(57)【要約】【課題】  スタック整合式燃料電池及びその製造方法の提供。【解決手段】  スタック整合式燃料電池は、少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層と、陽極集電回路を具え該陽極集電回路が各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に形成された第１印刷回路基板と、陰極集電回路を具え該陰極集電回路が各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に形成された第２印刷回路基板と、を具え、該電解質層が第１印刷回路基板と第２印刷回路基板の間に置かれた後に一体に重畳され、スタック整合式燃料電池が緊密に接合されたサンドイッチ構造を呈するものとされた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック整合式燃料電池の製造方法において、
（Ａ）少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層を提供するステップ、
（Ｂ）印刷回路板製造工程を利用し、第１印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に陽極集電回路を形成するステップ、
（Ｃ）印刷回路板製造工程を利用し、第２印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に陰極集電回路を形成するステップ、
（Ｄ）電解質層を（Ｂ）のステップを完成した第１印刷回路基板と（Ｃ）のステップを完成した第２印刷回路基板の間に置いて重畳するよう緊密に接合してサンドイッチ構造を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、（Ｂ）のステップが更に、
陽極集電回路を具えた片面に、陽極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、（Ｃ）のステップが更に、
陰極集電回路を具えた片面に、陰極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、第１印刷回路基板を、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとすることを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、第２印刷回路基板を、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとすることを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、スタック整合式燃料電池がスタック整合式メタノール燃料電池とされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法。
【請求項７】
スタック整合式燃料電池において、
少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層と、
陽極集電回路が各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に形成された第１印刷回路基板と、
陰極集電回路が各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に形成された第２印刷回路基板と、
を具え、そのうち電解質層は、第１印刷回路基板と第２印刷回路基板の間に置かれて重畳するように一体とされ、スタック整合式燃料電池が緊密に接合されたサンドイッチ構造を呈するものとされることを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第１印刷回路基板が陽極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を具え、この直列並列回路が第１印刷回路基板の陽極集電回路を具えた片面に形成されたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【請求項９】
請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第２印刷回路基板が陰極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を具え、この直列並列回路が第２印刷回路基板の陰極集電回路を具えた片面に形成されたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【請求項１０】
請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第１印刷回路基板が、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【請求項１１】
請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第２印刷回路基板が、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【請求項１２】
請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、スタック整合式燃料電池がスタック整合式メタノール燃料電池とされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種のスタック整合式燃料電池に係り、特に、スタック整合式燃料電池の集電層の製造方法であって、印刷回路板製造工程を利用して、回路基板の片面にそれぞれ陽極集電回路と陰極集電回路を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の燃料電池の製造技術は、いずれも燃料電池の全体構造に関係するか、或いは電解質層を主軸とする技術内容であり、集電層の製造方式或いは集電層の構造に係る技術内容については、いずれも僅かに石墨、金属網等の手段を利用したものとされる。ただし周知の集電層製造のために採用される手段は、軽薄短小の燃料電池の製造要求下にあって製造できないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は周知の技術の欠点を鑑み、軽薄短小特性を具えた燃料電池に非常に適合する集電層を提供するものである。
【０００４】
本発明の主要な目的は、印刷回路板製造工程を利用し、それぞれ印刷回路板の片面に陽極集電回路と陰極集電回路を形成し、並びにそれをスタック整合式燃料電池に使用することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、軽薄短小特性を具えた燃料電池に非常に適合する集電層を提供することにある。
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明は一種のスタック整合式燃料電池の製造方法を提供し、それは、（Ａ）少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層を提供するステップ、（Ｂ）印刷回路板製造工程を利用し、第１印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に陽極集電回路を形成するステップ、（Ｃ）印刷回路板製造工程を利用し、第２印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に陰極集電回路を形成するステップ、（Ｄ）電解質層を（Ｂ）のステップを完成した第１印刷回路基板と（Ｃ）のステップを完成した第２印刷回路基板の間に置いて重畳するよう緊密に接合してサンドイッチ構造を形成するステップと、を具えている。
【０００７】
更に、以上の目的を達成するため、本発明は一種のスタック整合式燃料電池を提供し、それは少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層と、陽極集電回路が各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に形成された第１印刷回路基板と、陰極集電回路が各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に形成された第２印刷回路基板と、を具え、そのうち電解質層は、第１印刷回路基板と第２印刷回路基板の間に置かれて重畳するように一体とされ、スタック整合式燃料電池が緊密に接合されたサンドイッチ構造を呈するものとされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、スタック整合式燃料電池の製造方法において、
（Ａ）少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層を提供するステップ、
（Ｂ）印刷回路板製造工程を利用し、第１印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に陽極集電回路を形成するステップ、
（Ｃ）印刷回路板製造工程を利用し、第２印刷回路基板の各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に陰極集電回路を形成するステップ、
（Ｄ）電解質層を（Ｂ）のステップを完成した第１印刷回路基板と（Ｃ）のステップを完成した第２印刷回路基板の間に置いて重畳するよう緊密に接合してサンドイッチ構造を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、（Ｂ）のステップが更に、
陽極集電回路を具えた片面に、陽極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項３の発明は、請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、（Ｃ）のステップが更に、
陰極集電回路を具えた片面に、陰極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を形成するステップ、
を具えたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項４の発明は、請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、第１印刷回路基板を、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとすることを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項５の発明は、請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、第２印刷回路基板を、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとすることを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項６の発明は、請求項１記載のスタック整合式燃料電池の製造方法において、スタック整合式燃料電池がスタック整合式メタノール燃料電池とされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池の製造方法としている。
請求項７の発明は、スタック整合式燃料電池において、
少なくとも二つの燃料電池ユニットを具えた電解質層と、
陽極集電回路が各燃料電池ユニットの陽極に接触する片面に形成された第１印刷回路基板と、
陰極集電回路が各燃料電池ユニットの陰極に接触する片面に形成された第２印刷回路基板と、
を具え、そのうち電解質層は、第１印刷回路基板と第２印刷回路基板の間に置かれて重畳するように一体とされ、スタック整合式燃料電池が緊密に接合されたサンドイッチ構造を呈するものとされることを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
請求項８の発明は、請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第１印刷回路基板が陽極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を具え、この直列並列回路が第１印刷回路基板の陽極集電回路を具えた片面に形成されたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
請求項９の発明は、請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第２印刷回路基板が陰極集電回路と電気的に接続された直列並列回路を具え、この直列並列回路が第２印刷回路基板の陰極集電回路を具えた片面に形成されたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
請求項１０の発明は、請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第１印刷回路基板が、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
請求項１１の発明は、請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、第２印刷回路基板が、銅箔印刷回路板、軟性印刷回路板、印刷回路板製造工程に適用される回路基板のいずれかとされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
請求項１２の発明は、請求項７記載のスタック整合式燃料電池において、スタック整合式燃料電池がスタック整合式メタノール燃料電池とされたことを特徴とする、スタック整合式燃料電池としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は周知の技術の欠点を鑑み、軽薄短小特性を具えた燃料電池に非常に適合する集電層を提供し、印刷回路板製造工程を利用し、それぞれ印刷回路板の片面に陽極集電回路と陰極集電回路を形成し、並びにそれをスタック整合式燃料電池に使用している。さらに、本発明は、軽薄短小特性を具えた燃料電池に非常に適合する集電層を提供している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の方法のフローチャートであり、図２は本発明の方法により製造されたスタック整合式燃料電池の分解図である。本発明のスタック整合式燃料電池の製造方法１０は、ステップ１０１、１０３、１０５、１０７を包含し、以下にそれぞれについて説明する。ステップ１０１では電解質層２３を提供し、本発明でステップ１０１を実現する具体的手段は、電解質層２３をプロトン交換膜と高分子材料上にそれぞれ所定濃度の白金（Ｐｔ）と所定濃度の白金（Ｐｔ）／ルビジウム（Ｒｕ）をコーティングした後、接着手段として、プロトン交換膜、高分子触媒層及びカーボンペーパー／カーボンクロスで形成した電解質層２３を利用して接着する。プロトン交換膜材料にはデュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）材料を使用し、コーティングの手段としてポリイミドプリンティングを採用する。例えば、金属真空蒸着方式を採用し、所定濃度が１〜５ｍｇ／ｃｍ2 の間の白金（Ｐｔ）を蒸着し、及び、所定濃度が１〜１０ｍｇ／ｃｍ2 の間の白金（Ｐｔ）／ルビジウム（Ｒｕ）を蒸着する。更にスクリーン印刷手段を採用し、カーボンパウダー、ポリテトラフルオロエチレン、溶剤等の混合物を印刷するか、押板印刷手段でカーボンパウダー、ポリテトラフルオロエチレン、溶剤等の混合物を印刷して、電解質層２３の製造を完成する。こうして製造された電解質層２３は複数の燃料電池ユニット２３ａを包含し、これは図２に示されるとおりである。
【００１１】
ステップ１０３では、印刷回路板製造工程を利用し、各燃料電池ユニット２３ａの陽極に接触する第１印刷回路基板２１の片面に陽極集電回路２１１を形成する。図２に示されるように、本発明の第１印刷回路基板２１の片面とは、即ち各燃料電池ユニット２３ａの陽極に接触する一面を指し、第１印刷回路基板２１の片面と反対の面には、本発明の方法の重点はない。ステップ１０３中、本発明は印刷回路板製造工程を利用し、第１印刷回路基板２１の片面に陽極集電回路２１１を形成し、その実施の具体的手段は、先ず陽極集電回路２１１に所属の区域に孔あけし、こうして形成した複数の孔２１７を陽極燃料が通過して燃料電池ユニット２３ａ中に流入する。続いて、コーティング、印刷、接着、電気めっき増層等の方法で、導電樹脂、導電樹脂テープ、金属薄層等導電材料を第１印刷回路基板２１に形成するか、或いは第１印刷回路基板２１の金属をエッチングする手段により陽極集電回路２１１を形成し、これにより金属で陽極集電回路２１１を形成する実施方式によると、金属材料は例えば銅、或いはその他の金属とされる。本発明によると、第１印刷回路基板２１の片面への陽極集電回路２１１の形成に採用される技術手段は上述に記載の内容に限定されるわけではなく、この技術に習熟する者が利用可能な関係工程手段はいずれも本発明に利用可能である。
【００１２】
ステップ１０５では、印刷回路板製造工程を利用し、各燃料電池ユニット２３ａの陰極に接触する第２印刷回路基板２５の片面に陰極集電回路２５１を形成する。図２も参照されていが、本発明の第２印刷回路基板２５の片面とは、即ち各燃料電池ユニット２３ａの陰極と接触する一面を指し、第２印刷回路基板２５の該片面と反対の面に本発明の方法の重点はない。ステップ１０５中、本発明はステップ１０３と同様の手段を用いて陰極集電回路２５１を形成する。同様に、孔２５７は空気を通過させ燃料電池ユニット２３ａに流入させるためのものである。ステップ１０７では電解質層２３をステップ１０３を完成した第１印刷回路基板２１とステップ１０５を完成した第２印刷回路基板２５の間に置いて一体に重畳させ、全体のスタック整合式燃料電池２０を緊密に接合されたサンドイッチ構造を呈するものとする。ステップ１０７の重畳の具体的手段として、エポキシを粘着媒体として運用し、印刷或いは樹脂片重畳方式で、並びに熱圧加工機中で圧着する。
【００１３】
ステップ１０３を実行すると同時に、本発明は直列並列回路２１３を形成するステップを実行し、それは印刷回路板の工程技術を利用し、第１印刷回路基板２１の片面に直列並列回路２１３を形成し、直列並列回路２１３は陽極集電回路２１１と相互に電気的に接続され、直列並列回路２１３の回路設計により、各燃料電池ユニット２３ａの陽極が直列並列接続され一体とされ、並びに対応する直列並列回路２５３に接続され、これにより、各燃料電池ユニット２３ａが直列並列に接続されて必要な供給電圧を生成する。
【００１４】
ステップ１０５を実行すると同時に、本発明はまた直列並列回路２５３を形成するステップを実行し、印刷回路板の工程技術を利用し、第２印刷回路基板２５の片面に直列並列回路２５３を形成し、直列並列回路２５３は陰極集電回路２５１と相互に電気的に接続され、直列並列回路２５３の回路設計により、各燃料電池ユニット２３ａの陰極が直列並列接続され一体とされ、直列並列回路２１３に組み合わされ、各燃料電池ユニット２３ａが直列並列に接続されて必要な供給電圧を生成する。
【００１５】
上述の陽極集電回路２１１、直列並列回路２１３、陰極集電回路２５１、及び直列並列回路２５３の形成完成後に、本発明の第１印刷回路基板２１の片面及び第２印刷回路基板２５の片面にそれぞれ隔離層２１５、２５５が形成され、陽極集電回路２１１、陰極集電回路２５１以外のエリアが、隔離層２１５、２５５を利用して電解質層２３と隔離され、これにより、陽極集電回路２１１、陰極集電回路２５１のみによる各燃料電池ユニット２３ａとの接触が達成される。隔離層２１５、２５５の具体的手段については、本発明はグリーンワニスコーティング方式を採用して実現可能である。
【００１６】
図３は本発明の陽極集電回路と直列並列回路を具えた第１印刷回路基板を示し、図４は本発明の陰極集電回路と直列並列回路を具えた第２印刷回路基板を示す。本発明の第１印刷回路基板２１と第２印刷回路基板２５の材質は、例えば銅箔印刷回路基板（ＣＣＬ−Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｌａｄ  Ｌａｍｉｎａｔｅ）、軟性印刷回路板、或いはその他の適合する印刷回路板製造工程の基板とされ、本発明はそれぞれ図３及び図４に示される第１印刷回路基板２１、第２印刷回路基板２５を形成し、最後に、電解質層２３とヂン密に接合しサンドイッチ構造のスタック整合式燃料電池を形成する。
【００１７】
図５は本発明のチャネル層とスタック整合式燃料電池が接合された構造図である。本発明の方法により製造されたスタック整合式燃料電池２０は、チャネル層３０と接合され、チャネル層３０の内部区域３０ａは陽極燃料、例えばメタノール溶液等の収容に用いられ、内部区域３０ａと陽極集電回路２１１の孔２１７は連通し、これにより陽極燃料が各燃料電池ユニット２３ａに流入する。
【００１８】
本発明の上述のスタック整合式燃料電池２０は、その具体的実施例がスタック整合式メタノール燃料電池とされる。
【００１９】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の方法のフローチャートである。
【図２】本発明の方法により製造されたスタック整合式燃料電池の分解図である。
【図３】本発明の陽極集電回路と直列並列回路が形成された第１印刷回路基板表示図である。
【図４】本発明の陰極集電回路と直列並列回路が形成された第２印刷回路基板表示図である。
【図５】本発明のチャネル層とスタック整合式燃料電池が接合された構造図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  製造方法
２０  スタック整合式燃料電池
３０  チャネル層
３０ａ  内部区域
２１  第１印刷回路基板
２３  電解質層
２５  第２印刷回路基板
１０１、１０３、１０５、１０７  ステップ
２１１  陽極集電回路
２１３  直列並列回路
２１５  隔離層
２１７  孔
２５１  陰極集電回路
２５３  直列並列回路
２５５  隔離層
２５７  孔
【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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