(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、当該電解質膜の一方の面に接合されたアノードと、当該電解質膜の他方の面に接合されたカソードとを備えた電解質膜／電極接合体が、アノードが接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりアノードが対向配置されて形成された内側部分に拡散層が介在されて構成されるか、又は奇数回折り曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内側部分に拡散層が介在されて構成された小型燃料電池であって、
前記電解質膜の少なくとも両端部には、前記アノードが設けられていない露出部があり、アノード側の前記両端部の２箇所の露出部にセパレータ膜の端部が固定されて、前記２箇所の露出部が、燃料を前記アノードへ供給するための供給室を構成する隔壁の一部として使用されることにより、供給室が形成された小型燃料電池。
【請求項２】
前記拡散層は、折り曲げられた前記電解質膜／電極接合体と、一体に成型されており、折り曲げられることにより形成された各内側部分に相補する形状をなす請求項１に記載の小型燃料電池。
【請求項３】
前記電解質膜／電極接合体において、折り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径が１μｍ以上である請求項１又は２に記載の小型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型燃料電池、その製造方法、並びに小型燃料電池システムに関し、特に、小型化と大出力とを両立させた小型燃料電池等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、アノード（燃料極）、電解質、及びカソード（空気極）が積層されて構成され、アノードに水素を供給しカソードに酸素を供給して、化学反応（アノード：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−、カソード：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）の自由エネルギー変化を直接に電気エネルギーとして取り出すものである。燃料電池は、化石燃料を使用しないクリーンエネルギーであるため、二酸化炭素排出量削減に貢献する環境調和型電源として注目されている。
【０００３】
中でも、電解質に固体電解質膜を用いる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、低温での出力が大きいため、小型の家庭用電源、ポータブル電源、移動体用電源としての実用化が検討されている。また、メタノール燃料を電池内部で直接改質する形のＰＥＦＣである直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も、実用化が検討されている。
【０００４】
これまで、携帯電話等の携帯機器の電源としては、リチウムイオン電池等の二次電池が主流であったが、最近ではＰＥＦＣやＤＭＦＣを携帯機器の電源として用いるための開発がなされている。ＰＥＦＣやＤＭＦＣは、充電が不要であり、燃料を連続供給すれば連続使用が可能であるので、実用化されれば携帯機器の電源の連続使用時間が著しく長くなることが期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにＰＥＦＣを携帯機器の電源として適用しようとする場合、ＰＦＥＣを小型化する必要がある。
【０００６】
しかしながら、単に、従来の大型ＰＥＦＣの各構成部品のサイズをそれぞれ小さくして小型化しても、電池の出力はセルの合計表面積に比例するので、十分な出力を得ることが難しい。
【０００７】
一方、出力量を上げるためにセルの積層数（スタック数）を増加させることも考えられるが、スタック数を増加させると、セパレータ等のスタッキングのための部品も多く必要となり、小型化を実現することが難しい。また、スタック数が増えると、組立て工程数が増え、製造が煩雑となる。
【０００８】
そこで、本発明は、小型化と大出力とを両立させた小型燃料電池、その製造方法、並びに小型燃料電池システムを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解質膜と、当該電解質膜の一方の面に接合されたアノードと、当該電解質膜の他方の面に接合されたカソードとを備えた電解質膜／電極接合体が、アノードが接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりアノードが対向配置されて形成された内側部分に拡散層が介在されて構成されるか、又は奇数回折り曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内側部分に拡散層が介在されて構成された小型燃料電池であって、前記電解質膜の少なくとも両端部には、前記アノードが設けられていない露出部があり、アノード側の前記両端部の２箇所の露出部にセパレータ膜の端部が固定されて、前記２箇所の露出部が、燃料を前記アノードへ供給するための供給室を構成する隔壁の一部として使用されることにより、供給室が形成された小型燃料電池を提供するものである。
【００１０】
このように、電解質膜／電極接合体を１回又は複数回折り曲げる（折り畳む）ことにより、セルの表面積を大きく取ることができるので、小型でありながら大出力を得ることができる。
【００１１】
また、折り曲げて構成するので、積層構造（スタック構造）をとらず、セパレータが不要であり小型化を実現することができる。
【００１２】
本発明の小型燃料電池の大きさは、特に限定されないが、例えば、１０円玉サイズ（幅２．３ｃｍ×長さ２．３ｃｍ×高さ３ｍｍ）の超小型とすることができる。このように超小型化した場合、カソード側を開放するだけで、特に供給機構を設けなくとも、小型燃料電池の周囲から空気（酸素）がカソードへ供給されるほか、放熱や調湿も不要であるというメリットがある。
【００１３】
前記アノードには、燃料として水素又はメタノール溶液が供給されることが好ましい。
【００１４】
上記においては、アノード及び／又はカソードは、電解質膜上に連続的に形成されていてもよい。あるいは、折り曲げられる折り曲げ部位にはアノード及び／又はカソードを形成せず、電解質膜上に断続的に形成されてもよい。
【００１５】
前記電解質膜／電極接合体は、アノードが接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりアノードが対向配置されて形成された内側部分に拡散層が介在されてもよい。
【００１６】
このように構成することにより、拡散層を挟んで両側にアノードが存在するので、この拡散層一つによって両側のアノードに燃料を供給することができ、すなわち拡散層を両側のアノードに燃料を供給する際に兼用できるので、一層小型化を図ることができる。
【００１７】
前記電解質膜／電極接合体は、奇数回折り曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内側部分に拡散層が介在されてもよい。
【００１８】
このように構成することにより、上述の場合と同様に、アノード側に介在された拡散層を両側のアノードに燃料を供給する際に兼用することができ、また、カソード側に介在された拡散層を両側のカソードに空気（酸素）を供給する際に兼用することができるので、一層小型化を図ることができる。
【００２０】
上記のように前記電解質膜／電極接合体が奇数回折り曲げられることにより、前記露出部が小型燃料電池本体の同じ方向に延出するので、当該露出部にセパレータ膜の端部を固定して燃料を前記アノードへ供給するための供給室を簡易かつ省スペースに形成することができる。
【００２１】
前記拡散層は、折り曲げられた前記電解質膜／電極接合体と、一体に成型されており、折り曲げられることにより形成された各内側部分に相補する形状をなしていてもよい。
【００２２】
このように構成することにより、簡易な構成でありながら小型化と大出力とを両立することができる。また、一体に成型されているので、電解質膜／電極接合体の折り曲げられた状態の形状を適切に保持することができる。
【００２３】
前記電解質膜／電極接合体において、折り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径は、１μｍ以上であることが好ましい。折り曲げ部位における好ましい曲率半径は、小型燃料電池の大きさ、電解質膜の厚さ、アノードやカソードの厚さ等により適宜変わり得る。
【００２４】
このように好ましい折り曲げの曲率半径とすることにより、アノードへの燃料の適切な供給、及び／又はカソードへの空気（酸素）適切な供給、並びに燃料電池の小型化を一層図ることができる。
【００２５】
前記電解質膜／電極接合体は、複数回折り曲げられて構成され、当該折り曲げの角度は均一ではなくともよい。折り曲げの角度とは、隣り合うアノード同士、若しくは隣り合うカソード同士がなす角度である。折り曲げの角度が均一でないとは、例えば、ある箇所では角度１８０°で折り曲げ、また他の箇所では９０°で折り曲げる、といったような場合である。このように構成することにより、セルの表面積を一層大きく取ることができる。また、折り曲げる各箇所における折り曲げ角度を変えることにより、小型燃料電池の形状を容易に変えることができるので、設計の自由度が向上する。
【００２６】
また、本発明の小型燃料電池は、凹凸面を有する第一の拡散層と、当該凹凸面上に形成された第一の電極と、当該第一の電極上に形成された電解質膜と、当該電解質膜上に形成された第二の電極と、当該第二の電極上に形成された第二の拡散層とを備えたものであってもよい。凹凸面を有する第一の拡散層を用い、この上に順次第一の電極、電解質膜、第二の電極、第二の拡散層を形成することにより、小型燃料電池のセルの表面積を一層大きく取ることができる。
【００２７】
前記凹凸面は、凹凸曲面形状をなすことが好ましい。
【００２８】
前記電解質膜としては、フッ素系イオン交換膜、部分フッ素化系イオン交換膜、炭化水素系イオン交換膜、有機無機ハイブリッドイオン交換膜、電解質含浸イオン交換膜、混合イオン交換膜等の固体電解質膜が挙げられる。
【００２９】
特に、前記電解質膜は、プロトン輸送材料が含浸されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなることが好ましい。このような電解質膜は適度な強度、伸度、弾性、硬さ、こわさを有しているので、本発明の小型燃料電池を構成する上で好適である。プロトン輸送材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系高分子が好ましい。電解質膜としては、例えば、フレオミン膜（旭硝子社商標名）、ナフィオン膜（Du Pont社商標名）、アシプレックス膜（旭化成工業社商標名）等の高分子膜が好適に用いられる。電解質膜としては、高分子膜のほか、固体酸化膜等の固体電解質膜やリン酸系膜であってもよい。
【００３０】
本発明は、上記の小型燃料電池を備えた小型燃料電池システムを提供するものである。小型燃料電池システムは、例えば、燃料タンク、燃料タンクから小型燃料電池の燃料供給口へ導びかれた供給チューブ、小型燃料電池の燃料排出口から燃料タンクへ導かれた排出チューブ、当該供給チューブ又は排出チューブに設けられたポンプ手段、等を含んでいてもよい。
【００３１】
本発明は、電解質膜の一方の面にアノードを接合し、他方の面にカソードを接合して、電解質膜／電極接合体を作製する工程と、当該電解質膜／電極接合体を１回又は複数回折り曲げる工程と、折り曲げられた各内側部分に拡散層を介在させる工程と、を含む小型燃料電池の製造方法を提供するものである。
【００３２】
このような製造方法とすることにより、小型化と大出力とを両立させた小型燃料電池を簡易に製造することができる。また、電解質膜／電極接合体を１回又は複数回折り曲げる工程において、折り曲げる箇所（電解質膜／電極接合体における折り曲げる位置）、折り曲げる回数、折り曲げ加工の方法等を調整することによって、製造する小型燃料電池のサイズや出力を調整できるので、容易に多様なサイズや出力の小型燃料電池を製造することができる。
【００３３】
前記電解質膜／電極接合体の作製工程においては、アノード及び／又はカソードは、電解質膜上に連続的に形成されてもよく、あるいは、折り曲げられる折り曲げ部位にはアノード及び／又はカソードを形成せず、電解質膜上に断続的に形成されてもよい。また、電解質膜へのアノード及びカソードの接合は、あらかじめ成膜したアノード及びカソードをそれぞれ電解質膜上に熱圧着法により接合してもよく、あるいは、電解質膜上にスパッタリング法によりアノード及びカソードをそれぞれ形成してもよい。あるいは、電解質膜へのアノード及びカソードの接合は、触媒材料である金属粉体やカーボン粉を、ナフィオン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性有機樹脂を溶媒に溶かしたものに分散させたものを、スプレー噴霧や印刷し、その後乾燥することによって作製してもよい。
【００３４】
前記折り曲げる工程においては、電解質膜／電極接合体における折り曲げる箇所において電解質膜／電極接合体の厚さをあらかじめ薄くしておいてもよい。このようにすれば、折り曲げる作業が容易となり、また、折り曲げの位置決めも正確となる。また、このようにすれば、折り曲げた後の形状をより安定して維持することができる。あるいは、折り曲げる箇所にあらかじめミシン目や穴を形成しておき、小型燃料電池を製造した後、当該ミシン目や穴を樹脂等により封止してもよい。
【００３５】
前記折り曲げられた各内側部分に拡散層を介在させる工程は、拡散層を、折り曲げられた前記電解質膜／電極接合体と、一体に成型する工程であってもよい。
【００３６】
拡散層を、折り曲げられた状態の電解質膜／電極接合体と一体に成型することにより、小型化及び大出力を両立した燃料電池を簡易に作成することができる。
【００３７】
また、本発明は、機械加工により第一の拡散層の一方の面に凹凸面を形成する工程と、当該凹凸面上に第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極上に電解質膜を形成する工程と、当該電解質膜上に第二の電極を形成する工程と、当該第二の電極上に第二の拡散層を形成する工程と、を含む小型燃料電池の製造方法を提供するものである。
【００３８】
前記第一の電極、電解質膜、第二の電極、及び第二の拡散層は、スプレーコート法又はディップコート法により形成されることが好ましい。
【００３９】
前記機械加工としては、プレス成型又は切削加工が好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１に、実施形態１に係る小型燃料電池システムの構成図を模式的に示す。
【００４２】
図１に示すように、小型燃料電池システムは、小型燃料電池１０と、メタノールタンク２１と、メタノールタンク２１に連通されたミキシングタンク２２と、ミキシングタンク２２から小型燃料電池１０へ導かれた供給チューブ２４ａと、供給チューブ２４ａに設けられたポンプ２３と、小型燃料電池１０からミキシングタンク２２へ導かれた排出チューブ２４ｂを備えている。
【００４３】
図２に、図１における小型燃料電池１０のII−II断面図を示す。図２に示すように、小型燃料電池１０は、電解質膜１、アノード２、及びカソード３からなる電解質膜／電極接合体（以下、「接合体」という）６と、燃料拡散層５と、空気拡散層４と、セパレータ膜７を備えている。また、燃料拡散層５及び空気拡散層４には、それぞれ図示しない集電部材が設けられている。
【００４４】
図３に図２における接合体６を展開した状態の正面図を示す。図３に示すように、接合体６は、電解質膜１と、当該電解質膜１の一方の面（図３における上方側の面）に接合されたアノード２と、他方の面（図３における下方側の面）に接合されたカソード３からなる。電解質膜１は、ナフィオン膜（デュポン社商標名）からなり、アノード２は白金（Ｐｔ）及びルテニウム（Ｒｕ）の合金を担持したカーボン触媒電極膜からなり、カソードは白金（Ｐｔ）を担持したカーボン触媒電極膜からなる。電解質膜１の両端部には、アノード２が設けられていない電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’が存在する。
【００４５】
図１及び図２に示すように、小型燃料電池１０は、接合体６が、アノード２が接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりアノード２が対向配置されて形成された内側部分に燃料拡散層５が介在され、さらにこれらが空気拡散層４に覆われて構成されている。本実施形態においては、電解質膜１の厚さが約２０μｍ〜約５０μｍであり、アノード２及びカソード３の厚さがそれぞれ約５μｍ〜約３０μｍであり、折り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径は、約１００μｍであることにより、燃料拡散層５を適切に保持しながら介在させることができ、アノード２へ燃料を適切に供給することができる。電解質膜１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、セパレータ膜７の端部が気密に接着固定されている。また、小型燃料電池１０の折り曲げられた両サイドはフィルム状シール部材１１、１２によって気密にシールされている（図１）。これにより、燃料であるメタノールをアノード２に供給するための供給室８（図２）が形成されている。すなわち、電解質膜１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’を、供給室８を構成する隔壁の一部として使用している。
【００４６】
供給室８には図示しない燃料供給口が設けられており、ここに前記供給チューブ２４ａが気密に接続されている。また、小型燃料電池１０の折り曲げ部位近傍には図示しない燃料排出口が設けられており、ここに前記排出チューブ２４ｂが気密に接続されている。
【００４７】
次に、図１及び図２参照しながら、実施形態１の小型燃料電池１０の動作について説明する。
【００４８】
メタノールタンク２１に燃料であるメタノール溶液（例えば、メタノールの３％水溶液）を充填し、ポンプ２３を作動させると、メタノール溶液がミキシングタンク２２、供給チューブ２４ａ、前記燃料供給口（図示せず）を通じて収容室８へ導かれる（矢印Ａ）。この際、収容室８の内部が正圧となるようにポンプ２３を作動させる。燃料拡散層５はメッシュの金属フォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、収容室８へ導かれたメタノール溶液は、燃料拡散層５内を拡散してアノード２へ導かれる。アノード２において、メタノールはプロトンに変換（改質）される。一方、空気拡散層４もメッシュの金属フォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、空気（酸素）が図１のＢ及びＢ’方向に空気拡散層４内を拡散して、カソード３へ導かれる。これによって得られる小型燃料電池１０からの出力を、前記集電部材（図示せず）を通じて取り出す。前記燃料排出口（図示せず）からは、未使用のメタノール溶液や副生物が排出チューブ２４ｂを通じてミキシング２２に還流される（矢印Ａ’）。燃料拡散層５及び空気拡散層４は、それぞれ、Ａｌ、ＳＵＳなどであってもよく、また、スポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパー紙にカーボンを担持したもの、カーボンクロス等であってもよい。カーボンペーパー紙にカーボンを担持したものやカーボンクロスを用いる場合には、燃料拡散層５及び集電部材の双方の機能を持たせることができる。
【００４９】
なお、メタノールタンク２１は適宜交換可能な燃料カートリッジであってもよい。
【００５０】
上記のように構成することにより、セルの表面積を大きく取ることができるので、小型でありながら大出力を得ることができる。また、折り曲げて構成するので、スタック構造を取らず、セパレータが不要であり小型化を実現することができる。また、電解質膜１の一方の面にアノード２を設け他方の面にカソード３を設けており、すなわち電解質膜１の同じサイドにアノード２を形成しているので、接合体６を折り曲げることによって燃料拡散層５を挟んで両側にアノード２が存在することとなり、この燃料拡散層５を両側のアノード２に燃料を供給する際に兼用することができ、一層小型化が図られている。さらに、電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’を、供給室８を構成する隔壁の一部として使用するので、大出力でありながら一層の小型化を実現することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
実施形態２は、小型燃料電池１０における接合体６を接合体６’とした点のみが実施形態１とは異なっている。
【００５２】
図４（ａ）に実施形態２に係る接合体６’を展開した状態の正面図を、（ｂ）に上面図を示す。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、アノード２’及びカソード３’は、それぞれ電解質膜１上の長手方向中央（折り曲げ部位）には形成されておらず、電解質膜１上に断続的に形成されている。これによって、接合体６’は折り曲げる箇所において厚さが薄くなっている。また、当該折り曲げ部位には、穴９が複数形成されている。これにより、折り曲げ作業が容易となり、折り曲げの位置決めも正確に行うことができるとともに、折り曲げた後の形状を安定して保持することができる。
【００５３】
実施形態２においては、折り曲げて小型燃料電池を製造した後、穴９は樹脂等により封止する。
【００５４】
（第３の実施の形態）
実施形態３は、折り曲げ回数が５回である小型燃料電池を用いた点のみが実施形態１とは異なっている。
【００５５】
図５に実施形態３に係る小型燃料電池３０の断面図を示す。図５に示すように、小型燃料電池３０は、電解質膜３１、アノード３２、及びカソード３３からなる接合体３６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５と空気拡散層３４が設けられて構成されている。燃料拡散層３５は、接合体３６が折り曲げられることにより形成されたアノード側の３つの各内側部分に介在されるとともに、その端部において互いに一体化されている。また、空気拡散層３４は、接合体３６が折り曲げられることにより形成されたカソード側の２つの内側部分に介在されるとともに、これら全体を覆っている。電解質膜３１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、実施形態１と同様にセパレータ膜３７の端部が気密に接着固定されている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００５６】
上記のように構成することにより、接合体３６を５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取ることができ、また、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両立することができる。また、本実施形態においても、電解質膜３１の同じサイドにアノード３２を形成し、他方の同じサイドにカソード３３を形成しているので、接合体３６を折り曲げることによって燃料拡散層３５を両側の各アノード３２に燃料を供給する際に兼用することができる。また、空気拡散層３４についても、両側の各カソード３３に空気（酸素）を供給する際に兼用することができる。これにより、大出力でありながら小型化を実現することができる。
【００５７】
さらに接合体３６を奇数回（５回）折り曲げることにより、前記露出部Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図５における左方向）に延出するので、当該露出部Ｃ、Ｃ’にセパレータ膜３７の端部を接着固定して燃料をアノード３２へ供給するための供給室８を簡易に形成することができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収容室８を構成する隔壁の一部として使用し、一層の小型化を図ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態では拡散層３４、３５をその端部において一体化して作製した場合について説明したが、これに限定されず、拡散層塊にプレス成型や切削加工等の機械加工を施し、アノード３２やカソード３３を介在させる凹部を形成してもよい。
【００５９】
（第４の実施の形態）
実施形態４は、燃料拡散層４５及び空気拡散層４４がそれぞれ一体に成型されている点のみが実施形態３とは異なっている。
【００６０】
図６に実施形態４に係る小型燃料電池４０の断面図を示す。図６に示すように、小型燃料電池４０は、電解質膜４１、アノード４２、及びカソード４３からなる接合体４６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５及び空気拡散層４４が折り曲げられた接合体４６に対してそれぞれ一体に成型されて、それぞれ折り曲げられることにより形成された各内側部分に相補する形状をなし構成されている。
【００６１】
上記のように構成することにより、接合体４６を５回折り曲げてセルの表面積を大きく取ることができ、また、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両立することができる。また、本実施形態においても、電解質膜４１の同じサイドにアノード４２を形成し、他方の同じサイドにカソード４３を形成しているので、接合体４６を折り曲げることによって燃料拡散層４５を両側の各アノード４２に燃料を供給する際に兼用することができる。また、空気拡散層４５についても、両側の各カソード４３に空気（酸素）を供給する際に兼用することができる。これにより、大出力でありながら小型化を実現することができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、燃料拡散層４４、及び空気拡散層４５の形状は一体で成型（例えば、射出成型、粉末成型、加工成型等により成型）することが可能なので、小型かつ大出力密度を有する燃料電池を簡易に製造することができる。
【００６３】
なお、上記実施形態３及び実施形態４においても、上記実施形態２と同様に、アノード及びカソードを電解質膜上に断続的に形成してもよい。
【００６４】
（第５の実施の形態）
実施形態５は、折り曲げの角度及び回数が実施形態１とは異なる小型燃料電池に係るものである。
【００６５】
図７に実施形態５に係る小型燃料電池５０の断面図を示す。図７に示すように、小型燃料電池５０は、電解質膜５１、アノード５２、及びカソード５３からなる接合体５６が１５回折り曲げられ、燃料拡散層５５及び空気拡散層５４が折り曲げられた接合体５６に一体に成型されて、それぞれ折り曲げられることにより形成された各内側部分に相補する形状をなし構成されている。本実施形態においては、折り曲げ部位における折り曲げ角度は、約５０°となっている。
【００６６】
電解質膜５１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には実施形態１と同様にセパレータ膜５７の端部が気密に接着固定されている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６７】
上記のように構成することにより、接合体５６を１５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取ることができ、また、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両立することができる。また、本実施形態においても、電解質膜５１の同じサイドにアノード５２を一体に設け、他方の同じサイドにカソード５３を一体設けているので、接合体５６を折り曲げることによって燃料拡散層５５を両側の各アノード５２に燃料を供給する際に兼用することができる。また、空気拡散層５４についても、両側の各カソード５３に空気（酸素）を供給する際に兼用することができる。
【００６８】
特に、本実施形態においては、折り曲げ回数が多くなっているため、燃料拡散層５５を通過する燃料、空気拡散層５４を通過する空気（酸素）の流路を短く形成できるというメリットがある。これにより、流路内を通過する燃料、空気（酸素）が充分に接合体５６に行き届くため、同じ面積の接合体を使った場合でも充分な電気化学反応をさせることができ、高出力を達成することができる。
【００６９】
これにより、大出力でありながら小型化を実現することができる。
【００７０】
さらに、本実施形態においても、接合体を奇数回（１５回）折り曲げることにより、前記露出部Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図７における右方向）に延出するので、当該露出部Ｃ、Ｃ’にセパレータ膜５７の端部を接着固定して燃料をアノード５２へ供給するための供給室８を簡易に形成することができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収容室８を構成する隔壁の一部として使用し、一層の小型化を図ることができる。
【００７１】
（第１の参考の形態）
参考形態１は、折り曲げの角度が均一ではない点が実施形態１とは異なっている。
【００７２】
図８に参考形態１に係る小型燃料電池７０の模式図を示す。図８に示すように、小型燃料電池７０は、電解質膜７１、アノード７２、及びカソード７３からなる接合体７６が複数回折り曲げられ、当該折り曲げ角度は１８０°と９０°の２種類からなっている。上記実施形態と同様に、アノード７２側には燃料拡散層が設けられ、カソード７３側には空気拡散層が設けられている（図示は省略）。
【００７３】
上記のように構成することにより、折り曲げの中にさらに小さな折り曲げが含まれるように複数回折り曲げてセルの表面積を大きく取ることができ、また、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両立することができる。
【００７４】
（第２の参考の形態）
図９に参考形態２に係る小型燃料電池６０の一部断面図を示す。図９（ａ）に空気拡散層６４を形成する前、（ｂ）に空気拡散層６４を形成した後の状態を示す。図９（ａ）（ｂ）に示すように、小型燃料電池６０は、凹凸面Ｓを有する燃料拡散層６５と、当該凹凸面上に順次形成されたアノード６２、電解質膜６１、カソード６３、空気拡散層６４を備えている。燃料拡散層６５の凹凸面Ｓは凹凸曲面形状をなしており、これは、燃料拡散層塊にプレス成型や切削加工等の機械加工を施し、凹凸面を形成して得られる。凹凸面Ｓ上にアノード６２を、アノード６２上に電解質膜６１を、電解質膜６１上にカソード６３を、そしてカソード６３上に空気拡散層６４を、順次スプレーコート法又はディップコート法により形成することが好ましい。
【００７５】
上記のように凹凸面Ｓとすることにより、従来とほぼ同スペース内に配置してもセル面積を大きく取ることができ、大出力と小型化を両立することができる。
【００７６】
なお、本参考形態においては、燃料拡散層の凹凸面上に順次アノード、電解質膜、カソード、空気拡散層、を形成した場合について説明したが、これに限定されず、空気拡散層が凹凸面を有しておりその凹凸面上に順次カソード、電解質膜、アノード、燃料拡散層を形成して小型燃料電池を構成してもよい。
【００７７】
また、上述の各実施形態に係る小型燃料電池システムないしは小型燃料電池においては、空気（酸素）が自然に空気拡散層内を拡散することにより、空気（酸素）がカソードへ導かれる場合について説明したが、これに限定されず、空気（酸素）を供給するための供給手段を設けてもよい。
【００７８】
また、上述においては、小型燃料電池の燃料がメタノール溶液であるＤＭＦＣの場合について説明したが、これに限定されず、燃料は水素であってもよい。
【００７９】
その他、本発明が上記各実施形態に限定されないことは、いうまでもない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、大出力と小型化を両立させた小型燃料電池を提供することができる。これによって、長時間連続使用可能な携帯機器用の小型電源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１に係る小型燃料電池システムの構成図を模式的に示したものである。
【図２】  図１におけるII−II断面図である。
【図３】  図２における接合体を展開した状態の正面図である。
【図４】  実施形態２に係り、接合体を展開した状態の（ａ）正面図及び（ｂ）上面図である。
【図５】  実施形態３に係る小型燃料電池の断面図である。
【図６】  実施形態４に係る小型燃料電池の断面図である。
【図７】  実施形態５に係る小型燃料電池の断面図である。
【図８】  実施形態６に係る小型燃料電池の模式図である。
【図９】  実施形態７に係る小型燃料電池の一部断面図である。
【符号の説明】
１０…小型燃料電池、２１…メタノールタンク、２２…ミキシングタンク、２３…ポンプ、２４ａ…供給チューブ、２４ｂ…排出チューブ、８…収容室、１…電解質膜、２…アノード、３…カソード、４…空気拡散層、５…燃料拡散層、６…電解質膜／電極接合体
【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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