性が一酸化炭素被毒により劣化して燃料電池全体としての出力特性が低下することを防止し、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【００８０】
この発明に係る燃料電池の製造方法によれば、第１の反応層形成工程及び第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて反応層を形成する複数種類の触媒の各々の量の比率が場所により異なる反応層を形成している。従って、吐出装置を用いることにより、所定の場所に所定の量の触媒をそれぞれ塗布して各触媒の量の比率が場所により異なる反応層を容易に形成し触媒の劣化度合いを均一に保つことにより、信頼性の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００８１】
この発明に係る電子機器によれば、この発明に係る燃料電池又はこの発明に係る燃料電池の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源としている。従って、例えば、携帯電話等の電子機器において、廃棄される際にも有毒物質等が流出する心配がない。また、この発明に係る自動車によれば、この発明に係る燃料電池又はこの発明に係る燃料電池の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源としている。従って、例えば、電気自動車における電力供給源として燃料電池を用いることにより、排気ガスを排出しない自動車を提供することができる。そのため、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを実現することができる。また、この発明に係るコージェネレーションシステムによれば、この発明に係る燃料電池又はこの発明に係る燃料電池の製造方法により製造された燃料電池をエネルギー源として備えている。従って、環境性及び効率性の高いコージェネレーションシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る燃料電池の製造ラインの一例を示す図である。
【図２】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図３】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図４】実施の形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートである。
【図５】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する図である。
【図６】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する他の図である。
【図７】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図８】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図９】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１０】実施の形態に係る反応層の形成処理を説明する図である。
【図１１】実施の形態に係る反応層の形成処理を説明する図である。
【図１２】実施の形態に係る反応層の形成処理を説明する図である。
【図１３】実施の形態に係る反応層の形成処理を説明する図である。
【図１４】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１５】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１６】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１７】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１８】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１９】実施の形態に係る燃料電池の基板の端面図である。
【図２０】実施の形態に係る燃料電池を積層させた大型燃料電池の図。
【符号の説明】
２、２´…基板、４、４´…支持用カーボン、６、６´…集電層、８、８´…ガス拡散層、１０、１０´…反応層、１２…電解質膜、２０ａ〜２０ｍ…吐出装置、ＢＣ１、ＢＣ２…ベルトコンベア。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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