(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料供給部を形成する部材の厚みが小さい場合であっても、当該部材に変形を生じさせることなく燃料電池を作製することができ、もって、燃料供給部の密着性が良好であり、燃料漏洩を効果的に防止できる燃料電池を提供する。【解決手段】アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、アノード極側に積層される燃料供給板１０１を少なくとも備え、アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池の製造方法であって、燃料供給板１０１とその周囲に配置される補強部１０２との一体成形物であって、燃料供給板１０１の端面の一部と補強部１０２とが接合されている接合部１０３を有する補強部付き燃料供給板１００を用意する工程と、補強部付き燃料供給板１００上に単位電池を積層する工程と、接合部１０４を切断して、補強部１０２を除去する工程とをこの順で含む燃料電池の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、前記アノード極側に積層される燃料供給板を少なくとも備え、前記アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池の製造方法であって、
前記燃料供給板とその周囲に配置される補強部との一体成形物であって、前記燃料供給板の端面の一部と前記補強部とが接合されている接合部を有する補強部付き燃料供給板を用意する工程と、
前記補強部付き燃料供給板上に、前記単位電池を積層する工程と、
前記接合部を切断して、前記補強部を除去する工程と、
をこの順で含む燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記燃料供給板は、その端部に、前記単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる突出部を含み、
前記補強部付き燃料供給板は、前記突出部の端面と前記補強部とが接合されている接合部を有する請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記燃料供給部は、前記アノード極側が開放された空間を有する燃料供給板と、前記燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が前記空間から突き出るように前記空間に嵌合される燃料輸送部材とを含む、請求項１または２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記燃料供給板は、その端部に、前記単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる一対の突出部を含み、
一方の突出部は、前記燃料輸送部材における前記空間から突き出た部分の側面に接するように延び、他方の突出部は、前記側面に対向する側面に接するように延びる請求項３に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記単位電池を積層する工程は、前記補強部付き燃料供給板の両面に前記単位電池を積層する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記単位電池は、前記アノード極上に積層されるアノード集電層と、前記カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに備える請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。
【請求項７】
アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、前記アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池であって、
前記燃料供給部は、前記アノード極側に積層され、前記アノード極側が開放された空間を有する燃料供給板と、前記燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が前記空間から突き出るように前記空間に嵌合される燃料輸送部材とを含み、
前記燃料供給板は、その端部に、前記単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる一対の突出部を含み、
一方の突出部は、前記燃料輸送部材における前記空間から突き出た部分の側面に接するように延び、他方の突出部は、前記側面に対向する側面に接するように延びる燃料電池。
【請求項８】
前記燃料供給部の両面に単位電池を備える請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記単位電池は、前記アノード極上に積層されるアノード集電層と、前記カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに備える請求項７または８に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、小型軽量化や高出力密度を実現できる可能性を有していることから、携帯用電子機器の新規電源や家庭用コジェネレーションシステムなどへの用途展開が精力的に進められている。燃料電池は、発電主要部として、電解質膜をアノード極およびカソード極で挟持した構成の膜電極複合体（ＭＥＡ）を備えており、使用する電解質材料や燃料の分類から、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型、ダイレクトアルコール型等に分類される。とりわけ、電解質材料に固体高分子であるイオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池およびダイレクトアルコール型燃料電池は、常温で高い発電効率が得られることから、携帯用電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての期待が高い。
【０００３】
燃料（還元剤）としてアルコールまたはアルコール水溶液を使用するダイレクトアルコール型燃料電池は、燃料がガスである場合と比較して、燃料貯蔵室を比較的簡易に設計できるなどの理由から、燃料電池構造の簡略化および省スペース化が可能であるため、携帯用電子機器への応用に特に有利である。電解質膜としてカチオン交換膜を使用するダイレクトアルコール型燃料電池においては、アノード極に燃料を供給すると、燃料が酸化されて、二酸化炭素等の副生ガスとプロトンとに分離される。たとえば、燃料としてメタノールまたはメタノール水溶液を用いた場合では、下記式：
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
で示される酸化反応により、二酸化炭素がアノード極側で発生するとともにプロトンを生じる。
【０００４】
アノード極側で発生したプロトンは、電解質膜を介してカソード極側に伝達される。カソード極では、アノード極から伝達されたプロトンと、カソード極に供給される酸化剤、たとえば空気中の酸素とが、下記式：
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ
で示される還元反応を起こし、水が生成する。この一連の電気化学的酸化還元反応において、電子ｅ-が外部の電子機器（負荷）を通過してアノード極からカソード極に移動し、電力が取り出される。
【０００５】
ところで、燃料電池には一般的に、アノード極にアルコール等の燃料を供給するための部材であって、燃料貯蔵室からの燃料を保持するとともに、これを継続的に供給することができる燃料供給部が設けられる。ＭＥＡに必要に応じて集電層を組み合わせ、そのアノード極側に燃料供給部を積層一体化させることにより燃料電池を作製することができる（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池のさらなる薄型軽量化のためには、これに用いる構成部材の薄型軽量化が必要であり、上述の燃料供給部も例外ではない。しかしながら、燃料供給部を形成する部材の厚みを薄くすると、とりわけ当該部材が金属や合金等の塑性変形しやすい材料からなる場合に、燃料電池作製プロセスの当該部材を取り扱う工程において歪みなどの変形が生じやすくなる。このような変形は、特に当該部材の端部において生じやすく、燃料供給部とこれに隣接する部材との密着性を低下させ、燃料漏洩の原因となる。
【０００８】
本発明の目的は、燃料供給部を形成する部材の厚みが小さい場合であっても、当該部材に変形を生じさせることなく燃料電池を作製することができ、もって、燃料供給部の密着性が良好であり、燃料漏洩を効果的に防止できる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】
本発明は、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、アノード極側に積層される燃料供給板を少なくとも備え、アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池の製造方法であって、下記工程（１）〜（３）をこの順で含む燃料電池の製造方法を提供する。
（１）燃料供給板とその周囲に配置される補強部との一体成形物であって、該燃料供給板の端面の一部と該補強部とが接合されている接合部を有する補強部付き燃料供給板を用意する工程、
（２）上記補強部付き燃料供給板上に、上記単位電池を積層する工程、および
（３）上記接合部を切断して、補強部を除去する工程。
【００１０】
上記燃料供給板は、その端部に、単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる突出部を含むことが好ましい。この場合、補強部付き燃料供給板は、上記接合部として、該突出部の端面と補強部とが接合されている接合部を有することが好ましい。
【００１１】
上記燃料供給部は、アノード極側が開放された空間を有する燃料供給板と、燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が上記空間から突き出るように該空間に嵌合される燃料輸送部材とを含むものであることができる。この場合において、燃料供給板は、その端部に、単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる一対の突出部を含み、一方の突出部は燃料輸送部材における上記空間から突き出た部分の側面に接するように延び、他方の突出部は該側面に対向する側面に接するように延びるものであることが好ましい。
【００１２】
上記単位電池を積層する工程において上記単位電池は、上記補強部付き燃料供給板の両面に積層されてもよい。
【００１３】
上記単位電池は、アノード極上に積層されるアノード集電層と、カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに備えることができる。
【００１４】
また本発明は、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池であって、該燃料供給部は、アノード極側に積層され、アノード極側が開放された空間を有する燃料供給板と、燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が上記空間から突き出るように該空間に嵌合される燃料輸送部材とを含み、該燃料供給板は、その端部に、単位電池が積層されない部位であって、外側へ向けて延びる一対の突出部を含み、一方の突出部は燃料輸送部材における上記空間から突き出た部分の側面に接するように延び、他方の突出部は該側面に対向する側面に接するように延びる燃料電池を提供する。
【００１５】
本発明の燃料電池は、上記燃料供給部の両面に単位電池を備えるものであってもよい。また、本発明の燃料電池が備える単位電池は、アノード極上に積層されるアノード集電層と、カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに備えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料供給板の厚みが小さく強度が低い場合であっても、燃料供給板に歪み等の変形を生じさせることなく燃料電池を作製することができるため、燃料供給板とこれに隣接する構成部材との密着性に優れ、これにより燃料漏洩を効果的に防止できる燃料電池を提供することができる。また本発明によれば、燃料供給部を形成する燃料供給板の厚みを小さくできるため、燃料電池の薄型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態の製造方法に用いる補強部付き燃料供給板の一例を模式的に示す上面図である。
【図２】図１に示される補強部付き燃料供給板に燃料輸送部材が組み込まれた状態を模式的に示す上面図である。
【図３】図２に示される燃料輸送部材が取り付けられた補強部付き燃料供給板上に単位電池を含む燃料電池層が積層された状態を模式的に示す上面図である。
【図４】図３に示されるＩＶ−ＩＶ線における断面模式図である。
【図５】第１の実施形態の製造方法によって得られる燃料電池を筐体に収容した状態を模式的に示す上面図である。
【図６】燃料供給部に単位電池が積層された状態の別の一例を示す断面模式図である。
【図７】図６に示される燃料供給部を示す概略斜視図である。
【図８】第２の実施形態の製造方法に用いる補強部付き燃料供給板の一例を模式的に示す上面図である。
【図９】第２の実施形態の製造方法によって得られる燃料電池を筐体に収容した状態を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の燃料電池の製造方法は、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で含む膜電極複合体を備える単位電池と、該単位電池のアノード極側に積層され、アノード極に燃料を供給するための燃料供給部とを含む燃料電池を製造するための方法に関し、下記工程（１）〜（３）をこの順で含むことを特徴とする。
（１）燃料供給板とその周囲に配置される補強部との一体成形物であって、該燃料供給板の端面の一部と該補強部とが接合されている接合部を有する補強部付き燃料供給板を用意する工程、
（２）上記補強部付き燃料供給板上に、上記単位電池を積層する工程、および
（３）上記接合部を切断して、補強部を除去する工程。
【００１９】
本発明の製造方法によれば、上記のような補強部付き燃料供給板を用いて燃料電池の作製を行なうため、燃料供給板の厚みが小さく強度が低い場合であっても、燃料供給板に隣接して積層される構成部材との密着性に悪影響を与えるような燃料供給板の変形（歪み等）を防止しつつ、燃料電池を構築することができる。このようにして得られる燃料電池は、燃料供給板とこれに隣接して積層される構成部材との密着性に優れており、燃料漏洩が生じにくい。また、燃料供給部を薄くできるため、燃料電池の薄型軽量化を図ることができる。
【００２０】
以下、実施の形態を示して本発明について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
（１）補強部付き燃料供給板を用意する工程
まず、本工程において補強部付き燃料供給板を用意する。補強部付き燃料供給板とは、燃料供給板とその周囲に配置される補強部との一体成形物であり、該燃料供給板の端面の一部と該補強部とが接合されている接合部を有している。図１は、本実施形態に用いる補強部付き燃料供給板の一例を模式的に示す上面図である。図１に示される補強部付き燃料供給板１００は、略Ｅ字状の燃料供給板１０１と、その３辺にわたって燃料供給板１０１を取り囲むように配置される補強部１０２との一体成形物である。燃料供給板１０１は、具体的には、幹部１０１ａならびに、幹部１０１ａから延びる第１枝部１０１ｂ、第２枝部１０１ｃおよび第３枝部１０１ｄからなる。第２枝部１０１ｃの中央には、厚み方向に貫通する開口１０１ｅが設けられている。また、第１枝部１０１ｂと第２枝部１０１ｃとの間および第２枝部１０１ｃと第３枝部１０１ｄとの間には、厚み方向に貫通するスリット１０１ｆ，１０１ｆが形成されている。このスリット１０１ｆは、後で述べる燃料輸送部材を嵌合するための空間である。
【００２１】
図１に示される略Ｅ字状の燃料供給板１０１は、当該燃料供給板を含む燃料供給部の両面に２つの単位電池を含む燃料電池層を積層する際に好適な形状を有するものである。燃料供給板１０１は、両面に配置される単位電池のアノード極に燃料を供給できるよう、上下面に開いた空間、すなわち、スリット１０１ｆを有する。
【００２２】
補強部１０２は、その燃料供給板１０１側端面から突き出た先細の爪１０２ａを、左右均等に４つ有しており、これらの爪１０２ａの先端部分が燃料供給板１０１の幹部１０１ａ、第１枝部１０１ｂまたは第３枝部１０１ｄの補強部１０２側端面に接合され、４つの接合部１０３を形成している。
【００２３】
上記のような補強部と一体化された燃料供給板は、燃料供給板それ自体を用いる場合と比べて、その周囲が補強部で保護されているので、外力の影響を受けにくい。そして、外力によって歪み等の変形を生じやすい両端に位置する細長の枝部を含めて、燃料供給板全体が補強部によって支持されているので、外力を受けた場合においても変形が生じにくい。したがって、燃料電池作製プロセスにおいて補強部付き燃料供給板が何らかの外力を受けることがあっても、燃料供給板の変形を防止しつつ燃料電池の作製を行なうことができる。また、燃料電池作製プロセスの燃料供給板を取り扱う工程においては、補強部をピックアップすることにより燃料供給板に直接触れずに当該工程を実施することができる。この点でも、補強部と一体化された燃料供給板は、外力による変形が生じにくい。図１に示される補強部付き燃料供給板１００においては、比較的変形が生じやすい第１枝部１０１ｂおよび第３枝部１０１ｄを効果的に保護するために、これらの先端部分に接合部１０３を設けている。
【００２４】
接合部１０３の位置および数は特に限定されないが、補強部付き燃料供給板１００のように、両端に位置する枝部に接合部を形成するとともに、幹部に少なくとも１つの接合部を形成することが好ましい。
【００２５】
補強部付き燃料供給板１００は、プラスチック材料または金属材料等からなることができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等の金属のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。なかでも、エッチングによる微細加工技術が採用でき、高い寸法精度が得られることから、金属材料を用いることが好ましい。
【００２６】
補強部付き燃料供給板１００の厚みは特に制限されないが、燃料電池の薄型軽量化の観点からは、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．４ｍｍ以下である。本発明によれば、補強部付き燃料供給板１００の厚みをこの程度まで小さくしても、さらには金属や合金等の塑性変形しやすい材料からなる場合においても、燃料供給板１０１の変形を効果的に防止することが可能である。
【００２７】
本実施形態において、燃料電池が有する燃料供給部は、燃料供給板１０１と、これとは別異の部材である燃料輸送部材とからなる。図２は、図１に示される補強部付き燃料供給板１００に燃料輸送部材１０４が組み込まれた状態を模式的に示す上面図である。図２に示されるように、燃料輸送部材１０４は略コ字形状を有しており、その２つの枝部が燃料供給板１０１の第１枝部１０１ｂと第２枝部１０１ｃとの間および第２枝部１０１ｃと第３枝部１０１ｄとの間に形成された空間であるスリット１０１ｆ，１０１ｆに嵌合されるように配置される。燃料供給板１０１のスリット１０１ｆ，１０１ｆから突き出た部分（該スリット内に配置されない部分）は、燃料を収容する燃料貯蔵室（図示せず）内に配置される部分である。
【００２８】
燃料輸送部材１０４は、燃料貯蔵室から燃料供給室１０１のスリット１０１ｆ，１０１ｆ内に毛細管現象を利用して燃料（液体燃料）を輸送するための部材であり、用いる液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。このような毛細管作用を示す材料としては、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、セルロースなどの高分子材料からなる不規則な細孔を有する多孔質体；ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる不規則な細孔を有する多孔質体が挙げられる。多孔質体としては、上記金属材料からなる不織布、発泡体、焼結体や、高分子材料等の金属材料以外からなる不織布などを挙げることができる。金属材料からなる不織布としては、ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料を繊維状に加工し、不織布とした金属繊維不織布、およびこれを焼結し、必要に応じて圧延してなる金属繊維不織布焼結体を挙げることができる。また、上記高分子材料または金属材料からなり、毛細管として表面に規則的なまたは不規則なスリットパターン（溝パターン）を有する基板を燃料輸送部材として用いることもできる。
【００２９】
燃料輸送部材１０４を燃料供給板１０１に取り付ける工程は、通常、次工程である単位電池を積層する工程の前に行なわれる。
【００３０】
（２）単位電池を積層する工程
本工程において、上記の補強部付き燃料供給板１００の両面（上下面）に、必要に応じて他の層を介して単位電池を積層する。ここで、「単位電池」とは、燃料電池の単位セルであり、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で備える膜電極複合体（ＭＥＡ）を少なくとも有する構造体を意味する。単位電池は、ＭＥＡのほか、アノード集電層、カソード集電層など発電機能を生じさせるまたは向上させる上で有用な他の部材を含んでいてもよい。図３は図２に示される燃料輸送部材１０４が取り付けられた補強部付き燃料供給板１０１に燃料電池層２００が積層された状態を模式的に示す上面図であり、図４は図３に示されるＩＶ−ＩＶ線における断面模式図である。
【００３１】
図３および図４に示されるように、本実施形態で得られる燃料電池は、燃料供給板１０１および燃料輸送部材１０４からなる燃料供給部１１０の両面に、２つの単位電池１０を含む燃料電池層２００が積層されてなる、いわゆる燃料電池スタックである。単位電池１０は、アノード極２、電解質膜１およびカソード極３からなる膜電極複合体（ＭＥＡ）４；膜電極複合体４のアノード極２上に積層されるアノード集電層５；膜電極複合体４のカソード極３上に積層されるカソード集電層６から構成される。単位電池１０はいずれも、そのアノード極２側が燃料供給部１１０に対向するように配向される。同じ燃料電池層を構成する隣り合う２つの単位電池１０は、別異の部材として膜電極複合体（ＭＥＡ）４をそれぞれ有している一方、アノード集電層５およびカソード集電層６については１つの部材を共有している。
【００３２】
燃料電池スタックの中央には、燃料供給板１０１が有する開口１０１ｅと、隣り合う単位電池間に設けられた空間（この空間はＭＥＡ間に設けられた空間とアノード集電層５およびカソード集電層６が有する開口とからなる）とが連通することにより形成された、燃料電池スタックの積層方向に貫通する貫通口３００が形成されている。この貫通口３００は、酸化剤（空気等）を単位電池１０のカソード極３に供給するための酸化剤流路および発電による生じた熱を吸収した酸化剤の排出流路として機能する。
【００３３】
以下、単位電池１０を構成する部材について、図３および図４を参照して詳細に説明する。
【００３４】
〔ａ〕膜電極複合体
膜電極複合体４は、電解質膜１と、これを挟持するアノード極２およびカソード極３とからなる。電解質膜１は、アノード極２からカソード極３へプロトン（カチオン型電解質膜の場合）または水酸化物イオン（アニオン型電解質膜の場合）を伝達する機能と、アノード極２とカソード極３との電気的絶縁性を保ち、短絡を防止する機能を有する。電解質膜１の膜厚は特に制限されず、たとえば１〜２００μｍ程度である。
【００３５】
プロトン伝導性を有するカチオン型の電解質膜１としては、プロトン伝導性を有しかつ電気的絶縁性を有する高分子膜、無機膜またはコンポジット膜などであることができる。高分子膜としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、「ナフィオン（登録商標）」（デュポン社製）、「アシプレックス（登録商標）」（旭化成社製）、「フレミオン（登録商標）」（旭硝子社製）などが挙げられる。また、スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系電解質膜なども挙げられる。
【００３６】
無機膜としては、たとえば、リン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸またはポリリン酸アンモニウムなどからなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、タングステン酸、硫酸水素セシウムまたはポリタングストリン酸等の無機物とポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンまたはパーフルオロスルホン酸等の有機物とのコンポジット膜などが挙げられる。
【００３７】
電解質膜１の一方の表面に積層されるアノード極２および他方の表面に積層されるカソード極３には、少なくとも触媒と電解質とを有する多孔質層からなる触媒層（それぞれアノード触媒層、カソード触媒層）が設けられる。カチオン型の電解質膜を用いる場合を例に挙げれば、アノード極２用の触媒（アノード触媒）は燃料からプロトンと電子とを生成する反応を生じさせ、電解質は生成した該プロトンを電解質膜へ伝導する機能を有する。カソード極３用の触媒（カソード触媒）は、電解質を伝導してきたプロトンと酸化剤（空気等）とから水を生成する反応を生じさせる。カチオンおよびアニオン電解質膜型の燃料電池において、アノードおよびカソード触媒としては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｗ等の従来公知の触媒を用いることができる。
【００３８】
アノードおよびカソード触媒は、カーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていてもよく、なかでも、水酸基やカルボキシル基等の親水性官能基を有するカーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていることが好ましい。これにより、アノード触媒層およびカソード触媒層の保水性を向上させることができる。また、アノード触媒層およびカソード触媒層に含まれる電解質は、電解質膜１のＥＷ値よりも小さなＥＷ値を有する材料からなることが好ましく、具体的には、電解質膜１と同質材料であるが、ＥＷ値が４００〜８００である電解質材料が好ましい。このような電解質材料を用いることによっても、アノード触媒層およびカソード触媒層の保水性を向上させることができる。アノード触媒層およびカソード触媒層の保水性の向上により、プロトン移動に伴う電解質膜の抵抗（カチオン型の電解質膜を用いる場合）やアノード極およびカソード極における電位分布を改善することができる。
【００３９】
アノード極２およびカソード極３はそれぞれ、アノード触媒層、カソード触媒層上に積層されるアノード導電性多孔質層、カソード導電性多孔質層を備えていてもよい。これらの多孔質層は、アノード極２、カソード極３に供給されるガス（燃料または酸化剤）を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層との間で電子の授受を行なう機能を有する。アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層としては、比抵抗が小さく、出力電圧の低下が抑制されることから、カーボン材料；導電性高分子；Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；これらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などからなる多孔質材料を用いることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。より具体的には、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層として、たとえば、上記貴金属、遷移金属または合金からなる発泡金属、金属織物および金属焼結体；ならびにカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜などを好適に用いることができる。
【００４０】
〔ｂ〕アノード集電層およびカソード集電層
アノード集電層５、カソード集電層６はそれぞれ、アノード極２、カソード極３上に積層され、アノード極２、カソード極３における電子を集電する機能と、電気的配線を行なう機能とを有する。集電層の材質は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても出力電圧の低下が抑制されることから、金属であることが好ましく、なかでも、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する金属であることがより好ましい。このような金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；およびこれらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などが挙げられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。
【００４１】
より具体的には、アノード集電層５は、燃料をアノード極２へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。同様に、カソード集電層６は、燃料電池スタック外部や燃料電池スタック内部の３次元空間領域の酸化剤をカソード極３に供給するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。アノード集電層５およびカソード集電層６は、場合によっては省略することも可能である。
【００４２】
なお、図３および図４に示される実施形態においては、すべてのＭＥＡを包含するような大きさを有する１つの部材として成形されたアノード集電層およびカソード集電層を用いているが、個々の単位電池がそれぞれ別個にアノード集電層およびカソード集電層を備えていてもよい。
【００４３】
アノード集電層およびカソード集電層とＭＥＡとの接合は、たとえば、カーボン、金粒子、白金粒子等を含有する導電性接着剤を用いて行なうことができる。
【００４４】
単位電池（したがって、本実施形態の方法により得られる燃料電池（スタック））は、固体高分子型燃料電池、ダイレクトアルコール型などであることができ、特にダイレクトアルコール型燃料電池（とりわけ、ダイレクトメタノール型燃料電池）であることが好ましい。単位電池に供給される燃料としては、たとえば、メタノール、エタノールなどのアルコール類；ジメトキシメタンなどのアセタール類；ギ酸などのカルボン酸類；ギ酸メチルなどのエステル類；ならびにこれらの水溶液などの液体燃料を挙げることができる。液体燃料は１種に限定されず、２種以上の混合物であってもよい。コストの低さや体積あたりのエネルギー密度の高さ、発電効率の高さなどの点から、メタノール水溶液または純メタノールが好ましく用いられる。酸化剤としては空気等の酸素含有ガスや、過酸化水素、硝酸等の酸化性溶液を用いることができるが、なかでも空気が好ましい。
【００４５】
燃料供給部１１０と単位電池１０との間に、必要に応じて１または２以上の他の層を介在させてもよい。他の層としては、たとえば、燃料供給部と単位電池とを一定距離離すために用いられる、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等からなる空間維持層；シリコーンラバー、フッ素系樹脂、イオン交換膜等からなる、アノード極２への燃料供給量または濃度を調整する機能を有する非多孔質である燃料供給調整層；シリコーンラバー、フッ素系樹脂、イオン交換膜、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルフルオロエチレン（ＰＶｄＦ）、セルロース等からなるガス透過性の第１の多孔質層；燃料透過性の低いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）等のシートに燃料をアノード極２へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備えたガス透過性の第２の多孔質層；および、これらの積層体を挙げることができる。燃料供給調整層を設けることにより、燃料の過剰供給が防止されるため、燃料のクロスオーバーおよびこれに伴う発電部の過度の温度上昇を抑制することができ、安定した発電状態を得ることが可能になる。上記第１の多孔質層は、基材（素材）そのものがガス透過性を有する層（たとえば、シリコーンラバー、フッ素系樹脂、イオン交換膜からなる層など）または、基材（素材）そのものはガス透過性を有しないが層が有する細孔によってガス透過性が付与された層（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルフルオロエチレン（ＰＶｄＦ）、セルロースからなる層など）であることができる。一方、第２の多孔質層は、基材（素材）そのものはガス透過性を有しないが層に設けた貫通孔によってガス透過性が付与された層である。これらの第１および第２の多孔質層は、アノード極２へ供給されるガス状態の液体燃料の量または濃度を均一化させる機能を有する。
【００４６】
上記他の層と、燃料供給板１０１および単位電池１０との接合には、たとえば、ポリオレフィン系接着剤等の接着剤を介在させホットプレスを行なう方法などを採用できる。他の層を介在させることなく、燃料供給部１１０上に直接、単位電池１０を積層させる場合、燃料供給部１１０と単位電池１０との接合には、同様にホットプレスを行なう方法などを採用できる。
【００４７】
〔ｃ〕封止層
図３および４においては図示されていないが、単位電池１０を積層した後に、単位電池１０の側面および燃料流路板１０１の側面（開口１０１ｅの側面も含めて）に、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等からなる封止層を形成することもできる。封止層は、単位電池を構成する各層の密着性および単位電池と燃料供給板との密着性を向上させ、燃料漏洩を抑制する機能と、空気とアノード極との接触を遮断する機能を有する。
【００４８】
封止層の形成は、後述する補強部を除去する前に行なうことが好ましい。これにより、補強部をピックアップして、単位電池に直接触れることなく封止層用の樹脂溶液を塗布し、必要に応じて硬化させることができる。
【００４９】
（３）補強部を除去する工程
最後に本工程において、燃料供給板１０１と補強部１０２との接合部１０３を切断して、補強部１０２を除去し、燃料電池（本実施形態では燃料電池スタック）を得る。切断手段は特に制限されず、ニッパーなど適宜の切断手段を用いることができる。なお、燃料供給部１１０の一方の面に積層された燃料電池層と他方の面に積層された燃料電池層は、配線などを用いて並列接続される。
【００５０】
以上のようにして得られる燃料電池は、製造プロセスにおいて燃料供給板に歪み等の変形が生じず、平面性を維持しているため、これに隣接する部材（アノード集電層あるいは上述した他の層としての燃料供給調整層や多孔質層など）との密着性が良好であり、燃料供給部１１０と単位電池１０との界面からの燃料漏れを効果的に防止することができる。
【００５１】
得られた燃料電池は、そのまま使用することも可能であるが、燃料電池保護の観点から、筐体に収容して用いることが好ましい。図５は、本実施形態の方法によって得られる燃料電池を箱状の筐体４００に収容した状態を模式的に示す上面図である。実際には、筐体４００の上に、蓋となる平板状の別の筐体（たとえば、気体の出入を可能とする複数の開口を有するもの）を積層して燃料電池を収容するが、図５はこれを取り除いた状態で示している。図５に示される筐体に収容された燃料電池は、箱状の筐体４００の内部空間の一部が燃料貯蔵室を兼ねた好適な例である。すなわち、筐体４００はその内壁に沿って筐体４００の底面を貫通するように設けられた一対の注入孔４０１を有しており（蓋となる筐体にも対応する位置に一対の注入孔が設けられている）、筐体４００に燃料電池を収容した後、蓋となる筐体を積層し、これらの注入孔４０１に硬化性の液状シール剤を隙間なく充填し、硬化させると、注入孔４０１を基準にして燃料輸送部材１０４側の領域（図５において、注入孔４０１を基準に下側の領域）に閉じた空間が形成されることとなり、これを燃料貯蔵室４０２として利用することができる。このように、注入孔４０１に充填された液状シール剤は、筐体４００の内部空間を画して燃料貯蔵室を形成し、注入孔４０１を基準にして単位電池側の領域（図５において、注入孔４０１を基準に上側の領域）に燃料が漏洩することを効果的防止する。
【００５２】
硬化性の液状シール剤としては、「シーラント」（信越シリコーン社製）、「ＰＯＳシール」（セメダイン社製）等のシリコーン系樹脂や、「ＳＩＦＥＬ」（信越化学工業社製）等の液状フッ素エラストマーを用いることができる。
【００５３】
燃料電池を構成する各部材は、接着剤やホットプレスなどにより基本的に接合されているが、各部材間の密着性をより強固なものとするためや、燃料電池と燃料貯蔵室との遮断性を向上させるために、必要な各部材にあらかじめネジやボルトなどを挿入させる挿入孔を設けておき、ネジやボルト／ナットなどの締結具により、燃料電池の積層方向に締め付け圧を印加することが好ましい。この際、筐体への燃料電池の固定を兼ねて、一対の筐体ごと締結具で締め付けることがより好ましい。
【００５４】
締結具による締め付けを行なう場合には、当該締め付けを行なった後、液状シール剤の注入を実施するのが好適である。先に液状シール剤の注入を実施すると、各部材の密着性が十分でないために各部材間や燃料電池と筐体との間に不必要に液状シール剤が浸入し、燃料供給部の閉塞による燃料供給の阻害や不要な液状シール剤の硬化によるシール性の低下などを引き起こすおそれがあり、また、後で行なう締結具による締め付けによって、硬化された液状シール剤にストレスがかかり、燃料漏洩が生じるおそれがある。
【００５５】
筐体４００および蓋となる筐体には、各種金属材料（合金を含む）や各種プラスチック材料などを用いることができるが、可能な限り厚みを小さくしつつ十分な強度を付与するために金属材料を用いることが好ましい。好適な金属材料の一例はアルミニウムである。金属材料などの導電性材料を用いる場合には、燃料電池の集電層との接触による電気的短絡を防止するために、絶縁手段を設けることが好ましい。絶縁手段としては、筐体の内側表面にアルマイト処理を施す方法や、燃料電池と筐体との間に各種樹脂からなる絶縁層を付設する方法などが挙げられる。アルマイト処理を注入孔４０１の内壁に施すと、筐体と硬化された液状シール剤との密着性を向上させることができる。
【００５６】
以上、本実施形態の製造方法および得られる燃料電池について図１〜図５を参照して説明したが、これに限定されるものではなく、既述された変形例のほか、たとえば次のような変形を施すことができる。
【００５７】
〔Ｉ〕図２に示されるようなコ字状の燃料輸送部材１０４ではなく、２つのスリット１０１ｆにそれぞれ嵌合される別個の２つの燃料輸送部材を用いることもできる。
【００５８】
〔ＩＩ〕燃料輸送部材を用いず、燃料供給板のみで燃料供給部を構成することも可能である。この場合、燃料供給部の両面に単位電池を積層するときには、燃料流路として１もしくは２以上のライン状またはサーペンタイン状等の溝が両面に形成された平板を燃料供給板として用いることができる。この燃料流路と燃料貯蔵室を接続することにより、燃料の供給がなされる。
【００５９】
〔ＩＩＩ〕燃料供給部に積層される燃料電池層は、３以上の単位電池を含んでいてもよく、あるいは１つの単位電池のみを含んでいてもよい。また、燃料電池層（単位電池）は、燃料供給部の片面にのみ積層されてもよい。図６は燃料供給部１１０に単位電池１０が積層された状態の別の一例を示す断面模式図であり、図７は図６に示される燃料供給部１１０を示す概略斜視図である。図６および図７に示されるように、燃料供給部１１０の片面にのみ単位電池が積層される場合、燃料供給板１０１は、一方の面に燃料輸送部材１０４を嵌合するための凹部が形成された平板であることができる。図６は、燃料供給部１１０の片面に１つの単位電池１０を積層した（燃料電池層が１つの単位電池のみを含む）例である。
【００６０】
〔ＩＶ〕燃料電池層と燃料供給部とからなる積層体の２以上を、必要に応じて放熱板などの介在層を介して積層することにより、高集積の燃料電池スタックを構築することもできる。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の製造方法は、図８に示されるような補強部付き燃料供給板１００’を用いること以外は第１の実施形態と同様である。図８に示される補強部付き燃料供給板１００’は、第１の実施形態と同様、略Ｅ字状の燃料供給板１０１’と、その３辺にわたって燃料供給板１０１’を取り囲むように配置される補強部１０２’との一体成形物である。第１の実施形態と同様、燃料供給板１０１’は、幹部１０１ａ’と、幹部１０１ａ’から延びる第１枝部１０１ｂ’、第２枝部１０１ｃ’および第３枝部１０１ｄ’とからなり（これらの枝部の間には同様にスリット１０１ｆ’が形成される）、補強部１０２’は、その燃料供給板１０１’側端面から突き出た先細の爪１０２ａ’を左右均等に４つ有するものである。
【００６２】
第１の実施形態の補強部付き燃料供給板１００との相違点は、補強部付き燃料供給板１００’を構成する燃料供給板１０１’においては、その端部、具体的には第１枝部１０１ｂ’および第３枝部１０１ｄ’の端部に、これらの枝部を延長する形で、外側へ向けて延びる突出部８００が設けられている点、および、４つの接合部１０３’のうち２つをこれらの突出部８００に設けている点である。突出部８００に設けられた接合部１０３’は、突出部８００の補強部１０２’側端面と補強部１０２’とを接合している。突出部８００は、燃料供給板１０１’の他の部分と異なり、単位電池（さらに、単位電池と燃料供給部との間に他の層が介在する場合には当該他の層）が積層されない部分である。かかる相違点を除き、第１の実施形態で述べた事項は、本実施形態でも同様に当てはまる。
【００６３】
上記のような補強部付き燃料供給板１００’によれば、第１の実施形態の補強部付き燃料供給板１００を用いる場合と同様の効果を得ることができるだけでなく、次のような効果も得ることができる。すなわち、燃料供給板の枝部と補強部との接合部が突出部に形成されているので、切断手段を用いてこれらの接合部を切断する際、たとえ枝部の突出部に歪み等が生じた場合であっても、これらの突出部上には単位電池（さらに、単位電池と燃料供給部との間に他の層が介在する場合には当該他の層）は積層されないため、燃料供給板とこれに隣接する部材との密着性に悪影響を与えることがない。このように突出部を設け、この突出部に接合部を形成することにより、補強部を除去する工程を含めて、燃料供給板の変形防止効果をより高めることができる。
【００６４】
また、燃料供給板の枝部と補強部との接合部が突出部に形成されているので、当該接合部を切断して補強部を除去する工程の前に上述した封止層を形成する場合であっても、当該接合部に阻害されることなく、単位電池および燃料流路板の側面全域に封止層を容易に形成することができる。
【００６５】
本実施形態に従い、補強部付き燃料供給板１００’を用いて得られる燃料電池は、燃料供給部が一対の突出部８００を有すること以外は、第１の実施形態の製造方法により得られる燃料電池と同様である。図９は、本実施形態の製造方法に従い、補強部付き燃料供給板１００’を用いて得られる燃料電池を筐体に収容した状態を模式的に示す上面図である。図９に示される燃料電池が備える燃料電池層２００’は第１の実施形態の燃料電池層２００と同じものである。図９に示されるように、燃料供給部が燃料供給板１０１’および第１の実施形態で用いた燃料輸送部材１０４と同じ形状を有する燃料輸送部材１０４’からなる場合には、一対の突出部８００が燃料輸送部材１０４’のスリット１０１ｆ’から突き出た部分を挟持するように配置され、当該突き出た部分の対向する側面に接触して被覆することとなる。
【００６６】
本実施形態の製造方法により得られる突出部８００によって燃料輸送部材１０４’の対向する側面が保護された燃料電池は、筐体４００’（および蓋となる筐体）内に収容し、筐体の注入孔４０１’に液状シール剤を注入したとき、液状シール剤が燃料輸送部材１０４’に浸入してその燃料輸送機能が低下することを効果的に防止できる点で有利である。
【００６７】
なお、本実施形態の製造方法により得られる燃料電池の突出部以外の構成は、第１の実施形態と同様であってよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  電解質膜、２  アノード極、３  カソード極、４  膜電極複合体、５  アノード集電層、６  カソード集電層、１０  単位電池、１００，１００’  補強部付き燃料供給板、１０１，１０１’  燃料供給板、１０１ａ，１０１ａ’  幹部、１０１ｂ，１０１ｂ’  第１枝部、１０１ｃ，１０１ｃ’  第２枝部、１０１ｄ，１０１ｄ’  第３枝部、１０１ｅ  開口、１０１ｆ，１０１ｆ’  スリット、１０２，１０２’  補強部、１０２ａ，１０２ａ’  爪、１０３，１０３’  接合部、１０４，１０４’  燃料輸送部材、１１０  燃料供給部、２００，２００’  燃料電池層、３００  貫通口、４００，４００’  筐体、４０１，４０１’  注入孔、４０２  燃料貯蔵室、８００  突出部。
【図１】
2012084268.tif 000003
【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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