CN1317784C - 燃料电池的制造方法以及具有燃料电池的电子机器及汽车 - Google Patents

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Abstract

一种能够低成本简单高效地制造具有任意图案的气体流路的燃料电池的燃料电池的制造方法、以及具有该燃料电池作为供电源的电子机器及汽车，该燃料电池的制造方法包括：在第1基板上形成第1气体流路的第1气体流路形成工序；形成第1集电层的第1集电层形成工序；形成第1反应层的第1反应层形成工序；形成电解质膜的电解质膜形成工序；在第2基板上形成第2气体流路的第2气体流路形成工序；形成第2集电层的第2集电层形成工序；形成第2反应层的第2反应层形成工序；上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方是利用喷出装置在基板上涂覆气体流路形成用材料来形成的工序。

Description

燃料电池的制造方法以及具有燃料电池的电子机器及汽车
技术领域
本发明涉及一种从外部向各个电极供给不同种类的反应气体，通过由供给的反应气体进行反应而发电的燃料电池的制造方法以及具有通过该制造方法制造的燃料电池的电子机器及汽车。
背景技术
以前，已知一种燃料电池，由电解质膜；具有配置在该电解质膜的一面上的反应层的电极(正极)；以及具有配置在电解质膜的另一面上、由白金微粒等构成的反应层的电极(负极)等组成。例如，在电解质膜为固体高分子电解质膜的固体高分子电解质型燃料电池中，在正极侧进行使氢给出电子成为氢离子的反应，电子流向负极侧，氢离子在电解质膜中向负极侧移动，在负极侧进行由氧气、氢离子及电子生成水的反应。
目前，正致力于能够应用在便携机器等上的微型燃料电池的研究开发。其应用以在半导体工艺流程等中利用的微细加工技术为基础的MEMS(Micro Electro Mechanical System)来制造微型燃料电池。例如，在基板表面上形成抗蚀图案，残留该抗蚀图案并对其他部分进行蚀刻形成气体流路，接着，进行剥离抗蚀树脂的作业，如此在基板上形成气体流路。
(参照非专利文献1、2)
(专利文献1)
Sang-Joon J Lee，Suk Won Cha，Amy Ching-Chien，O`Hayre and FritzB.Prinz Factrical，Design Study of Miniature Fuel Cells with MicromachinedSilicon Flow Structures，the 200th Meeting of The Electrochemical society，Abstract No.452(2001)
(专利文献2)
Amy Ching-chien，Suk Won cha，sang-Joon J Lee，O`Hayre and FritzB.PrinzPlaner，Interconnection of Mutiple Polymer Electolyte MembraneMicro fabrication，The 200th Meeting of The Electrochemical society，Abstract No.453(2001)
但是，在如MEMS那样应用半导体工艺流程中的技术在基板上形成气体流路时，不但使用的装置价格贵，而且需要进行抗蚀图案的形成、蚀刻及抗蚀树脂的剥离的这些作业，存在制造工序繁琐的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题点而做出的，其目的在于提供一种能够低成本简单高效地制造具有任意图案的气体流路的燃料电池的燃料电池的制造方法、以及具有该燃料电池作为供电源的电子机器及汽车。
本发明人等为了解决上述问题而刻苦反复研究的结果，发现在使用喷墨式喷出装置(以下，称为“喷出装置”)将气体流路形成用材料涂在基板上来形成气体流路时，能够容易高效地形成任意图案的气体流路，从而完成本发明。
这样，根据本发明之一，提供一种燃料电池的制造方法，包括：在第1基板上形成用于供给第1反应气体的第1气体流路的第1气体流路形成工序；形成集中基于借助上述第1气体流路供给的第1反应气体发生反应产生的电子的第1集电层的第1集电层形成工序；形成通过催化剂使借助上述第1气体流路供给的第1反应气体进行反应的第1反应层的第1反应层形成工序；形成电解质膜的电解质膜形成工序；在第2基板上形成用于供给第2反应气体的第2气体流路的第2气体流路形成工序；形成供给用于使借助上述第2气体流路供给的第2反应气体发生反应的电子的第2集电层的第2集电层形成工序；形成通过催化剂使借助上述第2气体流路供给的第2反应气体进行反应的第2反应层的第2反应层形成工序；其特征在于：上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方是利用喷出装置在基板上涂覆气体流路形成用材料来形成的工序。
本发明的制造方法，最好是：上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方是通过在基板上的气体流路形成部分整体上利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆气体流路形成用材料而形成的工序。
在本发明的制造方法中，最好是：上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方是通过在基板上的气体流路形成部分整体上利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆第1气体流路的形成用材料得到涂膜后，再在该涂膜的顶面涂覆粘度比上述第1气体流路的形成用材料低的第2气体流路的形成用材料而形成的工序。
另外，在本发明的制造方法中，最好是：作为上述气体流路形成用材料使用热固化性树脂或光固化性树脂。
根据本发明之二，提供一种电子机器，其特征在于：具有通过本发明的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。
根据本发明之三，提供一种汽车，其特征在于：具有通过本发明的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。
根据本发明的制造方法，通过简便的操作就能够容易在基板上形成具有任意图案的气体流路。另外，因为本发明的制造方法利用喷出装置形成气体流路，所以可以高效准确地在规定的位置涂覆所需量的气体流路形成用材料。
在本发明的制造方法中，通过利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆气体流路形成用材料，能够高效地形成具有均匀的高度与厚度的气体流路。
在本发明的制造方法中，上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序的至少一方，通过在基板上的气体流路形成部分整体上利用喷出装置，反复呈规定间隔涂覆第1气体流路的形成用材料得到涂膜后，再在该涂膜的顶面，作为精加工，涂覆粘度比上述第1气体流路的形成用材料低的第2气体流路的形成用材料而形成时，能够高效地形成具有均匀厚度的气体流路。
另外，在本发明的制造方法中，通过使用由加热或光照射易固化的、廉价的热固化性树脂或光固化性树脂作为气体流路形成用材料，而能够高效且低成本地制造形成有具有所期望的图案的气体流路的燃料电池。
本发明的电子机器，其特征在于，具有通过本发明的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。本发明的电子机器，可以具有适当考虑到地球环境的无污染燃料作为供电源。
另外，本发明的汽车，其特征在于，具有通过本发明的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。本发明的汽车，可以具有适当考虑到地球环境的无污染燃料作为供电源。
附图说明
图1是表示实施例的燃料电池的生产线的一例的图。
图2是实施例的喷墨式喷出装置的示意图。
图3是实施例的燃料电池的制造方法的流程图。
图4是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图5是对形成实施例的气体流路的方法进行说明的图。
图6是对形成实施例的气体流路的处理进行说明的图。
图7是实施例的另一图案的气体流路的俯视图。
图8是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图9是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图10是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图11是形成分散液的涂膜、形成反应层前后的状态图。
图12是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图13是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图14是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图15是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图16是实施例的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图17是层叠实施例的燃料电池的大型燃料电池的图。
图中：2—第1基板，2’—第2基板，3—第1气体流路，3’—第2气体流路，3a—气体流路形成材料的涂膜，3b、3b’—气体流路形成用材料的层，4—第1支撑部件，4’—第2支撑部件，6—第1集电层，6’—第2集电层，8—第1气体扩散层，8’—第2气体扩散层，10—第1反应层，10’—第2反应层，12—电解质膜，20a～20k—喷出装置，56—控制装置，58—驱动装置，BC1、BC2—传送带。
具体实施方式
以下，对本发明的燃料电池的制造方法以及具有通过本发明的制造方法制造的燃料电池的电子机器及汽车进行详细地说明。
本发明是包括以下工序的燃料电池的制造方法，包括：在第1基板上形成第1气体流路的第1气体流路形成工序、形成第1集电层的第1集电层形成工序、形成通过催化剂使第1反应气体反应的第1反应层的第1反应层形成工序，形成电解质膜的电解质膜形成工序、在第2基板上形成第2气体流路的第2气体流路形成工序、形成第2集电层的第2集电层形成工序、以及形成第2反应层的第2反应层形成工序。
本发明的燃料电池的制造方法，能够使用图1所示的燃料电池的制造装置(燃料电池生产线)进行实施。在图1所示的燃料电池生产线中，包括在各工序分别使用的喷出装置20a～20k、连接喷出装置20a～20j的传送带BC1、连接喷出装置20k的传送带BC2，驱动传送带BC1、BC2的驱动装置58、进行燃料电池组装的组装装置60、以及进行燃料电池生产线整体控制的控制装置56。
喷出装置20a～20j，沿传送带BC1以规定的间隔配置成一列，喷出装置20k沿传送带BC2以规定的间隔配置成一列。另外，控制装置56与喷出装置20a～20j、驱动装置58及组装装置60相连接。
在该燃料电池生产线中，驱动由驱动装置58驱动的传送带BC1，向各喷出装置20a～20j传送燃料电池的基板(以下，简称为“基板”。)并进行各喷出装置20a～20j中的处理。同样，根据控制装置56发出的控制信号驱动传送带BC2，将基板传送到喷出装置20k，并进行喷出装置20k中的处理。另外，在组装装置60中，根据控制装置56发出的控制信号、利用由传送带BC1及BC2传送的基板进行燃料电池的组装作业。
作为喷出装置20a～20k，只要是喷墨方式的喷出装置即可，不特别限制。例如，可列举出通过加热发泡产生气泡并喷出液滴的热敏(thermal)方式的喷出装置；通过利用压电元件的压缩，喷出液滴的压电方式的喷出装置等。
在本实施例中，作为喷出装置20a，使用图2所示的装置。喷出装置20a，由收容喷出物34的罐30、通过喷出物传送管32与罐30相连接的喷墨头22、搭载并传送被喷出物的工作台(table)28、吸引滞留在喷墨头22内的剩余的喷出物34并从喷墨头22内除去过剩的喷出物的吸引罩(cap)40、以及收容被吸引罩40吸引的剩余的喷出物的废液罐48构成。
罐30用于收容气体流路形成用材料等喷出物34，并具有用于控制收容在罐30内的喷出物的液面34a的高度的液面控制传感器36。液面控制传感器36对喷墨头22所具有的喷嘴形成面26的前端部26a与罐30内的液面34a之间的高度差h(以下，称为水位差值)进行控制而保证其在规定的范围内。例如，通过控制液面34a高度使该水位差值为25m±0.5mm以内，能够以规定范围内的压力向喷墨头22传送罐30内的喷出物34。通过以规定范围内的压力传送喷出物34，能够从喷墨头22稳定地喷出必需量的喷出物34。
喷出物传送管32，具有用于防止喷出物传送管32的流路内带电的喷出物流路部接地接头32a及头(head)部气泡排除阀32b。头部气泡排除阀32b在通过后述的吸引罩40吸引喷墨头22内的喷出物时使用。
喷墨头22，具有头体24及形成有喷出喷出物的多个喷嘴的喷嘴形成面26，喷出来自喷嘴形成面26的喷嘴的喷出物、例如喷出在基板上形成用于供给反应气体的气体流路时涂在基板上的气体流路形成用材料等。
工作台28设置成可以沿规定的方向移动。工作台28通过沿图中箭头所示的方向移动而承载由传送带BC1传送的基板，放入喷出装置20a内。
吸引罩40，可以沿图2所示的箭头方向移动，包围在喷嘴形成面26上形成的多个喷嘴地密接在喷嘴形成面26上，并在与喷嘴形成面26之间形成密闭空间而能够将喷嘴与外部气体相隔断。即，在由吸引罩40吸引喷墨头22内的喷出物时，使该头部气泡排除阀32b为闭状态，使喷出物不从罐30侧流入的状态，通过吸引罩40的吸引，使被吸引的喷出物的流速上升，能够快速地排出喷墨头22内的气泡。
另外，在吸引罩40的下方设有流路，在该流路上配置有吸引阀42，吸引阀42，以缩短达到吸引阀42的下方的吸引侧与上方的喷墨头22-侧的压力平衡(大气压)的时间为目的、发挥使流路成为闭状态的作用。在该流路上配置有由检测出吸引异常的吸引压检测传感器44或管式泵等构成的吸引泵46。另外，由吸引泵46进行吸引、传送的喷出物34暂时地收容在废液罐48内。
在本实施例中，喷出装置20b～20k，除了喷出物34的种类不同外，与喷出装置20的结构相同。因此，以下，对于各喷出装置的同一结构使用相同的符号。
其次，使用图1所示的燃料电池生产线，对制造燃料电池的各工序进行说明。图3表示使用图1的燃料电池生产线的燃料电池制造方法的流程图。
如图3所示，本实施例的燃料电池，通过以下的工序进行制造，即，在第1基板上形成气体流路的工序(S10，第1气体流路形成工序)、在气体流路内涂覆第1支撑部件的工序(S11，第1支撑部件涂覆工序)、形成第1集电层的工序(S12，第1集电层形成工序)、形成第1气体扩散层的工序(S13，第1气体扩散层形成工序)、第1反应层形成工序(S14，第1反应层形成工序)、形成电解质膜的工序(S15，电解质膜形成工序)、形成第2反应层的工序(S16，第2反应层形成工序)、形成第2气体扩散层的工序(S17，第2气体扩散层形成工序)、形成第2集电层的工序(S18，第2集电层形成工序)、涂覆第2支撑部件的工序(S19，第2支撑部件涂覆工序)、以及层叠形成了第2气体流路的第2基板的工序(S20，组装工序)。
(1)第1气体流路形成工序(S10)
首先，如图4所示，准备矩形状的第1基板2，通过传送带BC1将基板2传送到喷出装置20a。作为基板2不作特别限定，可以使用通常的燃料电池上应用的硅基板或氧化铝基板等。在本实施例中，使用硅基板。
通过传送带BC1传送的基板2承载在喷出装置20a的工作台28上，装入到喷出装置20a内。
在喷出装置20a内，将收容在喷出装置20a的罐30内的气体流路形成用材料经由喷嘴形成面26的喷嘴涂覆在搭载于工作台28上的基板2上的规定位置，形成在基板2的表面具有规定图案的气体流路形成用材料的涂膜。根据本实施例，通过利用喷出装置，可以在基板上容易涂覆任意图案的气体流路形成用材料的涂膜。
作为使用的气体流路形成材料，只要是能够在基板上形成气体流路的材料即可，而不做特别地限定。在本发明中，基于处理容易，与基板的密接性优良及低成本等理由，优选合成树脂。其中，热固化性树脂及光固化性树脂，由于通过固化而成为三维网状结构，故耐热性、耐化学腐蚀性、耐大气腐蚀性、粘接性、耐磨性、耐水性、机械强度、硬度等性能优越，特别优选作为本发明的燃料电池的气体流路形成用材料使用。
热固化性树脂，是一旦单独加热或加入固化剂等进行加热、就成为高分子量交联体的树脂。即，由于加热而固化，形成三维结构或网状结构而成为不熔融不溶解的物质。
作为热固化性树脂，例如可举出：酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、呋喃树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、硅树脂、聚氨酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂、二氨基三嗪树脂、酮树脂等。另外，作为与热固化性树脂共同使用的固化剂，可举出：脂肪族聚胺、氨基酰胺、聚酰胺、芳香族聚胺、酸酐、路易斯碱、聚硫醇等。
光固化性树脂，是通过光照射光聚合引发剂活化，产生游离基或氢离子等，并与单体或低聚物的反应基相反应，引发三维聚合或交联反应，而固化的树脂。光固化性树脂，一般能够通过对由光聚合性的单体或低聚物、光聚合引发剂等构成的光固化性树脂组合物的涂膜进行光照射而得到。
作为光固化性树脂组合物中使用的单体，例如可举出：2-乙基己基丙烯酸酯、2-羟乙基基丙烯酸酯、季戊二醇丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯等。另外，其聚合物是上述单体的重复数为2～20左右的、具有双键的聚合体(预聚物)，例如可举出：聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、尿烷丙烯酸酯等。
作为光固化性树脂组合物使用的光聚合引发剂，可举出：苯酮等苯酮系化合物、安息香异丙基醚等安息香系化合物、乙酰苯二乙基缩酮等乙酰苯系化合物、氯噻吨酮、异丙基噻吨酮等噻吨酮系化合物等。
虽然在本发明中所用的气体流路形成用材料是液状时能够原样使用，但是在不是液状时，可将气体流路形成用材料溶解或分散到适当的溶剂中制成溶液或分散液使用。例如，在气体流路形成用材料为热固化性树脂时以将热固化性树脂根据需要与固化剂一起溶解或分散到有机溶剂中制成清漆(varnish)的形式使用。另外，在上述气体流路形成用材料为光固化性树脂时，光固化性树脂以将由光聚合性的单体或低聚物、光聚合引发剂等构成的光固化性树脂组合物溶解或分散到有机溶剂中制成溶液或分散液的形式使用。
溶解或分散这些热固化性树脂及光固化性树脂的溶剂并不特别限定，能够使用现有公知的有机溶剂。
另外，在热固化性树脂的清漆及光固化性树脂的溶液或分散液中根据需要为了其稳定性或强化等目的，也可以添加稳定剂、填充物(filler)、链转移剂、光敏剂、交联剂等各种添加剂。
作为利用喷出装置20a，在基板2上涂覆气体流路形成用材料的方法，优选在基板2上的形成气体流路的部分以一定的间隔涂覆气体流路形成用材料的方法。即，首先，如图5(a)所示，在基板上的形成流路的部分整体上等间隔地涂覆气体流路形成用材料。其次，如图5(b)所示，在其间隙进一步等间隔地进行涂覆。然后，如图5(c)所示，在其间隙内进行涂覆。通过反复这种操作，能够进行整体均匀的涂覆，能够形成具有均匀的高度(纵方向)及厚度(横方向)的气体流路。其中需要说明的是，在图5(a)～(c)中，带圈数字分别表示涂布顺序，3a表示气体流路形成材料的涂膜。
这种方法，与以下的情况相类似，即，在将茶叶放入茶壶并倒入开水，再向多个茶杯中倒入茶水时，若反复从茶壶向多个茶杯分别少量地倒入茶水，则能够沏制整体浓度均匀的茶水。即，在形成微细结构的气体流路时，从喷出装置一次喷出的气体流路形成用材料的量或浓度有误差，因此以一定间隔反复涂覆气体流路形成用材料的情况，与从一方侧向另一方向依次涂覆的情况相比较，可以整体上进行均匀的涂覆，能够形成具有较均匀的高度及厚度的气体流路。
另外，在本发明中，在基板上的气体流路形成部分整体上，在利用喷出装置反复以规定间隔涂覆第1气体流路的形成用材料得到涂膜后，优选在该涂膜的顶面涂覆形成粘度比上述第1气体流路的形成用材料低的第2气体流路的形成用材料。反复以规定间隔涂覆第1气体流路的形成用材料得到的涂膜的顶面，微观上观察高度不均匀。从而作为精加工用，通过涂覆粘度比上述第1气体流路的形成用材料低的、流动性较好的第2气体流路的形成用材料，而能够得到厚度均匀的气体流路。作为第2气体流路的形成用材料，除了粘度低外，能够使用与第1气体流路的形成用材料相同的材料，作为降低气体流路形成用材料的粘度的方法，例如可采用降低固形成分浓度(增加溶剂使用量)的方法。
作为气体流路形成用材料，在使用热固化性树脂或光固化性树脂时，在利用喷出装置形成气体流路形成用材料的涂膜后，通过对该涂膜进行加热或光照射而使之固化。其中需说明的是该加热或光照射也可在形成热固化性树脂或光固化性树脂的涂膜后直接进行，或也可在以后的任意的一个工序中进行。
为了使热固化性树脂固化，而只要利用加热器等将涂膜加热到规定温度即可。加热温度及加热时间，只要是为使热固化性树脂完全固化所必需的温度及时间即可，根据所用的热固化性树脂及固化剂的种类能够适当设定。另外，为了使光固化性树脂固化，而只要照射规定波长的光即可。作为所用的光，可例示出紫外线、可见光、电子射线等。通常能够利用高压汞灯、卤化金属灯等灯进行光照射。照射时间，是一直到树脂组合物固化的时间。通常为数秒到数分钟。
如图6所示，按所述，能够形成第1气体流路3。第1气体流路3形成在气体流路形成用材料的涂膜固化(或硬化)后得到的气体流路形成用材料的层3b所夹的空间内。
此外，在本实施例中，虽然与基板2的1边相平行，呈相同宽度形成多个气体流路3，但是，只要是能够流动有第1反应气体，其气体流路的形状、流路宽度等均不特别限定。例如，如图7(a)、(b)所示，能够沿反应气体的流动从上游侧向下游侧连续变宽地形成气体流路的宽度。反应气体的浓度一般地越向反应气体流动的方向越变低。从而，如图7(a)、(b)所示，若能够沿反应气体的流动从上游侧向下游侧连续变宽地形成气体流路的宽度，则越向反应气体流动的方向反应气体的流量越变大，因此其结果能够使向反应层供给的反应气体的量保持一定，可以得到输出稳定的燃料电池。图7中，箭头表示第1反应气体的供给口。
接着，将形成了气体流路的基板2从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20b。
(2)第1支撑部件涂覆工序(S11)
其次，在形成了第1气体流路的基板2上，将用于支撑第1集电层的第1支撑部件涂覆在第1气体流路3内。将基板2承载在工作台28上并放入喷出装置20b内，接着利用喷出装置20b，将收容在罐30内的第1支撑部件4通过喷嘴形成面26的喷嘴喷出到形成在基板2上的第1气体流路内来进行第1支撑部件的涂覆。
作为所使用的第1支撑部件，只要相对第1反应气体不活泼，可防止第1集电层落到第1气体流路3上，且不妨碍第1反应气体向第1反应层进行扩散即可，而不特别限定。例如可列举出碳粒、玻璃粒子等。在本实施例中，使用直径1～5微米左右的粒径的多孔碳。通过使用规定粒径的多孔碳作为支撑部件，而经由气体流路3供给的反应气体从多孔碳的间隙向上扩散，因此，不会妨碍反应气体的流动。图8表示涂覆有第1支撑部件4的基板2的端面图。将涂覆有第1支撑部件4的基板2，从工作台28移向输送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20c。
(3)第1集电层形成工序(S12)
其次，在基板2上形成用于集聚由第1反应气体反应产生的电子的第1集电层。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20c的基板2承载在工作台28上、放入喷出装置20c内。在喷出装置20c通过经由喷嘴形成面26的喷嘴将收容在罐30内的集电层形成用材料的一定量喷出到基板2上，而形成具有规定图案的第1集电层。
作为所使用的集电层形成用材料，只要是含有导电性物质的材料即可，不做特别限定。作为导电性物质，例如可举出铜、银、金、铂、铝等。它们可以1种单独使用、也可2种以上组合使用。将这些导电性物质的至少1种分散到适当的溶剂中，并根据需要添加分散剂来配制集电层形成用材料。
在本实施例中，因为利用喷出装置20c进行集电层形成用材料的涂覆，所以能够通过简便的操作准确地在规定的位置涂覆规定的量。从而，能够大幅度地节约集电层形成用材料的使用量，可以高效地形成所期望图案(形状)的集电层，并通过根据位置改变集电层形成用材料的涂覆间隔，也容易控制反应气体的通气性，也能够自由地根据涂覆位置变更所用集电层形成用材料的种类。
图9表示形成了第1集电层6的基板2的端面图。如图9所示，由形成在基板2上的第1气体流路内的第1支撑部件4支撑第1集电层6，以使其不会落下到第1气体流路内。将形成了第1集电层6的基板2，从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20d。
(4)第1气体扩散层形成工序(S13)
下面，在基板2的集电层上形成第1玻璃扩散层。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20d的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20d内。在喷出装置20d内将收容在喷出装置20d的罐30内的气体扩散层形成用材料经由喷嘴形成面26的喷嘴喷出到承载在工作台28上的基板2表面的规定位置，形成第1气体扩散层。
作为使用的玻璃扩散层形成用材料，虽然一般为碳微粒，但也可以使用碳钠米管、碳纳米突(carbon nanohorn)、富勒烯等。在本实施例中，由于利用涂覆装置20d形成玻璃扩散层，因此，例如，通过在集电层侧增大涂覆间隔(数十μm)，在表面侧减小涂覆间隔(数十μm)，而在基板附近增大流路宽度、尽量减小反应气体的扩散阻力，而且在反应层附近(气体扩散层的表面侧)能够容易形成为均匀微细的流路的玻璃扩散层。另外，也可在玻璃扩散层的基板一侧使用碳粒、而表面一侧使用气体扩散能力低但载带催化剂能力好的材料。
图10表示形成了第1气体扩散层8的基板2的端面图。如图10所示，第1气体扩散层8覆盖基板2上形成的第1集电层地形成在基板2的整个面上。将形成了第1气体扩散层8的基板2，从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20e。
(5)第1反应层形成工序(S14)
接着，在基板2上形成第1反应层。通过气体扩散层8与第1集电层电连接地形成第1反应层。
首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20e的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20e内。在喷出装置20e内，一边在上述气体流路中流动惰性气体一边将反应层形成用材料涂覆在第1气体扩散层8上形成并第1反应层10。即，将收容在喷出装置20e的罐30内的反应层形成用材料借助喷嘴形成面26上的喷嘴喷出至承载在工作台28上的基板2表面的规定位置，并通过加热到规定温度形成反应层。
作为所使用的反应层形成用材料，例如可举出：(a)将金属化合物或金属氢氧化物吸附在碳载体上构成的载带金属碳的分散液；(b)将金属微粒吸附在碳载体上构成的分散液等。
可按下述方法配制(a)的分散液。首先，向金属化合物的水溶液或水/乙醇混合溶剂溶液中根据需要添加碱制成金属氢氧化物，再向其中添加碳黑等碳载体，通过加热搅拌使金属化合物或金属氢氧化物吸附(沉积)在碳载体上，得到载带金属碳的粗制物。接着，通过适当反复对该物进行过滤、清洗、干燥而精制后，能够分散到水或水/乙醇混合溶合溶剂中得到分散液。作为这里所用的金属化合物，例如可举出铂、金等贵金属的盐等。
另外，也能够在使金属微粒分散到有机分散剂中后，添加碳载体配制(b)的分散液。作为所用的金属微粒，只要具有作为第1反应气体及第2反应气体的反应催化剂的功能即可，不做特别地限定。例如，可以列举出铂、铑、钌、铱、钯、锇、及由它们2种以上的合金构成的组中选择1种或2种以上的金属的微粒，优选铂。虽然不限定金属微粒的粒径，但是通常为1nm～100nm，优选数nm～数十nm。另外，作为有机分散剂，只要能使金属微粒均匀地分散到分散液中即可不特别限定。例如，可列举出乙醇类、酮类、酯类、醚类、烃类、芳香烃类等。
利用喷出装置20e，涂覆反应层形成用材料形成反应层形成用材料的涂膜，然后，在使用(a)分散液时，能够通过对涂膜进行干燥、由氢等进行还原处理，并且进行加热处理而形成反应层。另外，在使用(b)分散液时，能够通过对涂膜进行干燥除去有机分散剂及溶剂而得到反应层。通过在氮气等惰性气体气氛下以200～300℃对该涂膜进行烧结也能够形成。这时，得到在金属微粒中附着烧结有机分散剂形成的碳微粒的结构的反应层。
并且，图11表示形成有第1反应层10的基板2的端面图。将形成有第1反应层10的基板2，从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20f。
(6)电解质膜形成工序(S15)
接着，在形成了第1反应层10的基板2上形成电解质膜。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20f的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20f内。在喷出装置20f中，通过喷嘴形成面26的喷嘴将收容在罐30内的电解质膜的形成材料喷出到第1反应层10上形成电解膜12。
作为所使用的电解质膜的形成材料，例如可列举出：将磷钨酸、磷钼酸、等陶瓷系固体电解质调整为规定的粘度(例如，20cP以下)得到的材料；将Nafion(dupont社制)等的全氟磺酸在水与甲醇为1∶1的混合溶液中胶束化得到的高分子电解质材料等。
图12表示形成了电解质膜的基板2的端面图。如图12所示，在第1反应层10上形成具有规定厚度的电解质膜12。将形成了电解质膜12的基板2从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20g。
(7)第2反应层形成工序(S16)
其次，在形成了电解质膜12的基板2上形成第2反应层。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20g的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20g内。在喷出装置20g中，通过与在喷出装置20e进行的处理相同的处理，形成第2反应层。作为形成第2反应层的材料，能够使用与第1反应层10相同的材料。
图13表示在电解质膜12上形成有第2反应层10’的基板2的端面图。如图13所示，在电解质膜12上形成有第2反应层10’。在第2反应层10’中，进行第2反应气体的反应。例如，在第2反应气体为氧时，进行 的反应。将形成了第2反应层10’的基板2从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20h。
(8)第2气体扩散层形成工序(S17)
其次，在形成了第2反应层10’的基板2上形成第2气体扩散层。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20h的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20h内。在喷出装置20h中，通过与在喷出装置20d进行处理相同的处理，形成第2气体扩散层。作为第2扩散层形成用材料，能够使用与第1气体扩散层相同的材料。
图14表示形成有第2扩散层8’的基板2的端面图。在形成了第2气体扩散层8’的基板2从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20i。
(9)第2集电层形成工序(S18)
再次，在形成了第2气体扩散层8’的基板2上形成第2集电层。首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20i的基板2承载在工作台28上，放入喷出装置20i内，通过与在喷出装置20c进行的处理相同的处理在第2气体扩散层8’上形成第2集电层6’。作为第2集电层形成用材料，能够使用与第1集电层形成用材料相同的材料。将形成了第2集电层6’的基板2从工作台28移至传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20j。
(10)第2支撑部件涂覆工序(S19)
接着，将由传送带BC1传送到喷出装置20j的基板2承载在工作台28上、放入喷出装置20j内，通过与在喷出装置20b进行的处理相同的处理涂覆第2支撑部件。作为第2支撑部件能够使用与第1支撑部件相同的材料。
图15表示涂覆了第2集电层6’及第2支撑部件4’的基板2的端面图。第2支撑部件4’被形成在第2集电层6’上，并涂覆在收容于第2气体流路内的位置处，该第2气体流路形成在基板上层叠的第2基板上。
(11)第2基板组装工序(S20)
然后，对涂覆了第2支撑部件4’的基板2与另准备的形成了第2气体流路3’的第2基板进行层叠。通过将形成在基板2上的第2支撑部件4’收容在形成在第2基板上的第2气体流路3’内地进行接合来进行基板2(第1基板)与第2基板的层叠。
这里，作为第2基板，能够使用与第1基板相同的材料。另外，在喷出装置20k中通过与由喷出装置20a进行的处理相同的处理形成第2气体流路。
如上所述，能够制造图16所示结构的燃料电池。在图16所示的燃料电池中，从形成在基板2一方的侧面一直向另一方的侧面延伸的コ字状的第1气体流路3与形成在基板2’上的第2气体流路3’相平行地配置基板2’。
根据本实施例，因为通过利用喷出装置涂覆气体流路形成材料而形成气体流路，所以能够容易在基板上形成具有所期望的图案的气体流路。本实施例的制造方法尤其适合用于在基板上形成具有微细结构的气体流路。
根据本实施例，通过利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆气体流路形成用材料，而能够容易形成具有均匀高度与厚度的气体流路。
根据本实施例，由于在基板上形成气体流路，因此作为基板可以使用由金属、硅、合成树脂、陶瓷等各种材料构成的基板，另外，也可以试验厚度薄的基板。
另外，根据本实施例，利用喷出装置进行第1气体流路形成工序、第1集电层形成工序、第1反应层形成工序、电解质膜形成工序、第2气体流路形成工序、第2集电层形成工序及第2反应层形成工序全部工序。从而，无需使用在半导体工序中使用的MEMS(Micro ElectroMechanical System)，能够低成本地制造燃料电池。
在上述实施例的燃料电池的制造方法中，虽然在全部的工序中均使用喷出装置，但是也可以只使用喷出装置在基板上形成气体流路，而在其他的工序中利用与以往相同的工序来制造燃料电池。即使在这种情况下，也由于能够无需使用MEMS形成反应层，故能够抑制燃料电池的制造成本使之降低。
在上述实施例的制造方法中，从供给第1反应气体的第1基板一侧形成燃料电池的构成部分，最后层叠第2基板，而制造燃料电池，但是也可以从供给第2反应气体的一侧的基板开始燃料电池的制造。
在上述实施例的制造方法中，沿第1基板上形成的第1气体流路涂覆第2支撑部件，但是也可沿与第1气体流路相交错的方向涂覆。即，例如也可与第1基板上形成的气体流中垂直交错地进行涂覆。在这种情况下，得到第2基板上形成的第2气体流路与第1基板上形成的第1气体流路垂直交错地配置第2基板这种结构的燃料电池。
在上述实施例的制造方法中，在形成有第1气体流路的第1基板上依次形成第1集电层、第1反应层、电解质膜、第2反应层及第2集电层，但是，在第1基板与第2基板上分别形成集电层、反应层及电解质膜，最后通过接合第1基板与第2基板也能够制造燃料电池。
另外，作为本实施例的燃料电池生产线的其他的样式，设置对第1基板进行处理的第1生产线与对第2基板进行处理的第2生产线，也能够使用并行进行各自生产线的处理的生产线。在这种情况下，由于能够并行进行第1基板的处理与第2基板的处理，故能够迅速制造燃料电池。
本发明的电子机器，其特征在于，具有上述燃料电池作为供电源。作为电子机器，可举出便携电话、PHS、mobile、笔记本个人电脑、PDA(便携信息端末)、便携电视电话机。另外，本发明的电子机器例如也可具有游戏功能、数据通讯功能、录音再生功能、辞典功能等其他的功能。
根据本发明的电子机器，能够具有适当考虑到地球环境的无污染燃料作为供电源。
本发明的汽车，其特征在于，具有上述的燃料电池作为供电源。根据本发明的制造方法，通过层叠多个燃料电池也能够制造大型的燃料电池。即，如图17所示，在制造的燃料电池的基板2’的背面进一步形成气体流路，在形成了气体流路的基板2’的背面上，通过与上述燃料电池的制造方法的制造工序相同地形成气体扩散层、反应层、电解质膜等层叠燃料电池，而能够制造大型的燃料电池。
本发明的汽车，可以具有适当考虑到地球环境的无污染燃料作为供电源。

Claims (6)

1.一种燃料电池的制造方法，包括：
在第1基板上形成用于供给第1反应气体的第1气体流路的第1气体流路形成工序；
形成集中基于借助上述第1气体流路供给的第1反应气体发生反应产生的电子的第1集电层的第1集电层形成工序；
形成通过催化剂使借助上述第1气体流路供给的第1反应气体进行反应的第1反应层的第1反应层形成工序；
形成电解质膜的电解质膜形成工序；
在第2基板上形成用于供给第2反应气体的第2气体流路的第2气体流路形成工序；
形成供给用于使借助上述第2气体流路供给的第2反应气体发生反应的电子的第2集电层的第2集电层形成工序；
形成通过催化剂使借助所述第2气体流路供给的第2反应气体进行反应的第2反应层的第2反应层形成工序；
其特征在于：
上述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方，是利用喷出装置在基板上涂覆气体流路形成用材料来形成的工序。
2.如权利要求1所述的燃料电池的制造方法，其特征在于：所述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方，是通过在基板上的气体流路形成部分整体上利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆气体流路形成用材料而形成的工序。
3.如权利要求1或2项所述的燃料电池的制造方法，其特征在于：所述第1气体流路形成工序及第2气体流路形成工序中的至少一方，是通过在基板上的气体流路形成部分整体上利用喷出装置反复呈规定间隔涂覆第1气体流路的形成用材料得到涂膜后、再在该涂膜的顶面涂覆粘度比所述第1气体流路的形成用材料低的第2气体流路的形成用材料而形成的工序。
4.如权利要求1或者2所述的燃料电池的制造方法，其特征在于：作为所述气体流路形成用材料使用热固化性树脂或光固化性树脂。
5.一种电子机器，其特征在于：
具有通过权利要求1～4项中任意一项所述的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。
6.一种汽车，其特征在于：
具有通过权利要求1～4项中任意一项所述的燃料电池的制造方法制造的燃料电池作为供电源。
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