CN1663066A - 燃料电池、燃料电池用电极及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池、燃料电池用电极及它们的制造方法。通过在燃料电池(100)的燃料极(102)(或氧化剂极(108))的基体(104)(或基体(110))粘接燃料极侧集电体(421)(或氧化剂极侧集电体(423))，使燃料极侧集电体(421)(或氧化剂极侧集电体(423))薄型轻量化，从而形成未使用端板或连接部件的结构。另外，向燃料极侧集电体(421)或氧化剂极侧集电体(423)的表面直接供给燃料或氧化剂。由此，本发明能够提供一种用于携带式设备的小型轻量且输出密度高的燃料电池。

Description

燃料电池、燃料电池用电极及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池、燃料电池用电极及它们的制造方法。
背景技术
与近年来的信息化社会的到来一同，个人电脑等电子设备处理的信息量飞跃地增大，随之电子设备消耗的电力也显著增加。特别是在携带式电子设备中，针对伴随处理能力的增加而引起的消耗电力的增加采取对策，成为了当务之急。
现在，在这样的携带式的电子设备中，一般采用锂离子电池作为电源，但锂离子电池的能量密度正接近理论上的极限。因此，存在着为延长携带式电子设备的连续使用时间，必须抑制中央处理器(CPU)的驱动频率，以便降低消耗电力的限制。
基于这种状况，人们进行了通过用能量密度大、热交换率高的燃料电池替代锂离子电池而作为电子设备的电源，以此来大幅度提高携带式电子设备的连续使用时间的试验。
燃料电池一般由燃料极、氧化剂极、以及设在所述两极之间的电解质构成，且通过分别地向燃料极供给燃料、向氧化剂极供给氧化剂，并由电化学反应发电。作为燃料一般使用氢，但近年来也广泛进行以廉价的容易取得的甲醇为原料，通过重整甲醇生成氢的甲醇重整型燃料电池，或将甲醇直接作为燃料使用的直接甲醇固体电解质型燃料电池的开发。
作为燃料在采用氢的情况下，燃料极的反应式如下式(1)。
                                      (1)
在作为燃料使用甲醇的情况下，燃料极的反应式如下式(2)。
                           (2)
此外，在所有的情况下，氧化剂极中的反应式如以下的式(3)。
(3/2)                             (3)
特别是在直接甲醇固体电解质型燃料电池中，由于能够从甲醇水溶液中得到氢离子，不需要具备重整器，因此能够谋求小型化及轻量化，且在携带式的电子设备中的应用时优点显得更加突出。此外，由于以液体的甲醇水溶液作为燃料，因此具有能量密度非常高的特点。
直接甲醇固体电解质型燃料电池，由于单体电池单体的产生电压在1V以下，因此如果要用于携带式电话等携带式设备，则为产生高电压，需要串联连结多个电池单体。汽车用或家庭的固定放置用的燃料电池，一般以在纵向连结各单体的叠加结构形成，但在携带式设备用的直接甲醇固体电解质型燃料电池的情况下，因受携带式设备的厚度的制约，多在平面内连结。
在以往的燃料电池中，将在固体电解质膜的两面分别形成燃料极和氧化剂极的电池单体配置在多数个平面上，在各单体的燃料极和氧化剂极上接触集电体，通过该集电体相互电连接各电池单体。具体是，在各电池最外侧设置燃料极端板及氧化剂极端板，通过利用螺栓和螺母等紧固部件对燃料极及氧化剂极施加一定的压力，将燃料极和氧化剂极电接触到集电体，得到所要求的输出特性。从外部的燃料容器，经由设在燃料极端板上的燃料流入部及排出部，供给或排出燃料。
作为以往的携带式设备用的固体电解质型燃料电池，例如，在特表2000-513480号公报、特开平8-167416号公报、特开平8-162123号公报、特开平8-106915号公报中有记载。图2示出以往的携带式设备用的固体电解质型燃料电池的结构的一例。
图2所示的以往的固体电解质型燃料电池，由燃料极102、氧化剂极108及夹持在燃料极102和氧化剂极108之间的固体电解质膜114构成。
燃料极102，具有基体104、配置在基体104的一方的面上的催化剂层106、配置在基体104的另一方的面上的燃料极侧集电体421。氧化剂极108，具有基体110、配置在基体110的一方的面上的催化剂层112、配置在基体110的另一方的面上的燃料极侧集电体423。
燃料极102和氧化剂极108，以双方的催化剂层106、112经由固体电解质膜114相对的方式配置。通过燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423，输出燃料电池生成的电。
在燃料极侧集电体421上接触地配置燃料极侧端板120，在氧化剂极侧集电体423上接触接触地配置氧化剂极侧端板122，燃料极侧端板120及氧化剂极侧端板122通过由螺栓及螺母构成的紧固部件13相互连结。如此，通过借助紧固部件13，连结燃料极侧端板120及氧化剂极侧端板122，对燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423施加一定的压力，从而使燃料极侧集电体421和基体104、以及氧化剂极侧集电体423和基体110以足够大的机械性密合力接触。
在这种情况下，需要燃料极侧端板120及氧化剂极侧端板122具有足够的刚性，而如果刚性不足，则在通过紧固部件13施加压力时，这些端板120、122就会弯曲。如果端板120、122弯曲，则燃料极侧集电体421、423和基体104、110的之间的机械性接触就会不足，燃料电池的内部电阻也会增大。其结果，没能解决燃料电池的输出低下的问题。
如此，在将端板421、423设在燃料极102及氧化剂极108上、借助螺栓和螺母等紧固部件13充分密合密合燃料极侧集电体421、423和基体104、110的以往的燃料电池中，为减小内部电阻，端板421、423需要具有足够大的刚性。如果各构成部件的压紧不足，则燃料电池的内部电阻就会增加，进而导致燃料电池的输出低下。
例如，当在端板421、423上采用胶木或不锈钢等的情况下，为给端板421、423提供足够的刚性，端板421、423通常需要具有1mm以上的厚度，而这样就无法实现燃料电池薄型化及轻量化。
另一方面，如果使端板421、423薄到0.5mm以下，则端板421、423的刚性就会降低，而当通过紧固部件13相互连结端板421、423时，在端板421、423就会产生弯曲。其结果，燃料电池内部的燃料极、氧化剂极及固体电解质膜相互间的接触压力也会降低，进而导致燃料电池的输出降低。
此外，作为用于携带式设备的燃料电池，例如，特开2001-283892号公报记载了通过在平面内连结单体而构成的燃料电池。该燃料电池，是以图2所示的燃料电池作为电池单体，在同一平面上并列连结多个电池单体而成的。在该燃料电池中，将燃料极和氧化剂极的端板一体化成各一片，用螺栓及螺母相互紧固端板，以确保电池单体的构成要素相互间的电接触。
就这样，在以往的燃料电池中，在由多个电池单体形成燃料电池的情况下，也需要使用端板以及螺栓和螺母等紧固部件，对单体的构成要素相互间进行密合。
然而，在将燃料电池用于携带式设备的情况下，要求薄型化、小型化及轻量化。例如，由于携带式电话轻量化到100g左右，因此燃料电池的重要也需要减轻到以克计量的程度，且薄到以毫米单位计量的程度，但如上所述在以往的燃料电池中如果以小型轻量化为目的，则存在内部电阻增加，输出降低的问题。
如上所述，以往的燃料电池，由于以与燃料极及氧化剂极接触的方式配置了端板，且通过螺栓及螺母等紧固部件，充分密合燃料极及氧化剂极的构成要素相互间，因此存在无法使燃料电池薄型化、轻量化的问题。
此外，如果要通过薄化端板，使以往的燃料电池薄型化、轻量化，则由于燃料电池的各构成部件相互间的密合不足，存在内部电阻增加、输出降低的问题。
特别是在以往的燃料电池中，无法同时满足用于携带式设备的薄型化、小型化及轻量化，以及高输出化的问题。
发明内容
本发明的目的是，针对以往的燃料电池中的所述问题，提供一种输出高且薄型、小型轻量的燃料电池。
此外，本发明的另外的目的是，提供一种为了用于携带式设备等而充分小型化、轻量化、且输出密度高的燃料电池。
根据本发明，提供一种燃料电池用电极，由基体、配置在所述基体的一方的表面上的集电体、配置在所述基体的另一表面上的催化剂层构成，其特征在于：所述集电体和所述基体粘接在一起。
本发明的燃料电池用电极具有粘接基体和集电体的结构。所谓的“粘接”，指的不是基板和集电体例如介于端板及紧固部件连结，而是指基体和集电体处于充分密合的状态。具体地说是指，例如，通过形成在它们的界面上的粘接层粘接、通过焊料粘接、借助对基体和集电体的双方具有亲和性的粘接剂粘接、或通过在它们的界面上形成合金，粘接基体和集电体。此外，也能够通过引起各种化学结合使基体和集电体粘接在一起。
通过粘接基体和集电体，能够良好地保证基体和集电体之间的密合性，从而能够电连接基体和集电体。因此，如果采用本发明的燃料电池用电极，不需要使用以往连结基体和集电体所需的端板及螺栓和螺母等阻碍小型化的部件。因此，如果采用本发明的燃料电池用电极，能够使燃料电池薄型化、小型化及轻量化。
另外，在本发明的燃料电池用电极中，在燃料极或氧化剂极的集电体的外侧，不设置以往所用的端板等阻碍小型化的部件，但能够根据需要适宜设置不阻碍小型化的部件，例如包装部件等。
另外，以往由于采用了端板和紧固部件，因此集电体需要具有不产生弯曲的程度的厚度，但在本发明的燃料电池用电极中，由于不需要使用端板及紧固部件，因此还能够使集电体本身薄型化。
在本发明的燃料电池用电极中，优选基体以碳为主成分。
通过将基体的主成分设定为碳，能够使基体的导电性提高。另外，通过选择构成集电体的材料，由于能够利用金属碳化物的形成而粘接基体和集电体，因此能够更好地进行基体和集电体之间的电接触。
此外，在本发明的燃料电池用电极中，优选集电体包含能够形成碳化物的元素。
这样，在以碳为主成分构成基体的时候，能够提高集电体和基体之间的亲和性。因此，由于能够提高集电体和基体之间的密合性，从而能够提高它们之间的电接触。另外，通过在燃料电池中采用这样的燃料电池用电极，能够提高燃料电池的输出。
在通过形成金属碳化物粘接基体和集电体的情况下，优选集电体包含从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al及C中选择的一种或两种以上的元素。
这样，由于集电体能够在与基体的界面上形成碳化物，从而能够进一步提高基体和集电体之间的密合性。
集电体能够由导电性金属或其合金构成。
由此，能够降低集电体的接触电阻，提高集电效率。因此，在将本燃料电池用电极用于燃料电池时，能够提高其输出。
本发明的燃料电池用电极，优选集电体包含从Au、Ag、Cu、Pt中选择的一种或两种以上的元素。
由于通过集电体包含从Au、Ag、Cu中选择的元素，能够降低集电体的电阻，因此能够使集电体更加薄型化。从而，能够使燃料电池用电极更加薄型化、小型化及轻量化。此外，通过集电体包含从Au、Ag、Pt中选择的元素，由于集电体接近贵金属的性质，因此能够提高集电体的耐蚀性。
在本发明的燃料电池用电极中，集电体能够由金属板或金属网构成。
在作为集电体采用金属板的情况下，优选在金属板上设置向燃料极或氧化剂极的基体导入燃料或氧化剂的导入通路。例如，能够以在表面设有贯通孔的金属板、多孔质金属板、设置有线状孔的金属板，构成导入通路。此外，在作为集电体采用金属网的情况下，例如，能够采用金网格等多孔质金属网等。从而，能够更加促进基体和集电体之间的气体或液体的扩散。另外，由于能够使集电体轻量化，因此在将本燃料电池用电极用于燃料电池的时候，也能够使燃料电池轻量化。
在本发明燃料电池用电极中，优选将集电体的厚度设定在0.05mm以上、1mm以下。
通过将集电体的厚度设定在0.05mm以上，能够有效降低集电体的厚度方向的电阻。此外，通过将集电体的厚度设定在1mm以下，能够使集电体更加薄型化、小型轻量化。从而，如果将具有这样的结构的燃料电池用电极用于燃料电池，能够提高燃料电池的输出，并且能够实现薄型化、小型轻量化。
根据本发明，能够提供一种燃料电池，具有燃料极、氧化剂极、夹持在所述燃料极及所述氧化剂极之间的固体电解质膜，其特征在于：所述燃料极或所述氧化剂极是由所述燃料电池用电极构成的。
本发明的燃料电池，由于分别粘接了燃料极及氧化剂极上的基体和集电体，因此即使不采用端板及紧固部件，也能够良好地维持基体和集电体之间的密合性，以及能够良好地维持基体和集电体之间的电接触。从而，能够使燃料电池更加薄型化、小型轻量化。
本发明的燃料电池能够设定成各种形状。例如，能够形成为平面型的燃料电池或圆筒型的燃料电池。
在本发明的燃料电池中，燃料极由所述燃料电池用电极构成，形成直接向燃料电池用电极的集电体的表面供给燃料的结构。
在构成本发明的燃料电池的燃料极中，在集电体上粘接有基体，在该基体上形成有催化剂层。通过如此的结构，由于即使不采用端板及紧固部件，也能够良好地维持燃料极上的基体和集电体之间的密合性，从而能够良好地维持基体和集电体之间的电接触性。
此外，在本发明的燃料电池中，直接向燃料极的集电体的表面上供给燃料。
可通过例如在燃料极的集电体上设置燃料容器或燃料供给部，直接向燃料极的集电体表面的供给燃料。由此，不经由端板等其它部件，也能够向燃料极的集电体供给燃料。
因此，本发明的燃料电池，由于能够以不通过端板等阻碍小型化的部件的方式，直接向燃料极的集电体的表面上供给燃料，因此能够更加薄型化、小型轻量化，并且输出特性优良。
另外，在以板状构成集电体的情况下，优选设置导入孔。由此，能够从集电体的表面更高效率地供给燃料。此外，在本发明的燃料电池中，能够适宜采用包装部件等不阻碍小型化的部件。
在本发明的燃料电池中，可采用以下结构，即，燃料极由所述燃料电池用电极构成，且与燃料电池用电极的集电体连接地设置用于向燃料极供给燃料的燃料容器或燃料流路。
在构成本发明的燃料电池的燃料极中，由于在集电体上粘接基体，且在该基体上形成催化剂层，因此能良好地维持电接触性。此外，在本发明的燃料电池中，用于向燃料极供给燃料的燃料容器或燃料流路等燃料供给体，以不通过端板等阻碍小型化的因子的方式，与燃料极的集电体的表面连接地设置，并直接向燃料极的集电体的表面供给燃料。因此，可以使本发明的燃料电池更加薄型化、小型轻量化，且使其输出特性优良。
另外，在集电体为板状的情况下，能够在集电体的表面上设置贯通孔或带状的导入通路等。由此，能够从集电体的表面更高效率地收进燃料，导给燃料极的基板。此外，在本发明的燃料电池中，能够适宜采用包装部件等不阻碍燃料电池的小型化的部件。
在本发明的燃料电池中，可采用以下结构，即，氧化剂极由燃料电池用电极构成，并直接向燃料电池用电极的集电体的表面供给氧化剂。
在构成本发明的燃料电池的氧化剂极中，在集电体上粘接基体，且在该基体上形成催化剂层。由此，由于即使不采用端板及紧固部件，也能够良好地维持氧化剂极中的基体和集电体之间的密合性，从而能够良好地维持基体和集电体之间的电接触。此外，在本发明的燃料电池中，直接向氧化剂极的集电体的表面供给氧化剂。此处，所谓直接供给氧化剂，指的是从氧化剂极的集电体的表面直接收取氧化剂气体，不经由端板或隔板等向氧化剂极的集电体供给氧化剂。
因此，本发明的燃料电池，由于能够以不通过端板等阻碍小型化的部件的方式直接向燃料极的集电体的表面上供给氧化剂，因此能够更加薄型化、小型轻量化，并且输出特性优良。
另外，在集电体为板状的情况下，优选在集电体上设置导入孔。由此，能够从集电体的表面更高效率地收取氧化剂。此外，在本发明的燃料电池中，能够适宜采用包装部件等不阻碍小型化的部件。
在本发明的燃料电池中，构成氧化剂极的燃料电池用电极的集电体的表面直接与大气接触。
在构成本发明的燃料电池的氧化极中，由于在集电体上粘接基体，在该基体上形成催化剂层，因此良好地维持了电接触性。因此，能够以不通过端板等阻碍小型化的因子的方式，直接向氧化极的集电体的表面供给大气中的氧化剂。因此，能够使本发明的燃料电池更加薄型化、小型轻量化，并且使其输出特性优良。
在本发明的燃料电池中，优选利用包装部件包装集电体的表面。
在本发明的燃料电池中，由于粘接了燃料极或氧化剂极的基体和集电体，因此能够良好地保证基体和集电体之间的电接触。从而，通过利用包装部件包装集电体的表面，能够形成薄型、小型轻量且输出特性优良的燃料电池，例如，不需要采用端板或紧固部件等阻碍小型化的部件，来确保基体和集电体之间的电接触。
在本发明的燃料电池中，例如，可以向燃料极供给有机液体燃料。
在本发明的燃料电池中，粘接了燃料极或氧化剂极的集电体和基体。因此，即使在需要有机液体燃料的供给容器、供给流路等的情况下，也能够不通过端板等，将其以与燃料极的集电体接触地方式直接设置在供给容器、供给流路等。因此，能够形成更加薄型、小型轻量的燃料电池。
本发明提供一种燃料电池，由通过经由连接电极相互连接相邻的燃料电池单体而形成的多个燃料电池单体构成，其特征在于，燃料电池单体是由所述的燃料电池构成的。
在所述的本发明的燃料电池(燃料电池单体)中，由于粘接了燃料极或氧化剂极的集电体和基体，因此更加薄型化、小型轻量化，并且输出特性优良。通过构成串联或并联多个燃料电池(燃料电池单体)的结构，或者采用串联和并联的组合，构成单一的燃料电池，从而能够提供更加薄型、小型轻量的，并且输出特性优良的燃料电池。
在通过组合多个燃料电池单体形成1个燃料电池的情况下，能够以分别具有固体电解质膜的方式形成各燃料电池单体，但也能够以1个共用的固体电解质膜形成多个燃料电池单体各自上的固体电解质膜。
就这样，通过固体电解质膜共用化，能够谋求组合多个燃料电池单体而形成1个燃料电池时的部件数量的减少及制造工序的简化。
本发明提供一种燃料电池，由圆筒形的燃料容器和多个燃料电池单体构成，其特征在于：燃料电池单体由所述的燃料电池构成；燃料电池单体各个的燃料极配置在燃料容器的外侧表面及内侧表面的一方之上或双方的上面。
该燃料电池，还可以具有连接电极，用于相互连接相互邻接的所述燃料电池单体。
此外，在该燃料电池中，也能够以1个共用的固体电解质膜形成多个燃料电池的固体电解质膜。
本发明提供一种燃料电池用电极的制造方法，其中，所述燃料电池由基体、配置在所述基体的一方的表面上的集电体、配置在所述基体的另一表面上的催化剂层构成，其特征在于，包括：在基体一方的表面上涂敷含有包含固体高分子电解质的粒子及载有催化剂的碳粒子的涂敷液，而形成催化剂层的第1工序；粘接所述基体的另一面和集电体的第2工序。
本发明的燃料电池用电极的制造方法，由于包括粘接基体和集电体的工序，由此能够提高基体和集电体之间的密合性。结果，不需要端板或紧固部件，也能够提高基体和集电体之间的电接触。因此，如果采用本发明的燃料电池用电极的制造方法，能够制造高输出并且薄型、小型轻量的燃料电池。
在本发明的燃料电池用电极的制造方法中，在所述第2工序，可通过热压粘接法粘接所述基体和所述集电体。
例如，在基体包含能形成碳化物的金属，且集电体作为主成分包含碳的情况下，通过热压粘接基体和集电体，能够将其密合。由此，能够提高基体和集电体之间的电接触。
在本发明的燃料电池用电极的制造方法中，所述第2工序能够设定成由通过钎焊粘接所述基体和所述集电体的工序构成。
例如，在基体作为主成分包含碳，且集电体包含难形成碳化物的金属的情况下，通过钎焊粘接基体和集电体，能够使集电体和基体更加密合。由此，能够提高基体和集电体之间的电接触。
在本发明的燃料电池用电极的制造方法中，优选所述第2工序中的钎焊采用含有从Pd、Fe、Ti、Ni、Zr、Cd、Al中选择的一种或两种以上的元素的钎焊材料而进行。
通过采用含有这些元素的钎焊材料，能够更强固地粘接基体和集电体。
在本发明的燃料电池用电极的制造方法中，所述基体作为主成分含有碳，所述集电体包含金属，且所述第2工序设定成由在所述基体和所述集电体之间形成由金属碳化物构成的粘接层的工序构成。
例如，在基体作为主成分包含碳，集电体包含难形成碳化物的金属的情况下，通过在基体和集电体之间设置包含能够形成碳化物的金属的粘接层，使该粘接层具备对基体和集电体的双方的高亲和性，因此能够通过粘接层更加密合基体和集电体。结果，能够提高基体和集电体之间的电接触。
在本发明的燃料电池用电极的制造方法中，粘接层以包含从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al中选择的一种或两种以上元素的方式构成。
这些元素是能够与碳反应形成碳化物的金属。因此，通过设置包含这些元素的粘接层，可以在基体作为主成分含有碳的情况下，进一步提高基体和粘接层之间的亲和力。因此，能够通过粘接层更加密合基体和集电体，进而进一步提高基体和集电体之间的电接触。
本发明提供一种燃料电池的制造方法，包括：利用所述的燃料电池用电极的制造方法而形成燃料电池用电极的工序；通过以对接固体电解质膜和所述燃料电池用电极的状态，压接所述固体电解质膜和所述燃料电池用电极，而粘接所述固体电解质膜和所述燃料电池用电极的工序。
本发明的燃料电池的制造方法由于包括制造燃料电池用电极的工序，因此包括粘接构成燃料极或氧化剂极的基体和集电体的工序。因此，不需要端板或紧固部件等，也能够提高基体和集电体之间的密合性，结果，能够提供一种可制造高输出且薄型、小型轻量的燃料电池的燃料电池制造方法。此外，根据本制造方法，由于不需要进行采用端板等而相互连接基体、集电体及催化剂层的工序，因此能够简化制造工序。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施例的燃料电池的结构的示意性剖面图。
图2是表示以往的一例燃料电池的立体图。
图3是表示本发明的第2实施例的燃料电池的结构的示意性剖面图。
图4是表示本发明的第3实施例的燃料电池的结构的示意性剖面图。
图5是表示本发明的第4实施例的燃料电池的结构的示意性剖面图。
图中：8外部输出端子、9外部输出端子、100燃料电池、101单电池结构、102燃料极、104基体、106催化剂层、108氧化剂极、110基体、112催化剂层、114固体电解质膜、421燃料极侧集电体、423氧化剂极侧集电体、425燃料容器、427单体间连接电极、429密封部件、431包装部件
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的燃料电池用电极及采用它的燃料电池。
(第1实施例)
图1是示意性表示本发明的第1实施例的燃料电池100的单电池结构101的剖面图。
本实施例的燃料电池100可以具有单一的单电池结构，也可以以具备多个单电池结构101的方式构成。
如图1所示，单电池结构101，由燃料极102、氧化剂极108及夹持在燃料极102和氧化剂极108之间的固体电解质膜114构成(燃料极102和氧化剂极108一并称为“催化剂电极”)。
燃料极102，由基体104、配置在基体104的一方的表面上的催化剂层106、配置在基体104的另一方的表面上的燃料极侧集电体421构成。此外，氧化剂极108，由基体110、配置在基体110的一方的表面上的催化剂层112、配置在基体110的另一方的表面上的燃料极侧集电体423构成。
催化剂层106及112，可以包含载有催化剂的碳粒子和固体高分子电解质的微粒。基体104及110的表面还可以进行疏水处理。
本实施例的燃料电池100，除单电池结构101外，还具有燃料容器425和两个外部输出端子8、9。
燃料容器425，以与燃料极102的燃料极侧集电体421连接的方式配置，并向燃料极102供给燃料。向氧化剂极108作为氧化剂供给空气中的氧。
利用燃料电池100所发的电力，经由外部输出端子8、9输出。
在将燃料电池用于携带式设备的情况下，除能量密度或输出密度大的基本性能外，还要求燃料电池小型、薄型并且轻量。因此，在本实施例中，其特征在于，通过在基体104、110上分别粘接成为集电体421、423的导电性材料，使基体104、110和集电体421、423一体化。通过采用这样的结构，成为集电体421、423的导电性材料的厚度在1mm以下、进一步减到0.1mm以下的情况下，集电体421、423也与基体104、110进行良好地接触。因此，能够将单电池结构101的厚度设定成例如1mm以下的薄型结构，且能够使其发挥优良的输出特性。
作为燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423的材质，能够采用金属或碳等导电性物质。
燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423，能够包含从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al及C中选择的一种或两种以上元素。由于这些元素能形成碳化物，因此认为具有与基体104、110之间良好的亲和性。
此外，当在燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423中采用所述元素的碳化物的情况下，优选从碳化物的电阻比较小的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta中选择。
此外，燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423，能够含有例如从Au、Ag、Cu、Pt选择的一种或两种以上元素。由于Au、Ag、Cu的电阻比较低，因此能够更加薄化集电体421、423。此外，由于Au、Ag、Pt是贵金属，因此通过采用这些元素，能够提高集电体的耐蚀性。
作为燃料极侧集电体421或氧化剂极侧集电体423，能够采用形成孔的薄板，以使燃料或空气(特别是氧)通过。例如，能够采用多孔质金属板。此外，也能够用金属网替代薄板。通过采用金属网，由于能够从燃料极侧集电体421或氧化剂极侧集电体423的表面直接供给燃料或氧化剂，从而能够使燃料电池100更加薄型化、小型轻量化。
在作为燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423采用多孔质金属板或金属网的情况下，其孔径能够设定在例如0.1mm以上5mm以下。通过在此范围内选定孔径，能够维持燃料液及燃料气体的良好扩散。
此外，燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423的开孔率(相对于集电体的总表面积的孔的总面积的比例)，例如，能够设定在10％以上。通过将开孔率设定在10％以上，能够维持燃料液体及燃料气体的良好扩散。此外，开孔率优选设定在70％以下。通过将开孔率设定在70％以下，能够维持良好的集电作用。另外，开孔率例如可以设定在30％以上、60％以下。通过在此范围内设定开孔率，能够维持燃料液体及燃料气体的更好的扩散，并且能够维持良好的集电作用。
燃料极侧集电体421及氧化剂极侧集电体423的厚度，例如，能够设定为1mm以下。通过将集电体421、423的厚度设定在1mm以下，能够适当地使单电池结构101薄型轻量化。此外，通过将集电体421、423的厚度设定在0.5mm以下，能够使单电池结构101更加小型轻量化，还能够适合用于携带式设备。例如，可以将集电体421、423的厚度设定在0.1mm以下。
另外，燃料极侧集电体421和氧化剂极侧集电体423，可以由同一物质构成，也可以由不同的物质构成。
作为基体104、110，能够采用碳纸、碳的成型体、碳的烧结体、烧结金属、泡沫金属等多孔性基体。
此外，在基体104、110的疏水处理中，能够采用聚四氟乙烯等疏水剂。
作为燃料极102的催化剂，例如，能够单独或组合采用铂、铑、钯、铱、锇、钌、铼、金、银、镍、钴、锂、镧、锶、钇。
另外，作为氧化剂极108的催化剂，能够采用与燃料极102的催化剂相同的催化剂，能够使用所述举例的物质。另外，燃料极102及氧化剂极108的催化剂，可以相同也可以不相同。
作为载有催化剂的碳粒子，例如，能够采用乙炔炭黑(デンカブラツク(电化学社制：注册商标)、XC72(Vulcan社制)等)、Ketchen炭黑(Ketchen black)、非晶碳、碳纳米管、碳纳米锥。
碳粒子的粒径，例如优选0.01μm以上0.1μm以下，更优选0.02μm以上、0.06μm以下。
在本实施例中，作为燃料极102及氧化剂极108的构成成分的固体高分子电解质，在它们的催化剂电极的表面上，电连接承载有催化剂的碳粒子和固体电解质膜114的同时，具备使有机液体燃料到达催化剂表面的作用，还要求具有氢离子传导性或水移动性。另外，对于作为燃料极102的构成成分的固体高分子电解质，要求甲醇等有机液体燃料的透过性，而对于作为氧化剂极108的构成成分的固体高分子电解质，要求氧透过性。
固体高分子电解质为满足如此的要求，选定氢离子传导性或甲醇等有机液体燃料的透过性优良的材料。具体地说，作为固体高分子电解质优选采用具备磺基、磷酸基等强酸基、或羧基等弱酸基等极性基的有机高分子。作为这样的有机高分子，例如可以采用下列有机高分子。
(1)含有磺基的全氟代碳(ナフイオン(杜邦公司制造)、アシプレツクス(旭化成公司制造)等)
(2)含有羧基的全氟代碳(フレミオンS膜(旭硝子公司制造)等)
(3)聚苯乙烯磺酸共聚物、聚乙烯磺酸共聚物、交联烷基磺酸衍生物、由氟树脂骨架及磺酸构成的含氟高分子等的共聚物
(4)通过共聚合如丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸这样的丙烯酰胺类和如n-丁基甲基丙烯酸酯这样的丙烯酸酯类而得到的共聚物
此外，作为结合有极性基的对象的高分子，也能够采用以下的高分子。
(1)具有氮或羟基的树脂，例如，聚苯并咪唑衍生物、聚苯并衍生物、聚乙烯亚胺交联体、聚硫胺衍生物、聚二乙基氨基乙基聚苯乙烯等置换胺的聚苯乙烯、二乙基氨基乙基聚甲基丙烯酸酯等置换氮的聚丙烯酸酯等
(2)含有羟基的聚丙烯酸树脂，例如，含有硅烷醇的聚硅氧烷、或者羟基乙基聚甲基丙烯酸酯
(3)以对羟基聚苯乙烯为代表的含有羟基的聚苯乙烯树脂
此外，对于所述高分子，也能够导入交联性的置换基，例如，乙烯基、环氧基、丙烯酸基、甲基丙烯酸基、肉桂酸基、羟甲基、叠氮基、萘醌二叠氮基。
作为燃料极102及氧化剂极108中的所述固体高分子电解质，可以采用相同的，也可以采用不相同的。
固体电解质膜114，具有隔开燃料极102和氧化剂极108的同时，使氢离子在两者间移动的作用。因此，固体电解质膜114优选是氢离子的透过性好的膜。此外，优选化学上稳定、机械强度高的膜。
作为构成固体电解质膜114的材料，优选采用具有磺基、磷酸基、膦基、三氢化磷基等强酸基，或羧基等弱酸基等极性基的有机高分子。作为如此的有机高分子，例如，能够采用以下的有机高分子。
(1)磺化聚(4-苯氧基苯酰-1，4-亚苯基)、烷基磺化聚苯并咪唑等含有芳香族的高分子
(2)聚苯乙烯磺酸共聚物、聚乙烯磺酸共聚物、交联烷基磺酸衍生物、由氟树脂骨架及磺酸构成的含氟高分子等的共聚物
(3)通过共聚合如丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸这样的丙烯酰胺类和如n-丁基甲基丙烯酸酯这样的丙烯酸酯类而得到的共聚物
(4)含有磺基的全氟代碳(ナフイオン(杜邦公司制造)、アシプレツクス(旭化成公司制造)等)
(5)含有羧基的全氟代碳(フレミオンS膜(旭硝子公司制造)等)
其中，在选择磺化聚(4-苯氧基苯酰-1，4-亚苯基)、烷基磺化聚苯并咪唑等含有芳香族的高分子的情况下，能够抑制有机液体燃料的透过，并抑制因交叉而降低电池效率。
此外，作为用于本实施例的燃料电池100的燃料，例如，能够采用氢。此外，也能够采用将天然气、石脑油等作为燃料的重整氢。或者，例如也能够直接供给甲醇等液体燃料。此外，作为氧化剂，例如能够采用氧、空气等。
本实施例的燃料电池100的燃料的供给，如图1所示，可借助与燃料极102连接的燃料容器425进行。在与燃料容器425的燃料极侧集电体421接触的面上设置多个孔，且经由这些孔向燃料极侧集电体421供给燃料。
也可以采用以下结构，即，在燃料容器425设置燃料供给口，且根据需要，经由燃料供给口向燃料容器425注入燃料。可以在燃料容器425中蓄积燃料，或者，可以随时向燃料容器425输送燃料。即，燃料的供给不局限于燃料容器425，也可以通过设置燃料供给流路而进行。例如，能够形成从燃料筒向燃料容器425输送燃料的结构。
关于本实施例的燃料极100及作为燃料电池100的构成要素的燃料电池用电极102、108的制造方法，没有特别的限定。以下，说明制造方法的一例。
作为粘接燃料极侧集电体421和基体104以及粘接氧化剂极侧集电体423和基体110的方法，例如，可通过采用高温下的热压接、钎焊、插入粘接层等而进行粘接。
例如，在基体104或基体110作为主成分含有碳、且燃料极侧集电体421或氧化剂极侧集电体423例如含有从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al及C中选择的一种或两种以上元素的情况下，由于这些物质能够形成碳化物，因此通过在摄氏100℃以下的温度下进行热处理，可以粘接基体104或基体110。
此外，在基体104或基体110作为主成分含有碳、且燃料极侧集电体421或氧化剂极侧集电体423例如由Au、Ag、Cu、Pt等贵金属构成的情况下，或者在由碳系材料和化学粘接性弱的材料构成的情况下，通过在基体104、110和集电体421、423的之间设置粘接层，能够提高基体104、110和集电体421、423之间的粘接性。
粘接层例如可将钛或铬等能形成碳化物的金属作为主成分。
作为通过粘接层粘接集电体421、423和基体104、110的方法，可采用以下方法，例如，在集电体421、423和基体104、110的一方或双方的表面上，蒸镀对它们都具有亲和性的金属，且介于蒸镀的金属，使集电体421、423和基体104、110对接、再进行热压接。
这样，通过将成为集电体421、423的导电性金属材料和基体104、110粘接，即使不像图2所示的以往的燃料电池那样，利用端板120、122及紧固部件13施加机械性的压力，也能够在两者之间确保良好的电接触。
此外，也用钎焊粘接方法代替设置粘接层的方法。
用于钎焊的钎焊料，能够含有与用于燃料极侧集电体421或氧化剂极侧集电体423的金属之间具有良好亲和性的物质或含有熔点相对低的金属。作为钎焊料，例如可基于基体104、110和集电体421、423的材质，从Pd、Cu、Fe、Ti、Ni、Zr、Cd、Al或它们的合金中适宜选择。此外，例如，能够根据基体104、110和集电体421、423的材质，从Cu-Ti系、Cu-Ti-Zr系、Ti-Ni系、Ni-Cr-Si系、Ni-Cr-B-Si-Fe系、Pd-Ni-Mn系、Pd-Ni-Cu-Mn系等钎焊料中适宜选择。
如上所述，通过分别粘接燃料极侧集电体421和基体104，以及氧化剂极侧集电体423和基体110，由于即使在集电体421、423的厚度变薄到例如0.1mm以下的情况下，也能够维持基体104、110和集电体421、423之间的良好密合性，因此能够抑制内部电阻的上升。
能够利用一般所用的浸渍法，向碳粒子承载燃料极102及氧化剂极108的催化剂。
接着，在溶剂中分散载有催化剂的碳粒子和固体电解质，形成糊状后，将其涂敷在基体104、110上，然后，通过干燥，从而得到燃料极102及氧化剂极108。
在这里，碳粒子的粒径例如可设定为0.01μm以上1μm以下。催化剂粒子例如可设定在0.05nm以上10nm以下。此外，固体高分子电解质粒子的粒径例如可设定在0.05μm以上1μm以下。碳粒子和固体高分子电解质粒子，例如按重量比在2∶1～40∶1的范围内使用。此外，糊中的水和溶质的重量比例如1∶2～10∶1程度。
关于在基体104、110上涂敷糊的方法，不特别限定，例如，能够采用刷毛涂敷、喷射涂敷或网板印刷等方法。
按大约1μm以上、2mm以下的厚度涂敷糊。在涂敷了糊后，以与使用的氟树脂所对应的加热温度及加热时间加热，制作燃料极102或氧化剂极108。加热温度及加热时间可根据所用的材料适宜选择，例如，加热温度可设定在100℃以上250℃以下，加热时间可设定在30秒以上30分钟以下。
本实施例的固体电解质膜114，能够根据构成固体电解质膜114的材料，选择适宜方法制作。
例如，在由有机高分子材料构成固体电解质膜114的情况下，能够通过在例如由聚四氟乙烯构成的剥离性密封垫的上面浇注在溶剂中溶解或者分散有有机高分子材料的液体，再将其干燥而获得。
通过用燃料极102及氧化剂极108夹持如此得到的固体电解质膜114，然后进行热压接，就能得到催化剂电极—固体电解质膜粘接体。此时，两电极102、108的设置有催化剂的面，接触到固体电解质膜114。
热压的实施温度可根据固体电解质膜114的材料选择，但在由具有软化温度或玻璃化温度的有机高分子构成固体电解质膜114或电极102、108的表面上的固体高分子电解质的情况下，能够设定高于这些有机高分子的软化温度或玻璃化温度的温度。具体是，例如，能够将温度设定在100℃以上、250以下，将压力设定在1kg/cm2以上、100kg/cm2以下，将时间设定在10秒以上、300秒以下。
如此得到的催化剂电极—固体电解质膜粘接体，构成图1所示的单电池结构101。
由此，能够得到将在碳粒子表面上设置有粘接层的载有催化剂的碳粒子用于催化剂电极102、108的燃料电池100。在该燃料电池100中，由于通过在碳粒子表面上设置粘接层，可以使催化剂物质的接触面积增大，且能够抑制催化剂物质之间的凝集，因此可以获得针对高输出、长时间使用的耐性优良的电池特性。
就这样，通过在燃料电池100上利用粘接了集电体421、423和基体104、110的电极102、108，可以使燃料电池100的内部电阻减小，从而能提供输出特性良好的燃料电池100。
此外，由于不采用端板120、122(参照图2)等，就可以使燃料极侧集电体421直接与燃料流路或燃料容器425接触，并供给燃料，因此能够得到更加薄型、小型轻量的燃料电池。
例如，燃料极侧集电体421与燃料流路或燃料容器425，可以通过使用对燃料物质具有耐性的粘接剂等粘接，也可以通过使用螺栓及螺母等紧固部件固定。
在燃料极侧集电体421与燃料流路或燃料容器425进行接触，并例如直接向燃料极侧集电体421的表面整体供给燃料的情况下，优选使燃料极102的平面内的燃料浓度均匀。由此，能够降低燃料极102的平面方向的含水梯度，从而能进一步提高燃料电池100的输出特性。
此外，关于氧化剂极108，由于也不采用端板120、122(参照图2)等，而以直接与氧化剂或大气接触的方式供给氧化剂，因此能够得到更加薄型、小型轻量的燃料电池100。另外，如果是包装部件等不阻碍小型化的部件，氧化剂极108的集电体423可适宜地经由它们而供给氧化剂。
本发明的燃料电池100由于具有轻量、小型且输出高的特点，因此也非常适合用作携带式电话等携带式终端设备用的燃料电池。
(第2实施例)
以多个第1实施例的燃料电池100作为单一的燃料电池单体，并通过相互电连接这些燃料电池单体而将它们组合，就能够形成单一的燃料电池。
图3示出这样的燃料电池的一例。
图3所示的燃料电池150，通过串联连接2个由第1实施例的燃料电池100构成的燃料电池单体而构成。2个燃料电池单体，通过经由连接电极427电连接一方的燃料电池单体的集电体421和另一方的燃料电池单体的集电体423，进行连接。此外，连接电极427利用由电的绝缘体构成的密封部件429密封。
2个燃料电池单体共用地具有单一的燃料容器425。此外，2个燃料电池单体被包装部件431包装。输出端子8、9，设置成从不与连接电极427连接的集电体421、423，穿过包装部件431而突出地延伸。此外，在包装部件431的底面形成有多个开口，且通过该开口，向氧化剂极108供给氧化剂。
图3所示的本实施例的燃料电池150，因为由作为第1实施例的燃料电池100的燃料电池单体构成，因此具有和第1实施例的燃料电池100一样的优点。
另外，在本实施例中，燃料电池150设定成由2个燃料电池单体构成，但也能够由3个以上的燃料电池单体构成。
另外，通过并联或串联、或者通过以并联和串联混合使用的方式配置多个燃料电池单体100，能够得到具备所要求的电压、容量的燃料电池。此外，不仅可以采用平面状排列多个燃料电池单体的结构，而且还可以采用上下方向叠层多个燃料电池单体的结构。
(第3实施例)
图4表示第3实施例。以多个第1实施例的燃料电池100作为单一的燃料电池单体，并通过相互电连接这些燃料电池单体，组合形成本实施例的燃料电池。
在图3所示的燃料电池150中，各燃料电池单体100分别单独具有固体电解质膜114，但在图4所示的第3实施例的燃料电池160中，两个燃料电池单体100，作为共用的固体电解质膜，具备单一的固体电解质膜114。除此点外，本实施例的燃料电池160具有与图3所示的燃料电池150相同的结构。
本实施例的燃料电池160，因为由作为第1实施例的燃料电池100的燃料电池单体构成，因此具有与第1实施例的燃料电池100一样的优点。
另外，与图3所示的第2实施例的燃料电池150相比，由于能够减少固体电解质膜114的数量，因此能够谋求部件数量的减少及制造工序的简化。
(第4实施例)
图5表示第4实施例。以多个第1实施例的燃料电池100作为单一的燃料电池单体，并通过相互电连接这些燃料电池单体，组合形成的本实施例的燃料电池。
在本实施例的燃料电池170中，燃料容器425以圆筒状形成，且在该圆筒状的燃料容器425的外侧表面及内侧表面上，作为燃料电池单体配置有第1实施例的燃料电池100。各燃料电池单体100，以燃料极102位于燃料容器425的表面上的方式配置。
由于本实施例的燃料电池170由作为第1实施例的燃料电池100的燃料电池单体构成，因此具有与第1实施例的燃料电池100相同的优点。
另外，与图3所示的第2实施例的燃料电池150及图4所示的第3实施例的燃料电池160相比，由于能够在更小的空间内配置燃料电池单体100，因此能够提高每单位面积的输出。
另外，在本实施例的燃料电池170中，是在燃料容器425的外侧表面及内侧表面的双方配置了燃料电池单体100，但也可以仅在任何一方的表面上配置燃料电池单体100。
此外，与在图3所示的第2实施例的燃料电池150中一样，在本实施例中也可以经由连接电极427而相互电连接相邻的燃料电池100。
此外，与图4所示的第3实施例的燃料电池160的情况一样，也可以将多个燃料电池单体100的各自的固体电解质膜114作为1个共用的固体电解质膜进行配置。
下面，说明第1实施例的燃料电池100的几个具体例。
[具体例1]
在具体例1中，作为催化剂电极用即燃料极102及氧化剂极108(气体扩散电极)用的碳系材料，采用厚0.19mm的碳纸(Tore公司制造)。
此外，作为成为燃料极102及氧化剂极108的集电体421、423的多孔金属板，采用厚0.3mm的钛板。为使燃料及氧气透过，采用以孔的中心间隔达到1.5mm的方式在该钛板上均匀地设置直径1mm的孔的钛板。此外，为了连接外部输出端子8、9，采用纵横尺寸都比碳纸大5mm的钛板。
通过在以10kg/cm2左右的压力加压的状态下，在10-5Pa、1000℃下热压10分钟，热压粘接该碳纸和钛板。
用扫描型电子显微镜观察了碳纸和钛板的粘接界面的断面，发现均匀地形成厚度10nm左右的反应层。此外，以足够高的强度粘接了碳纸和钛板。
在与钛板粘接的碳纸的表面上，按以下所述方式，形成催化剂层106、112。
首先，作为固体高分子电解质，选择奥尔德利希·化学(AldrichChemical)公司制造的5wt％ナフイコン(Naphyon)醇溶液，以固体高分子电解质量达到0.1～0.4mg/cm3的方式，与n-醋酸丁酯混合搅拌，调制成固体高分子电解质的胶状分散液。
作为燃料极102的催化剂，采用在碳微粒(デンカブラツク，电气化学公司制造)上按重量比50％承载粒径3～5nm的铂—钌合金催化剂的载有催化剂的碳微粒，而且，作为氧化剂极108的催化剂，采用在碳微粒(デンカブラツク，电气化学公司制造)上按重量比50％承载粒径3～5nm的铂催化剂的载有催化剂的碳微粒。
将这样的载有催化剂的碳微粒添加到固体高分子电解质的胶状分散液中，并采用超声波分散器，形成糊状。此时，以按固体高分子电解质和催化剂的重量比达到1∶1的方式混合。用网板印刷法，将该糊按2mg/cm2的密度涂敷在碳纸上后，加热使其干燥，从而制作成燃料电池用电极102、108。
在杜邦公司制造的固体电解质膜ナフイコン112的两面上，以130℃的温度、10kg/cm2的压力的条件进行热压，制作了催化剂电极—固体电解质膜接合体101。
然后，通过在成为该接合体101的燃料极侧集电体421的钛板上，密合燃料容器425，用粘接剂密封周边部，制作了燃料电池单体100。
燃料容器425是铝制的，且在与燃料极侧集电体421接触的面上，以50％的开孔率，均匀地设置直径1mm的孔，并将燃料引入到燃料极102上。
另外，在燃料极侧及氧化剂极侧的钛板上，安装外部输出端子8、9，接受燃料电池100的输出。
在该燃料电池100的燃料极102上，与燃料极侧集电体421的表面接触地设置用于供给燃料的燃料容器425或燃料流路，从而能将燃料直接供给到燃料极102的集电体421的表面。此外，由于氧化剂极108的集电体423的表面直接与大气接触，因此在氧化剂极侧集电体423的表面，氧化剂能够直接向氧化剂极108的集电体423的表面供给。
本具体例的燃料电池，通过作为燃料极102及氧化剂极108的基体104、110与集电体421、423之间的连结方法而采用粘接法，可以在不用端板120、122(参照图2)及螺栓和螺母13等进行连结的情况下，也能够对它们进行密合。因此，不使用端板120、122，也能够形成直接向各自的催化剂电极102、108的集电体421、423的表面供给燃料及氧化剂的结构。从而，能够将燃料电池100设定成更薄、更轻量的燃料电池。
作为燃料，向燃料极102供给10v/v％的甲醇水溶液，向氧化剂极108供给氧。
如果在燃料容器425中装入液体燃料，则液体燃料通过燃料容器425及钛制的燃料极侧集电体421的孔，进而浸透燃料极102的基体104，并供给给燃料极104的催化剂层106。此外，在氧化剂极108中，空气中的氧经由钛制的氧化剂极侧集电体423的孔、氧化剂极108的基体110，供给给氧化剂极108的催化剂层112。
燃料及氧化剂的流速，分别设定为5ml/min及50ml/min。
在1个大气压、25℃的室温条件下测定该燃料电池100的输出，则在100mA/cm2的电流下，得到了0.4V的输出。
此外，作为外包装体采用铝制层压薄膜包装本具体例的燃料电池，制作了2个串联连接的燃料电池。作为该燃料电池的输出，在100mA/cm2的电流下，得到了0.8V的输出。
就这样，即使在以多个第1实施例的燃料电池100作为单一的燃料电池单体，并相互电连接这些燃料电池单体而组合形成的燃料电池中，也维持了高的输出特性。此外，该燃料电池可实现薄型、小型轻量。
[比较例1]
作为比较例，用与具体例1相同的方法制作了没设置集电体421、423的催化剂电极—固体电解质膜接合体101。采用该催化剂电极—固体电解质膜接合体101，采用与以往的燃料电池相同的方式，即如图2所示，通过用螺栓及螺母13连结燃料极102及氧化剂极108的端板120、122而施加压力，制作了能够电接触的燃料电池单体。接着，在与具体例1相同的条件下，评价了其输出特性。作为端板120、122，采用了厚度1mm的SUS304及厚度0.3mm的SUS304。
其结果，在端板120、122的厚度为1mm的情况下，在一个大气压、25℃的室温条件下，并以100mA/cm2的电流，得到了0.36V的输出，在厚度为0.3mm的情况下，以100mA/cm2的电流，得到了0.2V的输出。
在采用厚0.3mm的端板120、122的情况下，由于端板120、122的刚性不足，因此在用螺栓连结端板120、122的时候，端板120、122弯曲了。因此认为，是因端板120、122和燃料极102及氧化剂极108的电接触不足，增加接触电阻，从而导致燃料电池单体100的输出降低的。
从具体例1及比较例1之间的比较得出，通过粘接碳纸和集电体421、423，可以在作为集电体421、423的钛板即使薄化到0.3mm的情况下，也能够得到基体和集电体之间的良好的电接触，从而提高了燃料电池100的输出。
此外，在具体例1的燃料电池中，由于不需要采用端板120、122及螺栓和螺母等紧固部件13，因此能够使燃料电池100薄型化、小型化及轻量化。
[具体例2]
作为催化剂电极即燃料极102及氧化剂极108(气体扩散电极)用的碳系材料，采用厚0.19mm的碳纸(Tore公司制造)。
此外，作为成为燃料极102及氧化剂极108的集电体421、423的多孔金属板，采用厚0.4mm的镍板。为使燃料及氧气透过，使用了具有以下特征的镍板，即，以孔的中心间隔达到1.5mm的方式在镍板上均匀地设置有直径1mm的孔的镍板。此时，为了连接外部输出端子8、9，采用纵横尺寸都比碳纸大3mm的镍板。
此外，作为钎焊料，准备了通过在100g钯粉末中添加醇系溶剂10ml而形成糊状的钎焊料。
在镍板的表面涂敷厚10μm左右的该钎焊料，在其上面重叠碳纸。将得到的叠层物装入真空加热炉。真空度设定在10-3Pa以下，在1200℃的温度下保温2小时后，在炉内自然冷却，从而粘接镍板和碳纸。结果，以足够高的强度粘接了碳纸和镍板。
在与镍板粘接的碳纸上，与具体例1同样，通过形成燃料极102及氧化剂极108的催化剂层106、112，制作了燃料电池用电极102、108。
在杜邦公司制造的固体电解质膜ナフイコン112的两面上，用130℃的温度、10kg/cm2的压力，热压该电极102、108，制作了催化剂电极—固体电解质膜接合体101。
然后，通过在成为该接合体101的燃料极102的集电体421的镍板上，密合燃料容器425，用粘接剂密封周边部，制作了燃料电池单体100。作为燃料容器425，与具体例1相同。
然后，在燃料极102及氧化剂极108侧的镍板上，安装外部输出端子8、9，接收燃料电池100的输出。
本具体例的燃料电池，具有与具体例1相同的结构，且在燃料极102上，以与燃料极侧集电体421的表面接触方式设置用于供给燃料的燃料容器425或燃料流路，从而使燃料直接供给到燃料极102的集电体421的表面。此外，由于氧化剂极108的集电体423的表面直接与大气接触，从而能够直接向氧化剂极108的集电体423的表面供给氧化剂。
如果在燃料容器425中装入液体燃料，则液体燃料通过燃料容器425及镍制的燃料极侧集电体421的孔，进而向燃料极102的基体104浸透，供给给燃料极催化剂层106。此外，在氧化剂极108中，空气中的氧通过镍制的氧化剂极侧集电体423的孔、以及氧化剂极108的基体110，供给至氧化剂极108的催化剂层112。
在与具体例1相同的条件下，测定了具体例2的燃料电池100的输出，得到了0.43V的输出。
[具体例3]
作为催化剂电极即燃料极102及氧化剂极108(气体扩散电极)用的碳系材料，采用厚0.19mm的碳纸(Tore公司制造)。
此外，作为成为燃料极102及氧化剂极108的集电体421、423的导电性金属材料，采用厚0.07mm的金网格。网格尺寸为100目。
在该金网格的表面上，以10nm左右的厚度蒸镀钛。此时，为了连接外部输出端子8、9，采用纵横尺寸都比碳纸大3mm的金网格。
将该金网格与碳纸重叠，在真空加热炉中施加10kg/cm2的压力，真空排气到10-3Pa以下。然后，在700℃的温度下保温2小时后，通过在炉内自然冷却，粘接金网格和碳纸。结果，以足够高的强度粘接了碳纸和金网格。
在与金网格粘接的碳纸上，与具体例1同样，通过形成燃料极102及氧化剂极108的催化剂层106、112，制作了燃料电池用电极102、108。
在杜邦公司制造的固体电解质膜ナフイコン112的两面上，用130℃的温度、10kg/cm2的压力，热压该电极，制作了催化剂电极—固体电解质膜接合体101。
然后，通过在成为该接合体101的燃料极侧集电体421的金网格上，密合燃料容器425，用粘接剂密封周边部，制作了燃料电池单体100。关于燃料容器425，与具体例1相同。
然后，在燃料极102及氧化剂极108侧的金网格上安装外部输出端子8、9，接收燃料电池100的输出。
本具体例的燃料电池，具有与具体例1相同的结构，在燃料极102上以与燃料极侧集电体421的表面接触的方式设置用于供给燃料的燃料容器425或燃料流路，从而将燃料直接供给到燃料极102的集电体421的表面。此外，由于氧化剂极108的集电体423的表面直接与大气接触，因此能够直接向氧化剂极108的集电体423的表面供给氧化剂。
如果在燃料容器425中装入液体燃料，则液体燃料就会通过燃料容器425及金网格制的燃料极侧集电体421的孔，进而向燃料极102的基体104浸透，供给给燃料极102的催化剂层106。此外，在氧化剂极108中，空气中的氧经由金网格制的氧化剂极集电体423的孔、氧化剂极108的基体110，供给给氧化剂极108的催化剂层112。
在与具体例1相同的条件下，测定了该燃料电池100的输出，得到了0.42V的输出。
由以上的具体例及比较例得知，通过采用具有薄型的集电体421、423的催化剂电极102、108，可以不需要端板120、122或紧固部件13，也能够实现燃料电池100的小型轻量化。另外还确认了，本具体例的燃料电池不仅能够小型轻量化，还能够进行比采用端板120、122或紧固部件13的燃料电池高的输出。
如上所述，根据本发明，可通过粘接催化剂极的基体和集电体，就能够进行集电体的薄型轻量化，并且由于不需要使用端板，因此能够进一步使燃料电池薄型、小型轻量化，并使其达到高的输出。
因此，根据本发明，通过粘接催化剂极的基体和集电体，能够获得高输出化且薄型、小型轻量化的燃料电池。
此外，在本发明中，通过采用直接向燃料极侧集电体或氧化剂极侧集电体供给燃料或氧化剂的结构，实现了对用于携带式终端机等足够小型轻量化且高输出密度化了的燃料电池。

Claims (26)

1.一种燃料电池用电极，由基体、配置在所述基体的一方的表面上的集电体、配置在所述基体的另一表面上的催化剂层构成，其特征在于：
所述集电体和所述基体是粘接的。
2.如权利要求1所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述基体以碳作为主成分。
3.如权利要求2所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述集电体包含能形成碳化物的元素。
4.如权利要求3所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述集电体包含从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al及C中选择的一种或两种以上的元素。
5.如权利要求1或2所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述集电体包含从Au、Ag、Cu、Pt中选择的一种或两种以上的元素。
6.如权利要求1～3中任何一项所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述集电体由金属板或金属网构成。
7.如权利要求1～6中任何一项所述的燃料电池用电极，其特征在于：
所述集电体的厚度在0.05mm以上、1mm以下。
8.一种燃料电池，具有燃料极、氧化剂极、夹持在所述燃料极及所述氧化剂极之间的固体电解质膜，其特征在于：
所述燃料极或所述氧化剂极，是由权利要求1～7中任何一项所述的燃料电池用电极构成的。
9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：
所述燃料极由所述燃料电池用电极构成，且向所述燃料电池用电极的集电体的表面直接供给燃料。
10.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：
所述燃料极由所述燃料电池用电极构成，且用于向所述燃料极供给燃料的燃料容器或燃料流路，以接触的方式设置在所述燃料电池用电极的集电体的表面上。
11.如权利要求8～10中任何一项所述的燃料电池，其特征在于：
所述氧化剂极由所述燃料电池用电极构成，且向所述燃料电池用电极的集电体的表面直接供给氧化剂。
12.如权利要求8～11中任何一项所述的燃料电池，其特征在于：
构成所述氧化剂极的所述燃料电池用电极的集电体的表面，直接与大气接触。
13.如权利要求8～11中任何一项所述的燃料电池，其特征在于：
所述集电体的表面由包装部件包装。
14.如权利要求8～13中任何一项所述的燃料电池，其特征在于：
向所述燃料极供给有机液体燃料。
15.一种燃料电池，由通过经由连接电极相互连接相邻的燃料电池单体而形成的多个燃料电池单体构成，其特征在于：
所述燃料电池单体是由权利要求8～14中任何一项所述的燃料电池构成的。
16.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于：
所述多个燃料电池单体的各自的固体电解质膜，以1个共用的固体电解质膜形成。
17.一种燃料电池，由圆筒形的燃料容器和多个燃料电池单体构成，其特征在于：
所述燃料电池单体，由权利要求8、以及11～14中的任何一项所述的燃料电池构成；
所述燃料电池单体各自的所述燃料极，配置在所述燃料容器的外侧表面及内侧表面的至少任何一方的上面。
18.如权利要求17所述的燃料电池，其特征在于：
还具备相互连接相互邻接的所述燃料电池单体的连接电极。
19.如权利要求17或18所述的燃料电池，其特征在于：
所述多个燃料电池单体的各自上的固体电解质膜，以1个共用的固体电解质膜形成。
20.一种燃料电池用电极的制造方法，其中，燃料电池用电极由基体、配置在所述基体的一方的表面上的集电体、配置在所述基体的另一表面上的催化剂层构成，其特征在于：包括：
第1工序，在基体一方的面上涂敷含有包含固体高分子电解质的粒子及载有催化剂的碳粒子的涂敷液，形成催化剂层；
第2工序，将所述基体的另一面与集电体进行粘接。
21.如权利要求20所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于：
所述第2工序，是由通过热压接所述基体和所述集电体的工序构成的。
22.如权利要求20所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于：
所述第2工序，是由通过钎焊接合所述基体和所述集电体的工序构成的。
23.如权利要求22所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于：
所述第2工序中的钎焊，采用含有从Pd、Fe、Ti、Ni、Zr、Cd、Al中选择的一种或两种以上的元素的钎焊材料进行。
24.如权利要求20所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于：
所述基体作为主成分含有碳；
所述集电体包含金属；
所述第2工序，是由在所述基体和所述集电体之间形成由金属碳化物构成的粘接层的工序构成的。
25.如权利要求24所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于：
所述粘接层，包含从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Al中选择的一种或两种以上的元素。
26.一种燃料电池的制造方法，包括：
利用如权利要求20～25中任何一项所述的燃料电池用电极的制造方法，形成燃料电池用电极的工序；
在对接固体电解质膜和所述燃料电池用电极的状态下，压接所述固体电解质膜和所述燃料电池用电极，从而接合所述固体电解质膜和所述燃料电池用电极的工序。
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