(57)【要約】      （修正有）【課題】電極間の抵抗を減少させることにより水素の流量を増加させることができ、電極間の間隔を最小化することにより水素発生装置の嵩を減らすことができる水素発生装置の電極連結方法及びそれを用いた水素発生装置を提供する。【解決手段】水素発生装置５００の電極連結方法は、電子を発生させる第１電極３００の一側に第１端子層３０６を蒸着する段階と、第１端子層３０６に電線３１０の一側を接合する段階と、電子を受けて水素を発生させる第２電極４００の一側に第２端子層４０６を蒸着する段階と、第２端子層４０６に電線３１０の他側を接合する段階と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を発生させる第１電極の一側に第１端子層を蒸着する段階と、
前記第１端子層に電線の一側を接合する段階と、
前記電子を受けて水素を発生させる第２電極の一側に第２端子層を蒸着する段階と、
前記第２端子層に前記電線の他側を接合する段階と、
を含む水素発生装置の電極連結方法。
【請求項２】
前記第１端子層を蒸着する段階が、スパッタリング方式で行われることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項３】
前記第１端子層が、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項４】
前記第１端子層が、１０〜１００００ｎｍの厚みで蒸着されることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項５】
前記第１端子層を蒸着する段階以前に、
前記第１電極の前記一側に対応する開口部が形成されたマスクを前記第１電極に積層する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項６】
前記第１端子層を蒸着する段階以前に、
前記第１電極の前記一側に第１接着層を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項７】
前記第１接着層が、チタン（Ｔｉ）、クロム（ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項８】
前記第１接着層が、１〜１０００ｎｍの厚みで蒸着されることを特徴とする請求項６に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項９】
前記第２端子層を蒸着する段階以前に、
前記第２電極の前記一側に対応する開口部が形成されたマスクを第２電極に積層する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項１０】
前記第２端子層を蒸着する段階以前に、
前記第２端子層の前記一側に第２接着層を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項１１】
前記電線を接合する段階が、ソルダリング方式で行われることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置の電極連結方法。
【請求項１２】
電解質水溶液を収容する電解槽と、
前記電解槽内部に収容され電子を発生させ、一側に第１端子層が形成される第１電極と、
前記第１電極と所定距離離隔するように前記電解槽内部に収容され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させ、一側に第２端子層が形成される第２電極と、
一側が前記第１端子層にソルダリングされ、他側が前記第２端子層にソルダリングされて、前記電子を移動させる電線と
を備える水素発生装置。
【請求項１３】
前記第１端子層と前記第１電極との間に介在される第１接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の水素発生装置。
【請求項１４】
前記第２端子層と前記第２電極との間に介在される第２接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の水素発生装置。
【請求項１５】
前記第１端子層が、金（Ａｕ）または白金（ｐｔ）のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の水素発生装置。
【請求項１６】
前記第１端子層の厚みが、１０〜１００００ｎｍであることを特徴とする請求項１２に記載の水素発生装置。
【請求項１７】
前記第１接着層が、チタン（Ｔｉ）、クロム（ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素発生装置。
【請求項１８】
前記第１接着層の厚みが、１〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１３に記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置の電極連結方法及びこれを用いた水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料、すなわち、水素、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタノールなどの燃料と空気の化学エネルギーとを電気化学的反応により電気及び熱に直接変換させる装置である。既存の発電技術が燃料の燃焼、蒸気発生、タービン駆動、発電機駆動の過程を経ることとは異なって、燃焼過程や駆動装置がないため、効率が高く、さらに環境問題を生じさせない新たな概念の発電技術である。
【０００３】
図１は燃料電池の作動原理を示す図である。図１を参照すると、燃料電池１００の燃料極１１０はアノードであり、空気極１３０はカソードである。燃料極１１０は水素（Ｈ２）の供給を受けて水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに分解される。水素イオンは膜１２０を経て空気極１３０に移動する。膜１２０は電解質層である。電子は外部回路１４０を経て電流を発生させる。そして、空気極１３０にて水素イオンと電子、そして空気中の酸素とが結合して水になる。前述した燃料電池１００における化学反応式は下記の化学式１で表される。
【０００４】
［化１］
燃料極１１０：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
空気極１３０：１/２ Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体反応：Ｈ２+１/２ Ｏ２→Ｈ２Ｏ
すなわち、燃料極１１０から分離された電子が外部回路を経て電流を発生させることにより電池の機能を果たすことになる。このような燃料電池１００はＳＯｘとＮＯｘなどの大気汚染物質をほとんど排出せず、二酸化炭素の発生も少なくいため、無公害発電であり、さらに低騷音、無振動などの長所がある。
【０００５】
燃料電池１００は、燃料極１１０から電子を発生させるために水素を含有している一般燃料から燃料電池１００が要求する、水素を多く含有するガスに変化させる水素発生装置を要する。
【０００６】
水素発生装置として一般的に知られている水素貯蔵タンクなどを利用すると嵩が大きくなり、保管に危険がある。
【０００７】
したがって、最近注目を集めている携帯電話やノートパソコンなどの携帯用電子機器が高容量の電源供給装置を要求するにつれ、燃料電池はこれらの要求に対応しなくてはならなく、嵩が小さいながらも高い性能を有する必要がある。
【０００８】
国際民間航空機関（ＩＣＡＯ：International Civil Aviation Organization）から飛行機搬入が承認された、メタノールやギ酸などを用いて燃料を改質し水素を発生させたり、メタノールやエタノール、ギ酸などを燃料電池にて直接燃料として使用する方式が用いられている。
【０００９】
しかし、前者は高い改質温度を要し、システムが複雑になり、駆動電力が消耗されて純粋水素以外の不純物（ＣＯ２、ＣＯ）が含まれるという問題点がある。そして、後者は両極化学反応が低く、炭化水素（hydrocarbon）の膜を通してのクロスオーバ（cross-over）により電力密度が非常に低くなるという問題点がある。
【００１０】
これに比して電気化学反応(electro chemical reaction)を用いた水素発生装置は、室温で純粋な水素を生成することができる。また、カートリッジとステック(stack)だけで簡単にシステムを構成することができ、電流を制御する方式から水素生成量を制御するので、別途のＢＯＰユニットがなくても所望の水素流量を制御できるという特徴がある。
【００１１】
従来の水素発生装置において、電極と電極との間の連結方式としてはクリップを用いていた。すなわち、クリップは電線に固定され電極とコントロールユニット、あるいは電極と電極との間を連結する。しかし、電極とクリップとの間の接触抵抗が大きいため、流れる電流量が少なくなり、それにより水素発生量が減少するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、電極間の抵抗を減少させることにより水素の流量を増加することができ、電極間の間隔を最小化することにより水素発生装置の嵩を減らすことができる水素発生装置の電極連結方法及びそれを用いた水素発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、電子を発生させる第１電極の一側に第１端子層を蒸着する段階と、第１端子層に電線の一側を接合する段階と、電子を受けて水素を発生させる第２電極の一側に第２端子層を蒸着する段階と、第２端子層に電線の他側を接合する段階と、を含む水素発生装置の電極連結方法が提供される。
【００１４】
第１端子層を蒸着する段階は、スパッタリング(sputtering)方式で行われ、第１端子層は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属からなることができ、１０〜１００００ｎｍの厚みで蒸着することができる。
【００１５】
ここで、第１端子層を蒸着する段階以前に、第１電極の一側に対応する開口部が形成されたマスクを第１電極に積層することができる。
【００１６】
また、第１端子層を蒸着する段階以前に、第１電極の一側に第１接着層を蒸着することができる。
【００１７】
この際、第１接着層はチタン（Ｔｉ）、クロム（ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなることができ、１〜１０００ｎｍの厚みで蒸着することができる。
【００１８】
第２端子層を蒸着する段階以前に、第２電極の一側に対応する開口部が形成されたマスクを第２電極に積層することができる。
【００１９】
また、第２端子層を蒸着する段階以前に、第２端子層の一側に第２接着層を蒸着することができる。また、電線を接合する段階は、ソルダリング(soldering)方式で行うことができる。
【００２０】
本発明の他の実施形態によれば、電解質水溶液を収容する電解槽と、電解槽内に収容され電子を発生させ、一側に第１端子層が形成される第１電極と、第１電極と所定距離離隔するように電解槽内に収容され、電子と電解質水溶液を用いて水素を発生させ、一側に第２端子層が形成される第２電極と、一側は第１端子層にソルダリングされ、他側は第２端子層にソルダリングされて電子を移動させる電線と、を備える水素発生装置が提供される。
【００２１】
ここで、第１端子層と第１電極との間に介在される第１接着層をさらに備えることができる。また、第２端子層と第２電極との間に介在される第２接着層をさらに備えることができる。
【００２２】
第１端子層は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属からなることができ、１０〜１００００ｎｍの厚みで形成することができる。
【００２３】
また、第１接着層はチタン（Ｔｉ）、クロム（ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）からなることができ、１〜１０００ｎｍの厚みで形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による水素発生装置の電極連結方法及びそれを用いた水素発生装置は、電極の接触抵抗を減少させることにより水素の流量を増加することができ、薄膜蒸着による電極間の間隔を最小化することにより水素発生装置の嵩を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、本発明がこれらの特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎなく、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。
【００２７】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００２８】
以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して詳しく説明する。高分子型燃料電池(ＰＥＭＦＣ)の水素発生に用いられる方法は、アルミニウムの酸化反応、金属ボロハイドライド系の加水分解、及び金属電極体反応に分けることができ、その中、水素発生を効率的に調節する方法としては金属電極体を用いる方法がある。図２は金属電極体を用いた水素発生装置を示す概念図である。
【００２９】
図２に示すように、アノード（陽極）２２０のマグネシウムとカソード（陰極）２３０のステンレススチール(stainless steel)とが電解槽２１０の電解水溶液２１５に浸されている。
【００３０】
水素発生装置２００の原理は、ステンレススチール２３０よりイオン化傾向の大きいマグネシウム電極２２０から電子が生成されて、生成された電子がステンレススチール２３０へ移動される。移動された電子は電解水溶液２１５と結合して水素を生成することができる。
【００３１】
前述した水素発生装置２００における化学反応式は下記の化学式２で表される。
【００３２】
［化２］
アノード２２０：Ｍｇ→Ｍｇ２＋+２ｅ−
カソード２３０：２Ｈ２Ｏ+２ｅ−→Ｈ２＋２（ＯＨ）−
全体反応：Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ２＋＋Ｈ２＋２（ＯＨ）−
これは主としてマグネシウム電極２２０がＭｇ２＋イオンにイオン化されることにより得られた電子を、再び、導線を通じて他の金属体に移動させて(例えば、アルミニウム、あるいはステンレススチール)水の分解反応で水素を発生させる方法であって、連結された導線の短絡で、使用される電極体間の間隔及び大きさに応じて水素の発生をオンデマンド(On-demand)で調節することができる。
【００３３】
図３は本発明の一実施例による電極製造方法を示すフローチャートであり、図４乃至図９は本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。図４乃至図９を参照すると、第１電極３００、マスク３０２、第１端子層３０６、及び第１接着層３０４が示されている。
【００３４】
本発明は電極に薄膜の端子層を蒸着し、ソルダリング方式で電線を接合して電極間の連結を具現することにより、電極間の抵抗を減少することができ、水素の流量を増加させることができる。また、電極間の間隔を最小化することにより水素発生装置の嵩を減らすことができる。
【００３５】
以下では、本発明の理解と説明の便宜のために第１電極３００がマグネシウム（Ｍｇ）からなり、第２電極４００がステンレススチール(Stainless Steel)からなったものを中心にして説明する。
【００３６】
第１電極３００は活性電極である。第１電極３００においては、マグネシウム（Ｍｇ）電極と水（Ｈ２Ｏ）とのイオン化エネルギーの差によりマグネシウム電極が水中に電子(ｅ−)を出してマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）に酸化される。
【００３７】
本発明の電極に電線を接合するために、先ず、図４に示すように、電子を発生させる第１電極３００を用意し、段階Ｓ１０で、図５に示すように、電子を発生させる第１電極３００の一側に対応する開口部が形成されたマスク３０２を第１電極３００に積層する。ここで、第１電極３００の一側とは、第１電極３００において、電線を接合するために後述する第１端子層３０６と第１接着層３０４とがスパッタリングされる領域を意味し、その領域の模様と大きさは限定されない。
【００３８】
次に、段階Ｓ２０で、図６に示すように、マスク３０２上の第１電極３００が露出される一側に第１接着層３０４を蒸着する。この際、蒸着する方法は、スパッタリング方式で行われるが、これに限定されず、蒸発蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によっても薄膜蒸着できることは勿論である。
【００３９】
また、第１接着層３０４はチタン（Ｔｉ）、クロム（ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）の中のいずれか一つからなることができ、本実施例ではチタンを例として説明する。ここで、第１接着層３０４は、第１電極３００と後述する第１端子層３０６との間に介在され、第１電極３００と第１端子層３０６との接合を円滑にする役割をする。
【００４０】
すなわち、第１電極３００のマグネシウム基板に、スパッタリング方式を用いて第１接着層３０４のチタン層を薄膜蒸着する。これは、第１電極３００のマグネシウム基板に第１端子層３０６の金薄膜層を直接蒸着し難いからである。したがって、第１電極３００のマグネシウム基板と第１端子層３０６の金薄膜層との間に第１接着層３０４のチタン層を介在することにより、第１接着層３０４のチタン層が第１電極３００のマグネシウム基板と第１端子層３０６の金薄膜層とを円滑に接合させるようにする。
【００４１】
また、第１接着層３０４は１〜１０００ｎｍの厚みで蒸着されることができる。第１接着層３０４が１ｎｍ未満の厚みで蒸着されると、第１電極３００と第１端子層３０６との接合を円滑にすることができなく、第１接着層３０４が１０００ｎｍを超える厚みで蒸着されると、第１電極３００に薄膜蒸着層を具現できないという問題点が発生する。
【００４２】
次に、段階Ｓ３０で、図７に示すように、第１電極３００の第１接着層３０４に第１端子層３０６を蒸着する。すなわち、第１接着層３０４のチタン層に端子層３０６の金薄膜層を蒸着する。第１端子層３０６の金薄膜層は、第１電極３００のマグネシウム基板に電線３１０をソルダリング(soldering)する際に、効果的にソルダリングできるようにする。
【００４３】
ここで、第１端子層３０６は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属(noble metal)の中のいずれか一つからなることができ、１０〜１００００ｎｍの厚みで蒸着することができる。
【００４４】
第１端子層３０６の厚みが１０ｎｍ未満であると、電線の接合が容易ではなく、第１端子層３０６の厚みが１００００ｎｍ以上であると、第１電極３００に薄膜蒸着層を具現できないという問題点がある。
【００４５】
次に、段階Ｓ４０で、図８に示すように、マスク３０２を除去し、図９に示すように、第１端子層３０６に電線３１０の一側をソルダリング方式で接合して電線固定部分３０８を形成する。
【００４６】
また、第１電極３００から形成された電子を受けて水素を発生させる第２電極の電線固定方式は第１電極３００と同じ方法で行われることができる。
【００４７】
したがって、段階Ｓ５０で、第２電極の一側に対応する開口部が形成されたマスクを第２電極に積層し、段階Ｓ６０で、第２端子層の一側に第２接着層を蒸着する。この際、蒸着される第２接着層は前述した第１電極３００に蒸着される第１接着層３０４と同じ金属層である。したがって、第２電極に蒸着される第２接着層は第１電極３００に蒸着される第１接着層３０４と、その種類と厚みが同じである。
【００４８】
次に、段階Ｓ７０で、第２電極の第２接着層に第２端子層を蒸着する。ここで第２端子層は第１電極３００に蒸着される第１端子層３０６と同じ金属層であり、その種類と厚みが同じである。
【００４９】
最後に、段階Ｓ８０で、第２端子層に電線の他側をソルダリング方式で接合する。第２電極の電線ソルダリング方式は前述した第１電極３００の電線ソルダリング方式と同様である。
【００５０】
図１０は本発明の一実施例による水素発生装置の断面図であり、図１１は従来の電極を用いて発生された水素の流量を示したグラフであり、図１２は本発明の一実施例による水素発生装置から発生された水素の流量を示したグラフである。
【００５１】
図１０を参照すると、第１電極３００、第１端子層３０６、電線固定部分３０８、４０８、電線３１０、第２電極４００、第２端子層４０６、水素発生装置５００、コントロールユニット５０２、電解槽５０４、電解質水溶液５０６が示されている。
【００５２】
図１０に示すように、電子を発生させる第１電極３００と、電子を受けて水素を発生させる第２電極４００にそれぞれ第１端子層３０６及び第２端子層４０８を薄膜で蒸着し、それぞれの第１端子層３０６及び第２端子層４０６にソルダリング方式で電線３１０を接合して二つの電極を連結する。
【００５３】
図１０に示されている第１電極３００と第２電極４００とは、図４乃至図９に示された電極の製造方法により製造された電極である。
【００５４】
電解槽５０４の内部には電解質水溶液５０６が入っている。電解質水溶液５０６は水素イオンを含んでおり、水素発生装置５００は電解質水溶液５０６に含まれている水素イオンを用いて水素ガスを発生させることができる。
【００５５】
電解質水溶液５０６としては、ＬｉＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４、ＡｇＣｌなどを電解質として使用できる。
【００５６】
第１電極３００は電解槽５０４内部の一面に形成されて電子を発生させる。第１電極３００は活性電極である。第１電極３００においては、マグネシウム（Ｍｇ）電極と水（Ｈ２Ｏ）とのイオン化エネルギーの差により、マグネシウム電極が水中に電子(ｅ−)を出してマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）に酸化される。この際、生成された電子は電線３１０を通してコントロールユニット５０２に移動し、電線３１０を通して第２電極４００へ移動することができる。したがって、第１電極３００は電子の生成につれ消耗されて、一定時間が経過すると交換するようにする。また、第１電極３００は第２電極４００に比して相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることができる。
【００５７】
第２電極４００は第１電極３００に隣接して形成することができ、電子と電解質水溶液５０６とを用いて水素を発生させることができる。第２電極４００は非活性電極である。第２電極４００は第１電極３００のマグネシウムから発生する電子を受けて電解質水溶液５０６と反応することにより水素を発生させる。
【００５８】
また、第２電極４００は非活性電極であるため、第１電極３００とは異なって消耗されないので第１電極３００の厚みより薄く具現することができる。
【００５９】
第２電極４００における化学反応をより詳細に見ると、第２電極においては、水が、第１電極３００から移動してきた電子を受けて水素に分解される。
【００６０】
前述した化学反応式は、下記の化学式３で表される。
【００６１】
［化３］
第１電極：Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−
第２電極：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２（ＯＨ）−
全体反応：Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
前述の化学反応は多様な要素に応じて反応速度や反応効率が決定される。反応速度を決定する要素としては、第１電極３００及び/または第２電極４００の電極の面積、電解質水溶液５０６の濃度、電解質水溶液５０６の種類、第１電極３００及び/または第２電極４００の個数、第１電極３００と第２電極４００との間の連結方法、第１電極３００と第２電極４００との間の電気的抵抗などがある。
【００６２】
前述した要素を変化させると、反応条件に応じて第１電極３００と第２電極４００との間に流れる電流量（すなわち、電子量）が変わり、従って化学式３のような電気化学的反応速度が変わることになる。電気化学的反応速度が変わると、第２電極４００から発生される水素量にも変化が生ずる。
【００６３】
よって、本発明の実施例によれば、第１電極３００と第２電極４００との間に流れる電流量を調節することにより、生成される水素量を調節できるようになる。これは下記の数学式１で表されるようにファラデー法則（Faraday’s LAW）により原理的に説明できる。
【数１】
2009074167.tif 000003
【００６４】
ここで、Ｎhydrogenは１秒間に生成される水素量（mol）であり、Ｖhydrogenは１分間に生成される水素の体積（ml/min）である。ｉは電流（C/s）、ｎは反応電子の個数、Ｅは電子１モル当たりの電荷（C/mol）を示す。
【００６５】
前述の化学式３を参照すると、第２電極４００にて水素電子二つが反応するので、ｎは２であり、電子１モルの電荷は約−９６４８５クーロンである。
【００６６】
１分間に生成される水素の体積は、１秒間に生成される水素量に時間（６０秒）と水素１モルの体積（２２４００ｍｌ）を乗じて算出することができる。
【００６７】
若し、燃料電池が２Ｗシステムで使用される場合、水素要求量は４２ｍｌ/ｍｏｌ程度であり、６Ａの電流を必要とする。また、燃料電池が５Ｗシステムで使用される場合、水素要求量は１０５ｍｌ/ｍｏｌ程度であり、１５Ａの電流を必要とする。
【００６８】
このように水素発生装置５００は第１電極３００と第２電極４００に流れる電流量を調節すれば、後段に連結される燃料電池が必要としているだけの水素を発生させることが可能になる。
【００６９】
水素発生装置５００の第２電極４００から水素を発生させる反応速度を決定する前述の要素中、第１電極３００と第２電極４００との間の電気的抵抗を除いたその他の要素は水素発生装置５００を構成する際に決定される要素であるため、後でその要素を変化させることは容易ではない。
【００７０】
また、コントロールユニット５０２だけではなく、すべての抵抗が最小になると、より多くの電流を流すことができる。しかし、従来にはクリップで電極と電極との間、または電極とコントロールユニットとの間を連結したので、接触抵抗が発生し３００〜５００ｍΩの大きい抵抗を発生させた。
【００７１】
接触抵抗が大きくなることに伴い、第１電極と第２電極との間に流れる電流量が著しく減少して、実際に単位電極面積当たりに発生する水素の流量は大きくない。電極のサイズを大きくすれば接触抵抗が大きくても所望の水素流量を得ることができるが、反応器の嵩が増加するため、水素発生装置の小型化が困難になる。
【００７２】
また、接続状態が不安定であって抵抗が一定値を有することができなく、３００〜５００ｍΩの間で値が随時に変わるため、一定流量を発生できないという問題点がある。
【００７３】
本発明の水素発生装置５００によれば、第１電極３００と第２電極４００の電線３１０がソルダリングされる部分に、第１端子層３０６と第２端子層４０６の金薄膜層を薄膜蒸着して電極と電極との間の抵抗を減少させることにより所望の水素の流量を得ることができる。
【００７４】
本発明の水素発生装置５００を用いて低抵抗計で抵抗を測定すると、１０ｍΩ以内の抵抗値が観察される。
【００７５】
また、電極に端子層をスパッタリング方式で行った後に電線を接合するので、第１電極３００と第２電極４００との間の間隔が１〜０．５ｍｍに狭められることにより、反応器の嵩を減らすことができるようになり、イオンの移動抵抗が減少するので同じ嵩内で水素流量を増加させることができる。
【００７６】
また、ソルダリング方式で電線３１０を接合すると、接触力の変化を遮断できるようになり、接触抵抗が変化しなくなって水素発生量の変動を減少させることができる。
【００７７】
図１１は従来の電極を用いて発生された水素の流量を示すグラフであって、クリップだけを用いて電極に電線を結合した場合に発生された水素の流量を示すグラフである。
【００７８】
図１２は本発明の一実施例による水素発生装置を用いて発生された水素の流量を示すグラフであって、電極３００、４００に金薄膜層３０６、４０６をスパッタリングし、スパッタリングされた部分に電線３１０を接合することにより接触抵抗を減少させた後に生成された水素の流量を示すグラフである。
【００７９】
図１１と図１２のテスト条件は、第１電極３００と図２電極４００との間の間隔を２ｍｍとし、塩化カリウム(KCl)電解質濃度２３％の条件で、第１電極三つと第２電極三つを使用し、６０ｃｃの電解質水溶液を用いた。
【００８０】
その結果、図１１においては、最大水素流量が６０ｃｃ/ｍｉｎであることが確認でき、図１２においては、最大水素流量が１２０ｃｃ/ｍｉｎであって、約２倍ほど水素流量が増加したことが分かる。
【００８１】
すなわち、本発明は第１電極３００と第２電極４００との間の抵抗を減少させることにより、所望の水素流量を得ることができ、薄膜蒸着により反応器の嵩を減らすことができる。
【００８２】
本発明の実施例において、第１電極３００はマグネシウム以外にもアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び鉄（Ｆｅ）などの、相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることができる。また、第２電極４００はステンレススチール以外に白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）などからなることができ、第１電極３００を構成する金属と比べると相対的にイオン化傾向が小さい金属からなることができる。
【００８３】
コントロールユニット５０２は電気化学的反応により、第１電極３００から生成された電子を第２電極４００に伝達する速度、すなわち、電流量を調節する。
【００８４】
コントロールユニット５０２は、燃料電池が必要としている電力量または水素量の伝達を受けて、その要求値が大きいと、第１電極３００から第２電極４００へ流れる電子量を増加させ、その要求値が小さいと、第１電極３００から第２電極４００へ流れる電子量を減少させる。
【００８５】
例えば、コントロールユニット５０２は可変抵抗で構成されて、可変抵抗値を変化させることにより第１電極３００と第２電極４００との間に流れる電流量を調節したり、オン/オフスィッチで構成されて、オン/オフタイミングを調節することにより第１電極３００と第２電極４００との間に流れる電流量を調節することができる。
【００８６】
本発明は前述した水素発生装置５００から生成された水素の供給を受けて、水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換することにより直流電流を生産する燃料電池を備える燃料電池発電システムを提供できることは勿論である。
【００８７】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】燃料電池の作動原理を示す図である。
【図２】水素発生装置を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施例による電極製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図５】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図６】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図７】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図８】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図９】本発明の一実施例による電極製造方法の断面図である。
【図１０】本発明の一実施例による水素発生装置の断面図である。
【図１１】従来の電極により発生された水素の流量を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施例による水素発生装置から発生された水素の流量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８９】
３００  第１電極
３０２  マスク
３０４  第１接着層
３０６、４０６  第１端子層
３０８、４０８  電線固定部分
３１０  電線
４００  第２電極
５００  水素発生装置
５０２  コントロールユニット
５０４  電解槽
５０６  電解質水溶液
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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