CN1523696A - 燃料电池和燃料电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池和燃料电池的制造方法,在喷出装置(120a)、(120b)中,在第一基板上形成第一气体流道。接着,在第一基板上,在喷出装置(120c)中形成第一集电层,在喷出装置(120d)中形成第一气体扩散层。接着,在第一基板上,在喷出装置(120e)中形成第一反应层,在喷出装置(120f)中形成电解质膜。在喷出装置(120g)中形成第二反应层,在喷出装置(120h)中形成气体扩散层,在喷出装置(120i)中形成第二集电层。然后,将在喷出装置(120j)、(120k)中形成了第二气体流道的第二基板配置在第一基板上的给定位置,完成燃料电池的制造。根据本发明,能够确保反应气体流动的空间。

Description

燃料电池和燃料电池的制造方法
技术领域
本发明涉及向各电极供给不同种类的反应气体,通过基于供给的反应气体的反应进行发电的燃料电池和燃料电池的制造方法。
背景技术
以往,存在由具有电子通过性质的多孔性电极夹着具有离子通过性质的电解质的燃料电池。在该燃料电池中,存在以氢、天然气或酒精为燃料发电的。这样的燃料电池中,例如在以氢为燃料的燃料电池中,向一方的电极供给含氢的第一反应气体,向另一方的电极供给含氧的第二反应气体,通过基于第一反应气体中包含的氢和第二反应气体中包含的氧的反应,进行发电。
这里,在燃料电池的基板上形成用于供给反应气体的气体流道,通过该气体流道供给反应气体。因此,为了不发生作为电极使用的物质例如碳粒子进入气体流道内,闭塞反应气体流过的空间,例如在气体流道内配置比构成电极的碳粒子的粒径还大的碳粒子,防止碳粒子进入气体流道中。
此外,现在正在进行便携式仪器中能使用的微燃料电池的研究开发。在微燃料电池的制造中,为了形成微细的气体流道,使用以半导体工艺中利用的微细加工技术为基本的MEMS(Micro Electro MechanicalSystem)。当使用MEMS时,例如首先通过MEMS在硅等基板的表面形成微细的气体流道,在形成了气体流道的基板上形成导电层和基于碳的电极等。然后,用形成了电极等的两个基板夹着预先形成的电解质膜,通过压接制造燃料电池(参照非专利文献1和非专利文献2)。
[非专利文献1]Sang-Joon J Lee,Suk Won Cha,Amy Ching-Chien,O`Hayre and Fritz B.PrinzFactrical,Design Study of Miniature Fuel Cellswith Micromachined Silicon Flow Structures,The 200th Meeting of TheElectrochemical society,Abstract.No.452(2001)
[非专利文献2]Amy Ching-Chien,Suk Won Cha,Sang-Joon J Lee,O`Hayre and Fritz B.PrinzPlaner,Interconnection of Multiple PolymerElectolyte Membrane Micro fabrication,The 200th Meeting of TheElectrochemical society,Abstract No.453(2001)
可是,当在气体流道内配置碳粒子时,有必要另外准备比构成电极的碳粒子的粒径还大的碳粒子,制造燃料电池而必要的材料增多。此外,需要在气体流道内配置该碳粒子的工序,所以存在用于制造燃料电池的工序增加的问题。
此外,虽然,使用MEMS也能形成宽度比作为电极使用的碳粒子的粒径窄的气体流道,但是半导体工艺中使用的仪器通常是高价的,制造成本升高。此外,当使用MEMS在基板上形成气体流道时,在基板上形成气体流道后,有必要另外进行压接电解质膜的工序,制造工序变得复杂。
此外,通过气体流道供给的反应气体在气体流道的上游一侧,气体压力高,但是越向下游,气体压力下降。因此,在由上游一侧和下游一侧供给的反应气体的量出现偏移,燃料电池的发电效率变差。此外,为了促进反应气体的反应,在反应层中使用高价的铂作为催化剂,但是在供给到反应层的反应气体的气体量少的部分,反应效率差,涂敷在该部分的铂未有效地发挥作用。
在气体流道中作用基于反应气体的气体压力的应力,所以由于该应力,有时气体流道损伤。即在形成在图44所示的基板370上的截面コ字形状的气体流道中,由于反应气体的气体压力而产生的应力集中在流道底部的角部P,有时图中L所示的气体流道间的壁部折断,在气体流道中产生损伤。此外,在截面コ字形状的气体流道中,反应气体和气体流道的接触面积宽,对于反应气体管道阻力升高,所以反应气体的压力损失增大。
这里,在使用MEMS的微燃料电池的制造中,通过干蚀刻或激光加工形成气体流道,所以形成截面コ字形状的气体流道。因此,产生的应力引起的气体流道的损伤发生的可能性高。
发明内容
本发明的课题在于:提供形成了可靠地确保反应气体流过的空间的气体流道的燃料电池和该燃料电池的制造方法、提高通过气体流道供给的反应气体的反应效率的燃料电池和该燃料电池的制造方法、防止基于反应气体的气体压力而产生的应力引起的气体流道损伤并且减少流道阻力的燃料电池和该燃料电池的制造方法。
本发明的燃料电池的特征在于:包括:形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;形成在所述第一基板一侧的第一集电层;形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;形成在所述第一基板一侧的第一反应层;形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;形成在所述第二基板一侧的第二集电层;形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;形成在所述第二基板一侧的第二反应层;形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的开口宽度比构成所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层的物质的粒径窄。
根据该燃料电池,第一气体流道和第二气体流道内的至少任意一方的开口宽度比构成第一气体扩散层和第二气体扩散层的物质的粒径窄。即与构成第一气体扩散层和第二气体扩散层的物质,例如也具有作为电极的功能的多孔性碳粒子的粒径相比,气体流道的开口宽度窄。因此,能防止碳粒子进入气体流道内,堵塞气体流道。
此外,本发明的燃料电池的特征在于:所述第一气体流道中,该第一气体流道的底面宽度比所述开口宽度宽,所述第二气体流道中,该第二气体流道的底面宽度比所述开口宽度宽。根据该燃料电池,气体流道的底面宽度比气体流道的开口宽度宽,所以即使是使开口宽度窄的气体流道,也不会减少反应气体的流量,能供给足够量的反应气体。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于,包括:在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;形成第一集电层的第一集电层形成工序;形成第一气体扩散层的气体扩散层形成工序;形成第一反应层的第一反应层形成工序;形成电解质膜的电解质膜形成工序;形成第二反应层的第二反应层形成工序;形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;形成第二集电层的第二集电层形成工序;在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方使用喷出装置,形成与构成所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层的物质的粒径相比,开口宽度窄的气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序内的至少任意一方使用喷出装置,形成与构成第一气体扩散层和第二气体扩散层的物质的粒径相比,开口宽度窄的气体流道。因此,能制造出防止在气体流道内构成气体扩散层的物质例如也具有作为电极的功能的多孔性碳粒子进入气体流道内、堵塞气体流道的燃料电池。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:所述第一气体流道形成工序形成气体流道的底面宽度比所述开口宽度还宽的第一气体流道;所述第二气体流道形成工序形成气体流道的底面宽度比所述开口宽度还宽的第二气体流道。根据该燃料电池的制造方法,气体流道的底面宽度比气体流道开口宽度还宽,所以防止气体流道堵塞,且能对燃料电池内供给充足量的反应气体。
本发明的燃料电池的特征在于:包括:形成了用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;形成在所述第一基板一侧的第一集电层;形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;形成在所述第一基板一侧的第一反应层;形成了用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;形成在所述第二基板一侧的第二集电层;形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;形成在所述第二基板一侧的第二反应层;形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度从上游一侧向下游一侧逐渐变宽。
根据该燃料电池,第一气体流道和第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度从上游一侧向下游一侧逐渐变宽。因此,通过气体流道提供给反应层的气体量在气体流道的上游一侧和下游一侧能保持均一。
此外,本发明的燃料电池的特征在于:所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方中,流道宽度在最下游部变窄。
根据该燃料电池,流道宽度在最下游部变窄,所以能恰当地调整气体流道中的反应气体的气体压力。
此外,本发明的燃料电池的特征在于:所述第一气体流道中的任意流道,在所述第一基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第一气体流道在所述第一基板的一端部具有排出口,并且在另一端部具有供给口;所述第二气体流道中的任意流道,在所述第二基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第二气体流道在所述第二基板的一端部具有排出口,并且在另一端部具有供给口。
根据该燃料电池,形成在基板上的气体流道中的任意流道在基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的气体流道在基板的另一端部具有供给口,并且在一端部具有排出口。因此,例如能恰当设置供给含氧的第一反应气体的第一反应气体供给装置和供给含氢的第二反应气体的第二反应气体供给装置。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:包括:在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;形成第一集电层的第一集电层形成工序;形成第一气体扩散层的第一气体扩散层形成工序;形成第一反应层的第一反应层形成工序;形成电解质膜的电解质膜形成工序;形成第二反应层的第二反应层形成工序;形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;形成第二集电层的第二集电层形成工序;在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽的气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽的气体流道。因此,能制造能把通过气体流道提供给反应层的反应气体的量在气体流道的上游一侧和下游一侧保持均一,并且发电效率高的燃料电池。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成流道宽度在最下游部变窄的气体流道。根据该燃料电池的制造方法,能容易制造形成了可恰当调整气体流道中的反应气体的气体压力的气体流道的燃料电池。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:在所述第一气体流道形成工序中,形成所述第一气体流道中的任意流道,在所述第一基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第一气体流道在所述第一基板的一端部具有排出口,并且在另一端部具有供给口的第一气体流道;在所述第二气体流道形成工序中,形成所述第二气体流道中的任意流道,在所述第二基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第二气体流道在所述第二基板的一端部具有排出口,在另一端部具有供给口的第二气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,形成在基板上的气体流道中的任意流道在基板的一端部具有供给口,在另一端部具有排出口,剩下的气体流道在基板的另一端部具有供给口,在一端部具有排出口。因此,例如能制造能恰当地设置供给含氧的第一反应气体的第一反应气体供给装置和供给含氢的第二反应气体的第二反应气体供给装置的燃料电池。
此外,本发明的燃料电池的制造方法特征在于:所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方使用喷出装置,形成从上游一侧向下游一侧逐渐变宽的气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,通过使用喷出装置,不用半导体制造工艺中使用的MEMS,就能容易形成从上游一侧向下游一侧逐渐变宽的气体流道。
本发明的燃料电池的特征在于:包括:形成了用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;形成在所述第一基板一侧的第一集电层;形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;形成在所述第一基板一侧的第一反应层;形成了用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;形成在所述第二基板一侧的第二集电层;形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;形成在所述第二基板一侧的第二反应层;形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度从该第一气体流道或该第二气体流道的上部向底部逐渐减少。
根据该燃料电池,所述第一气体流道和第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度从第一气体流道或第二气体流道的上部向底部逐渐减少。因此,与截面コ字形状的气体流道不同,能防止由于第一反应气体或第二反应气体的气体压力而产生的应力集中在特定部分,能恰当地防止由于产生的压力,气体流道损伤。
此外,本发明的燃料电池的特征在于:所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方具有曲面的截面形状。根据该燃料电池,形成了具有曲面的截面形状的气体流道,所以能防止气体压力引起的应力集中。此外,与截面コ字形状的气体流道相比,减小了气体流道和第一反应气体或第二反应气体接触的面积,使气体流道的管路阻力减小,所以能减少气体压力的压力损失。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:包括:在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;形成第一集电层的第一集电层形成工序;形成第一气体扩散层的第一气体扩散层形成工序;形成第一反应层的第一反应层形成工序;形成电解质膜的电解质膜形成工序;形成第二反应层的第二反应层形成工序;形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;形成第二集电层的第二集电层形成工序;在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从所述第一气体流道或所述第二气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减少的气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从第一气体流道或第二气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减少的气体流道。因此,通过防止在气体流道内由于反应气体的气体压力产生的应力集中在特定部分,恰当地防止气体流道损伤。
此外,本发明的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序包括在所述第一基板表面上涂敷气体流道形成用材料的气体流道形成用材料涂敷工序,对涂敷在所述第一基板上的气体流道形成用材料使用用于形成气体流道的气体流道形成模具,形成从所述第一气体流道的上部向底部流道宽度逐渐减少的形状的第一气体流道;所述第二气体流道形成工序包含在所述第二基板表面上涂敷气体流道形成用材料的气体流道形成用材料涂敷工序,对涂敷在所述第二基板上的气体流道形成用材料使用用于形成气体流道的气体流道形成模具,形成从所述第二气体流道的上部向底部流道宽度逐渐减少的形状的第二气体流道。
根据该燃料电池的制造方法,对气体流道形成用材料例如光固化性树脂,使用气体流道的形成模具形成从气体流道的上部向底部流道宽度逐渐减小的第一气体流道和第二气体流道。因此,通过使用气体流道的形成模具,能容易并且迅速形成所需形状的气体流道。
此外,本发明的燃料电池的制造方法的特征在于:所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成截面半圆形状的气体流道。根据该燃料电池的制造方法,截面半圆形状的气体流道与截面コ字形状的气体流道相比,与反应气体接触的面积减小,所以能恰当地减轻反应气体的气体压力损失。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是表示实施例1的燃料电池生产线的图。
图2是实施例1的喷墨式喷出装置的概略图。
图3是实施例1的燃料电池的制造方法的流程图。
图4是说明实施例1的气体流道的形成处理的图。
图5是说明实施例1的气体流道的形成处理的其他图。
图6是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图7是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图8是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图9是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图10是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图11是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图12是实施例1的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图13是实施例1的燃料电池的端面图。
图14是表示实施例2的燃料电池生产线的图。
图15是实施例2的喷墨式喷出装置的概略图。
图16是说明实施例2的气体流道的形成处理的图。
图17是表示实施例3的燃料电池生产线的图。
图18是实施例3的燃料电池的制造方法的程序流程图。
图19是说明实施例3的气体流道的形成处理的图。
图20是说明实施例3的气体流道的形状的其他图。
图21是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图22是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图23是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图24是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图25是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图26是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图27是实施例3的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图28是说明实施例3的燃料电池的组装工序的图。
图29说明实施例3的燃料电池的气体流的图。
图30是实施例3的燃料电池的端面图。
图31是实施例3的燃料电池积层大型燃料电池的图。
图32是表示实施例4的燃料电池生产线的图。
图33是实施例4的燃料电池的制造方法的程序流程图。
图34是说明实施例4的气体流道的形成处理的图。
图35是说明实施例4的气体流道的形成处理的图。
图36是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图37是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图38是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图39是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图40是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图41是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图42是实施例4的燃料电池的制造过程的基板的端面图。
图43是实施例4的燃料电池的端面图。
图44是用于说明以往的气体流道的图。
图中:102、102’-基板;104-牺牲层;104a-负型抗蚀剂;104b-正型抗蚀剂;106、106’-集电层;108、108’-气体扩散层;110、110’-反应层;112-电解质膜;120a~120k、120o、120p-喷出装置;BC11、BC12-带式传送机;202、202’-基板;204-树脂;206、206’-集电层;208、208’-气体扩散层;210、210’-反应层;212-电解质膜;214a、214b-气体流道形成装置;220a~220g-喷出装置;BC21、BC22-带式传送机;302、302’-基板;304-树脂;306、306’-集电层;308、308’-气体扩散层;310、310’-反应层;312-电解质膜;314a、314b-气体流道形成装置;320a~320g-喷出装置;BC31、BC32-带式传送机。
具体实施方式
下面,说明本发明实施例的燃料电池的制造方法。图1是表示执行本发明实施例1的燃料电池的制造工序的燃料电池生产线的结构的图。如图1所示,燃料电池生产线由在各工序中分别使用的喷出装置120a~120k、连接喷出装置120a~120i的带式传送机BC11、连接喷出装置120j、120k的带式传送机BC12、驱动带式传送机BC11、BC12的驱动装置158、进行燃料电池的组装的组装装置160和进行燃料电池生产线全体的控制的控制装置156构成。
喷出装置120a~120i沿着带式传送机BC11以给定间隔配置为一列,喷出装置120j、120k沿着带式传送机BC12以给定间隔配置为一列。此外,控制装置156连接在各喷出装置120a~120k、驱动装置158和组装装置160上。根据来自控制装置156的控制信号驱动带式传送机BC11,把燃料电池的基板(以下,称作“基板”)向各喷出装置120a~120i输送,进行在各喷出装置120a~120i的处理。同样,根据来自控制装置156的控制信号驱动带式传送机BC12,把基板输送到喷出装置120j、120k,进行在该喷出装置120j、120k的处理。此外,在组装装  160,根据来自控制装置156的控制信号,通过由带式传送机BC11和带式传送机BC12搬入的基板,进行燃料电池的组装。
在该燃料电池生产线中,在喷出装置120a进行对基板涂敷用于形成气体流道的抗蚀剂溶液的处理,在喷出装置120b进行用于形成气体流道的蚀刻处理,在喷出装置120c进行形成集电层的处理。此外,在喷出装置120d进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置120e进行形成反应层的处理,在喷出装置120f进行形成电解质膜的处理。在喷出装置120g进行形成反应层的处理,在喷出装置120h进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置120i进行形成集电层的处理。
此外,在喷出装置120j进行对基板涂敷用于形成气体流道的抗蚀剂溶液的处理,在喷出装置120k进行用于形成气体流道的蚀刻处理。须指出的是,当在喷出装置120a~120i对第一基板进行处理时,在喷出装置120j、120k对第二基板进行形成气体流道的处理。
图2是表示制造本发明实施例1的燃料电池时使用的喷墨式喷出装置120a的结构概略的图。该喷出装置120a具有对基板喷出喷出物的喷墨头122。该喷墨头122具有头主体124和形成有喷出喷出物的多个喷嘴的喷嘴形成面126。从该喷嘴形成面126的喷嘴,喷出喷出物即在基板上形成用于供给反应气体的气体流道时,涂敷在基板上的抗蚀剂溶液。此外,喷出装置120a具有安放基板的台128。该台128设置为能在给定方向例如X轴方向、Y轴方向、Z轴方向移动。此外,台128如图中箭头所示,沿着X轴方向移动,把由带式传送机BC11输送的基板安放到台128上,取入到喷出装置120a内。
此外,在喷墨头122上连接有收容从形成在喷嘴形成面126上的喷嘴喷出的喷出物即抗蚀剂溶液的容器130。即容器130和喷墨头122通过输送喷出物的喷出物输送管132连接。此外,喷出物输送管132具有用于防止喷出物输送管132的流道内带电的喷出物流道部接地接头132a、头部气泡排出阀132b。头部气泡排出阀132b在由后面描述的吸引帽140吸引喷墨头122内的喷出物时使用。即当由吸引帽140吸引喷墨头122内的喷出物时,使该头部气泡排出阀132b为关闭状态,成为喷出物不从容器130一侧流入的状态。然后,如果用吸引帽140吸引,则吸引的喷出物的流速上升,能快速排出喷墨头122内的气泡。
此外,喷出装置120a具有:用于控制收容在容器130内的喷出物收容量即收容在容器130内的抗蚀剂溶液的液面134a高度的液面控制传感器136。该液面控制传感器136进行把喷墨头122具有的喷嘴形成面126的顶端部126a和容器130内的液面134a的高度差h(下面,称作液位差值)保持在给定范围内的控制。通过控制液面134a的高度,能以给定范围内的压力向喷墨头122输送容器130内的喷出物1 34。而且,通过以给定范围内的压力输送喷出物134,能从喷墨头122稳定地喷出喷出物134。
此外,与喷墨头122的喷嘴形成面126相对并隔开一定距离,配置有吸引喷墨头122的喷嘴内的喷出物的吸引帽140。该吸引帽140能在沿着图2中的箭头所示的Z轴方向移动,包围形成在喷嘴形成面126上的多个喷嘴,紧贴着喷嘴形成面126,与喷嘴形成面126之间形成密封空间,能从外部空气隔离喷嘴。须指出的是,基于吸引帽140的对喷墨头122的喷嘴内的喷出物的吸引在喷墨头122不喷出喷出物134的状态,例如喷墨头122退到让开位置,台128退到由虚线表示的位置时进行。
此外,在该吸引帽140的下方设置有吸引帽140,在该流道中配置有吸引阀142、检测吸引异常的吸引压检测传感器144和由管泵等构成的吸引泵146。此外,由该吸引泵146等吸引,在流道中输送的喷出物134收容到废液容器148内。
须指出的是,喷出装置120b~120k的结构与喷出装置120a同样,所以省略说明,但是在以下的说明中,对喷出装置120b~120k的各结构,使用在喷出装置120a的说明中对各结构使用的符号相同的符号进行说明。须指出的是,在分别设置在喷出装置120b~120k中的容器130中收容有在各喷出装置120b~120k中进行的给定处理中必要的喷出物。例如,在喷出装置120b和喷出装置120k的容器130中收容有形成气体流道时进行的蚀刻用的喷出物,在喷出装置120c和喷出装置120i的容器130中收容有用于形成集电层的喷出物。此外,在喷出装置120d和喷出装置120h的容器130中,收容有用于形成气体扩散层的喷出物,在喷出装置120e和喷出装置120g的容器130中,收容有用于形成反应层的喷出物,在喷出装置120f的容器130中收容有用于形成电解质膜的喷出物。此外,在喷出装置120j的容器130中收容有与收容在喷出装置120a的容器130中的用于对基板形成气体流道的喷出物同样的喷出物。
下面,参照图3的流程图和附图,说明本发明实施例1的使用喷出装置120a~120k的燃料电池的制造方法。
首先,在基板上形成用于供给反应气体的气体流道(步骤S10)。即首先,如图4(a)所示,通过带式传送机BC11把硅材料的基板(第一基板)102输送到喷出装置120a。把由带式传送机BC11输送的基板102放置到喷出装置120a的台128上,取入到喷出装置120a内。在喷出装置120a中,通过喷嘴形成面126的喷嘴喷出收容在容器130内的抗蚀剂溶液,向安放在台128上的基板102的上面给定位置涂敷。这里,抗蚀剂溶液如图4(b)所示,在图中,从跟前方向向里,以给定间隔涂敷为直线状。即在基板102中,剩下形成用于供给例如含氢的第一反应气体的气体流道(第一气体流道)的部分,只对此外的部分涂敷抗蚀剂溶液。
这里,空开比构成气体扩散层而使用的物质例如多孔性的碳的粒径窄的间隔,涂敷抗蚀剂溶液。即涂敷抗蚀剂溶液,使形成的气体流道的开口宽度比构成气体扩散层的碳的粒径窄。
接着,把在给定位置涂敷了抗蚀剂溶液的基板102(参照图4(b)通过带式传送机BC11输送到喷出装置120b,安放在喷出装置120b的台128上,取入到喷出装置120b内。在喷出装置120b中,收容在容器130内的为了形成气体流道而进行的蚀刻用溶液,例如氟酸水溶液通过喷嘴形成面126的喷嘴喷出,涂敷在安放在台128上的基板102的上面的全体上。
这里,在基板102中,在形成气体流道的部分以外的部分涂敷抗蚀剂溶液,所以未涂敷抗蚀剂溶液的部分被氟酸水溶液蚀刻,如图5(a)所示,形成气体流道。即形成从基板102的一方的侧面延伸到另一方侧面的截面コ字形状、开口宽度比气体扩散层用的碳粒子的粒径窄的气体流道。此外,如图5(a)所示,把形成了气体流道的基板102在未图示的洗净装置中进行抗蚀剂的洗净,除去抗蚀剂(参照图5(b))。然后,把形成了气体流道的基板102从台128移动到带式传送机BC11,由带式传送机BC11向喷出装置120c输送。
接着,在基板102上形成用于收集由反应气体反应而产生的电子的集电层(第一集电层)(步骤S11)。即首先,把由带式传送机BC11输送到喷出装置120c的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120c内。在喷出装置120c中,把收容在容器130内的用于形成集电层106的材料,例如铜等导电性物质通过喷嘴形成面126的喷嘴喷出到安放在台128上的基板102上。这时,导电性物质以不妨碍提供给气体流道的反应气体扩散的形状例如网眼形状而喷出,形成集电层106。
图6是形成了集电层106的基板102的端面图。如图6所示,例如通过把铜等导电性物质喷出为网眼形状,形成集电层106。须指出的是,把形成了集电层106的基板102从台128移动到带式传送机BC11,由带式传送机BC11向喷出装置120d输送。
接着,在步骤S11中形成的集电层106上形成用于使通过基板102上形成的气体流道供给的反应气体扩散的气体扩散层(第一气体扩散层)(步骤S12)。即首先,把由带式传送机BC11输送到喷出装置120d的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120d内。在喷出装置120d中,把收容在容器130内的用于形成气体扩散层108的材料例如碳粒子通过喷嘴形成面126的喷嘴向集电层106上喷出,形成用于使通过气体流道供给的反应气体(第一反应气体)扩散的气体扩散层108。
图7是形成了气体扩散层108的基板102的端面图。如图7所示,把也具有作为电极的功能的碳粒子向集电层106上喷出,形成用于使反应气体扩散的气体扩散层108。这里,作为构成气体扩散层108的碳粒子,使用能使通过气体流道供给的反应气体充分扩散程度的大小,并且多孔性的碳。例如使用直径0.1~1微米左右的粒子直径的多孔性的碳。这里,气体流道的开口宽度为低于1微米时,作为构成气体扩散层的碳粒子,使用粒径1微米以上的碳粒子。此外,把形成了气体扩散层108的基板102从台128移动到带式传送机BC11,由带式传送机BC11向喷出装置120e输送。
接着,在步骤S12中形成的气体扩散层108上形成通过形成在基板102上的气体流道供给的反应气体进行反应的反应层(第一反应层)(步骤S13)。即把由带式传送机BC11输送到喷出装置120e的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120e内。在喷出装置120e中,把收容在容器130内的用于形成反应层的材料,例如将载持了粒子直径数nm~数十nm的催化剂用铂微粒的碳粒子(载持了铂的碳)向气体扩散层108上喷出,形成反应层110。这里,载持着铂微粒的碳使用与构成气体扩散层108的碳粒子同样的碳粒子,即同样的粒径并且多孔性的碳。须指出的是,通过对溶剂添加分散剂,使铂微粒分散,涂敷在气体扩散层108上后,在氮气氛中把基板102加热到200℃,从而除去分散剂,形成反应层110。这时,通过使铂微粒作为催化剂附着在构成气体扩散层108的碳粒子的表面上,形成反应层110。
图8是形成了反应层110的基板102的端面图。如图8所示,通过把载持了作为催化剂的铂微粒的碳涂敷在气体扩散层108上,形成反应层110。须指出的是,在图8中,为了能容易识别反应层110和气体扩散层108,作为反应层110只表示铂微粒。此外,在以下的图中,反应层为与图8所示的同样。把形成了反应层110的基板102从台128移动到带式传送机BC11,由带式传送机BC11向喷出装置120f输送。
接着,在步骤S13中形成的反应层110上形成离子交换膜等电解质膜(步骤S14)。即首先,把由带式传送机BC11输送到喷出装置120f的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120f内。在喷出装置120f中,把收容在容器130内的用于形成电解质膜的材料例如把钨磷酸、钼磷酸等的陶瓷类固体电解质调整为给定粘度的材料通过喷嘴形成面126的喷嘴向反应层110喷出,形成电解质膜112。
图9是形成了电解质膜112的基板102的端面图。如图9所示,在反应层110上形成了具有给定厚度的电解质膜112。须指出的是,把形成了电解质膜112的基板102从台128移动到带式传送机BC11,由带式传送机BC11向喷出装置120g输送。
接着,在步骤S14中形成的电解质膜112上形成反应层(第二反应层)(步骤S15)。即把由带式传送机BC11输送到喷出装置120g的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120g内。在喷出装置120g中,通过与喷出装置120e中进行的处理同样的处理,喷出载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层110’。
图10是在电解质膜112上形成了反应层110’的基板102的端面图。如图10所示,通过在电解质膜112上涂敷载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层110’。这里,反应层110’是根据第二反应气体例如含氧的反应气体进行反应的层。
接着,在步骤S15中形成的反应层110’上形成用于使反应气体(第二反应气体)扩散的气体扩散层(第二气体扩散层)(步骤S16)。即形成了反应层110’的基板102由带式传送机BC11输送到喷出装置120h,在喷出装置120h,通过与在喷出装置120d中进行的处理同样的处理,涂敷给定粒径的多孔性的碳,形成气体扩散层108’。
图11是在反应层110’上形成了气体扩散层108’的基板102的端面图。如图11所示,通过在反应层110’上涂敷多孔性的碳,形成气体扩散层108’。
接着,在步骤S16中形成的气体扩散层108’上形成集电层(第二集电层)(步骤S17)。即把由带式传送机BC11输送到喷出装置120i的基板102安放到台128上,取入到喷出装置120i内,通过与在喷出装置120c进行的处理同样的处理,在气体扩散层108’上形成集电层106’。
图12是在气体扩散层108’上形成了集电层108’的基板102的端面图。如图12所示,通过上述步骤S17的处理形成集电层106’。另外,把形成了集电层106’的基板102从台128移动到带式传送机BC11,向组装装置160输送。
接着,通过在步骤S17中形成了集电层的基板(第一基板)上配置形成了气体流道的基板(第二基板),组装燃料电池(步骤S18)。即在组装装置160中,在通过带式传送机BC11搬入的基板102(第一基板)上配置通过带式传送机BC12搬入的基板102’(第二基板),进行燃料电池的组装。这里,在基板102’上,另于上述步骤S10~步骤S17的处理,形成有第二气体流道。即在喷出装置120j和喷出装置120k中,通过与由喷出装置120a和喷出装置120b进行的处理同样的处理,形成有第二气体流道。因此,配置基板102’,使形成在基板2上的从一方侧面向另一方侧面延伸的截面コ字形状的气体流道和形成在基板102’上的截面コ字形状的气体流道变为平行,组装燃料电池,完成燃料电池的制造。
图13是完成的燃料电池的端面图。如图13所示,通过在基板102的给定位置配置形成了第二气体流道的基板102’,从而通过形成在第一基板上的第一气体流道供给第一反应气体、并通过形成在第二基板上的第二气体流道供给第二反应气体的燃料电池的制造结束。
根据实施例1的燃料电池,燃料电池的气体流道的开口宽度比为了形成气体扩散层而使用的碳粒子的粒径窄。因此,不用为了在气体流道内确保反应气体流动的空间而另外配置粒径大的碳粒子,能可靠地在气体流道内确保用于供给反应气体的空间。
此外,根据实施例1的燃料电池的制造方法,使用喷墨式的喷出装置在基板上形成气体流道,制造燃料电池。因此,通过使用喷墨式的喷出装置,能容易形成开口宽度比碳粒子的粒径窄的微细的气体流道。因此,不用象MEMS那样使用昂贵的半导体工艺用的仪器,就能形成微细的开口宽度的气体流道,能降低燃料电池的制造成本。
此外,根据实施例1的燃料电池的制造方法,没必要另外准备粒径与为了形成气体扩散层而使用的碳粒子不同的大的碳粒子。因此,能减少制造燃料电池时使用的材料数,并且能省略多余的作业工序,有效地制造燃料电池。
下面,说明实施例2的燃料电池的制造方法。须指出的是,在实施例2的说明中,对与实施例1相同的结构,付与和实施例1中使用的符号相同的符号,进行说明。图14是表示实施例2的燃料电池生产线的图。如图14所示,在实施例2的燃料电池生产线中,由实施例1的喷出装置120a、120b进行的处理在喷出装置120o进行,在实施例1的喷出装置120j、120k进行的处理在喷出装置120p中进行。关于其他点,与实施例1的燃料电池生产线同样,所以省略详细的说明。
图15是用于说明实施例2的喷出装置120o具有的喷墨头和容器的图。如图15所示,喷出装置120o分别设有与实施例1的喷出装置120a中所具有的喷墨头122和容器130同样的喷墨头和容器各两个。在该喷出装置120o中,通过向基板表面上的给定位置分别喷出正型抗蚀剂和负型抗蚀剂,进行形成气体流道的处理。因此,设有收容有负型抗蚀剂的第一容器130a和喷出收容在第一容器130a中的负型抗蚀剂的第一喷墨头122a、收容有正型抗蚀剂的第二容器130b和喷出收容在第二容器130b中的正型抗蚀剂的第二喷墨头122b。须指出的是,收容在第一容器130a中的负型抗蚀剂和收容在第二容器130b中的正型抗蚀剂被调整为给定粘度例如10cPs左右的粘度。
第一喷墨头122a与收容有从第一喷墨头122a的头主体124a的喷嘴形成面127a上形成的喷嘴(第一喷嘴)喷出的负型抗蚀剂的第一容器1 30a连接。此外,第二喷墨头122b与收容有从该第二喷墨头122b的头主体124b的喷嘴形成面127b上形成的喷嘴(第二喷嘴)喷出的正型抗蚀剂的第二容器130b连接。
此外,喷出装置120p的结构与喷出装置120o为同一结构,所以省略说明。
在该实施例2的燃料电池生产线中,进行与实施例1的燃料电池生产线中的处理(参照图3)只是形成气体流道的处理不同的处理,所以下面说明形成气体流道的处理。
首先,在喷出装置120o中,在安放在台128上的基板102的上面,如图16(a)所示,通过第一喷嘴向给定位置喷出收容在第一容器130a中的负型抗蚀剂104a。接着,使台128移动到与第二喷墨头122b相对的位置,通过第二喷嘴把收容在第二容器130b中的正型抗蚀剂104b对给定位置喷出。
接着,通过在未图示的加热装置中,把涂敷负型抗蚀剂104a和正型抗蚀剂104b的基板102加热到给定温度,使负型抗蚀剂104a和正型抗蚀剂104b硬化。接着,在喷出装置120a中,向给定位置喷出负型抗蚀剂104a和正型抗蚀剂104b。然后,通过重复上述的处理,如图16(b)所示,涂敷负型抗蚀剂104a和正型抗蚀剂104b,使正型抗蚀剂104b的截面形成与底面宽度比开口宽度宽的梯形,形成为了形成气体流道而使用的牺牲层104。这里,在牺牲层104的表面上,负型抗蚀剂104a间的间隔比构成形成在牺牲层104上的气体扩散层的物质例如多孔性的碳的粒径窄。
接着,在未图示的洗涤装置中,用显影液把正型抗蚀剂104b溶解,形成气体流道(参照图16(c))。即通过显影液只使正型抗蚀剂104b溶解,将其从基板102上除去,在基板102上只剩下负型抗蚀剂104a。因此,通过硬化的负型抗蚀剂104a,形成与开口宽度相比底面宽度宽的截面梯形的气体流道。
接着,把形成了气体流道的基板102由带式传送机BC11输送到喷出装置120c~120i之间,在喷出装置120c~120i中,分别进行与实施例1的燃料电池生产线的处理同样的处理。
然后,在组装装置160中,如图13所示,通过在基板102上配置形成了第二气体流道的基板102’,完成燃料电池的制造。即把在喷出装置120p中通过与喷出装置120o的处理同样的处理而形成了例如用于供给含氧的第二反应气体的截面梯形的第二气体流道的基板(第二基板)102’,配置在基板102的给定位置,完成燃料电池的制造。
根据实施例2的燃料电池的制造方法,使用喷墨式的喷出装置,形成开口宽度比构成气体扩散层的碳粒子的粒径窄的气体流道。即通过向基板表面上的给定位置分别喷出负型抗蚀剂和正型抗蚀剂,形成牺牲层,在形成的牺牲层中,通过只除去正型抗蚀剂,形成截面梯形的气体流道。因此,能防止构成气体扩散层的碳粒子进入气体流道内,堵塞气体流道。
此外,形成截面梯形的气体流道即开口宽度比构成气体扩散层的碳粒子的粒径窄、底面比开口宽度宽的气体流道。因此,能制造通过气体流道供给的气体量不减少,充分确保供给的反应气体流过的空间的燃料电池。
此外,在上述的实施例2的燃料电池的制造方法中,使用负型抗蚀剂形成气体流道,但是也可以使用UV固化树脂形成气体流道。即通过把UV固化树脂喷出为与图16(c)所示的负型抗蚀剂同样的形状,形成截面梯形的气体流道。此外,例如,可以代替负型抗蚀剂。喷出透明树脂,代替正型抗蚀剂喷出黑墨水。这时,如图16(b)所示,由透明树脂和黑墨水形成牺牲层后,照射光,只烧去黑墨水的部分,由剩下的透明树脂能形成截面梯形的气体流道。
此外,在上述的实施例2的燃料电池的制造方法中,形成截面梯形的气体流道,但是也可以形成开口宽度比构成气体扩散层的碳粒子的粒径窄、底面比开口宽度宽的其他形状的气体流道。例如,也可以形成截面L字形状的气体流道。在截面L字形状的气体流道中,也能防止构成气体扩散层的碳粒子进入气体流道内,并且能供给充分量的反应气体。
下面,说明本发明实施例3的燃料电池的制造方法。图17是表示执行本发明实施例3的燃料电池的制造工序的燃料电池生产线的结构的图。如图17所示,燃料电池生产线由气体流道形成装置214a、214b和喷出装置220a~220g、连接气体流道形成装置214a、喷出装置220a~220g和组装装置260的带式传送机BC21、连接气体流道形成装置214b和组装装置260的带式传送机BC22、驱动带式传送机BC21、BC22的驱动装置258和对燃料电池生产线全体进行控制的控制装置256构成。
气体流道形成装置214a、喷出装置220a~220g沿着带式传送机BC21以给定间隔配置为1列,气体流道形成装置214b沿着带式传送机BC22配置。此外,控制装置256连接在气体流道形成装置214a、214b、各喷出装置220a~220g、驱动装置258和组装装置260上。根据来自控制装置256的控制信号驱动带式传送机BC21,把燃料电池的基板(以下称作“基板”)向气体流道形成装置214a、各喷出装置220a~220g输送,进行气体流道形成装置214a、各喷出装置220a~220g的处理。同样,根据来自控制装置256的控制信号来驱动带式传送机BC22,把基板向气体流道形成装置214b输送,进行该气体流道形成装置214b的处理。此外,在组装装置260,根据来自控制装置256的控制信号,根据通过带式传送机BC21和带式传送机BC22搬入的基板,进行燃料电池的组装。
在该燃料电池生产线中,在气体流道形成装置214a中进行形成气体流道的处理。此外,在喷出装置220a,进行形成集电层的处理,在喷出装置220b进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置220c进行形成反应层的处理。此外,在喷出装置220d进行形成电解质膜的处理,在喷出装置220e进行形成反应层的处理。在喷出装置220f进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置220g进行形成集电层的处理。
此外,在气体流道形成装置214b中,进行用于对基板形成气体流道的处理。此外,在气体流道形成装置214a和喷出装置220a~220g中,对第一基板进行处理时,在气体流道形成装置214b对第二基板进行形成气体流道的处理。
此外,喷出装置220a~220g的结构与实施例1的喷出装置120a为同样的结构(参照图2),所以省略说明,但是在以下说明中,对于喷出装置220a~220g的各结构,使用与在喷出装置120a的说明中对各结构使用的符号相同的符号进行说明。在喷出装置220a~220g中分别具有的容器130中收容有在喷出装置220a~220g中进行的给定处理所必要的喷出物。例如,在喷出装置220a和喷出装置220g的容器130中收容有用于形成集电层的喷出物。另外在喷出装置220b和喷出装置220f的容器130中收容有用于形成气体扩散层的喷出物,在喷出装置220c和喷出装置220e的容器130中收容有用于形成反应层的喷出物,在喷出装置220d的容器130中收容有用于形成电解质膜的喷出物。
下面,参照图18的流程图说明实施例3的使用了气体流道形成装置214a、214b、各喷出装置220a~220g的燃料电池的制造方法。
首先,在基板上形成用于供给反应气体的气体流道(步骤S20)。即首先,如图19(a)所示,例如把矩形平板形状的硅材料的基板(第一基板)202通过带式传送机BC21输送到气体流道形成装置214a。对通过带式传送机BC21输送到气体流道形成装置214a的基板202的表面涂敷树脂204例如光固化性树脂或热固化型树脂(参照图19(b))。并且,在基板202的表面上涂敷未固化状态的低粘度的树脂204例如20mPa·s左右粘度的树脂204。
接着,在树脂204上按压预先形成的气体流道形成模具,通过把气体流道形成模具的形状复制到树脂204上,形成从气体流道的上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽的气体流道。并且,预先用石英玻璃,形成气体流道形成模具。
接着,从气体流道形成模具背面照射光,例如短波长的激光,并利用照射的激光使树脂204固化,把气体流道形成模具的形状复制到树脂204上。即因为树脂204为低粘度,所以在按压气体流道形成模具的状态下,使树脂204固化。然后,树脂204硬化后,取下气体流道形成模具,形成气体流道。此外,在气体流道形成模具中涂敷有剥离剂,以便能容易从硬化的树脂204取下。
这里,可以使用喷出装置形成气体流道。即利用喷出装置在基板202上,把氟酸水溶液涂敷为从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽的形状,而形成所需形状的气体流道。此外,可以利用喷出装置在基板202上,通过把树脂204涂敷为从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽的形状,而形成所需形状的气体流道。
此外,当使用喷出装置形成气体流道时,例如在基板202上直接涂敷树脂204时,重复进行在基板202上涂敷少量的树脂204使其固化并在固化的树脂204上再涂敷树脂204而再次硬化的处理,能形成具有任意截面形状、从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽的气体流道。
图20是表示形成了气体流道的基板的图。图20(a)是表示形成了供给口(从图中箭头所示的方向供给反应气体)变为彼此不同且从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽、并且在最下游部流道宽度再次变窄的气体流道的基板202的图。即交替形成有在基板202的一端部具有用于供给反应气体的供给口、并且在与具有供给口的一端部相对的另一端部具有排出供给的反应气体的排出口的气体流道。须指出的是,在图20(a)所示的基板2上,为了在气体流道内,适当调整反应气体的气体压力,形成从上游一侧向下游一侧,气体流道的流道宽度变为比供给口的宽度窄后,向下游一侧逐渐变宽,在最下游部,流道宽度再次变窄的气体流道。
图20(b)是表示形成了供给口(从图中箭头所示的方向供给反应气体)位于基板202的一端部,从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽,并且在最下游部,流道宽度再次变窄的气体流道的基板202的图。即形成有在基板202的一端部具有用于供给反应气体的供给口,并且在另一端部具有排出反应气体的排出口的气体流道。此外,在图20(b)所示的基板2上,形成有为了调整在气体流道下游一侧下降的反应气体的气体压力,在最下游部,气体流道宽度再次变窄的气体流道。
图20(c)是表示形成了半数供给口(从图中箭头所示的方向供给反应气体)位于基板202的一端部,剩下的半数的气体流道的供给口位于基板202的另一端部,从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽,并且在最下游部,流道宽度再次变窄的气体流道的基板202的图。即形成有:在气体流道中,半数的气体流道在基板202的一端部具有供给口,并且在基板202的另一端部具有排出口,剩下的气体流道在基板202的一端部具有排出口,并且在基板202的另一端部具有供给口的气体流道。此外,在图20(c)所示的基板上,形成了为了调整在气体流道的下游一侧下降的反应气体的气体压力而在最下游部流道宽度再次变窄的气体流道。此外,在步骤S20中形成的气体流道可以是图20所示的任意的气体流道。此外,形成的气体流道的截面形状可以是半圆形、半椭圆形等。
把形成了从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽并且在最下游部流道宽度再度变窄的气体流道的基板202,从气体流道形成装置214a向带式传送机BC21移动,通过带式传送机BC21向喷出装置220a输送。
接着,在基板202上形成用于收集由反应气体反应而产生的电子的集电层(第一集电层)(步骤S21)。即首先,把由带式传送机BC21输送到喷出装置220a的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220a中。在喷出装置220a中,通过喷嘴形成面126的喷嘴向安放在台128上的基板202上喷出收容在容器130内的形成集电层206的材料例如铜等导电性物质。这时,把导电性物质喷出为不妨碍提供给气体流道的反应气体扩散的形状,例如网眼形状,形成集电层206。
图21是形成了集电层206的基板202的端面图。如图21所示,例如通过把铜等导电性物质喷出为网眼形状,形成集电层206。并且,在图21中模式地表示出从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽,并且在最下游部,流道宽度再次变窄的气体流道。此外,在以下的图中,气体流道表示与图21同样的流道。此外,把形成了集电层206的基板202从台128向带式传送机BC21移动,通过带式传送机BC21向喷出装置220b输送。
接着,在步骤S21中形成的集电层206上,形成用于使通过基板202上形成的气体流道供给的反应气体扩散的气体扩散层(第一气体扩散层)(步骤S22)。即首先,把由带式传送机BC21输送到喷出装置220b的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220b中。在喷出装置220b中,通过喷嘴形成面126的喷嘴向集电层206上喷出收容在容器130内的用于形成气体扩散层208的材料例如碳粒子,形成用于使通过气体流道供给的反应气体(第一反应气体)扩散的气体扩散层208。
图22是形成了气体扩散层208的基板202的端面图。如图22所示,例如把也具有作为电极的功能的碳粒子对集电层206上喷出,形成用于使反应气体扩散的气体扩散层208。这里,作为构成气体扩散层208的碳粒子,使用能使通过气体流道供给的反应气体充分扩散程度的大小,并且多孔性的碳。例如,使用直径0.1~1微米左右粒子直径的多孔性的碳。此外,形成了气体扩散层208的基板202从台128向带式传送机BC21移动,通过带式传送机BC21向喷出装置220c输送。
接着,在步骤S22中形成的气体扩散层208上,形成通过形成在基板202上的气体流道供给的反应气体进行反应的反应层(第一反应层)(步骤S23)。即把通过带式传送机BC21输送到喷出装置220c的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220c中。在喷出装置220c中,把载持了粒径数nm~数十nm的催化剂用铂微粒的碳粒子(载持了铂的碳)对气体扩散层208上喷出,形成反应层210。这里,载持着铂微粒的碳使用与构成气体扩散层208的碳粒子同样的碳粒子,即同样的粒径并且多孔性的碳。此外,也可以通过在溶剂中添加分散剂,使铂微粒分散,涂敷在气体扩散层208上后,例如通过在氮气氛中把基板102加热到200℃,除去分散剂,形成反应层210。这时,通过使铂微粒作为催化剂附着在构成气体扩散层208的碳粒子的表面上,形成反应层210。
图23是形成了反应层210的基板2的端面图。如图23所示,通过把载持了作为催化剂的铂微粒的碳涂敷在气体扩散层208上,形成反应层210。此外,在图23中,为了能容易识别反应层210和气体扩散层208,作为反应层210只表示了铂微粒。此外,在以下的图中,反应层为与图23所示的同样。把形成了反应层210的基板202从台128移动到带式传送机BC21,由带式传送机BC21向喷出装置220d输送。
接着,在步骤S23中形成的反应层210上形成离子交换膜等电解质膜(步骤S24)。即首先,把由带式传送机BC21输送到喷出装置220d的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220d内。在喷出装置220d中,把收容在容器130内的用于形成电解质膜的材料例如把包含全氟化碳、磺酸聚合物(例如,Nafion(注册商标))的溶液通过喷嘴形成面126的喷嘴向反应层210喷出,形成电解质膜212。
图24是形成了电解质膜212的基板202的端面图。如图24所示,在反应层210上形成具有给定厚度的电解质膜212。并且,把形成了电解质膜212的基板202从台128移动到带式传送机BC21,由带式传送机BC21向喷出装置220e输送。
接着,在步骤S24中形成的电解质膜212上形成反应层(第二反应层)(步骤S25)。即把由带式传送机BC21输送到喷出装置220e的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220e内。在喷出装置220e中,通过与喷出装置220c中进行的处理同样的处理,喷出载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层210’。
图25是在电解质膜212上形成了反应层210’的基板202的端面图。如图25所示,通过在电解质膜212上涂敷载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层210’。这里,反应层210’是根据第二反应气体例如含氧的反应气体进行反应的层。
接着,在步骤S25中形成的反应层210’上形成用于使反应气体(第二反应气体)扩散的气体扩散层(第二气体扩散层)(步骤S26)。即形成了反应层210’的基板202由带式传送机BC21输送到喷出装置220f,在喷出装置220f,通过与喷出装置220b中进行的处理同样的处理,涂敷给定粒径的多孔性的碳,形成气体扩散层208’。
图26是在反应层210’上形成了气体扩散层208’的基板202的端面图。如图26所示,通过在反应层210’上涂敷多孔性的碳,形成气体扩散层208’。
接着,在步骤S26中形成的气体扩散层208’上形成集电层(第二集电层)(步骤S27)。即把由带式传送机BC21输送到喷出装置220g的基板202安放到台128上,取入到喷出装置220g内,通过与在喷出装置220a进行的处理同样的处理,在气体扩散层208’上形成集电层206’。
图27是在气体扩散层208’上形成了集电层206’的基板202的端面图。如图27所示,通过上述的步骤S27的处理,形成集电层206’。并且,把形成了集电层206’的基板202从台128移动到带式传送机BC21,向组装装置260输送。
接着,通过在步骤S27中形成了集电层的基板(第一基板)上配置形成了气体流道的基板(第二基板),组装燃料电池(步骤S28)。即在组装装置260中,在通过带式传送机BC21搬入的基板202(第一基板)上配置通过带式传送机BC22搬入的基板202’(第二基板),进行燃料电池的组装。这里,在基板202’上,另于上述步骤S20~步骤S27的处理,形成有第二气体流道。即在气体流道形成装置214b中,通过与气体流道形成装置214a中进行的处理同样的处理,形成有第二气体流道。因此,把基板202’配置为形成在基板202上的从上游一侧向下游一侧气体流道逐渐变宽并且在最下游部气体流道再次变窄的气体流道与形成在基板202’上的从上游一侧向下游一侧气体流道逐渐变宽并且在最下游部气体流道再次变窄的气体流道正交。即在图28(a)所示的基板202上配置图28(b)所示的基板202’,使形成在基板202上的气体流道和形成在基板202’上的气体流道正交,进行燃料电池的组装,完成燃料电池的制造。
图29是表示在图28(a)所示的基板202上配置图28(b)所示的基板202’而制造的燃料电池的反应气体流的图。如图29所示,在基板202中,从图中纵向的中心线202a开始,在基板202的右侧和左侧供给的反应气体的流动方向相反。此外,在基板202中,从图中横向的中心线202b开始,在基板202的上方和下方供给的反应气体的流动方向相反。因此,例如气体流道的上游一侧和下游一侧分别位于中心线202a的右侧和左侧,所以能可靠地把提供给反应层的气体量保持均匀。此外,例如能分别恰当地配置供给含氧的第一反应气体的第一反应气体供给装置和供给含氢的第二反应气体的第二反应气体供给装置。
图30是完成的燃料电池的端面图。如图30所示,通过在基板202的给定位置配置形成了第二气体流道的基板202’,完成通过形成在第一基板上的第一气体流道供给第一反应气体,通过形成在第二基板上的第二气体流道供给第二反应气体的燃料电池的制造。
此外,由上述的实施例3的制造方法制造的燃料电池能作为电力供给源组入电子仪器,特别是便携式电子仪器例如移动电话等中。
即根据上述的燃料电池的制造方法,通过形成从上游一侧向下游一侧逐渐变宽的气体流道,能容易地制造反应气体的反应效率提高的小型燃料电池,所以能作为电力供给源组入移动电话等小型电子仪器中。
根据该实施例3的燃料电池,形成有从上游一侧向下游一侧气体流道逐渐变宽,并且在最下游部流道宽度再次变窄的气体流道。因此,能防止气体流道的上游一侧和下游一侧,在提供给反应层的反应气体的气体量上产生偏移,能把在气体流道的上游一侧和下游一侧的气体量均匀的反应气体提供给反应层。
此外,根据上述的实施例3的燃料电池,能在气体流道的上游一侧和下游一侧把提供给反应层的反应气体的气体量保持均匀,所以能有效地使反应层中作为催化剂使用的高价的铂起作用,提高反应气体的反应效率,能提高燃料电池的发电效率。
此外,根据上述的实施例3的燃料电池的制造方法,形成有从上游一侧向下游一侧流道逐渐变宽,并且在最下游部流道宽度再次变窄的气体流道。因此,能制造在气体流道内适当调整反应气体的气体压力,提高发电效率的燃料电池。
此外,在上述的实施例3的燃料电池中,形成有从上游一侧向下游一侧流道逐渐变宽,并且在最下游部流道宽度再次变窄的气体流道,但是也可以形成一直到最下游部流道宽度逐渐变宽的形状的气体流道。
此外,在上述的实施例3的燃料电池的制造方法中,在气体流道形成装置中使用气体流道形成模具形成气体流道,但是也可以不使用气体流道形成模具形成气体流道。例如,使用喷出装置在基板上把抗蚀剂溶液涂敷为给定形状后,通过喷出蚀刻溶液,形成从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽的气体流道。此外,也可以使用喷出装置,通过在基板上涂敷树脂,形成从上游一侧向下游一侧流道宽度逐渐变宽的气体流道。
此外,在上述实施例3的燃料电池的制造方法中,制造小型的燃料电池,但是通过层叠多个燃料电池,可以制造大型的燃料电池。即如图31所示,在制造的燃料电池的基板202’的背面再形成气体流道,在形成了气体流道的基板202’的背面上,与上述的燃料电池的制造方法的制造工序同样,通过形成气体扩散层、反应层、电解质膜等,层叠燃料电池,制造大型的燃料电池。这样制造大型的燃料电池时,例如,能作为电动汽车的电力供给源使用,能提供适当地考虑了地球环境的清洁能量的汽车。
下面,说明本发明实施例4的燃料电池的制造方法。图32是表示执行实施例4的燃料电池的制造工序的燃料电池生产线的结构的图。如图32所示,燃料电池生产线由气体流道形成装置314a、314b和喷出装置320a~320g、连接气体流道形成装置314a、喷出装置320a~320g和组装装置360的带式传送机BC31、连接气体流道形成装置314b和组装装置360的带式传送机BC32、驱动带式传送机BC31、BC32的驱动装置358和进行燃料电池生产线全体的控制的控制装置356构成。
气体流道形成装置314a、喷出装置320a~320g沿着带式传送机BC31以给定间隔配置为1列,气体流道形成装置314b沿着带式传送机BC32配置。此外,控制装置356连接在气体流道形成装置314a、314b、各喷出装置320a~320g、驱动装置358和组装装置360上。根据来自控制装置356的控制信号驱动带式传送机BC31,把燃料电池的基板(以下称作“基板”)向气体流道形成装置314a和各喷出装置320a~320g输送,进行在气体流道形成装置314a和各喷出装置320a~320g的处理。同样,根据来自控制装置356的控制信号驱动带式传送机BC32,把基板向气体流道形成装置314b输送,进行在该气体流道形成装置314b的处理。此外,在组装装置360,根据来自控制装置356的控制信号,根据通过带式传送机BC31和带式传送机BC32搬入的基板,进行燃料电池的组装。
在该燃料电池生产线中,在气体流道形成装置314a中进行形成气体流道的处理。此外,在喷出装置320a,进行形成集电层的处理,在喷出装置320b进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置320c进行形成反应层的处理。此外,在喷出装置320d进行形成电解质膜的处理,在喷出装置320e进行形成反应层的处理。并且,在喷出装置320f进行形成气体扩散层的处理,在喷出装置320g进行形成集电层的处理。
此外,在气体流道形成装置314b中,进行用于对基板形成气体流道的处理。此外,在气体流道形成装置314a和喷出装置320a~320g中,对第一基板进行处理时,在气体流道形成装置314b对第二基板进行形成气体流道的处理。
此外,喷出装置320a~320g的结构与实施例1的喷出装置120a为同样的结构(参照图2),所以省略说明,但是在以下说明中,对于喷出装置320a~320g的各结构,使用与在喷出装置120a的说明中对各结构使用的符号相同的符号进行说明。此外,在喷出装置320a~320g中分别具有的容器130中收容有在各喷出装置320a~320g中进行的给定处理所必要的喷出物。例如,在喷出装置320a和喷出装置320g的容器130中收容有用于形成集电层的喷出物。在喷出装置320b和喷出装置320f的容器130中收容有用于形成气体扩散层的喷出物,在喷出装置320c和喷出装置320e的容器130中收容有用于形成反应层的喷出物,在喷出装置320d的容器130中收容有用于形成电解质膜的喷出物。
下面,参照图33的程序流程图和附图,说明实施例4的使用气体流道形成装置314a、314b、喷出装置320a~320g的燃料电池的制造方法。
首先,在基板上形成用于供给反应气体的气体流道(步骤S30)。即首先,如图34(a)所示,把矩形平板形状的硅材料的基板(第一基板)302利用带式传送机BC31输送到气体流道形成装置314a。对利用带式传送机BC31输送到气体流道形成装置314a的基板302的表面涂敷树脂304例如光固化性树脂或热固化型树脂(参照图34(b))。此外,在基板302的表面上涂敷有未固化状态的低粘度的树脂304例如20mPa·s左右粘度的树脂304。
接着,在树脂304上按压预先形成的气体流道形成模具305(参照图35(a)),通过把气体流道形成模具5的形状复制到树脂304上,形成给定形状的气体流道。即在树脂304上按压用于形成从气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减小的气体流道,例如具有图35(a)所示的曲面的截面形状的截面半圆形的气体流道的气体流道形成模具305。这里,气体流道形成模具305预先由石英玻璃等形成。
接着,从气体流道形成模具305的背面照射光,例如短波长的激光,通过照射的激光使树脂304固化,把气体流道形成模具305的形状复制到树脂304上。即因为树脂304为低粘度,所以在按住气体流道形成模具305的状态下,使树脂304固化。然后,树脂304固化后,取下气体流道形成模具305,形成图35(b)所示的截面半圆形的气体流道。此外,在气体流道形成模具305上,涂敷剥离剂,以便能容易从固化的树脂304取下。
把形成了流道宽度从气体流道的上部向底部逐渐减小的气体流道的基板302从气体流道形成装置314a向带式传送机BC31移动,通过带式传送机BC31向喷出装置320a输送。
接着,在基板302上形成用于收集由反应气体反应而产生的电子的集电层(第一集电层)(步骤S31)。即首先,把由带式传送机BC31输送到喷出装置320a的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320a中。在喷出装置320a中,通过喷嘴形成面126的喷嘴向安放在台128上的基板302上喷出收容在容器130内的形成集电层306的材料例如铜等导电性物质。这时,把导电性物质喷出为不妨碍提供给气体流道的反应气体扩散的形状,例如网眼形状,形成集电层306。
图36是形成了集电层306的基板302的端面图。如图36所示,例如通过把铜等导电性物质喷出为网眼形状,形成集电层306。此外,把形成了集电层306的基板302从台128向带式传送机BC31移动,通过带式传送机BC31向喷出装置320b输送。
接着,在步骤S31中形成的集电层306上,形成用于使通过基板302上形成的气体流道供给的反应气体扩散的气体扩散层(第一气体扩散层)(步骤S32)。即首先,把由带式传送机BC31输送到喷出装置320b的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320b中。在喷出装置320b中,通过喷嘴形成面126的喷嘴向集电层306上喷出收容在容器130内的用于形成气体扩散层308的材料例如碳粒子,形成用于使通过气体流道供给的反应气体(第一反应气体)扩散的气体扩散层308。
图37是形成了气体扩散层308的基板302的端面图。如图37所示,例如把也具有作为电极的功能的碳粒子对集电层306上喷出,形成用于使反应气体扩散的气体扩散层308。这里,作为构成气体扩散层308的碳粒子,使用能充分使通过气体流道供给的反应气体扩散程度的大小,并且多孔性的碳。例如,使用直径0.1~1微米左右粒径的多孔性的碳。此外,把形成了气体扩散层308的基板302从台128向带式传送机BC31移动,通过带式传送机BC31向喷出装置320c输送。
接着,在步骤S32中形成的气体扩散层308上,形成通过形成在基板302上的气体流道供给的反应气体进行反应的反应层(第一反应层)(步骤S33)。即把通过带式传送机BC31输送到喷出装置320c的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320c中。在喷出装置320c中,把收容在容器130内的形成反应层的材料例如载持了粒径数nm~数十nm的催化剂用铂微粒的碳粒子(载持了铂的碳)对气体扩散层308上喷出,形成反应层310。这里,载持着铂微粒的碳使用与构成气体扩散层308的碳粒子同样的碳粒子,即同样的粒径并且多孔性的碳。此外,通过对溶剂添加分散剂,使铂微粒分散,涂敷在气体扩散层308上后,例如通过在氮气氛中把基板302加热到200℃,除去分散剂,形成反应层310。这时,通过使铂微粒作为催化剂附着在构成气体扩散层308的碳粒子的表面上,形成反应层310。
图38是形成了反应层310的基板302的端面图。如图38所示,通过把载持了作为催化剂的铂微粒的碳涂敷在气体扩散层308上,形成反应层310。另外,在图38中,为了能容易识别反应层310和气体扩散层308,作为反应层310只表示了铂微粒。此外,在以下的图中,反应层为与图38所示的同样。把形成了反应层310的基板302从台128移动到带式传送机BC31,由带式传送机BC31向喷出装置320d输送。
接着,在步骤S33中形成的反应层310上形成离子交换膜等电解质膜(步骤S34)。即首先,把由带式传送机BC31输送到喷出装置320d的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320d内。在喷出装置320d中,把收容在容器130内的用于形成电解质膜的材料例如把包含全氟化碳、磺酸聚合物(例如,Nafion(注册商标))的溶液通过喷嘴形成面126的喷嘴向反应层310喷出,形成电解质膜312。
图39是形成了电解质膜312的基板302的端面图。如图39所示,在反应层310上形成具有给定厚度的电解质膜312。此外,把形成了电解质膜312的基板302从台128移动到带式传送机BC31,由带式传送机BC31向喷出装置320e输送。
接着,在步骤S34中形成的电解质膜312上形成反应层(第二反应层)(步骤S35)。即把由带式传送机BC31输送到喷出装置320e的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320e内。在喷出装置320e中,通过与喷出装置320c中进行的处理同样的处理,喷出载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层310’。
图40是在电解质膜312上形成了反应层310’的基板302的端面图。如图40所示,通过在电解质膜312上涂敷载持了作为催化剂的铂微粒的碳,形成反应层310’。这里,反应层310’是根据第二反应气体例如含氧的反应气体进行反应的层。
接着,在步骤S35中形成的反应层310’上形成用于使反应气体(第二反应气体)扩散的气体扩散层(第二气体扩散层)(步骤S36)。即形成了反应层310’的基板302由带式传送机BC31输送到喷出装置320f,在喷出装置320f,通过与喷出装置320b中进行的处理同样的处理,涂敷给定粒径的多孔性的碳,形成气体扩散层308’。
图41是在反应层310’上形成了气体扩散层308’的基板302的端面图。如图41所示,通过在反应层310’上涂敷多孔性的碳,形成气体扩散层308’。
接着,在步骤S36中形成的气体扩散层308’上形成集电层(第二集电层)(步骤S37)。即把由带式传送机BC31输送到喷出装置320g的基板302安放到台128上,取入到喷出装置320g内,通过与在喷出装置320a进行的处理同样的处理,在气体扩散层308’上形成集电层306’。
图42是在气体扩散层308’上形成了集电层306’的基板302的端面图。如图42所示,通过上述的步骤S37的处理,形成集电层306’。须指出的是,把形成集电层306’的基板302从台128移动到带式传送机BC31,向组装装置360输送。
接着,通过在步骤S37中形成了集电层的基板(第一基板)上配置形成了气体流道的基板(第二基板),组装燃料电池(步骤S38)。即在组装装置360中,在通过带式传送机BC31搬入的基板302(第一基板)上配置通过带式传送机BC32搬入的基板302’(第二基板),进行燃料电池的组装。这里,在基板302’上,另于上述的步骤S30~步骤S37,形成第二气体流道。即在气体流道形成装置314b中,通过与在气体流道形成装置314a中进行的处理同样的处理,形成有第二气体流道。因此,把基板202’配置为形成在基板202上的从一方侧面向另一方侧面延伸的截面半圆形状的气体流道和形成在基板302’上的截面半圆形状的气体流道平行,进行燃料电池的组装,完成燃料电池的制造。
图43是完成的燃料电池的端面图。如图43所示,通过在基板302的给定位置配置形成了第二气体流道的基板302’,通过形成在第一基板上的气体流道供给第一反应气体,通过形成在第二基板上的第二气体流道供给第二反应气体的燃料电池的制造结束。此外,在该实施例4中,把基板302’配置为第一气体流道与第二气体流道平行,但是也可以与实施例3同样,把基板302’配置为第一气体流道与第二气体流道正交。
此外,由上述的实施例4的制造方法制造的燃料电池能作为电力供给源组入电子仪器,特别是便携式电子仪器例如移动电话等中。
即根据上述的燃料电池的制造方法,能容易制造通过减少流道阻力提高发电效率的小型燃料电池,所以例如能作为电力供给源组入移动电话等小型电子仪器中。
根据该实施例4的燃料电池,形成有气体流道的流道宽度从气体流道的上部向底部逐渐减小的截面半圆形状的气体流道。因此,不会象截面コ字形状的气体流道那样,反应气体的气体压力引起的应力不会集中在特定的部分,而是在气体流道内分散,所以能有效防止由于气体流道间的壁部折断,而在气体流道中发生损伤。因此,使气体流道间的间隔变窄,高效地对燃料电池内供给反应气体,能使燃料电池的反应效率提高。此外,与截面コ字形状的气体流道相比,气体流道的内壁面和反应气体接触的面积小,所以能减小流道阻力,减轻反应气体的压力损失。
此外,根据上述实施例4的燃料电池的制造方法,通过把预先形成的气体流道形成模具按压在涂敷在基板上的树脂上,形成所需形状的气体流道。因此,通过预先制作气体流道宽度从气体流道上部向低部逐渐减小的形状例如截面半圆形的气体流道形成模具,能容易形成所需形状的气体流道。此外,由于使用预先制作的气体流道形成模具形成气体流道,所以能大批量并且迅速地形成所需形状的气体流道,能提高燃料电池的制造效率。
此外,在上述的实施例4的燃料电池中,形成了截面半圆形的气体流道,但是如果是气体流道宽度从气体流道上部向低部逐渐减小的形状,就可以是任意的形状,例如截面倒三角形状、截面半椭圆形状、气体流道的内壁面变为台阶状的形状。
此外,在实施例4的燃料电池的制造方法中,使用气体流道形成模具形成了气体流道,但是,也可以不使用气体流道形成模具形成气体流道。例如,当形成截面半圆形的气体流道时,可以通过具有各向同性的湿蚀刻,形成气体流道。
此外,在实施例4的燃料电池的制造方法中,使用低粘度的树脂形成气体流道,但是也可以使用高粘度的树脂形成气体流道。这时,在树脂上按压气体流道形成模具,取下气体流道形成模具后,通过照射短波长的激光,使树脂固化,形成气体流道。
此外,在上述的实施例4的燃料电池的制造方法中,通过气体流道形成装置形成气体流道,但是,也可以使用喷出装置形成气体流道。例如,当在基板表面涂敷蚀刻用的溶剂时,通过逐渐减小液滴的大小的方法,形成气体流道宽度从气体流道的上部到底部逐渐减小的气体流道即气体流道的内壁面为台阶状的气体流道。
此外,可以利用喷出装置在基板上涂敷树脂,在气体流道形成装置中,在基板上按压预先制成的气体流道形成模具,通过照射光,形成气体流道。这时,能防止利用喷出装置涂敷在基板上的树脂的密度在形成气体流道的部分低,在形成气体流道的壁部的部分高,对无用的部分涂敷树脂,能节约为了形成气体流道而使用的树脂。
此外,在上述的实施例4的燃料电池的制造方法中,形成在基板上的全部气体流道一次性形成,但是可以分割气体流道来形成。即,使用小型的气体流道形成模具,把形成在基板上的多个气体流道,每次一部分分着形成。这时,因为气体流道形成模具是小型的,所以能使对气体流道形成模具的按压可靠均匀,能以高精度形成所需形状的气体流道。此外,通过使用小型的气体流道形成模具,能使气体流道形成装置小型化,能节省空间并且以低成本构筑燃料电池生产线。
此外,在上述的实施例4的燃料电池的制造方法中,制造了小型的燃料电池,但是也可以通过层叠多个燃料电池,制造大型的燃料电池。即在与图31所示情形同样制造的燃料电池的基板302’的背面再形成气体流道,在形成了气体流道的基板302’的背面上,与上述的燃料电池的制造方法的制造工序同样,通过形成气体扩散层、反应层、电解质膜等,层叠燃料电池,制造大型的燃料电池。这样制造成大型的燃料电池时,例如,能作为电动汽车的电力供给源使用,能提供适当地考虑了地球环境的清洁能量的汽车。
根据本发明的燃料电池,第一气体流道和第二气体流道中的至少任意一方的开口宽度比构成第一气体扩散层和第二气体扩散层的物质的粒径窄。例如,与构成气体扩散层的多孔性的碳粒子粒径相比,气体流道的开口宽度窄,所以能可靠地防止多孔性的碳粒子近入气体流道内,堵塞气体流道。
此外,根据本发明的燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序中的至少任意一方使用喷出装置形成与构成第一气体扩散层和第二气体扩散层的物质的粒径相比,开口宽度窄的气体流道。因此,能以低成本容易地制造防止构成气体流道内的气体扩散层的物质例如多孔性的碳进入气体流道内,堵塞气体流道的燃料电池。
此外,根据本发明的燃料电池,第一气体流道和第二气体流道的至少任意一方的流道宽度从上游一侧向下游一侧逐渐变宽。因此,能在上游一侧和下游一侧把提供给反应层的反应气体的气体量保持均匀。
此外,根据本发明的燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序中的至少任意一方形成流道宽度从上游一侧向下游一侧逐渐变宽的气体流道。因此,能向反应层供给在气体流道上游一侧和下游一侧的气体量均匀的反应气体,并且能容易地制造提高发电效率的燃料电池。
此外,根据本发明的燃料电池,第一气体流道和第二气体流道的至少任意一方的流道宽度从第一气体流道或第二气体流道的上部向底部逐渐减小。即与截面コ字形状的气体流道不同,形成有防止由第一反应气体或第二反应气体的气体压力产生的应力集中在特定部分的气体流道。因此,能防止通过由于气体压力产生的应力,气体流道损伤。此外,与截面コ字形状的气体流道相比,气体流道和反应气体接触的面积小,所以能减少气体流道的管路阻力,能适当减轻反应气体的压力损失。
此外,根据本发明的燃料电池的制造方法,第一气体流道形成工序和第二气体流道形成工序中的至少任意一方形成从第一气体流道或第二气体流道的上部向底部逐渐减小的气体流道。因此,能形成防止在气体流道内由反应气体的气体压力而产生的应力集中在特定的部分,适当防止气体流道损伤的燃料电池。
此外,通过使用气体流道形成模具,能容易并且迅速形成所需形状的气体流道。

Claims (16)

1.一种燃料电池,其特征在于:包括:
形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;
形成在所述第一基板一侧的第一集电层;
形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;
形成在所述第一基板一侧的第一反应层;
形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;
形成在所述第二基板一侧的第二集电层;
形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;
形成在所述第二基板一侧的第二反应层;
形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;
所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的开口宽度比构成所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层的物质的粒径窄。
2.根据权利要求1所述的燃料电池,其特征在于:
所述第一气体流道中,该第一气体流道的底面宽度比所述开口宽度宽,所述第二气体流道中,该第二气体流道的底面宽度比所述开口宽度宽。
3.一种燃料电池的制造方法,包括:
在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;
形成第一集电层的第一集电层形成工序;
形成第一气体扩散层的气体扩散层形成工序;
形成第一反应层的第一反应层形成工序;
形成电解质膜的电解质膜形成工序;
形成第二反应层的第二反应层形成工序;
形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;
形成第二集电层的第二集电层形成工序;
在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方使用喷出装置,形成与构成所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层的物质的粒径相比,开口宽度窄的气体流道。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序形成气体流道的底面宽度比所述开口宽度还宽的第一气体流道;
所述第二气体流道形成工序形成气体流道的底面宽度比所述开口宽度还宽的第二气体流道。
5.一种燃料电池,其特征在于:包括:
形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;
形成在所述第一基板一侧的第一集电层;
形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;
形成在所述第一基板一侧的第一反应层;
形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;
形成在所述第二基板一侧的第二集电层;
形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;
形成在所述第二基板一侧的第二反应层;
形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;
所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度向上游一侧向下游一侧逐渐变宽。
6.根据权利要求5所述的燃料电池,其特征在于:
所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方中,流道宽度在最下游部变窄。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池,其特征在于:
所述第一气体流道中的任意流道,在所述第一基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第一气体流道在所述第一基板的一端部具有排出口,在另一端部具有供给口;
所述第二气体流道中的任意流道,在所述第二基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第二气体流道在所述第二基板的一端部具有排出口,在另一端部具有供给口。
8.一种燃料电池的制造方法,其特征在于:包括:
在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;
形成第一集电层的第一集电层形成工序;
形成第一气体扩散层的第一气体扩散层形成工序;
形成第一反应层的第一反应层形成工序;
形成电解质膜的电解质膜形成工序;
形成第二反应层的第二反应层形成工序;
形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;
形成第二集电层的第二集电层形成工序;
在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从上游一侧向下游一侧,流道宽度逐渐变宽的气体流道。
9.根据权利要求8所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成流道宽度在最下游部变窄的气体流道。
10.根据权利要求8或9所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
在所述第一气体流道形成工序中,形成所述第一气体流道中的任意流道,在所述第一基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第一气体流道在所述第一基板的一端部具有排出口,在另一端部具有供给口的第一气体流道;
在所述第二气体流道形成工序中,形成在所述第二气体流道中的任意流道,在所述第二基板的一端部具有供给口,并且在另一端部具有排出口,剩下的第二气体流道在所述第二基板的一端部具有排出口,在另一端部具有供给口的第二气体流道。
11.根据权利要求8或9所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方使用喷出装置,形成从上游一侧向下游一侧逐渐变宽的气体流道。
12.一种燃料电池,其特征在于:包括:
形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一基板;
形成在所述第一基板一侧的第一集电层;
形成在所述第一基板一侧的第一气体扩散层;
形成在所述第一基板一侧的第一反应层;
形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二基板;
形成在所述第二基板一侧的第二集电层;
形成在所述第二基板一侧的第二气体扩散层;
形成在所述第二基板一侧的第二反应层;
形成在所述第一反应层和所述第二反应层之间的电解质膜;
所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方的流道宽度从该第一气体流道或该第二气体流道的上部向底部逐渐减少。
13.根据权利要求12所述的燃料电池,其特征在于:
所述第一气体流道和所述第二气体流道内的至少任意一方式具有曲面的截面形状。
14.一种燃料电池的制造方法,其特征在于:包括:
在第一基板上形成用于供给第一反应气体的第一气体流道的第一气体流道形成工序;
形成第一集电层的第一集电层形成工序;
形成第一气体扩散层的气体扩散层形成工序;
形成第一反应层的第一反应层形成工序;
形成电解质膜的电解质膜形成工序;
形成第二反应层的第二反应层形成工序;
形成第二气体扩散层的第二气体扩散层形成工序;
形成第二集电层的第二集电层形成工序;
在第二基板上形成用于供给第二反应气体的第二气体流道的第二气体流道形成工序;
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方形成从所述第一气体流道或所述第二气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减少的气体流道。
15.根据权利要求14所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序包含:在所述第一基板表面涂敷气体流道形成用材料的气体流道形成用材料涂敷工序;
对涂敷在所述第一基板上的气体流道形成用材料使用用于形成气体流道的气体流道形成模具,形成从所述第一气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减少的形状的第一气体流道;
所述第二气体流道形成工序包含:在所述第二基板表面涂敷气体流道形成用材料的气体流道形成用材料涂敷工序;
对涂敷在所述第二基板上的气体流道形成用材料使用用于形成气体流道的气体流道形成模具,形成从所述第二气体流道的上部向底部,流道宽度逐渐减少的形状的第二气体流道。
16.根据权利要求14或15所述的燃料电池的制造方法,其特征在于:
所述第一气体流道形成工序和所述第二气体流道形成工序内的至少任意一方截面半圆形状的气体流道。
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