CN1324743C - 功能性材料层形成用组合物、功能性材料层的形成方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用喷出装置形成功能性材料层的情况下，能够长时间形成一定品质的功能性材料层的功能性材料层形成用组合物、功能性材料层的形成方法、采用这种形成方法的燃料电池的制造方法、以及具备以这种燃料电池的制造方法得到的燃料电池作为供电电源的电子仪器和汽车。通过向强酸性功能性材料溶液中添加规定量碱，制成对喷出装置的构成部件不产生腐蚀的功能性材料形成层用组合物，用喷出装置涂布所述的功能性材料层形成用组合物，形成具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、第一反应层和第二反应层中至少一个反应层的燃料电池的制造方法，具备以得到的燃料电池作为供电电源的电子仪器和汽车。

Description

功能性材料层形成用组合物、功能性材料层的形成方法

技术领域

本发明涉及用喷墨式喷出装置(以下叫作“喷出装置”)喷出的功能性材料层形成用组合物，以对所述喷出装置的构成部件不产生腐蚀为特征的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，用喷出装置在基体上涂布这种组合物的功能性材料层的形成方法，采用这种形成方法的燃料电池的制造方法，以及具备以这种燃料电池的制造方法得到的燃料电池作为电源的电子仪器和汽车。

背景技术

过去有由在电解质膜和在此电解质膜的一面上形成的电极(阳极)，以及在电解质膜的另一面上形成的电极(阴极)等构成的燃料电池。例如在电解质膜是固体高分子电解质的固体高分子电解质型燃料电池中，在阴极侧氢与氢离子进行反应，在阴极侧流过电子，氢离子在电解质膜中向阴极侧移动，在阴极侧进行生成氧气、氢离子和电子的反应。

这种固体电解质型燃料电池中，各电池通常由作为反应气体的反应催化剂的金属微粒组成的反应层、在反应层的基板侧由碳微粒组成的气体扩散层、以及在气体扩散层侧的基板侧由导电性物质组成的集电层形成。在一方的基板中，通过构成气体扩散层的碳微粒之间空隙均匀扩散的氢气，在反应层中与电子反应而变成氢离子。所产生的电子被收集在集电层中，电子流向另一基板的集电层。氢离子通过高分子电解质膜向第二基板的反应层移动，与从集电层流出来的电子和氧气形成生成水的反应。

这种燃料电池中，作为形成反应层的方法，例如已知有(a)将作催化剂载体用的碳与高分子电解质溶液和有机溶剂混合制成电极催化剂层形成用糊料，将此糊料涂布在转印基材(聚四氟乙烯片材)上，干燥后将其热压在电解质膜上，然后将转印材料剥离使催化剂层(反应层)转印在电解质膜上的方法(专利文献1)，和(b)利用喷涂法在作电极用的碳层上涂布载带了固体催化剂的碳粒电解质溶液，然后使溶剂挥发制成的方法(专利文献2)。

但是，这些方法对必须使用大量铂微粒等高价催化剂，因而有制造成本高的问题。于是为解决此问题，有人提出使用与白金相比能以低价得到的六氯铂酸作为催化剂的方法(专利文献3)。

然而，专利文献3的方法因为是使六氯铂(IV)酸与电解质膜接触，采用以化学电镀法析出白金的方法形成反应层的，所以不能均匀涂布催化剂及在规定位置准确涂布规定量催化剂，因而有很难得到具有一定输出密度的燃料电池的问题。

专利文献1：特开平8-88008号公报

专利文献2：特开2002-298860号公报

专利文献3；特开2003-297372号公报

可是过去已知，用喷出装置涂布各种功能性材料，以形成功能性材料层的技术。

本发明人等提出，使用这种喷出装置涂布反应层形成用材料，形成反应层的方法。

然而，由于作为反应层形成用材料使用的六氯铂(IV)酸溶液是强酸性的，所以在用喷出装置反复喷出这种溶液形成反应层的情况下，缓缓蚀刻喷出装置的喷嘴喷头部分，使喷嘴孔的尺寸和形状变得不均匀。

因此，产生了涂布一定量反应层形成用材料变得困难，不能形成催化剂均匀分散的反应层的新问题。

发明内容

本发明正是鉴于这些问题而提出的，本发明的课题是：用喷出装置形成以燃料电池的反应层为代表的功能性材料层的情况下，当使用不对喷出装置的构成部件产生腐蚀的功能性材料层形成用组合物时，能够长时间形成一定品质的功能性材料层的功能性材料层形成用组合物，用喷出装置在基体上涂布这种组合物的功能性材料层的形成方法，采用这种形成的燃料电池的制造方法，以及具备以这种燃料电池的制造方法得到的燃料电池作为电源的电子仪器和汽车。

本发明人等为解决上述课题深入研究的结果发现，在采用喷出装置涂布反应层形成材料层，形成反应层的燃料电池的制造方法中，通过使用对喷出装置的部件不产生腐蚀的反应层形成材料，能够批量生产具有一定的高品质反应层的燃料电池。于是在将此发现一般化的情况下完成了本发明。

于是，根据本发明的第一方面，可以提供一种形成非腐蚀性功能材料层用组合物，其特征在于是用喷出装置喷出的功能性材料层形成用组合物，通过向强酸性功能性材料溶液中添加规定量碱，制成对所述喷出装置的构成部件不产生腐蚀的。

本发明的功能性材料层形成用组合物中，所述强酸性功能性材料溶液，优选是pH小于2的溶液，通过向该溶液中添加规定量碱制成pH2以上的溶液。

在本发明的功能性材料层形成用组合物中，优选使用氨或有机碱作为所述碱。

在本发明的功能性材料层形成用组合物中，优选是具有第一电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、所述第一反应层和第二反应层中至少一个反应层形成用的反应层形成用组合物；更优选是向铂族金属化合物的强酸性溶液中添加规定量碱得到的反应层形成用组合物；特别优选是向六氯铂酸水溶液中添加规定量氨或有机碱得到的反应层形成用组合物。

本发明的功能性材料层用组合物中，所述喷出装置的构成部件，优选是含有比铂族元素离子化倾向大的金属或金属化合物的部件。

本发明的功能性材料层用组合物，由于是不蚀刻喷出装置的构成部件的，所以即使长时间反复使用喷出装置的情况下，也能批量生产具有一定品质的功能性材料层。

根据本发明的第二方面，提供一种用喷出装置在基板上涂布本发明的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物的功能性材料层的形成方法。

本发明的功能性材料层的形成方法，由于使用不蚀刻喷出装置的构成部件的功能性材料层形成用组合物，所以即使长时间反复使用喷出装置的情况下，也能批量生产具有一定品质的功能性材料层。

根据本发明的第三方面，提供一种燃料电池的制造方法，所述燃料电池具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层以及第二集电层，其中具有通过用喷出装置涂布本发明的功能性材料层用组合物，形成所述第一反应层和第二反应层中至少一方的工序。

本发明的燃料电池的制造方法，由于使用不蚀刻喷出装置的构成部件的功能性材料层形成用组合物，所以即使长时间反复使用喷出装置的情况下，也能高效形成具有均匀品质的反应层。因此，根据本发明的燃料电池的制造方法，能够以低成本批量生产输出密度一定的高品质燃料电池。

根据本发明的第四方面，提供一种电子仪器，其特征在于，其中作为供电电源具备根据本发明的制造方法制造的燃料电池。

根据本发明，能够提供一种作为供电电源具备对地球环境优良的绿色能源的电子仪器。

根据本发明的第五方面，提供一种汽车，其特征在于，其中作为供电电源具备以本发明的制造方法制造的燃料电池。

根据本发明，可以提供一种作为供电电源具备对地球环境优良的绿色能源的汽车。

附图说明

图1是实施方式涉及的喷墨式喷出装置的示意图。

图2是表示实施方式涉及的一种燃料电池制造流水线实例的图。

图3是表示实施方式涉及的一种燃料电池制造方法的流程图。

图4是表示实施方式涉及燃料电池制造过程中基板的截面图。

图5是说明形成实施方式涉及的气体通路的处理的图。

图6是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图7是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图8是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图9是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图10是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图11是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图12是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图13是实施方式涉及的燃料电池制造过程中基板的截面图。

图14是实施方式涉及的燃料电池的截面图。

图15是实施方式涉及的层叠了燃料电池的大型燃料电池的图。图中，

2…第一基板，2’…第二基板，3…第一气体通路，4…第一支持部件，4’…第二支持部件，6…第一集电层，6’…第二集电层，8…第一气体扩散层，10…第一反应层，10’…第二反应层，12…电解质膜，20a～20m…喷出装置，BC1、2…皮带运输机

具体实施方式

以下，将本发明分成：1)功能性材料层形成用组合物，2)功能性材料层的形成方法，3)燃料电池的制造方法，4)电子仪器，以及5)汽车加以说明。

1)功能性材料层形成用组合物

本发明的功能性材料层形成用组合物，是用喷出装置喷出的非腐蚀性的功能性材料层形成用组合物，其特征在于，通过向强酸性功能性材料溶液中添加规定量碱，制成对所述喷出装置的构成部件不产生腐蚀的组合物。

本发明的功能性材料层形成用组合物中使用的功能性材料，只要是强酸性的，并在与喷出装置的构成部件接触下有可能蚀刻该构成部件的就无特别限制。例如可以举出燃料电池的反应层形成用材料、或有机电致发光元件的发光层形成用材料等。其中，更优选燃料电池的反应层形成用材料，特别优选pH2以下的铂族元素化合物的强酸性的溶液。

作为铂族元素化合物，例如可以举出从白金、铑、钯、钌、锇、铱等以及两种以上这些元素的合金中选出的一种或两种以上化合物。这些当中特别优选六氯铂(IV)酸。

作为铂族元素化合物的强酸性溶液中使用的溶剂并无特别限制，可以举出水，甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇类；正庚烷、正辛烷、癸烷、甲苯、二甲苯、甲基异丙基苯、杜烯、茚、双戊烯、四氢萘、十氢萘、环己基苯等烃类化合物；乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲基乙基醚、1，2-二甲氧基乙烷、双(2-甲氧基乙基)醚、对二噁烷等醚类化合物等。这些溶剂中优选水或水与其它有机溶剂组成的混合溶剂。

对于铂族元素化合物的溶液浓度并无特别限制，虽然能够满足适于此溶液喷出的粘度和表面张力即可，但是优选处于1重量％以上和20重量％以下。

对于铂族元素化合物溶液的粘度虽然并无特别限制，但是优选处于1mPa·s以上和501mPa·s以下。用喷出装置喷出之际，粘度一旦小于1mPa·s，在喷嘴孔的周围部分就容易因反应层形成用材料的流出而污染，反之粘度一旦大于50mPa·s，喷嘴孔的堵塞频度就会增高，顺利喷出液滴将变得困难。

对于铂族元素化合物溶液的表面张力虽然没有特别限制，但是优选处于2mN/m以上和75mN/m以下的范围内。用喷出装置喷出溶液之际，表面张力一旦小于2mN/m，这种反应层形成用材料与喷嘴面的湿润性能就会增大，容易出现飞行弯曲。反之一旦超过75mN/m，由于喷嘴尖端的弯月面形状不稳定，所以喷出量和喷出计时的控制将变得困难。

本发明的功能性材料层形成用组合物，通过向强酸性功能性材料溶液中添加规定量碱，制成对上述喷出装置的构成部件不蚀刻的。

对于所用的碱没有特别限制，例如可以举出氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物，碳酸钠、碳酸钾等碱金属碳酸盐，碳酸氢钠、碳酸氢钾等碱金属的酸式碳酸盐，氢化钠、氢化钾等碱金属的氢化物；氢化钙等碱土金属氢化物，氨等无机碱；

甲胺、乙胺、正丙胺、苯胺等伯胺，二甲胺、二乙胺、二正丙胺等仲胺，三甲胺、三乙胺、三正丙胺等叔胺，吡啶等含氮杂环化合物等有机碱。

这些碱中，从处理性能和成本考虑，优选使用氨和有机碱。

碱的添加量，只要是能通过在强酸性功能性材料的溶液中添加碱，得到对喷出装置的构成部件不产生腐蚀的功能性材料层形成用组合物，具体讲，通过在pH2以下的强酸性功能性材料的溶液中添加碱，获得pH以上的功能性材料层形成用组合物，就无特别限制。

对于在功能性材料溶液中添加碱的方法并无特别限制。例如可以举出向功能性材料溶液中添加碱水溶液的方法、向功能性材料溶液中通入气体状态碱的方法、向功能性材料溶液中添加功能性材料溶液中添加固体碱的方法等。这些方法中，从操作性的观点来看，优选在搅拌下向功能性材料溶液中添加碱水溶液的方法。

作为本发明对象的喷出装置，只要是喷墨方式的喷出装置就无特别限制。例如，通过加热发泡产生气泡，进行液滴喷出的加热式喷出装置，和利用压电元件压缩作用进行液滴喷出的压电方式喷出装置等。

图1示出了作为本发明对象的一种喷出装置实例。喷出装置20a，由容纳喷出物质34的储罐30、借助于喷出物质输送管32与罐30连接的喷墨头22、搭载输送被喷出物质的承载台28、抽吸滞留在喷墨头22内剩余喷出物质34、从喷墨头2内除去过量喷出物质的抽吸间隙40、以及容纳被抽吸间隙40抽吸的剩余喷出物质的废液罐48而构成。

储罐30是容纳本发明的功能性材料层形成用组合物等喷出物质34的设备，其中具备被容纳控制储罐30内喷出物质液面34a的高度用的液面控制敏感元件36。液面控制敏感元件36，对喷墨头22具备的喷嘴形成面26的端部26a与储罐30内液面34a的高度差h(以下叫作水头值)进行控制，使其保持在规定范围内。例如，当将液面高度34a的高度控制得此水头值处于25m±0.5mm之内的情况下，能够在规定范围内的压力下，将储罐30内的喷出物质34输送到喷墨头22中。通过在规定范围内压力下输送喷出物质34，能够从喷墨头22稳定地将必要量的喷出物质喷出。

喷出物质输送管32具备防止喷出物质输送管32管路内带电用的喷出物质通路接地接头32a和头部排气阀门32b。头部排气阀门32b，在由后述的抽吸间隙40抽吸喷墨头22内的喷出物质的情况下使用。

喷墨头22具备头体24和由喷出喷出物质的多个喷嘴形成的喷嘴面26，来自喷嘴形成面26的喷嘴中的喷出物质，例如在基板上形成供给反应气体用的气体通路时，可以喷出被涂布在基板上的功能性材料层形成用组合物等。

承载台28被设置得能在规定方向上移动。承载台28通过在图中箭头所示的方向上移动，承载被头输送带BC1输送的基板，将其置于喷出装置20a内。

抽吸间隙40能够沿着图1中箭头所示方向上移动，密接在喷嘴形成面26上，将在喷嘴形成面26上形成的多个喷嘴包围，在与喷嘴形成面26之间形成密闭空间，形成能够将喷嘴与外部气体隔绝的结构。也就是说，当利用抽吸间隙40抽吸喷墨头22内的喷出物质时，此头部的气泡排出阀门处于关闭状态，使储罐30侧的喷出物质处于不能流入的状态，通过抽吸间隙40的抽吸作用，使被抽吸的喷出物质的流速上升，因而能够将喷墨头22内的气泡迅速排出。

事先在抽吸间隙40的下方设置有通路，将抽吸阀门42配置在此通路上。抽吸阀门42，在缩短抽吸阀门22下方的抽吸侧与上方的喷墨头22侧之间压力平衡(大气压)所需的时间的目的下，具有使通路处于闭路状态的作用。在此通路上设置由检出抽吸异常的抽吸压力检出敏感元件44和管式泵构成的抽吸泵46。而且用抽吸泵46抽吸、输送的喷出物质34，暂时被保存在废液罐48之内。

本发明对象的喷出装置，作为其构成部件，优选是本发明的功能性材料层形成用组合物所含的铂族元素化合物的，比铂族元素离子化倾向大的金属或含有该金属的化合物的部件。例如，喷墨头的表面，可以由聚四氟乙烯，和比铂族元素离子化倾向大的镍或镍化合物的混合物形成的。

本发明的功能性材料层形成用组合物，虽然能够采用在功能性材料溶液中加入碱的方法制备，但是在功能性材料溶液中加入碱的操作，如果是在用喷出装置的喷嘴喷出功能性材料层形成用组合物之前，则可以在任何工序中进行。例如，用喷出物输送管32将反应层形成用材料吸上之前能够在储罐30中进行，或者也可以在喷出物输送管32中途为调整pH而设置储罐时在储罐中进行。

本发明的功能性材料层形成用组合物，优选形成具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、所述第一反应层和第二反应层中的至少一个反应层用的反应层形成用组合物。这种情况下，优选是在铂族元素化合物的强酸性溶液中添加规定量碱得到的。更优选在六氯铂酸水溶液中添加规定量氨或有机碱得到的。而且所述喷出装置的构成部件，优选是含有比铂族元素离子化倾向大的金属或该金属的化合物的部件。

本发明的功能性材料层形成用组合物，由于即使与喷出装置的构成部件接触也不会蚀刻构成部件，所以能够在长时间内批量生产具有一定品质的功能性材料。

2)功能性材料层的形成方法

本发明的第二方面，是具有用喷出装置在基体上涂布本发明的非腐蚀性的功能性材料层形成用组合物的工序的功能性材料层的形成方法。

作为基体，只要是能够载带功能性材料层的就无特别限制。

采用本发明方法得到的功能性材料层，在具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的第一或第二反应层的情况下，将形成第一集电层或电解质膜。

根据本发明的功能性材料层的形成方法，由于使用即使与喷出装置的构成部件接触也不会蚀刻构成部件的功能性材料层形成用组合物，所以能够在长时间内高效、批量生产具有一定品质的功能性材料层。

3)燃料电池的制造方法

本发明的第三方面，是具有用喷出装置，涂布本发明的功能性材料层形成用组合物，以形成具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、所述第一反应层和第二反应层中的至少一个反应层的工序的燃料电池的制造方法。

本发明的燃料电池的制造方法，可以采用图2所示的燃料电池的制造装置(燃料电池制造流水线)而实施。在图2所示的燃料电池制造流水线中，各工序分别使用的喷出装置20a～20m，由与喷出装置20a～20k连接的皮带运输机BC1、与喷出装置201、20m连接的皮带运输机BC2、驱动皮带运输机BC1、BC2的驱动装置58、对燃料电池进行组装的组装装置60及对燃料电池制造流水线全体进行控制的控制装置56构成。

喷出装置20a～20k事先以规定间隔沿着皮带运输机BC1被配置成一列，而喷出装置201、20m以规定间隔沿着皮带运输机BC2被配置成一列。而且，控制装置56与喷出装置20a～20k、驱动装置58和组装装置60相连接。

这种燃料电池制造流水线中，驱动被驱动装置58驱动的皮带运输机BC1，将燃料电池的基板(以下简单叫作“基板”)输送到各喷出装置20a～20k，在各喷出装置20a～20k中进行处理。同样，基于来自控制装置56的信号驱动皮带运输机BC2，将基板输送到喷出装置201、20m，在喷出装置201、20m中进行处理。而且在组装装置60中，基于来自控制装置56的控制信号，利用被皮带运输机BC1和BC2输送来的基板进行组装操作。

本实施方式中，使用图1所示的装置作为喷出装置20a。而且喷出装置20b～20m，除了喷出物质34的种类不同以外，与喷出装置20a结构相同。因此，以下说明中关于各喷出装置的同一结构使用同一符号。

然后说明采用如图2所示的燃料电池制造流水线，制造燃料电池的各工序。图3表示采用如图2所示的燃料电池制造流水线，制造燃料电池方法的流程图。

如图3所示，本实施方式涉及的燃料电池，可以采用在第一基板上形成气体通路的工序(S10，第一气体通路形成工序)、在气体通路内涂布第一支持材料的工序(S11，第一支持材料涂布工序)、第一集电层形成工序(S12，第一集电层形成工序)、第一气体扩散层形成工序(S13，第一气体扩散层形成工序)、第一反应层形成工序(S14，第一反应层形成工序)、电解质膜形成工序(S15，电解质膜形成工序)、第二反应层形成工序(S16，第二反应层形成工序)、第二气体扩散层形成工序(S17，第二气体扩散层形成工序)、第二集电层形成工序(S18，第二集电层形成工序)、在第二气体通路内涂布第二支持材料的工序(S19，第二支持材料涂布工序)以及形成了第二气体通路的第二基板的层叠工序(S20，组装工序)而制造。

第一气体通路形成工序(S10)

首先如图4(a)所示，准备矩形第一基板2，利用皮带运输机BC1将基板2输送到喷出装置20a。作为基板2并无特别限制，可以使用硅基板等通常燃料电池采用的基板。本实施方式中，使用硅基板。

被皮带运输机BC1输送的基板2，被置于喷出装置20a的承载台28上，被装入喷出装置20a之内。在喷出装置20a内，借助于喷嘴形成面26的喷嘴向被搭载在承载台28上的基板2的规定位置上涂布被容纳在喷出装置20a的储罐30内的抗蚀剂液体，在基板2的表面上形成抗蚀剂图案(图中斜线部分)。抗蚀剂图案，如图4(b)所示，可以形成除向基板2表面的供给第一反应气体用的第一气体通路形成部分以外的部分。

在规定位置上形成了抗蚀剂图案的基板2，被皮带运输机BC1输送到喷出装置20b处，被置于喷出装置20b的承载台28上，被装入喷出装置20b内。在喷出装置20b内，借助于喷嘴形成面26的喷嘴向基板2的表面上涂布被容纳在储罐30内的氢氟酸等蚀刻液体，将形成了抗蚀剂图案以外的基板2的表面部分蚀刻，如图5(a)所示，形成从基板2的一个侧面向另一侧面延伸的截面呈コ字形的第一气体通路。而且如图5(b)所示，形成了气体通路的基板2经过图中未示出的洗涤装置洗涤表面，除去抗蚀剂图案。进而将形成了气体通路的基板2从承载台28移送到皮带运输机BC1上，经皮带运输机BC1输送到喷出装置20c。

第一支持材料涂布工序(S11)

接着首先在形成了气体通路的基板2上，在气体通路内涂布支持第一集电层用的第一支持材料。第一支持材料的涂布进行如下：将基板2置于承载台28上送入喷出装置20c内，然后用喷出装置20c，通过喷嘴形成面26的喷嘴，向基板2上形成的第一气体通路内喷出被容纳在储罐30内的第一支持材料4。

作为使用的第一支持材料，只要是对第一反应气体呈现惰性，能防止第一集电层落在第一气体通路的下方，而且不妨碍第一反应气体向第一反应层扩散的就无特别限制。例如，可以举出碳微粒、玻璃微粒等。本实施方式中，使用直径1～5微米左右粒径的多孔性碳。通过使用具有规定孔径的多孔性碳作为支持材料，由于通过气体通路供给的反应气体将从多孔性碳的空隙间向上扩散，所以不会妨碍反应气体的流动。

图6表示涂布了第一支持材料4的基板2的截面图。涂布了第一支持材料4的基板2从承载台28被移动到皮带运输机BC1，经由皮带运输机BC1输送到喷出装置20d。

第一集电层形成工序(S12)

接着在基板2上形成收集因使反应气体反应而产生的电子用的第一集电层。首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20d的基板2置于承载台28上并放入喷出装置20d内。在喷出装置20d内，借助于喷嘴形成面26的喷嘴向基板2上喷出被容纳在储罐30内的一定量集电层形成材料，形成具有规定图案的第一集电层。

作为使用的集电层形成用材料，只要是含导电性物质的材料就无特别限制。作为导电性物质，可以举出例如铜、银、金、铂、铝等。这些金属可以使用一种或者两种以上组合使用，集电层形成用材料，可以采用将这些导电性物质中的至少一种分散在适当溶剂中，必要时添加分散剂的方法制备。

本实施方式中，由于采用喷出装置20d对集电层形成用材料进行涂布，因操作方便，所以能够将规定量准确地涂布在规定位置上。因此，能够大幅度节约集电层形成用材料使用量，以高效形成所需图案(形状)的集电层。

图7示出形成了第一集电层6的基板2的截面图。如图7所示，第一集电层6被基板2上形成的第一气体通路内的第一支持材料4所支持，使其不致于在第一气体通路内落下。形成了第一集电层6的基板2，从承载台28移动到皮带运输机BC1上，进而被皮带运输机BC1输送到喷出装置20e。

第一气体扩散层形成工序(S13)

然后在基板2的集电层上形成第一气体扩散层。首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20e的基板2置于承载台28上，放入喷出装置20e内。在喷出装置20e内，借助于喷嘴形成面26的喷嘴向被承载在承载台28上的基板2的表面的规定位置上，喷出被容纳在储罐30内的气体扩散层形成用材料，形成第一气体扩散层。

作为使用的气体扩散层形成用材料一般是炭微粒，但是也可以使用碳纳米管、碳纳米フォ-ン、富勒烯等。而且也可以在气体扩散层的基板一侧使用炭微粒，在表面一侧使用气体扩散能力虽低但催化剂载带量能力却优良的材料。

图8表示形成了第一气体扩散层8的基板2的截面图。如图8所示，在基板2的全面上形成有第一气体扩散层8，以将在第一基板2上形成的第一集电层覆盖。形成了第一气体扩散层8的基板2从承载台28被移动到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20f为止。

第一反应层形成工序(S14)

接着在基板2上形成第一反应层。第一反应层形成得通过气体扩散层8与第一集电层电接触。

首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20f的基板2置于承载台28上，放入喷出装置20f内。进而在基板2表面上的第一反应层形成部位，喷出被容纳在储罐30内的规定量的反应层形成用组合物，形成反应层形成用组合物的涂膜。然后将得到的涂膜在惰性气氛中煅烧，形成反应层。

使用的反应层形成用组合物，当与喷出装置的构成部件接触时，为了防止使用的构成部件被腐蚀，向pH小于2的强酸性铂族元素化合物溶液或分散液中添加规定碱，是pH处于2以上的强酸性铂族元素化合物溶液或分散液。

反应层形成用组合物，能够采用与上述功能性材料层形成用组合物一项中说明的方法制备。

用喷出装置20f涂布反应层形成用材料形成反应层形成用材料的涂膜之后，为使作为催化剂的活性出现，应当在惰性气体气氛下煅烧。通过煅烧，能够得到第一反应层10。

作为煅烧反应层形成用材料涂膜用的方法，可以举出在惰性气体气氛中，于常压下通过对上述涂膜加热除去不需要成分的方法、减压下加热除去不需要成分的方法等，但是优选后一方法。优选加热温度低的，更优选处于100℃以下的，进而优选50℃以下的。而且优选在尽可能短的时间内进行除去不需要成分的处理。在长时间高温下除去不需要成分的情况下，经喷出装置制作的铂族元素化合物的均匀分散状态将被破坏，不能形成催化剂金属均匀分散的反应层。

图9表示以上述方式形成了第一反应层10的基板2的截面图。形成了第一反应层10的基板2，从承载台28被输送到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20g。

电解质膜形成工序(S15)

然后在形成该第一反应层10的基板2上形成电解质膜。首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20g的基板2置于承载台28上，送入喷出装置20g内。进而在喷出装置20g内，借助于喷嘴面26的喷嘴，向第一反应层上喷出被容纳在储罐30内的电解质膜形成材料，形成电解质膜12。

使用的电解质膜形成材料，例如可以举出ナフイォン(杜邦公司出品)等使全氟磺酸在水与甲醇的1∶1(重量比)混合液中胶束(micelle)化而得到的高分子电解质材料、和将磷钨酸、磷钼酸等陶瓷系固体电解质调整到规定粘度(例如20厘泊以下)的材料等。

图10表示形成了电解质膜的基板2的截面图。如图10所示，在第一反应层上形成有具有规定厚度的电解质膜12。形成了电解质膜12的基板2，从承载台28被移动到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20h。

第二反应层形成工序(S16)

然后在形成了电解质膜12的基板2上形成第二反应层。第二反应层，是在形成了气体通路和气体扩散层的基板上，使惰性气体流过上述气体通路的情况下，涂布反应层形成用材料而形成。

首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20h的基板2，置于承载台28上后送入喷出装置20h内。在喷出装置20h内，通过与喷出装置20f中进行的处理同样处理，可以形成第二反应层10’。作为第二反应层10’形成材料，可以使用与第一反应层同样的材料。

图11表示在电解质膜12上形成了第二反应层10’的基板2的截面图。如图11所示，在电解质膜12上形成第二反应层10’。在第二反应层10’中，进行第二反应气体的反应。形成了第二反应层10’的基板2，从承载台28被移动到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20i中。

第二气体扩散层形成工序(S17)

然后在形成了第二反应层10’的基板2上形成第二气体扩散层。首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20i的基板2置于承载台28上，送入喷出装置20i内。在喷出装置20i内，通过与喷出装置20e中进行的处理的同样的处理，可以形成第二气体扩散层8’。作为第二扩散层8’形成用材料，可以使用与第一扩散层8同样的材料。图12表示在第二反应层10’上形成了第二气体扩散层8’的基板2的截面图。形成了第二气体扩散层8’的基板2，从承载台28被移动到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20j中。

第二集电层形成工序(S18)

然后在形成了第二气体扩散层8’的基板2上形成第二集电层。首先，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20j的基板2置于承载台28上，送入喷出装置20j内，通过与喷出装置20d中进行的同样处理，可以在第二气体扩散层8’上形成第二集电层6’。作为第二集电层6’形成用材料，可以使用与第一集电层形成用材料同样的材料。形成了第二集电层6’的基板2，从承载台28被移动到皮带运输机BC1上，再由皮带运输机BC1输送到喷出装置20k中。

第二支持材料涂布工序(S19)

然后，将经皮带运输机BC1输送到喷出装置20k的基板2置于承载台28上，送入喷出装置20k内，通过与喷出装置20c中进行的同样处理，涂布第二支持材料。作为第二支持材料，可以使用与第一支持材料同样的材料。

图13表示涂布了第二集电层6’和第二支持材料4’的基板2的截面图。第二支持材料4’被涂布在第二集电层6’上形成的，被容纳在基板2上层叠了第二基板上形成的第二气体通路内的位置上。

第二基板组装工序(S20)

然后将涂布了第二支持材料4’的基板2，与另外准备的形成了第二气体通路的第二基板层叠。基板2(第一基板)与第二基板的层叠，可以采用将在基板2上形成的第二支持材料4’粘合的方式进行，使其被容纳在第二基板上形成了第二气体通路之内。其中作为第二基板可以使用与第一基板相同的基板。而且第二气体通路的形成，可以采用在喷出装置201和20m中，与喷出装置20a和20b进行的同样处理的方式进行。

采用上述方式能够制造图14所示结构的燃料电池。图14所示的燃料电池，在图中从下侧来看，由第一基板2、在第一基板2上形成的第一气体通路3、被容纳在第一气体通路3内的第一支持部件4、在第一基板2和第一支持部件4上形成的第一集电层6、第一气体扩散层8、在第一气体扩散层8上形成的第一反应层10、电解质膜12、第二反应槽10’、第二气体扩散层8’、第二集电层6’、第二气体通路3’、被容纳在第二气体通路3’内的第二支持部件4’、和第二基板2’构成。而且，在图14所示的燃料电池中，将基板2’配置得使从在基板2上形成的一个侧面向另一侧面延伸的コ字形第一气体通路，与在基板2’上形成的第二气体通路平行。

由本实施方式制造的燃料电池种类没有特别限制。例如可以举出高分子电解质型燃料电池、磷酸型燃料电池、直接甲醇型燃料电池等。

由本实施方式制造的燃料电池动作如下。即，从第一基板2的第一气体通路3导入第一反应气体，经气体扩散层8均匀扩散，扩散的第一反应气体在第一反应层中反应生成离子和电子，生成的电子收集在集电层8中，并在第二基板2’的第二集电层6’中流动，由第一反应气体产生的离子在电解质膜12中向第二反应层8’移动。另一方面，从第二基板2’的气体通路3’导入第二反应气体，经第二扩散层8’均匀扩散，扩散的第二反应气体在第二反应层10’中，与在电解质膜12中移动而来的离子和从第二集电层6’送入的电子反应。例如当第一反应气体是氢气，第二反应气体是氧气的情况下，在第一反应层10中进行反应：H₂→2H⁺+2e^-，在第二反应层10’中进行反应：1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O。

上述实施方式涉及的燃料电池的制造方法中，虽然全部工序中均采用了喷出装置，但是也可以采用这样一种方法，即用喷出装置涂布反应层形成用材料，形成第一反应层和/或第二反应层，在其它工序中采用与过去相同的工序制造燃料电池。即使在这种情况下，由于不用MEMS(微电子机械系统)的情况下能够形成反应层，所以能够将燃料电池的制造成本抑制低。

上述实施方式的制造方法中，虽然是在基板上形成抗蚀剂图案，通过涂布氢氟酸水溶液进行蚀刻的方法形成气体通路的，但是在不形成抗蚀剂图案的情况下也能形成气体通路。而且在基板置于含氟气体气氛中，通过在基板上的规定位置喷出水，也能形成气体通路。此外，还可以用喷出装置在基板上涂布气体通路形成材料的方式形成气体通路。

上述实施方式的制造方法中，虽然是在供给第一反应气体的第一基板侧形成燃料电池的构成部分，最后层叠第二基板进行燃料电池制造的，但是也可以从供给第二反应气体侧的基板开始制造燃料电池。

上述实施方式的制造方法中，虽然是沿着在第一基板上形成了第二支持部件的第一气体通路涂布的，但是也可以沿着与第一气体通路交叉的方向涂布。也就是说，例如也可以沿着例如图5(b)中从右侧面向左侧面延伸的方向涂布，使得第二支持部件例如与在第一基板上形成的气体通路成直角交叉。这种情况下，可以得到一种配置了第二基板，以使在第二基板上形成的第二气体通路，与在第一基板上形成的第一气体通路以直角交叉结构的燃料电池。

上述实施方式的制造方法中，虽然是在形成了第一气体通路的第一基板上，依次形成第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的，但是也可以在第一基板和第二基板上分别形成集电层、反应层和电解质膜后，最后将第一基板和第二基板结合，以制造燃料电池。

本实施方式的制造流水线中，设有对第一基板实施处理的第一制造流水线和对第二基板实施处理的第二制造流水线，采用在各制造流水线中进行平行处理的制造流水线。因此，由于能够平行进行对第一基板的处理和对第二基板的处理，所以能够迅速制造燃料电池。

而且根据本发明的制造方法，也能够通过层叠多个燃料电池而制造大型燃料电池。也就是说，如图15所示，在制造的燃料电池的基板2’的背面再形成气体通路，在形成了气体通路的基板2’的背面，与上述燃料电池的制造方法中的制造工序同样，通过形成扩散层、反应层、电解质等后层叠燃料电池，能够制造大型的燃料电池。这样得到的大型燃料电池，如后述那样可以作为汽车的供电电源使用。

4)电子仪器

本发明的电子仪器，其特征在于，其中作为供电电源具备采用本发明的燃料电池的制造方法得到的燃料电池。作为电子仪器可以举出移动电话机、PHS、移动式、笔记本型电脑、PDA(便携式信息终端)、便携式可视电话机等。而且，本发明的电子仪器，还可以有例如游戏机功能、数据通讯功能、录放机功能、电子字典功能等其它功能。

根据本发明，能够以低成本而且高品质地提供一种对地球环境优良的绿色能源作为电源的电子仪器。

5)汽车

本发明的汽车，其特征在于，其中作为供电电源具备采用本发明的燃料电池的制造方法得到的燃料电池。

根据本发明，能够以低成本而且高品质地提供一种对地球环境优良的绿色能源作为电源的汽车。

Claims (10)

1.一种非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，特征在于，其是通过向铂族金属化合物的强酸性功能性材料溶液中添加规定量的碱形成的，其中所述铂族金属化合物溶液的浓度为1-20重量％。

2.根据权利要求1所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，特征在于，其中所述铂族金属化合物溶液的粘度为1mPa·s-50mPa·s。

3.根据权利要求2所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，特征在于，其中所述铂族金属化合物溶液的表面张力为2mN/m-75mN/m。

4.根据权利要求3所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，特征在于，其中所述碱使用氨或有机碱。

5.权利要求1～4中任何一项所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，在形成具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、所述第一反应层和第二反应层中的至少一个反应层用的反应层形成用组合物方面的用途。

6.用于权利要求1～4任何一项中所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物的喷出装置，特征在于所述喷出装置的构成部件是含有比铂族元素离子化倾向大的金属或金属化合物的部件。

7.一种功能性材料层的形成方法，其特征在于，其中具有利用喷出装置在基体上涂布权利要求1～4中任何一项所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物的工序。

8.一种燃料电池的制造方法，其特征在于，其中具有通过用喷出装置涂布权利要求1～4中任何一项所述的非腐蚀性功能性材料层形成用组合物，在惰性气氛中煅烧，形成具有第一集电层、第一反应层、电解质膜、第二反应层和第二集电层的燃料电池的、所述第一反应层和第二反应层中的至少一个反应层的工序。

9.一种电子仪器，其特征在于，其中具备根据权利要求8所述的制造方法制造的燃料电池作为供电电源。

10.一种汽车，其特征在于，其中具备根据权利要求8所述的制造方法制造的燃料电池作为供电电源。

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