(57)【要約】【課題】金属板と電極板との接触圧力を高めて出力を向上させることができ、好ましくは短絡が生じにくく耐圧性が良好な燃料電池を提供する。【解決手段】板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されたカソード側電極板と、アノード側電極板と、内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板４と、内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板と、を備える燃料電池であって、前記カソード側金属板４及びアノード側金属板は、対応する電極板に接触して挟持する電極板挟持部４ｘと、その周囲に段差部４ｙを介して形成された周縁部４ｚとを備え、電極板からはみ出した固体高分子電解質を周縁部４ｚで挟持しつつ、両側の金属板間を電気的に絶縁した状態で機械的に封止してあると共に、前記周縁部４ｚの幅Ｗ１を０．５〜２．０ｍｍとし、前記電極板挟持部の形状を長径Ｌ１／短径Ｌ２の比で３〜１０としてある。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板と、前記カソード側電極板の表面に配置され内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板と、前記アノード側電極板の表面に配置され内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板と、を備える燃料電池であって、
前記カソード側金属板及びアノード側金属板は、対応する電極板に接触して挟持する電極板挟持部と、その電極板挟持部の周囲に段差部を介して形成された周縁部とを備え、前記両側の電極板からはみ出した固体高分子電解質を前記金属板の周縁部で挟持しつつ、前記両側の金属板間を電気的に絶縁した状態で機械的に封止してあると共に、
前記周縁部の幅を０．５〜２．０ｍｍとし、前記電極板挟持部の形状を長径／短径の比で３〜１０としてあることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記両側の金属板は曲げプレスによって封止されていると共に、四隅に形成された円弧状部の外形の曲率半径が５〜１０ｍｍである請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質を用いた燃料電池に関し、特に厚みを薄くすることのできる高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー変換効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用コージェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来の構造として、スタック型の燃料電池が知られていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
即ち、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとを配設し、ガスケットを介して一対のセパレータにより挟持して単位セルを構成するものである。各々のセパレータにはガス流路溝が形成されており、アノードとの接触により、還元ガス（例えば、水素ガス）の流路が形成され、カソードとの接触により、酸化ガス（例えば、酸素ガス）の流路が形成される。各々のガスは、単位セル内の各流路を流通しながら、アノード又はカソードの内部に担持された触媒の作用により電極反応（電極における化学反応）に供され、電流の発生とイオン伝導が生じる。
【０００４】
一方、近年のＩＴ技術の活発化に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジカメなどモバイル機器が頻繁に使用される傾向があるが、これらの電源は、ほとんどリチウムイオン二次電池が用いられていた。ところが、モバイル機器の高機能化に伴って消費電力がどんどん増大し、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池が注目され、特に小型・薄型で軽量の燃料電池の開発が進められている。
【０００５】
例えば、下記の特許文献１には、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板と、前記カソード側電極板の表面に配置され内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板と、前記アノード側電極板の表面に配置され内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板と、を備える燃料電池が開示されている。
【０００６】
しかしながら、このように金属板で膜電極接合体を挟持した構造によってセルを薄型化しようとすると、各部材の材料的制限や厚みの制限などによって、金属板と電極板との接触圧力を維持するのが一般に困難になる。その結果、セルの接触抵抗が大きくなり、十分な出力を得ることが困難になる。また、カシメによって金属板の周囲を封止する場合、特に隅部において、金属板にしわが入り易く、このために生じる短絡の問題や耐圧性に関して改善の余地があった。
【０００７】
【非特許文献１】日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」発行日２００１年６月２９日、発行所：日経ＢＰ社、第３章ＰＥＦＣ、３．１原理と特徴ｐ４６
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０５０７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、金属板と電極板との接触圧力を高めて出力を向上させることができ、好ましくは短絡が生じにくく耐圧性が良好な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
即ち、本発明の燃料電池は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板と、前記カソード側電極板の表面に配置され内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板と、前記アノード側電極板の表面に配置され内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板と、を備える燃料電池であって、前記カソード側金属板及びアノード側金属板は、対応する電極板に接触して挟持する電極板挟持部と、その電極板挟持部の周囲に段差部を介して形成された周縁部とを備え、前記両側の電極板からはみ出した固体高分子電解質を前記金属板の周縁部で挟持しつつ、前記両側の金属板間を電気的に絶縁した状態で機械的に封止してあると共に、前記周縁部の幅を０．５〜２．０ｍｍとし、前記電極板挟持部の形状を長径／短径の比で３〜１０としてあることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池によると、カソード側金属板がカソード側電極板へのガスの流通を可能とし、アノード側金属板がアノード側電極板への燃料の流通を可能とすることで、各々の電極板で電極反応を生じさせることができ、金属板から電流を取り出すことができる。その際、本発明のように薄型化のために金属板を用いて機械的な封止を行うと、電極板との接触圧力が維持しにくくなるが、本発明では、周縁部の幅を従来より小さくし、かつ電極板挟持部の形状を長径／短径の比を従来より大きくしたため、電極板挟持部の全体と電極板との接触圧力を高めることができ、十分な出力を得ることができる。なお、金属板の周縁部の幅を従来より小さくすることで、セル全体の面積が同じでも、電池の有効面積を大きくすることができ、これによっても電池の出力を高めることができる。
【００１１】
上記において、前記両側の金属板は曲げプレスによって封止されていると共に、四隅に形成された円弧状部の外形の曲率半径が５〜１０ｍｍであることが好ましい。金属板を曲げプレスによって封止することで、簡易な工程で短時間に低コストで封止が行え、その際、四隅の円弧状部の外形を上記の曲率半径とすることで、プレスの際に金属板にしわが入り難くなるため、短絡が生じにくく耐圧性が良好になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図２は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す縦断面図である。
【００１３】
本発明の燃料電池は、図１〜図２に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２と、他方側に配置されたアノード側電極板３と、カソード側電極板２の表面に配置され内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板４と、アノード側電極板３の表面に配置され内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板５とを備えるものである。本実施形態では、アノード側金属板５に、エッチングにより燃料の流路溝９が形成され、カソード側金属板４には空気を自然供給するための開口部４ｃが形成されている例を示す。
【００１４】
固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。
【００１５】
その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００１６】
固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。
【００１７】
電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。
【００１８】
電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００１９】
一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。
【００２０】
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極板２では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
【００２１】
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。
【００２２】
電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。
【００２３】
電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。
【００２４】
カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。本実施形態では、アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄが設けられ、その間に流路溝９が設けられている。
【００２５】
カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための開口部４ｃが設けられている。開口部４ｃは、カソード側電極板２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口部４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。
【００２６】
カソード側金属板４の開口部４ｃは、例えば規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口部を設けてもよい。
【００２７】
金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。金属板４，５には、電極板２，３との接触抵抗を低減するために、金メッキなどの貴金属メッキを施すのが好ましい。
【００２８】
アノード側金属板５に設けられる流路溝９は、電極板３との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。
【００２９】
なお、このような金属板５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板３の外面に形成してもよい。電極板３の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。
【００３０】
金属板５の流路溝９に連通する注入口５ｃ及び排出口５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。本発明では、金属板４，５の電極板挟持部４ｘ，５ｘｊと、電極板２，３との接触圧力を高めることができるため、金属板４，５の厚みが０．０５〜０．３ｍｍの場合でも、十分な電池出力が得られる。
【００３１】
金属板５に流路溝９を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。
【００３２】
金属板４への開口部４ｃの形成、金属板４，５の外縁部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。
【００３３】
エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状や薄肉化した外縁部の厚みをより高精度に制御することができる。
【００３４】
図２に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（外縁部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましく、更に、封止の際に四隅の円弧状部の金属板にしわが入り難くする観点から、０．１〜０．２ｍｍが好ましい。
【００３５】
本発明では、両側の金属板４，５間を電気的に絶縁した状態で機械的に封止してある。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。機械的な封止としては、曲げプレス（カシメ）、リベット止め、ボルト締めなどが挙げられるが、簡易な工程で短時間に低コストで封止が行える観点から、曲げプレスが好ましい。
【００３６】
本発明では、カシメを行う際、図２に示すように、金属板４，５の外縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。
【００３７】
絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。
【００３８】
絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。
【００３９】
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図２に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の外縁部５ａを他方の外縁部４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の外縁部５ａを他方の金属板４の外縁部４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の外縁部４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。
【００４０】
本発明では、図３に示すように、カシメにより封止を行った際に、カソード側電極板２及びアノード側電極板３の少なくとも周縁部２ａ，３ａは、封止前の厚みｔ１に対して封止後の厚みｔ２が平均値で９５％以下となる状態で、カソード側金属板４及びアノード側金属板５により挟持されていることが好ましい。より好ましくは、封止後の厚みｔ２が平均値で９０％以下であり、更に好ましくは平均値で５０〜８５％である。
【００４１】
本発明では、カソード側金属板４及びアノード側金属板５は、電極板２，３と接触して挟持する電極板挟持部４ｘ，５ｘと、その電極板挟持部４ｘ，５ｘの周囲に段差部４ｙ，５ｙを介して形成された周縁部４ｚ，５ｚとを備える。そして、前記両側の電極板２，３からはみ出した固体高分子電解質１を前記金属板４，５の周縁部４ｚ，５ｚで挟持している。
【００４２】
本発明では、各電極板２，３の周縁部２ａ，３ａにおける封止前の厚みｔ１に対して、段差ｄ１が６０％以下となるように段差部４ｙ，５ｙが形成されていることが好ましい。
【００４３】
本実施形態のように、カソード側金属板４の周縁部４ｚ及びアノード側金属板５の周縁部５ｚと固体高分子電解質１との間に、絶縁材料６を介在させる場合には、特に、段差ｄ１に絶縁材料６の厚みを加えた深さが、各電極板２，３の周縁部２ａ，３ａにおける封止前の厚みｔ１に対して、６０％以下となることが好ましい。
【００４４】
このような段差部４ｙ，５ｙは、予め金属板の周辺部をエッチングで薄肉化しておき、これをプレス加工して形成することが好ましい。プレス加工を好適に行う上で、加工前の段差部４ｙ，５ｙの厚みは２００〜５０μｍが好ましい。
【００４５】
本発明では、金属板４，５の周縁部４ｚ，５ｚの幅Ｗ１（折り曲げない方を基準とする）を０．５〜２．０ｍｍとし、好ましくは０．５〜１．０ｍｍとする。幅Ｗ１が、０．５ｍｍより小さいと、固体高分子電解質１を挟持した部分でのシール性が不十分となり、２．０ｍｍを超えると、その部分が撓み易くなって、電極板挟持部４ｘ，５ｘと電極板２，３との接触圧力が低下して、出力が不十分になり易い。
【００４６】
また、図４に示すように、金属板４，５の電極板挟持部４ｘ，５ｘの形状を長径／短径の比（Ｌ１／Ｌ２）で３〜１０としてあり、好ましくは４〜８とする。比（Ｌ１／Ｌ２）が３未満であると、電極板挟持部４ｘ，５ｘの撓みを抑制する効果が小さくなり、電極板２，３との接触圧力が低下して、出力が不十分になり易い。比（Ｌ１／Ｌ２）が１０を超えると、限られたスペースで一定以上の有効面積を確保するのが困難になるという問題が生じる。
【００４７】
カシメにより封止を行う場合、封止を確実に行いながら、封止の際に四隅の円弧状部の金属板にしわが入り難くする観点から、カシメを行う際の折り返し幅Ｌ３が０．３〜１．２ｍｍであることが好ましい。
【００４８】
本発明の燃料電池は、四隅に形成された円弧状部ＲＰの外形の曲率半径Ｒ１が５〜１２ｍｍであることが好ましく、６〜１０ｍｍであることがより好ましい。曲率半径Ｒ１が５ｍｍ未満であると、カシメを行う際に、金属板の隅部にしわが入り易くなるため、短絡の発生や耐圧性の低下が生じ易くなる傾向がある。曲率半径Ｒ１が１２ｍｍを超えると、短径Ｌ２を大きくする必要性が生じるため、所望の形状が得られにくくなる。このような観点から、曲率半径Ｒ１は、短径Ｌ２の半分以下が好ましい。
【００４９】
本発明では、図２に示すような単位セルを１個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質１、一対の電極板２，３、及び一対の金属板４，５で単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したり、同一面に配列して使用することも可能である。このようにすると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。
【００５０】
使用の際、金属板５の燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄには、直接、燃料供給用のチューブを接合することも可能であるが、燃料電池の薄型化を行う上で、厚みが小さく、金属板５の表面に平行なパイプを有するチューブジョイントを設けるのが好ましい。
【００５１】
本発明の燃料電池は、薄型化が可能で小型軽量かつ自由な形状設計が可能なため、特に、携帯電話、ノートＰＣ等のモバイル機器に好適に使用することができる。
【００５２】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、エッチングによりアノード側金属板に流路溝を形成する例を示したが、本発明では、プレス加工、切削などの機械的な方法により、アノード側金属板に流路溝を形成してもよい。
【００５３】
（２）前述の実施形態では、カソード側金属板の開口部から、そのままカソード側電極板を露出させる例を示したが、本発明では、カソード側金属板に、前記開口部を覆うように疎水性の高分子多孔質膜を積層してもよい。高分子多孔質膜の積層は、カソード側金属板の内側でも外側でもよい。
【００５４】
（３）前述の実施形態では、カソード側金属板に空気を自然供給するための開口部が形成されている例を示したが、アノード側金属板と同様に、エッチングやプレス加工により、空気等の酸素含有ガスの流路溝、注入口、排出口を形成してもよい。その場合、アノード側金属板と同様に、カソード側金属板の注入口から空気等を供給しつつ発電を行う。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００５６】
〔実施例１〕
ニッケル板（６０ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍ厚、４隅部の曲率半径６ｍｍ（折り返し部を除くサイズ））に溝（幅０．８ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、間隔１．６ｍｍ、本数２１本）、及び周辺薄肉部（厚み１００μｍ）、ガス導入、排出孔を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設けた。その後、周辺薄肉部に対してプレス加工を行って段差部（段差１００μｍ）と周縁部とを形成し、全面に金メッキ（メッキ厚０．５μｍ）してアノード側金属板とした。
【００５７】
同様に、ニッケル板（６０ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍ厚、４隅部の曲率半径６ｍｍ）に貫通孔（１．０ｍｍφ、ピッチ１．５ｍｍ、個数３５０個）、及び周辺薄肉部、ガス導入、排出孔を塩化第二鉄水溶液によるエッチングにより設けた。その後、周辺薄肉部に対してプレス加工を行って段差部（段差１００μｍ）と周縁部（幅Ｗ１は１．３ｍｍ）とを形成し、全面に金メッキ（メッキ厚０．５μｍ）してこれをカソード側金属板とした。そして絶縁シート（５０ｍｍ×２６ｍｍ×２ｍｍ幅、厚み８０μｍ）を周縁部に張り合わせた。
【００５８】
また、薄膜電極組立体（約６０ｍｍ×約１５ｍｍ）は、下記のようにして作製した。白金触媒は、米国エレクトロケム社製２０％白金担持カーボン触媒（ＥＣ−２０−ＰＴＣ）を用いた。この白金触媒と、カーボンブラック（アクゾ社ケッチェンブラックＥＣ）、ポリフッ化ビニリデン（カイナー）を、それぞれ７５重量％、１５重量％、１０重量％の割合で混合し、ジメチルホルムアミドを、２．５重量％のポリフッ化ビニリデン溶液となるような割合で、上記白金触媒、カーボンブラック、ポリフッ化ビニリデンの混合物中に加え、乳鉢中で溶解・混合して、触媒ペーストを作製した。カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−９０、厚み３００μｍ）を５７ｍｍ×１２ｍｍに切断し、この上に、上記のようにして作製した触媒ペースト約２０ｍｇをスパチュラにて塗布し、８０℃の熱風循環式乾燥機中で乾燥した。このようにして４ｍｇの触媒組成物が担持されたカーボンペーパーを作製した。白金担持量は、０．６ｍｇ／ｃｍ2 である。
【００５９】
上記のようにして作製した白金触媒担持カーボンペーパーと、固体高分子電解質（陽イオン交換膜）としてナフィオンフィルム（デュポン社製ナフィオン１１２、約６０ｍｍ×約１５ｍｍ、厚み２５μｍ）を用い、その両面に、金型を用いて、１３５℃、２ＭＰａの条件にて２分間ホットプレスした。こうして得られた薄膜電極組立体を上記の金属板２枚の中央で挟み込み、図２に示すようにカシメ合わせることで、外寸約６０ｍｍ×約１５ｍｍ×１．４ｍｍ厚という薄型小型のマイクロ燃料電池を得る事ができた。この燃料電池に対して、電極板の周縁部が位置する部分の厚みを測定し（等間隔で合計２０点）、各材料の厚みを考慮して、電極板周縁部の平均の圧縮率（封止後厚み／封止前厚み×１００）を求めたところ、６５％であった。
【００６０】
このマイクロ燃料電池の電池特性を評価した。燃料電池特性は、東陽テクニカ製燃料電池評価システムを用い、室温下、アノード側に純水素ガスを流した（カソード側は大気開放とした）。ガス流量は、０．２Ｌ／ｍｉｎとした。得られた電流密度に対応する出力電圧を図５に示す。
【００６１】
〔比較例１〕
実施例１において、ニッケル板と薄膜電極組立体とのサイズを変えて、外寸が５０ｍｍ×２６ｍｍ×１．４ｍｍ厚の燃料電池（有効電極面積は実施例１と同じ）を作製したこと以外は、実施例１と全く同様にして燃料電池を作製し、同様にして評価を行った。その結果を図５に示す。この結果を実施例１と対比すると、Ｌ１／Ｌ２が大きくなることによって、接触圧力が低下したため出力が低下している。
【００６２】
〔比較例２〕
実施例１において、ニッケル板と薄膜電極組立体とのサイズを変えると共に、周縁部の幅Ｗ１を２．３ｍｍとして、外寸が５２ｍｍ×２８ｍｍ×１．４ｍｍ厚の燃料電池（有効電極面積は実施例１と同じ）を作製したこと以外は、実施例１と全く同様にして燃料電池を作製し、同様にして評価を行った。その結果を図５に示す。この結果を実施例１と対比すると、周縁部の幅Ｗ１が大きくなることによって、接触圧力が更に低下したため更に出力が低下している。
【００６３】
〔比較例３〕
実施例１において、ニッケル板と薄膜電極組立体との隅部の曲率半径を変えて、外寸の曲率半径が４ｍｍの燃料電池を作製したこと以外は、実施例１と全く同様にして燃料電池を作製した。
【００６４】
その際の歩留りを実施例１と比較したところ、実施例１が１０個中の０個の不良（短絡の発生）であったのに対して、比較例３では、１０個中の３個の不良であった。また、良品を用いて耐圧試験（Ｎ＝５個）を行ったところ、実施例１が平均約２００ＫＰａであったのに対して、比較例３では平均約５０ＫＰａであった。なお、耐圧試験は、セルのアノード側金属板の排出口を塞ぎながら、注入口から加圧空気を供給していき、リークが発生した時点の圧力を測定して行った。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の燃料電池（単位セル）の一例を示す組み立て斜視図
【図２】本発明の燃料電池（単位セル）の一例を示す縦断面図
【図３】本発明の燃料電池（単位セル）の一例を示す組み立て部分断面図
【図４】本発明の燃料電池（単位セル）の寸法を説明するための平面図
【図５】実施例等で得られた燃料電池の電流密度と出力電圧の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６６】
１            固体高分子電解質
２            カソード側電極板
２ａ          カソード側電極板の周縁部
３            アノード側電極板
３ａ          アノード側電極板の周縁部
４            カソード側金属板
４ｃ          開口部
４ｘ          カソード側金属板の電極板挟持部
４ｙ          カソード側金属板の段差部
４ｚ          カソード側金属板の周縁部
５            アノード側金属板
５ｃ          注入口
５ｄ          排出口
５ｘ          アノード側金属板の電極板挟持部
５ｙ          アノード側金属板の段差部
５ｚ          アノード側金属板の周縁部
Ｌ１          長径
Ｌ２          短径
Ｗ１          周縁部の幅
ＲＰ          円弧状部
Ｒ１          円弧状部の曲率半径
【図１】
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【図２】
2007149545.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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