(57)【要約】【課題】セルの厚みを極限まで薄くすることができ、しかも電池用途に合わせて十分な出力を得ることができる燃料電池、およびそれを用いた発電方法を提供する。【解決手段】板状の固体高分子電解質１と、そ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、前記両側の金属板４，５の周縁を電気的に絶縁した状態で封止する封止部ＳＰとを備える燃料電池において、前記アノード側金属板５は、平坦な内面５ｅ、並びに燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄを有すると共に、前記アノード側電極板３は、導電性繊維の集合体層を表面に備えることを特徴とし、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用するものである。【選択図】図２
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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、前記両側の金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で封止する封止部とを備える燃料電池において、
前記アノード側金属板は、平坦な内面、並びに燃料の注入口及び排出口を有すると共に、
前記アノード側電極板は、導電性繊維の集合体層を表面に備えることを特徴とする、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用する燃料電池。
【請求項２】
前記カソード側金属板は、平坦な内面と開口部とを有すると共に、
前記カソード側電極板は、導電性繊維の集合体層を表面に備える請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソード側金属板の外表面とアノード側金属板の外表面とを基準とするセルの厚みが１．２ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池を用いて、燃料を前記注入口から注入しながら、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下になるように負荷をかけて発電させる発電方法。
【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、およびそれを用いた発電方法に関し、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にガス流路を設けた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に燃料流路を設けた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、この燃料電池では、セルを構成する金属板が燃料の流路を内面側に有するため、セルの厚みを１．４ｍｍ程度まで薄型化するのが限界であった。そして、これ以上、厚みを薄くすると、燃料を供給するための流路面積が不十分となり、また、水分のフラッディングによって、流路が閉塞し易いと考えられていた。
【０００７】
一方、小型の携帯機器、例えば携帯型メモリ式音楽プレーヤのように、電池容量が小さくて良い代わりに、電池に対する薄型化の要求が大変厳しい携帯機器類が存在する。このような携帯機器類では、前記のようなセルの厚みでは、厚みが大き過ぎるという問題があった。
【０００８】
【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】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、セルの厚みを極限まで薄くすることができ、しかも電池用途に合わせて十分な出力を得ることができる燃料電池、およびそれを用いた発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、セルのガス流路の厚みを小さくする方法について鋭意研究したところ、意外にも、一定以下の小さな電流密度で使用する場合、金属板にガス流路を設けなくても、電極板の繊維集合体層でガスの流動・拡散が生じることによって、十分な出力が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の燃料電池は、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用するものであり、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、前記両側の金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で封止する封止部とを備える燃料電池において、前記アノード側金属板は、平坦な内面、並びに燃料の注入口及び排出口を有すると共に、前記アノード側電極板は、導電性繊維の集合体層を表面に備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の燃料電池によると、アノード側金属板が内面側にガス流路を有さず平坦であるため、ガス流路に相当する分だけセルの厚みを薄くすることができる。しかも、アノード側電極板が導電性繊維の集合体層を表面に備え、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用するため、燃料ガスの流動・拡散も十分となり、また、水分のフラッディングによる流路の閉塞も起こりにくく、十分な出力を得ることができる。
【００１３】
上記において、前記カソード側金属板は、平坦な内面と開口部とを有すると共に、前記カソード側電極板は、導電性繊維の集合体層を表面に備えることが好ましい。この構成によると、カソード側においても、ガス流路に相当する分だけセルの厚みを薄くすることができ、水分のフラッディングによる流路の閉塞も起こりにくいため、より薄型化が可能となり、十分な出力をより安定して得ることができる。
【００１４】
また、前記カソード側金属板の外表面とアノード側金属板の外表面とを基準とするセルの厚みが１．２ｍｍ以下であることが好ましい。ガス流路が存在するセルの場合、通常、この厚み以下にするのは困難である。
【００１５】
一方、本発明の発電方法は、上記いずれかに記載の燃料電池を用いて、燃料を前記注入口から注入しながら、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下になるように負荷をかけて発電させることを特徴とする。本発明の発電方法によると、本発明の燃料電池を用いて電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で発電するため、セルの厚みを極限まで薄くすることができ、しかも電池用途に合わせて十分な出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、前記両側の金属板４，５の周縁を電気的に絶縁した状態で封止する封止部ＳＰとを備えるものである。本実施形態では、カソード側金属板４には、平坦な内面４ｅと空気を自然供給するための開口部４ｃとが形成されている例を示す。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明におけるアノード側電極板３は、導電性繊維の集合体層を表面に備えるものであるが、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスの供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好ましい。本発明におけるカソード側電極板２は、好ましくは導電性繊維の集合体層を表面に備えるものであるが、ガス拡散層としての機能を発揮して、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好ましい。従って、電極板２，３の基材としては、導電性繊維の集合体を用いるのが好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
電極基材となる導電性繊維の集合体としては、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が挙げられる。本発明では、ガスの流動・拡散と、集電効果の観点から、導電性繊維の集合体として、平均繊維径が５〜２０μｍの炭素繊維の集合体、特にカーボンペーパーが好ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
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を用いると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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が好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
カソード側金属板４の開口部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、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用する場合の空気中の酸素の供給効率と、水分の蒸発、コンタミ防止などを考慮すると、開口部４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の５〜４０％であるのが好ましく、特に１０〜２０％であるのが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明では、アノード側金属板５は、平坦な内面５ｅ、並びに燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄを有する。金属板５の注入口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が好ましく、１００〜２００μｍがより好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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が好ましい。
【００３８】
本実施形態では、金属板４，５の周縁が、電気的に絶縁した状態でカシメ（曲げプレス）により封止されている封止部ＳＰを設ける例を示す。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。
【００３９】
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。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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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９０％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のが好ましく、より好ましくは平均値で５０〜８５％である。
【００４３】
本実施形態では、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を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とを備えると共に、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が形成されている例を示す。
【００４４】
例えば、段差ｄ１が６０％となる段差部４ｙ，５ｙを形成する場合、理論的には封止前の厚みｔ１に対して封止後の厚みｔ２が６０％となるが、実際には電極板２，３の圧縮反力による金属板４，５の変形（特に周辺部の変形）によって封止後の厚みｔ２は平均値で８０％程度になる。このため、封止前の厚みｔ１に対して、段差ｄ１が平均値で６０％以下となることが好ましく、４０％以下となるのがより好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、同一面に配列したり、筒状に配列して使用することも可能である。
【００４８】
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。
【００４９】
本発明の燃料電池は、前記カソード側金属板の外表面とアノード側金属板の外表面とを基準とするセルの厚みが１．２ｍｍ以下であることが好ましく、１．０〜１．２ｍｍがより好ましい。
【００５０】
本発明の燃料電池は、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用するものであり、好ましくは、電流密度１３０ｍＡ／ｃｍ２以下で使用する。ここで、電流密度は、セルの電流（ｍＡ）を電極板の外形に応じた面積（ｃｍ２）で割った値である。電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２を超えると、アノード側電極板３において水分のフラッディングが生じて、出力の波打ちが生じて、出力の不安定化と低下が生じる。
【００５１】
このような電流密度で使用するのに適した電池用途としては、小型ハードディスク又はメモリチップに音楽等を記憶する携帯型メモリ式音楽プレーヤや、デジカメ、携帯型ラジオなどが好ましい。
【００５２】
従って、本発明の発電方法は、本発明の燃料電池を用いて、燃料を前記注入口５ｃから注入しながら、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２以下になるように負荷をかけて発電させることを特徴とする。好ましくは、電流密度１３０ｍＡ／ｃｍ２以下になるように負荷をかける。
【００５３】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、封止部として、図２に示すカシメ構造を採用する例を示したが、本発明における封止部は、金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で封止できるものであればよく、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すような封止部ＳＰを採用してもよい。
【００５４】
図４（ａ）に示す封止部ＳＰの構造は、両方の金属板４，５の外縁部４ａ，５ａを折り返したカシメ構造である。この例では、金属板５には段差部を設けずに、金属板４のみに段差部を設けてある。なお、この単位セルでは、各々の電極板２，３から拡散したガスが混合しないように、金属板４，５の各々と固体高分子電解質１との間に、シール部材Ｓを介在させている。
【００５５】
また、図４（ｂ）に示す封止部ＳＰの構造は、両方の金属板４，５の外縁部４ａ，５ａを折り返さずに、別の金属板７によって、各々の金属板４，５を絶縁する絶縁材料６ａ，６ｂを介して、挟圧したカシメ構造である。この例では、金属板４および金属板５に、緩やかに傾斜する段差部を設けてある。なお、カシメ構造では、両者の金属板４，５をプレス加工せずに平板のまま使用することも可能である。
【００５６】
更に、図４（ｃ）に示す封止部ＳＰの構造は、両方の金属板４，５の外縁部４ａ，５ａをそのまま、封止樹脂９によって、各々の金属板４，５が絶縁されるように、挟圧した封止構造である。この例では、封止樹脂９が電極板２，３に達する位置まで封止樹脂９を進入させているが、金属板４，５と固体高分子電解質１の端部のみに封止樹脂９を存在させてもよい。封止樹脂９としては、エポキシ、フェノール等の熱硬化性樹脂が好ましい。
【００５７】
（２）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、本発明では、カソード側金属板に対しても、アノード側金属板と同様に、空気や酸素含有ガスの注入口及び排出口を形成してもよい。
【００５８】
（３）前述の実施形態では、アノード側金属板が平坦な内面を全面（穴は除く）に有する例を示したが、本発明では、平坦な内面によって流路が連通しない部分を一部に有していればよく、多少凹凸が存在することは許容される。
【実施例】
【００５９】
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。
【００６０】
〔実施例１〕
ニッケル板（５０ｍｍ×２６ｍｍ×３００μｍ厚）に周辺薄肉部（厚み２００μｍ）、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。
【００６１】
同様に、ニッケル板（５０ｍｍ×２６ｍｍ×３００μｍ厚）に貫通孔（０．６ｍｍφ、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。
【００６２】
また、薄膜電極組立体（４９．３ｍｍ×２５．３ｍｍ）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２０ｍｍ×４３ｍｍ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。
【００６３】
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、２５．３ｍｍ×４９．３ｍｍ、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５０ｍｍ×２６ｍｍ×１．２ｍｍ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。
【００６４】
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、セルの中央を５０Ｎで加圧した状態で、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、５０ｍＬ／ｍｉｎとし、電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ２になるように負荷を調整した。得られた出力の経時変化を図５に示す。
【００６５】
〔対照（コントロール）〕
実施例１において、次のようにしてアノード側金属板を作製した以外は、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に併せて示す。
【００６６】
即ち、ニッケル板（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．３ｍｍ厚）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。
【００６７】
対照である燃料のガス流路を形成した燃料電池と、実施例１の燃料電池との出力の経時変化を比較すると、ほとんど同じレベルであった。にも係わらず、実施例１ではセルの厚みが１５％減少させることができた。
【００６８】
〔比較例１〕
実施例１に引き続いて、電流密度１８０ｍＡ／ｃｍ２になるように負荷を調整したこと以外は、実施例１と同じ燃料電池を用いて、同様にして評価を行った。その結果を図５に併せて示す。比較例１の燃料電池では、出力の低下と共に脈打ちが見られたため、電池として不適切であった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【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】本発明の燃料電池における封止部の他の例を示す要部断面図
【図５】実施例１、及び比較例１における出力の経時変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００７０】
１            固体高分子電解質
２            カソード側電極板
３            アノード側電極板
４            カソード側金属板
４ｃ          開口部
４ｅ          平坦な内面
５            アノード側金属板
５ｃ          注入口
５ｄ          排出口
５ｅ          平坦な内面
６            絶縁材料
ＳＰ          封止部
【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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