JP2001236970A - 超小形燃料電池 - Google Patents
超小形燃料電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池を超小形化すること。
【解決手段】 Ｓｉ基板２の一方表面にボロンを拡散
し、他方表面からＳｉ基板２をエッチングし、不純物拡
散層１２を露出させる。不純物拡散層１２の上に、第１
電極１８、固体電解質１９および第２電極２０から成る
電解質部材５を積層して形成する。その不純物拡散層１
２をエッチングによって除去する。Ｓｉから成る第１カ
バー部材３と、Ｓｉから成る第２カバー部材４とを、Ｓ
ｉ基板２の両側で直接接合する。
し、他方表面からＳｉ基板２をエッチングし、不純物拡
散層１２を露出させる。不純物拡散層１２の上に、第１
電極１８、固体電解質１９および第２電極２０から成る
電解質部材５を積層して形成する。その不純物拡散層１
２をエッチングによって除去する。Ｓｉから成る第１カ
バー部材３と、Ｓｉから成る第２カバー部材４とを、Ｓ
ｉ基板２の両側で直接接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超小形燃料電池に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、化学反応、すなわち燃焼反
応の自由エネルギを直接に電池エネルギに変換するの
で、変換効率が原理的には高いという利点があるけれど
も、運転温度は比較的高く、たとえば６００〜１０００
℃であり、そのため全体の構成が大形化するという問題
がある。したがって、燃料電池を、たとえば携帯電話器
などの電源として用いることが困難である。
応の自由エネルギを直接に電池エネルギに変換するの
で、変換効率が原理的には高いという利点があるけれど
も、運転温度は比較的高く、たとえば６００〜１０００
℃であり、そのため全体の構成が大形化するという問題
がある。したがって、燃料電池を、たとえば携帯電話器
などの電源として用いることが困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、運転
温度を低くすることができるようにし、超小形化を図る
ことができるようにした超小形燃料電池を提供すること
である。
温度を低くすることができるようにし、超小形化を図る
ことができるようにした超小形燃料電池を提供すること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、透孔８を有す
るＳｉ基板２と、Ｓｉ基板の厚み方向の一方表面に、透
孔を閉塞して固定され、ガスを透過する一対の電極によ
って電解質がサンドイッチされて構成される電解質部材
５と、Ｓｉから成り、電解質部材を収納して第１空間を
形成する凹所を有し、Ｓｉの前記一方表面に直接接合さ
れる第１カバー部材３と、Ｓｉから成り、透孔を覆って
第２空間を形成し、Ｓｉ基板の厚み方向の他方表面に直
接接合される第２カバー部材４とを含むことを特徴とす
る超小形燃料電池である。
るＳｉ基板２と、Ｓｉ基板の厚み方向の一方表面に、透
孔を閉塞して固定され、ガスを透過する一対の電極によ
って電解質がサンドイッチされて構成される電解質部材
５と、Ｓｉから成り、電解質部材を収納して第１空間を
形成する凹所を有し、Ｓｉの前記一方表面に直接接合さ
れる第１カバー部材３と、Ｓｉから成り、透孔を覆って
第２空間を形成し、Ｓｉ基板の厚み方向の他方表面に直
接接合される第２カバー部材４とを含むことを特徴とす
る超小形燃料電池である。
【０００５】本発明に従えば、透孔８を形成したＳｉ基
板の一方表面に電解質部材を固定し、この一方表面に、
第１カバー部材をたとえば１０００℃で直接接合（Sili
conFusion Bonding）し、またＳｉ基板の他方表面の第
２カバー部材を直接接合する。この構造体をケーシング
１０に入れて超小形燃料電池となる。このような超小形
燃料電池の全体の外形は、たとえば縦３ｃｍ×横３ｃｍ
×厚み１ｃｍであってもよい。
板の一方表面に電解質部材を固定し、この一方表面に、
第１カバー部材をたとえば１０００℃で直接接合（Sili
conFusion Bonding）し、またＳｉ基板の他方表面の第
２カバー部材を直接接合する。この構造体をケーシング
１０に入れて超小形燃料電池となる。このような超小形
燃料電池の全体の外形は、たとえば縦３ｃｍ×横３ｃｍ
×厚み１ｃｍであってもよい。
【０００６】電解質を薄く形成することによって、活物
質であるガス燃料たとえばＯ2ガスの負イオンのイオン
伝導が向上され、できるだけ低い温度、たとえば４００
〜５００℃で、できるだけ大きい電気エネルギを取出す
ことができるようになる。電解質の厚みは、たとえば１
μｍであってもよい。Ｓｉ基板と第１カバー部材と第２
カバー部材とは、いずれもＳｉから成り、直接接合さ
れ、すなわち大きな力で相互の近接方向に押圧されて共
有結合固着される。電解質として固体高分子を用いる場
合は、接着用材料を挿入して低温で固着してもよい。し
たがって、製造が容易であるとともに、運転温度でガス
燃料の漏洩などが生じるおそれはない。
質であるガス燃料たとえばＯ2ガスの負イオンのイオン
伝導が向上され、できるだけ低い温度、たとえば４００
〜５００℃で、できるだけ大きい電気エネルギを取出す
ことができるようになる。電解質の厚みは、たとえば１
μｍであってもよい。Ｓｉ基板と第１カバー部材と第２
カバー部材とは、いずれもＳｉから成り、直接接合さ
れ、すなわち大きな力で相互の近接方向に押圧されて共
有結合固着される。電解質として固体高分子を用いる場
合は、接着用材料を挿入して低温で固着してもよい。し
たがって、製造が容易であるとともに、運転温度でガス
燃料の漏洩などが生じるおそれはない。
【０００７】Ｓｉ基板と、第１カバー部材と、第２カバ
ー部材とは、半導体エッチング技術を用いて製造するこ
とができ、したがって製造が容易であるとともに、超小
形化が可能である。電解質部材を構成する一対の電極と
電解質もまた、半導体の技術分野において実施されてい
るスパッタリングなどの薄膜形成技術を用いて製造する
ことができ、したがって製造が容易であり、また超小形
化が可能であるという優れた効果が達成される。
ー部材とは、半導体エッチング技術を用いて製造するこ
とができ、したがって製造が容易であるとともに、超小
形化が可能である。電解質部材を構成する一対の電極と
電解質もまた、半導体の技術分野において実施されてい
るスパッタリングなどの薄膜形成技術を用いて製造する
ことができ、したがって製造が容易であり、また超小形
化が可能であるという優れた効果が達成される。
【０００８】また本発明は、電解質は、固体電解質また
は固体高分子を含むことを特徴とする。
は固体高分子を含むことを特徴とする。
【０００９】本発明に従えば、固体電解質は、たとえば
Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2（イットリア安定化ジルコニア、略称
ＹＳＺ）であってもよく、固体高分子は、イオン交換膜
を含む構成であってもよい。
Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2（イットリア安定化ジルコニア、略称
ＹＳＺ）であってもよく、固体高分子は、イオン交換膜
を含む構成であってもよい。
【００１０】また本発明は、電解質部材は、複数の凹凸
を有することを特徴とする。本発明に従えば、図６およ
び図７に関連して後述されるように、電解質部材の表面
に複数の凹凸を形成し、表面積を増大し、これによって
小形であっても出力を大きくすることができる。
を有することを特徴とする。本発明に従えば、図６およ
び図７に関連して後述されるように、電解質部材の表面
に複数の凹凸を形成し、表面積を増大し、これによって
小形であっても出力を大きくすることができる。
【００１１】また本発明は、第１または第２空間のいず
れか少なくとも一方には、活物質であるガス燃料と反応
して発熱する補助ガスを供給して運転温度を得ることを
特徴とする。
れか少なくとも一方には、活物質であるガス燃料と反応
して発熱する補助ガスを供給して運転温度を得ることを
特徴とする。
【００１２】本発明に従えば、電解質を運転温度に保つ
ために、第１または第２空間のいずれか少なくとも一
方、または両者には活物質であるガス燃料とともに、そ
のほか、補助ガスを供給して運転温度を得ることができ
る。この補助ガスは、ガス燃料がＯ2ガスであるとき、
Ｈ2ガスであってもよく、こうしてガス燃料と補助ガス
との反応による運転温度の発熱のために余分に、ガス燃
料と補助ガスとを供給すればよい。
ために、第１または第２空間のいずれか少なくとも一
方、または両者には活物質であるガス燃料とともに、そ
のほか、補助ガスを供給して運転温度を得ることができ
る。この補助ガスは、ガス燃料がＯ2ガスであるとき、
Ｈ2ガスであってもよく、こうしてガス燃料と補助ガス
との反応による運転温度の発熱のために余分に、ガス燃
料と補助ガスとを供給すればよい。
【００１３】また本発明は、Ｓｉ基板の厚み方向の一方
表面に不純物拡散層を形成し、他方表面には、不純物拡
散層を形成せず、前記他方表面から不純物拡散層が露出
するようにＳｉ基板をエッチングし、不純物拡散層のＳ
ｉ基板とは反対側の表面に、ガスを透過する第１電極、
電解質およびガスを透過する第２電極をこの順序で積層
して電解質部材を形成し、不純物拡散層をエッチング
し、前記露出した不純物拡散層を、エッチングし、Ｓｉ
から成り、電解質部材を収納して覆う凹所を有する第１
カバー部材を、前記一方表面に直接接合し、Ｓｉから成
り、Ｓｉ基板の電解質部材が臨む透孔を覆う第２カバー
部材をＳｉ基板の他方表面に直接接合することを特徴と
する超小形燃料電池の製造方法である。
表面に不純物拡散層を形成し、他方表面には、不純物拡
散層を形成せず、前記他方表面から不純物拡散層が露出
するようにＳｉ基板をエッチングし、不純物拡散層のＳ
ｉ基板とは反対側の表面に、ガスを透過する第１電極、
電解質およびガスを透過する第２電極をこの順序で積層
して電解質部材を形成し、不純物拡散層をエッチング
し、前記露出した不純物拡散層を、エッチングし、Ｓｉ
から成り、電解質部材を収納して覆う凹所を有する第１
カバー部材を、前記一方表面に直接接合し、Ｓｉから成
り、Ｓｉ基板の電解質部材が臨む透孔を覆う第２カバー
部材をＳｉ基板の他方表面に直接接合することを特徴と
する超小形燃料電池の製造方法である。
【００１４】また本発明は、Ｓｉ基板の厚み方向の一方
表面にＳｉＯ2層を形成し、他方表面には、ＳｉＯ2層を
形成せず、前記他方表面からＳｉＯ2層が露出するよう
にＳｉ基板をエッチングし、ＳｉＯ2層のＳｉ基板とは
反対側の表面に、ガスを透過する第１電極、電解質およ
びガスを透過する第２電極をこの順序で積層して電解質
部材を形成し、ＳｉＯ2層をエッチングし、前記露出し
たＳｉＯ2層を、エッチングし、Ｓｉから成り、電解質
部材を収納して覆う凹所を有する第１カバー部材を、前
記一方表面に直接接合し、Ｓｉから成り、Ｓｉ基板の電
解質部材が臨む透孔を覆う第２カバー部材をＳｉ基板の
他方表面に直接接合することを特徴とする超小形燃料電
池の製造方法である。
表面にＳｉＯ2層を形成し、他方表面には、ＳｉＯ2層を
形成せず、前記他方表面からＳｉＯ2層が露出するよう
にＳｉ基板をエッチングし、ＳｉＯ2層のＳｉ基板とは
反対側の表面に、ガスを透過する第１電極、電解質およ
びガスを透過する第２電極をこの順序で積層して電解質
部材を形成し、ＳｉＯ2層をエッチングし、前記露出し
たＳｉＯ2層を、エッチングし、Ｓｉから成り、電解質
部材を収納して覆う凹所を有する第１カバー部材を、前
記一方表面に直接接合し、Ｓｉから成り、Ｓｉ基板の電
解質部材が臨む透孔を覆う第２カバー部材をＳｉ基板の
他方表面に直接接合することを特徴とする超小形燃料電
池の製造方法である。
【００１５】本発明に従えば、Ｓｉ基板に形成した不純
物拡散層の上に、電解質部材を積層して形成し、その
後、不純物拡散層を除去して、電解質部材の第１および
第２電極をガス燃料に直接に接触させて、反応させる。
不純物拡散層の上にさらにＳｉＯ2層を形成し、そのＳ
ｉＯ2層の上に、電解質部材を形成してもよく、このよ
うな構成もまた、本発明の精神に含まれる。Ｓｉ基板の
前記一方表面にのみ不純物拡散層が形成され、このよう
な構成は、Ｓｉ基板の一方表面だけでなく他方表面にも
同時に不純物拡散層が形成され、その後、他方表面の不
純物拡散層が除去されて、他方表面に不純物拡散層を形
成しない構成としてもよく、このような構成もまた、本
発明の精神に含まれる。不純物拡散層に代えてＳｉＯ2
層であってもよい。
物拡散層の上に、電解質部材を積層して形成し、その
後、不純物拡散層を除去して、電解質部材の第１および
第２電極をガス燃料に直接に接触させて、反応させる。
不純物拡散層の上にさらにＳｉＯ2層を形成し、そのＳ
ｉＯ2層の上に、電解質部材を形成してもよく、このよ
うな構成もまた、本発明の精神に含まれる。Ｓｉ基板の
前記一方表面にのみ不純物拡散層が形成され、このよう
な構成は、Ｓｉ基板の一方表面だけでなく他方表面にも
同時に不純物拡散層が形成され、その後、他方表面の不
純物拡散層が除去されて、他方表面に不純物拡散層を形
成しない構成としてもよく、このような構成もまた、本
発明の精神に含まれる。不純物拡散層に代えてＳｉＯ2
層であってもよい。
【００１６】また本発明は、Ｓｉ基板の前記一方表面
に、複数の凹凸を形成し、その後、不純物拡散層を形成
することを特徴とする。
に、複数の凹凸を形成し、その後、不純物拡散層を形成
することを特徴とする。
【００１７】また本発明は、Ｓｉ基板の前記一方表面
に、複数の凹凸を形成し、その後、ＳｉＯ2層を形成す
ることを特徴とする。
に、複数の凹凸を形成し、その後、ＳｉＯ2層を形成す
ることを特徴とする。
【００１８】本発明に従えば、図６および図７のように
Ｓｉ基板の一方表面に、エッチングなどの手法によって
複数の凹凸を形成し、その後、不純物拡散層またはＳｉ
Ｏ2層を形成し、これによって電解質部材の表面積を増
大し、出力を増大することができる。
Ｓｉ基板の一方表面に、エッチングなどの手法によって
複数の凹凸を形成し、その後、不純物拡散層またはＳｉ
Ｏ2層を形成し、これによって電解質部材の表面積を増
大し、出力を増大することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
超小形燃料電池１の全体の構成を簡略化して示す断面図
である。この超小形燃料電池１は基本的に、Ｓｉ基板２
と、このＳｉ基板２の厚み方向（図１の上下方向）の一
方表面２ａに直接接合されるＳｉから成る第１カバー部
材３と、他方表面２ｂに直接接合されるＳｉから成る第
２カバー部材４と、さらにＳｉ基板２の前記一方表面２
ａに固定される電解質部材５とを含む。
超小形燃料電池１の全体の構成を簡略化して示す断面図
である。この超小形燃料電池１は基本的に、Ｓｉ基板２
と、このＳｉ基板２の厚み方向（図１の上下方向）の一
方表面２ａに直接接合されるＳｉから成る第１カバー部
材３と、他方表面２ｂに直接接合されるＳｉから成る第
２カバー部材４と、さらにＳｉ基板２の前記一方表面２
ａに固定される電解質部材５とを含む。
【００２０】図２は、図１に示される超小形燃料電池１
の第１カバー部材３を除去した状態を示す平面図であ
る。図１も併せて参照して、第１カバー部材３は凹所６
を有し、これによって電解質部材５を収納して第１空間
７を形成する。第２カバー部材４は、Ｓｉ基板２に形成
された透孔８を覆って第２空間９を形成する。
の第１カバー部材３を除去した状態を示す平面図であ
る。図１も併せて参照して、第１カバー部材３は凹所６
を有し、これによって電解質部材５を収納して第１空間
７を形成する。第２カバー部材４は、Ｓｉ基板２に形成
された透孔８を覆って第２空間９を形成する。
【００２１】超小形燃料電池１は、Ｓｉ基板２と第１カ
バー部材３と第２カバー部材４とを覆うケーシング１０
を有してもよい。ケーシング１０内を真空にすることに
よって、小形で断熱効果を高め、電解質部材５を運転温
度に維持することが容易になる。
バー部材３と第２カバー部材４とを覆うケーシング１０
を有してもよい。ケーシング１０内を真空にすることに
よって、小形で断熱効果を高め、電解質部材５を運転温
度に維持することが容易になる。
【００２２】図３は、図１および図２に示す超小形燃料
電池１におけるＳｉ基板２上に電解質部材５を形成する
製造方法を説明するための断面図である。材料となるＳ
ｉ基板１１は（１００）面を有する。このＳｉ基板１１
の表面に、不純物であるボロンＢを拡散して、後述の電
解質部材５の成膜のための支持をする不純物拡散層１２
を形成する。Ｂの濃度は、たとえば７×１０18ｃｍ-3以
上であり、たとえばその厚みは５０００Åであってもよ
い。
電池１におけるＳｉ基板２上に電解質部材５を形成する
製造方法を説明するための断面図である。材料となるＳ
ｉ基板１１は（１００）面を有する。このＳｉ基板１１
の表面に、不純物であるボロンＢを拡散して、後述の電
解質部材５の成膜のための支持をする不純物拡散層１２
を形成する。Ｂの濃度は、たとえば７×１０18ｃｍ-3以
上であり、たとえばその厚みは５０００Åであってもよ
い。
【００２３】次に図３（２）に示されるように、Ｓｉ基
板１１の一方表面の不純物拡散層１２を残し、他方表面
１３の不純物拡散層１２をエッチングによって除去す
る。
板１１の一方表面の不純物拡散層１２を残し、他方表面
１３の不純物拡散層１２をエッチングによって除去す
る。
【００２４】図３（３）に示されるように、Ｓｉ基板１
１の全体に、ＳｉＯ2層１４を形成する。図３（４）に
示されるように、フォトレジスト層１５を用いて、表面
１３に臨むＳｉＯ2層１４を透孔８に対応して部分的に
エッチングの手法によって除去する。
１の全体に、ＳｉＯ2層１４を形成する。図３（４）に
示されるように、フォトレジスト層１５を用いて、表面
１３に臨むＳｉＯ2層１４を透孔８に対応して部分的に
エッチングの手法によって除去する。
【００２５】図３（５）に示されるように、Ｓｉ基板１
１の異方性エッチングを行い、透孔８となる（１１１）
面１６を形成する。異方性エッチング液は、たとえば９
０℃のＫＯＨ、ＥＰＷ（エチレンジアミンピロカテコー
ルと水との混合液）またはヒドラジンなどであってもよ
い。
１の異方性エッチングを行い、透孔８となる（１１１）
面１６を形成する。異方性エッチング液は、たとえば９
０℃のＫＯＨ、ＥＰＷ（エチレンジアミンピロカテコー
ルと水との混合液）またはヒドラジンなどであってもよ
い。
【００２６】次に図３（６）に示されるように、Ｓｉ基
板１１の透孔８を覆うようにして一方表面（図３（６）
の上面）上に電解質部材５を形成する。電解質部材５
は、第１電極１８と、電解質１９と、第２電極２０とが
この順序で積層して形成される。第１および第２電極１
８，２０は、たとえばＰｔであってもよく、あるいはま
たＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3、ＰｒＭｎＯ3などであっ
てもよい。これらの第１および第２電極１８，２０は、
２０００Å〜０．５μｍである。
板１１の透孔８を覆うようにして一方表面（図３（６）
の上面）上に電解質部材５を形成する。電解質部材５
は、第１電極１８と、電解質１９と、第２電極２０とが
この順序で積層して形成される。第１および第２電極１
８，２０は、たとえばＰｔであってもよく、あるいはま
たＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3、ＰｒＭｎＯ3などであっ
てもよい。これらの第１および第２電極１８，２０は、
２０００Å〜０．５μｍである。
【００２７】電解質１９は、たとえば固体電解質であっ
て、イットリア安定化ジルコニアなどであってもよい。
これらの第１および第２電極１８，２０ならびに電解質
１９は、たとえばスパッタリングなどの手法によって形
成することができる。第１および第２電極１８，２０
は、活物質であるガス燃料を透過するように、たとえば
厚み約１μｍであってもよい。
て、イットリア安定化ジルコニアなどであってもよい。
これらの第１および第２電極１８，２０ならびに電解質
１９は、たとえばスパッタリングなどの手法によって形
成することができる。第１および第２電極１８，２０
は、活物質であるガス燃料を透過するように、たとえば
厚み約１μｍであってもよい。
【００２８】その後、図３（７）に示されるように、透
孔８に臨む不純物拡散層１２およびＳｉＯ2層１４を除
去し、透孔８に電解質部材５の第１電極１８が臨むよう
に、選択的なドライエッチングを行う。第１電極１８に
は、接続部２３が形成され、第２電極２０には接続部２
４が形成される。これらの接続部２３，２４は、ＳｉＯ
2層１４上に形成される。
孔８に臨む不純物拡散層１２およびＳｉＯ2層１４を除
去し、透孔８に電解質部材５の第１電極１８が臨むよう
に、選択的なドライエッチングを行う。第１電極１８に
は、接続部２３が形成され、第２電極２０には接続部２
４が形成される。これらの接続部２３，２４は、ＳｉＯ
2層１４上に形成される。
【００２９】図３の実施の形態において、図３（３）〜
図３（７）のＳｉＯ2層１４は形成されなくてもよく、
不純物拡散層１２上に直接に電解質部材５が形成される
ようにしてもよい。
図３（７）のＳｉＯ2層１４は形成されなくてもよく、
不純物拡散層１２上に直接に電解質部材５が形成される
ようにしてもよい。
【００３０】図４は、本件超小形燃料電池１のために完
成されたＳｉ基板２とその一方表面２ａに形成された電
解質部材５とを拡大して示す断面図である。前述の図３
（７）に示されるＳｉ基板１１における露出した厚み方
向両面のＳｉＯ2層１４および不純物拡散層１２を除去
し、一方表面２ａで第１カバー部材３との直接接合のた
めに参照符２２で示されるようにＳｉを露出し、また他
方表面２ｂでは第２カバー部材４との直接接合のために
Ｓｉを露出する。
成されたＳｉ基板２とその一方表面２ａに形成された電
解質部材５とを拡大して示す断面図である。前述の図３
（７）に示されるＳｉ基板１１における露出した厚み方
向両面のＳｉＯ2層１４および不純物拡散層１２を除去
し、一方表面２ａで第１カバー部材３との直接接合のた
めに参照符２２で示されるようにＳｉを露出し、また他
方表面２ｂでは第２カバー部材４との直接接合のために
Ｓｉを露出する。
【００３１】図１を再び参照して、第１カバー部材３に
は、ＳｉＯ2層２６によって絶縁された接続端子２７，
２８が露出して設けられる。接続端子２７，２８は、接
続部２３，２４に電気的に接続される。第１空間７に
は、Ｈ2ガスを供給するガス源２９が設けられる。ガス
源２９からのＨ2は第１カバー部材３に固定された管路
３０から予め定める一定流量で、第１空間７に供給され
る。第１カバー部材３にはまた、第１空間７に連通する
もう１つの管路３１が固定される。管路３１からは、余
分のＨ2と水蒸気Ｈ2Ｏとが排出される。第２空間９に
は、Ｏ2ガスを供給するＯ2ガス源３２から、第２カバー
部材４に固定された管路３３を経てＯ2ガスが供給され
る。この第２空間９にはまた、補助ガスとしてのＨ2ガ
スを供給するガス源３４から、第２カバー部材４に固定
された管路３５を経てＨ2ガスが供給される。第２空間
９では、Ｏ2ガス源３２から供給されるＯ2ガスが、電解
質部材５と接触して、ガス燃料の燃焼反応による電気エ
ネルギへの変換作用が達成される。さらに第２空間９で
は、電解質部材５の運転温度を得るために余分のＯ2ガ
スとＨ2ガスとが、各ガス源３２，３４から供給され
る。第２カバー部材４に接続された管路３７からは、第
２空間９からのＯ2ガスおよび水蒸気Ｈ2Ｏが排出され
る。こうして接続端子２７，２８からは、電力が取出さ
れる。Ｈ2ガス源２９，３４は、Ｈ2ガスを圧縮充填した
単一の圧力容器によって共通に実現することができる。
Ｏ2ガス源３２は、Ｏ2ガスを圧縮充填した圧力容器によ
って実現されてもよいけれども、操作者がたとえば手で
操作して空気を圧送する手動式の小形のポンプなどによ
って実現されてもよい。Ｈ2ガス源は、水素吸蔵合金を
含んでもよい。
は、ＳｉＯ2層２６によって絶縁された接続端子２７，
２８が露出して設けられる。接続端子２７，２８は、接
続部２３，２４に電気的に接続される。第１空間７に
は、Ｈ2ガスを供給するガス源２９が設けられる。ガス
源２９からのＨ2は第１カバー部材３に固定された管路
３０から予め定める一定流量で、第１空間７に供給され
る。第１カバー部材３にはまた、第１空間７に連通する
もう１つの管路３１が固定される。管路３１からは、余
分のＨ2と水蒸気Ｈ2Ｏとが排出される。第２空間９に
は、Ｏ2ガスを供給するＯ2ガス源３２から、第２カバー
部材４に固定された管路３３を経てＯ2ガスが供給され
る。この第２空間９にはまた、補助ガスとしてのＨ2ガ
スを供給するガス源３４から、第２カバー部材４に固定
された管路３５を経てＨ2ガスが供給される。第２空間
９では、Ｏ2ガス源３２から供給されるＯ2ガスが、電解
質部材５と接触して、ガス燃料の燃焼反応による電気エ
ネルギへの変換作用が達成される。さらに第２空間９で
は、電解質部材５の運転温度を得るために余分のＯ2ガ
スとＨ2ガスとが、各ガス源３２，３４から供給され
る。第２カバー部材４に接続された管路３７からは、第
２空間９からのＯ2ガスおよび水蒸気Ｈ2Ｏが排出され
る。こうして接続端子２７，２８からは、電力が取出さ
れる。Ｈ2ガス源２９，３４は、Ｈ2ガスを圧縮充填した
単一の圧力容器によって共通に実現することができる。
Ｏ2ガス源３２は、Ｏ2ガスを圧縮充填した圧力容器によ
って実現されてもよいけれども、操作者がたとえば手で
操作して空気を圧送する手動式の小形のポンプなどによ
って実現されてもよい。Ｈ2ガス源は、水素吸蔵合金を
含んでもよい。
【００３２】図５は、本発明の実施の他の形態のＳｉ基
板４２を製造するための手順を示す製造工程の断面図で
ある。図５（１）のＳｉ基板４２は、（１００）面を有
し、そのＳｉ基板４２には、ＳｉＯ2層４３が形成され
る。
板４２を製造するための手順を示す製造工程の断面図で
ある。図５（１）のＳｉ基板４２は、（１００）面を有
し、そのＳｉ基板４２には、ＳｉＯ2層４３が形成され
る。
【００３３】図５（２）に示されるように、Ｓｉ基板４
２の透孔８が形成されるべき表面には、フォトレジスト
層４４が形成される。そこで図５（３）に示されるよう
に、透孔８が、異方性エッチング液を用いて形成され
る。この透孔８には、Ｓｉの（１１１）面１６が臨む。
２の透孔８が形成されるべき表面には、フォトレジスト
層４４が形成される。そこで図５（３）に示されるよう
に、透孔８が、異方性エッチング液を用いて形成され
る。この透孔８には、Ｓｉの（１１１）面１６が臨む。
【００３４】次に図５（４）に示されるように、Ｓｉ基
板４２の一方表面に、電解質部材５を、前述の実施の形
態と同様にして形成する。その後、透孔８に臨むＳｉＯ
2層４３ａを、ドライエッチングなどの手法によって除
去する。
板４２の一方表面に、電解質部材５を、前述の実施の形
態と同様にして形成する。その後、透孔８に臨むＳｉＯ
2層４３ａを、ドライエッチングなどの手法によって除
去する。
【００３５】図５の製造方法によって得られたＳｉ基板
４２と電解質部材５との組合わせは、前述の図１に示さ
れるＳｉ基板２と電解質部材５との組合わせに代えて用
いることができる。そのほかの製造工程と構成は前述の
実施の形態と同様である。
４２と電解質部材５との組合わせは、前述の図１に示さ
れるＳｉ基板２と電解質部材５との組合わせに代えて用
いることができる。そのほかの製造工程と構成は前述の
実施の形態と同様である。
【００３６】図６は、本発明の実施の他の形態の前述の
Ｓｉ基板２に代えて用いられるＳｉ基板４６の製造方法
の一部を示す断面図である。超小形燃料電池１において
用いられるＳｉ基板２に代えて、図６のＳｉ基板４６が
用いられる。このＳｉ基板４６は先ず、図６（１）に示
されるように、（１００）面を有するＳｉから成る。図
６（２）に示されるように、Ｓｉ基板４６上にフォトレ
ジスト層４７が間隔４８をあけて形成される。次に図６
（３）に示されるように、Deep ＲＩＥ（Reactive Ion
Etching）の手法によって複数の凹凸４９を、フォトレ
ジスト４７の間隔４８に対応して形成する。次にＳｉ基
板４６の表面に、不純物Ｂを拡散して不純物拡散層５１
を形成し、さらにその上にＳｉＯ2層５２を形成する。
その後、Ｓｉ基板４６の透孔８を形成するために異方性
エッチングを行い、（１１１）面５３を形成する。その
後、このＳｉＯ2層５２上に、図３（６）に関連して前
述したように、電解質部材５のための第１電極１８、電
解質１９および第２電極２０を、スパッタリングの手法
などによって形成する。この電解質部材５を形成した
後、ドライエッチングなどの手法によって、透孔８に臨
む不純物拡散層５１およびＳｉＯ2層５２を除去する。
図７は、図６の製造方法によって製造されたＳｉ基板４
６の一部の拡大断面図である。Ｓｉ基板４６には、複数
の凹凸を有する電解質部材５が形成される。
Ｓｉ基板２に代えて用いられるＳｉ基板４６の製造方法
の一部を示す断面図である。超小形燃料電池１において
用いられるＳｉ基板２に代えて、図６のＳｉ基板４６が
用いられる。このＳｉ基板４６は先ず、図６（１）に示
されるように、（１００）面を有するＳｉから成る。図
６（２）に示されるように、Ｓｉ基板４６上にフォトレ
ジスト層４７が間隔４８をあけて形成される。次に図６
（３）に示されるように、Deep ＲＩＥ（Reactive Ion
Etching）の手法によって複数の凹凸４９を、フォトレ
ジスト４７の間隔４８に対応して形成する。次にＳｉ基
板４６の表面に、不純物Ｂを拡散して不純物拡散層５１
を形成し、さらにその上にＳｉＯ2層５２を形成する。
その後、Ｓｉ基板４６の透孔８を形成するために異方性
エッチングを行い、（１１１）面５３を形成する。その
後、このＳｉＯ2層５２上に、図３（６）に関連して前
述したように、電解質部材５のための第１電極１８、電
解質１９および第２電極２０を、スパッタリングの手法
などによって形成する。この電解質部材５を形成した
後、ドライエッチングなどの手法によって、透孔８に臨
む不純物拡散層５１およびＳｉＯ2層５２を除去する。
図７は、図６の製造方法によって製造されたＳｉ基板４
６の一部の拡大断面図である。Ｓｉ基板４６には、複数
の凹凸を有する電解質部材５が形成される。
【００３７】本発明の実施のさらに他の形態では、図６
および図７の不純物拡散層５１上のＳｉＯ2層５２は省
略されてもよく、または図６および図７によって得られ
るＳｉ基板４６における不純物拡散層５１が省略され、
ＳｉＯ2層５２のみが、前述の図６の手法と同様にし
て、形成されてもよい。
および図７の不純物拡散層５１上のＳｉＯ2層５２は省
略されてもよく、または図６および図７によって得られ
るＳｉ基板４６における不純物拡散層５１が省略され、
ＳｉＯ2層５２のみが、前述の図６の手法と同様にし
て、形成されてもよい。
【００３８】図６および図７などの実施の形態における
そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
【００３９】Ｓｉ基板、第１および第２カバー部材など
は、上述の実施の形態ではＳｉが用いられたけれども、
本発明の実施の他の形態では、金属、セラミックス、合
成樹脂材料などが用いられてもよい。本発明は、携帯電
話器などの携帯形情報端末装置、人体の異常状態または
健康状態を検出する人体に装着して用いる携帯形装置な
どの電源として、使用することができる。
は、上述の実施の形態ではＳｉが用いられたけれども、
本発明の実施の他の形態では、金属、セラミックス、合
成樹脂材料などが用いられてもよい。本発明は、携帯電
話器などの携帯形情報端末装置、人体の異常状態または
健康状態を検出する人体に装着して用いる携帯形装置な
どの電源として、使用することができる。
【００４０】
【発明の効果】請求項１の本発明によれば、Ｓｉ基板
と、Ｓｉから成る第１カバー部材と、Ｓｉから成る第２
カバー部材とを用い、たとえばエッチングの手法によっ
て超小形の燃料電池を容易に実現することができる。電
解質部材の電解質を薄く形成することによって、運転温
度を低くすることができる。これによって全体の構成を
小形化することができる。
と、Ｓｉから成る第１カバー部材と、Ｓｉから成る第２
カバー部材とを用い、たとえばエッチングの手法によっ
て超小形の燃料電池を容易に実現することができる。電
解質部材の電解質を薄く形成することによって、運転温
度を低くすることができる。これによって全体の構成を
小形化することができる。
【００４１】また本発明によれば、Ｓｉ基板と、第１カ
バー部材と、第２カバー部材とは、直接接合されるの
で、製造が容易であるとともに、ガスの漏洩をなくすこ
とができる。
バー部材と、第２カバー部材とは、直接接合されるの
で、製造が容易であるとともに、ガスの漏洩をなくすこ
とができる。
【００４２】請求項２の本発明によれば、電解質は、イ
ットリア安定化ジルコニアなどの固定電解質であっても
よく、またはイオン交換膜などの固体高分子から成って
もよい。
ットリア安定化ジルコニアなどの固定電解質であっても
よく、またはイオン交換膜などの固体高分子から成って
もよい。
【００４３】請求項３の本発明によれば、前述の図６お
よび図７に示されるように、電解質部材の表面に凹凸を
形成して表面積を大きくし、大きな電気エネルギを出力
することができるようになる。
よび図７に示されるように、電解質部材の表面に凹凸を
形成して表面積を大きくし、大きな電気エネルギを出力
することができるようになる。
【００４４】請求項４の本発明によれば、電解質の運転
温度を得るために、活物質であるガス燃料に補助ガスを
供給し、これによって加熱のための構成を簡素化するこ
とができ、小形化がさらに一層促進される。
温度を得るために、活物質であるガス燃料に補助ガスを
供給し、これによって加熱のための構成を簡素化するこ
とができ、小形化がさらに一層促進される。
【００４５】請求項５，７の本発明によれば、Ｓｉ基板
の一方表面に不純物拡散層またはＳｉＯ2層を形成し、
その上に電解質部材を形成するようにし、この電解質部
材を形成した後、不純物拡散層およびＳｉＯ2層を除去
するようにしたので、Ｓｉ基板に、電解質部材を容易に
形成して、本件超小形燃料電池を製造することができる
ようになる。
の一方表面に不純物拡散層またはＳｉＯ2層を形成し、
その上に電解質部材を形成するようにし、この電解質部
材を形成した後、不純物拡散層およびＳｉＯ2層を除去
するようにしたので、Ｓｉ基板に、電解質部材を容易に
形成して、本件超小形燃料電池を製造することができる
ようになる。
【００４６】請求項６，８の本発明によれば、不純物拡
散層およびＳｉＯ2層を形成するに先立ち、複数の凹凸
を形成し、したがって電解質部材の表面積を増大するこ
とが容易である。
散層およびＳｉＯ2層を形成するに先立ち、複数の凹凸
を形成し、したがって電解質部材の表面積を増大するこ
とが容易である。
【図１】本発明の実施の一形態の超小形燃料電池１の全
体の構成を簡略化して示す断面図である。
体の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】図１に示される超小形燃料電池１の第１カバー
部材３を除去した状態を示す平面図である。
部材３を除去した状態を示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す超小形燃料電池１におけ
るＳｉ基板２上に電解質部材５を形成する製造方法を説
明するための断面図である。
るＳｉ基板２上に電解質部材５を形成する製造方法を説
明するための断面図である。
【図４】本件超小形燃料電池１のために完成されたＳｉ
基板２とその一方表面２ａに形成された電解質部材５と
を拡大して示す断面図である。
基板２とその一方表面２ａに形成された電解質部材５と
を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の実施の他の形態のＳｉ基板４２を製造
するための手順を示す製造工程の断面図である。
するための手順を示す製造工程の断面図である。
【図６】本発明の実施の他の形態の前述のＳｉ基板２に
代えて用いられるＳｉ基板４６の製造方法の一部を示す
断面図である。
代えて用いられるＳｉ基板４６の製造方法の一部を示す
断面図である。
【図７】図６の製造方法によって製造されたＳｉ基板４
６の一部の拡大断面図である。
６の一部の拡大断面図である。
１ 超小形燃料電池 ２ Ｓｉ基板 ３ 第１カバー部材 ４ 第２カバー部材 ５ 電解質部材 ７ 第１空間 ８ 凹所 ９ 第２空間 １２，５１ 不純物拡散層 １４，４３，５２ ＳｉＯ2層 １８ 第１電極 １９ 固体電解質 ２０ 第２電極 ４９ 凹凸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 8/12 8/12 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB04 BB10 EE01 EE12 5H027 AA06 BA14 CC02 CC04
Claims (8)
- 【請求項１】 透孔８を有するＳｉ基板２と、 Ｓｉ基板の厚み方向の一方表面に、透孔を閉塞して固定
され、ガスを透過する一対の電極によって電解質がサン
ドイッチされて構成される電解質部材５と、 Ｓｉから成り、電解質部材を収納して第１空間を形成す
る凹所を有し、Ｓｉの前記一方表面に直接接合される第
１カバー部材３と、 Ｓｉから成り、透孔を覆って第２空間を形成し、Ｓｉ基
板の厚み方向の他方表面に直接接合される第２カバー部
材４とを含むことを特徴とする超小形燃料電池。 - 【請求項２】 電解質は、固体電解質または固体高分子
を含むことを特徴とする請求項１記載の超小形燃料電
池。 - 【請求項３】 電解質部材は、複数の凹凸を有すること
を特徴とする請求項１または２記載の超小形燃料電池。 - 【請求項４】 第１または第２空間のいずれか少なくと
も一方には、活物質であるガス燃料と反応して発熱する
補助ガスを供給して運転温度を得ることを特徴とする請
求項１〜３のうちの１つに記載の超小形燃料電池。 - 【請求項５】 Ｓｉ基板の厚み方向の一方表面に不純物
拡散層を形成し、他方表面には、不純物拡散層を形成せ
ず、 前記他方表面から不純物拡散層が露出するようにＳｉ基
板をエッチングし、 不純物拡散層のＳｉ基板とは反対側の表面に、ガスを透
過する第１電極、電解質およびガスを透過する第２電極
をこの順序で積層して電解質部材を形成し、 不純物拡散層をエッチングし、 前記露出した不純物拡散層を、エッチングし、 Ｓｉから成り、電解質部材を収納して覆う凹所を有する
第１カバー部材を、前記一方表面に直接接合し、 Ｓｉから成り、Ｓｉ基板の電解質部材が臨む透孔を覆う
第２カバー部材をＳｉ基板の他方表面に直接接合するこ
とを特徴とする超小形燃料電池の製造方法。 - 【請求項６】 Ｓｉ基板の前記一方表面に、複数の凹凸
を形成し、その後、 不純物拡散層を形成することを特徴とする請求項５記載
の超小形燃料電池の製造方法。 - 【請求項７】 Ｓｉ基板の厚み方向の一方表面にＳｉＯ
2層を形成し、他方表面には、ＳｉＯ2層を形成せず、 前記他方表面からＳｉＯ2層が露出するようにＳｉ基板
をエッチングし、 ＳｉＯ2層のＳｉ基板とは反対側の表面に、ガスを透過
する第１電極、電解質およびガスを透過する第２電極を
この順序で積層して電解質部材を形成し、 ＳｉＯ2層をエッチングし、 前記露出したＳｉＯ2層を、エッチングし、 Ｓｉから成り、電解質部材を収納して覆う凹所を有する
第１カバー部材を、前記一方表面に直接接合し、 Ｓｉから成り、Ｓｉ基板の電解質部材が臨む透孔を覆う
第２カバー部材をＳｉ基板の他方表面に直接接合するこ
とを特徴とする超小形燃料電池の製造方法。 - 【請求項８】 Ｓｉ基板の前記一方表面に、複数の凹凸
を形成し、その後、 ＳｉＯ2層を形成することを特徴とする請求項７記載の
超小形燃料電池の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000047275A JP3290169B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 超小形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000047275A JP3290169B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 超小形燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001236970A true JP2001236970A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3290169B2 JP3290169B2 (ja) | 2002-06-10 |
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ID=18569551
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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2000
- 2000-02-24 JP JP2000047275A patent/JP3290169B2/ja not_active Expired - Fee Related
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