JP2003203647A

JP2003203647A - ダイレクトメタノール型の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータおよび該セパレータを用いた高分子電解質型燃料電池

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Publication number: JP2003203647A
Application number: JP2001399963A
Authority: JP
Inventors: Takanori Maeda; 高徳前田; Yutaka Yagi; 裕八木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP4289535B2

Abstract

(57)【要約】【課題】特に、ダイレクトメタノール型の、平面型の
ＰＥＦＣで、燃料供給の場所による不均一性の問題を解
消できるものを提供する。【解決手段】燃料としてメタノール水溶液をダイレク
トに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の高
分子電解質型燃料電池用のセパレータであって、燃料を
燃料電池の電解質側に供給するための貫通孔を、その面
に略直交するようにして複数配列して設け、且つ、燃料
供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、燃料を供給する面側に
配設している板状の部材からなることを特徴とするもの
であり、上記の板状の部材の燃料供給用溝、貫通孔間を
結ぶ溝配設側を覆う蓋部を設け、前記板状の部材の、貫
通孔部、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、それぞ
れ、板状の部材と蓋部とで、燃料供給用流路として形成
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
特に、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用い
るダイレクトメタノール型、且つ、平面型の高分子電解
質型燃料電池用のセパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、地球環境保護の観点や、水素を直
接燃料として用いると有利であり、エネルギー変換効率
が高いという点等から、燃料電池に対する期待が急激に
高まってきている。これまでは、宇宙開発や海洋開発に
利用されてきたが、最近では、自動車のエンジンの代わ
りに、また、家庭用発電装置へと展開され、広く使われ
る可能性が大きくなった。燃料電池は、簡単には、外部
より燃料（還元剤）と酸素または空気（酸化剤）を連続
的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを
取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途
等で分類することもあるが、最近では、主に使用される
電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池
（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、リ
ン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池
（ＰＥＦＣ）、アルカリ水溶液型燃料電池（ＡＦＣ）の
５種類に分類されるのが一般的である。これらは、メタ
ン等から生成された水素ガスを燃料とするものである
が、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレク
トに用いるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦ
Ｃ）も知られている。

【０００３】このような中、燃料電池の中でも固体高分
子膜を２種類の電極で挟み込み、更にこれらの部材をセ
パレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池（以下、
高分子電解質型燃料電池、あるいはＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙ
ｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ
ともも言う）が注目されている。このＰＥＦＣは、固体
高分子膜の両側に空気極（酸素極）、燃料極（水素極）
等の電極を配置して単位セルを構成し、この単位セルの
両側を燃料電池用セパレータで挟んだ構成となってい
る。厚さ２０μｍ〜７０μｍの高分子電解質の両側に厚
さ１０μｍ〜２０μｍの触媒層からなる燃料極と空気極
を形成し一体化し、触媒層外側に集電材として多孔質の
支持層（カーボンペーパー、気孔率約８０％）を付し、
さらに水素や酸素といった反応ガスの供給路をかねてい
るセパレータ（仕切り板）によって挟持されている。燃
料（水素）と酸化剤（空気）が直接反応しないように、
これらを隔離し、かつ燃料極で生成する水素イオン（プ
ロトン）を空気極側まで運ぶ必要がある。常温（１００
℃以下）で作動し、固体の高分子膜中をプロトンが動く
燃料電池で、固体高分子膜には、イオン交換基としてス
ルフォン酸基を持つパーフルオロカーボンスルフォン酸
構造を持つ薄膜（厚さ５０μｍ程度）が使用でき、コン
パクトな電池をつくることができる。出力性能は、１〜
３Ａ／ｃｍ²、０. ６〜２. １Ｖ／単セルで、２. １Ｗ
／ｃｍ²の高出力密度が得られる。

【０００４】このＰＥＦＣにおいては、固体高分子膜の
両側に、それぞれ、電極を配置した単位セルを複数個積
層し、その起電力を目的に合せて大きくした、スタック
構造もの（ＰＥＦＣスタックとも言う）が一般的で、そ
のセパレータには、一般に、その一方の側面には隣接す
る一方の単位セルに燃料ガスを供給する為の燃料ガス供
給用溝が形成され、その他方の側面には隣接する他方の
単位セルに酸化剤ガスを供給する為の酸化剤ガス供給用
溝が形成されており、セパレータ面に沿って、燃料ガ
ス、酸化剤ガスが供給される。ＰＥＦＣのセパレータと
しては、グラファイト板を削り出して溝加工を施したも
の、樹脂にカーボンを練り込んだカーボンコンパウンド
のモールド性セーパレータ、エッチング等で溝加工を施
した金属製セパレータ、金属材料の表面部を耐食性の樹
脂で覆ったもの等が知られているが、いずれにしても必
要に応じて、燃料ガス供給用溝および／または酸化剤ガ
ス供給用溝が形成されている。

【０００５】しかし、例えば、携帯端末用など、起電力
をそれほど必要としないで、平面型で、できるだけ薄い
ことが要求される場合もある。しかし、燃料としてメタ
ノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノー
ル型燃料電池（ＤＭＦＣ）においては、燃料ガスを供給
するための燃料ガス供給用溝と同様の供給溝では、燃料
の供給が場所により不均一となり、問題となっていた。
特に、ダイレクトメタノール型で、平面状に単位セルを
複数配列させ、これらを電気的に直列に接続する平面型
の場合に、問題となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、近年、
燃料電池が広く使われる可能性が大きくなり、ＰＥＦＣ
においては、一般的なスタック構造の他に、起電力をそ
れほど必要としないで、平面型のものも開発されるよう
になってきたが、特に、ダイレクトメタノール型の平面
型のＰＥＦＣでは、燃料供給の場所による不均一性の問
題を十分に解消できず、その対応が求められていた。本
発明は、これに対応するもので、特に、ダイレクトメタ
ノール型の、平面型のＰＥＦＣで、燃料供給の場所によ
る不均一性の問題を解消できるものを提供しようとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のダイレクトメタ
ノール型の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレ
ータは、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用
いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の高分子電
解質型燃料電池用のセパレータであって、燃料を燃料電
池の電解質側に供給するための貫通孔を、その面に略直
交するようにして複数配列して設け、且つ、燃料供給用
溝、貫通孔間を結ぶ溝を、燃料を供給する面側に配設し
ている板状の部材からなることを特徴とするものであ
り、上記の板状の部材の燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ
溝配設側を覆う蓋部を設け、前記板状の部材の、貫通孔
部、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、それぞれ、板
状の部材と蓋部とで、燃料供給用流路として形成してい
ることを特徴とするものである。あるいは、本発明のダ
イレクトメタノール型の平面型の高分子電解質型燃料電
池用のセパレータは、燃料としてメタノール水溶液をダ
イレクトに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面
型の高分子電解質型燃料電子用のセパレータであって、
燃料を燃料電池の電解質側に供給するための貫通孔を、
その面に略直交するようにして複数配列して設けた板状
の部材と、これを覆う蓋部とからなり、蓋部の板状の部
材側には燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝が設けられて
おり、前記板状の部材の貫通孔部、蓋部の燃料供給用
溝、貫通孔間を結ぶ溝を、それぞれ、板状の部材と蓋部
とで、燃料供給用流路として形成していることを特徴と
するものである。そして、上記において、各貫通孔に
は、溝部が複数（２個以上）つながっていることを特徴
とするものである。そしてまた、上記において、板状の
部材は、金属を基体とし、少なくとも、基体の燃料電池
の電解質側となる表面部には、耐弱酸性、電気導電性の
樹脂層等からなる保護層を配設していることを特徴とす
るものである。

【０００８】尚、平面型のＰＥＦＣにおいては、全体が
筐体に包まれるようになるのが一般的で、燃料を電解質
側に供給するための貫通孔を、その面に略直交するよう
にして複数配列して設け、且つ、燃料供給用溝、貫通孔
間を結ぶ溝を、燃料を供給する面側に配設している板状
の部材からなる場合、板状の部材の、貫通孔部、燃料供
給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、それぞれ、板状の部材と
筐体とで、燃料供給用流路として形成することとなる。
また、金属からなる基体の表面部に耐酸性かつ電気導電
性を有する樹脂膜の配設方法としては、電着により、樹
脂にカーボン粒子、耐食性の金属等の導電材を混ぜた状
態にして膜形成し、加熱硬化する方法、あるいは、電解
重合により、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高め
るドーパントを含んだ状態にして膜形成する方法が挙げ
られる。

【０００９】本発明の高分子電解質型燃料電池は、燃料
としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレク
トメタノール型、且つ、平面型の高分子電解質型燃料電
池であって、上記各本発明のセパレータを用いて、該セ
パレータの貫通孔を介して、燃料を供給するものである
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明のダイレクトメタノール型の平面型の高
分子電解質型燃料電池用のセパレータは、このような構
成にすることにより、特に、ダイレクトメタノール型
の、平面型のＰＥＦＣで、燃料供給の場所による不均一
性の問題を解消できるものの提供を可能としている。具
体的には、燃料を燃料電池の電解質側に供給するための
貫通孔を、その面に略直交するようにして複数配列して
設け、且つ、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、燃料
を供給する面側に配設している板状の部材からなること
により、さらに、この板状の部材の燃料供給用溝、貫通
孔間を結ぶ溝配設側を覆う蓋部を設け、前記板状の部材
の、貫通孔部、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、そ
れぞれ、板状の部材と蓋部とで、燃料供給用流路として
形成していることにより、あるいは、燃料を燃料電池の
電解質側に供給するための貫通孔を、その面に略直交す
るようにして複数配列して設けた板状の部材と、これを
覆う蓋部とからなり、蓋部の板状の部材側には燃料供給
用溝、貫通孔間を結ぶ溝が設けられており、前記板状の
部材の貫通孔部、蓋部の燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ
溝を、それぞれ、板状の部材と蓋部とで、燃料供給用流
路として形成していることにより、これを達成してい
る。即ち、貫通孔間を結ぶ溝を設けていることにより、
燃料供給の場所による不均一性の問題を解消できるもの
としている。特に、各貫通孔には、溝部が複数（２個以
上）つながっていることにより、より燃料供給の場所に
よる不均一性の問題を解消できるものとしている。ま
た、板状の部材が、金属を基体とし、少なくとも、基体
の燃料電池の電解質側となる表面部には、耐弱酸性、電
気導電性の樹脂層等からなる保護層を配設していること
により、実用に耐える構造としている。

【００１１】本発明の高分子電解質型燃料電池は、この
ような構成にすることにより、特に、ダイレクトメタノ
ール型の、平面型のＰＥＦＣにおいて、燃料供給の場所
による不均一性の問題を解消できるものとしている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のダイレクトメタノール型
の平面型の高分子電解質型燃料電池の実施の形態例を、
図に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明のダイレク
トメタノール型の平面型の高分子電解質型燃料電池用の
セパレータの実施の形態の第１の例の断面図で、図１
（ｂ）はその貫通孔部を示した図で、図１（ｃ）は本発
明のダイレクトメタノール型の平面型の高分子電解質型
燃料電池用のセパレータの実施の形態の第２の例の断面
図で、図２（ａ）は本発明のダイレクトメタノール型の
平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの実施
の形態の第３の例の断面図で、図２（ｂ）はその貫通孔
を配した板状の部材を示した図で、図２（ｃ）は蓋部を
示した図で、図３（ａ）は本発明の高分子電解質型燃料
電池の実施の形態の第１の例の断面図で、図３（ｂ）は
その平面図で、図４は図３に示す高分子電解質型燃料電
池の接続部の製造工程断面図で、図５（ａ）、図５
（ｂ）はそれぞれ、本発明の高分子電解質型燃料電池の
実施の形態の第２の例、第３の例を示した断面図であ
る。図１（ｂ）は図１（ａ）の一点鎖線からＡ１、Ａ２
側に見た図で、図３（ａ）は図３（ｂ）のＢ１−Ｂ２に
おける断面図である。図３（ｂ）中、Ｂ３、Ｂ４は出力
端子部である。尚、図４は図３（ａ）の接続部２３０付
近の図である。図１〜図５において、１００Ａ、１００
Ｂ、１００Ｃはセパレータ、１１０、１１０ａは板状の
部材、１１１は貫通孔部、１１２は溝、１１２ａは燃料
供給用溝、１２０、１２０ａは蓋部、１２２は溝、２１
０は単位セル、２１２は空気極側セパレータ、２１５は
高分子膜電解質、２２０は絶縁部、２３０は接続部、２
３１は接続配線、２３２は表裏接続部、２４１、２４２
は配線、２６０は銅箔、２７０は貫通孔、３１０は単位
セル、３１２は空気極側セパレータ、３１５は高分子膜
電解質、３２０は絶縁部、３３０は接続部、３３１は接
続配線、３３２は表裏接続部、３４１、３４２は配線、
４１０は単位セル、４１２は空気極側セパレータ、４１
５は高分子膜電解質、４１５Ａは板状の高分子膜電解
質、４２０は絶縁部、４３０は接続部、４３１は接続配
線、４３２は表裏接続部、４４１、４４２は配線であ
る。

【００１３】はじめに、本発明のダイレクトメタノール
型の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの
実施の形態の第１の例を図１（ａ）に基づいて説明す
る。第１の例は、燃料としてメタノール水溶液をダイレ
クトに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の
高分子電解質型燃料電池用の、燃料供給側のセパレータ
で、図１（ａ）に示すように、燃料を燃料電池の電解質
側に供給するための貫通孔１１１を、その面に略直交す
るようにして複数配列して設け、且つ、燃料供給用溝１
１２ａ、貫通孔間を結ぶ溝１１２を、燃料を供給する面
側に配設している板状の部材１１０からなる。本例の場
合、電池となった状態で、全体をつつむ筐体（図示して
いない）と、板状の部材１１０の燃料供給用溝、貫通孔
間を結ぶ溝配設側とで、板状の部材１１０の、貫通孔部
１１１、燃料供給用溝１１２ａ、貫通孔間を結ぶ溝１１
２を、それぞれ、板状の部材１１０と筐体とで、燃料供
給用流路として形成してするものである。板状の部材１
１０は、金属を基体とし、少なくとも、基体の燃料電池
の電解質側となる表面部には、耐弱酸性、電気導電性の
樹脂層からなる保護層（図示していない）を配設してい
る。燃料使用に耐えるもので、耐弱酸性、電気導電性
で、所定の強度がえられれば、板状の部材１１０の材質
はこれに限定されない。板状の部材１１０の金属基体
は、機械加工、フォトリソグラフィー技術を用いたエッ
チング加工により、所定の形状に加工することができ
る。また、金属からなる基体の表面部に耐酸性かつ電気
導電性を有する樹脂膜の配設方法としては、電着によ
り、樹脂にカーボン粒子、耐食性の金属等の導電材を混
ぜた状態にして膜形成し、加熱硬化する方法、あるい
は、電解重合により、導電性高分子からなる樹脂に導電
性を高めるドーパントを含んだ状態にして膜形成する方
法等が挙げられる。

【００１４】電着は、電着性を有する各種アニオン性、
またはカチオン性合成高分子樹脂を、樹脂膜を電着形成
するための電着液として用い、且つ、電着液中に、導電
材を分散させた状態で、電着を行なう。尚、電着により
形成された樹脂膜の樹脂自体には導電性がないが、樹脂
に導電材が混ざった状態で膜形成されるため、樹脂膜と
しては導電性を示す。用いられるアニオン性高分子樹脂
としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン
化油樹脂、ボリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリイミド樹脂等を単独で、あるいは、これ
らの樹脂の任意の組合せによる混合物として使用でき
る。さらに、上記のアニオン性合成樹脂とメラミン樹
脂、フエノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを
併用しても良い。また、用いられるカチオン性合成高分
子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタ
ン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイ
ミド樹脂等を単独で、あるいは、これらの任意の組合せ
による混合物として使用できる。さらに、上記のカチオ
ン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂
等の架橋性樹脂を併用しても良い。また、上記の高分子
樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン
系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加す
ることも可能である。上記高分子樹脂は、アルカリ性ま
たは酸性物質により中和して水に可溶化された状態、ま
たは水分散状態で電着法に供される。すなわち、アニオ
ン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルア
ミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノール
アミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機ア
ルカリで中和する。カチオン性合成高分子樹脂は、酢
酸、ぎ酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そし
て、中和された水に可溶化された高分子樹脂は、水分散
型または溶解型として水に希釈された状態で使用され
る。電着を用いた樹脂膜形成の場合、樹脂に混ぜる導電
材としてカーボン粒子、耐食性の金属等が挙げられる
が、耐酸性かつ電気導電性が所望のものが得られれば、
これらに限らない。

【００１５】電解重合は、基本的には、芳香族化合物を
モノマーとして含む電解液に電極を浸漬して通電して行
い、電気化学的に酸化又は還元して重合する方法で、広
く知られる方法で、ここではその詳細は省略する。電解
重合により、導電性高分子を直接フィルム状に合成する
ことができるが、本例においては、電解重合された樹脂
中に導電性を高めるドーパントを含んだ状態としてあ
る。ここでは、このような電解重合された樹脂中に、更
に、導電性を高めるドーパントを含んだ状態としたもの
で、電解重合の際にドーパントを含ませる電気化学的ド
ーピング、あるいは、電解重合後、電解重合により形成
された導電性樹脂（高分子）をドーパントの液体そのも
のにつける、あるいはドーパント分子を含む溶液に浸す
液相ドーピングにより、このような状態にする。尚、こ
のドーパントは、重合後に陰極と陽極を短絡したり、逆
電圧を印加して脱離又は中和することができ、更に電圧
を制御して可逆的にドープ、脱ドープしてドーパント濃
度を制御することも可能である。電解重合を用いた樹脂
膜形成の場合、通常用いられる、電子を与えるドナー型
のドーパントとしては、アルカリ金属、アルキルアンモ
ニウウムイオン、電子を奪うアクセプタ型のドーパント
としては、ハロゲン類、ルイス酸、プロトン酸、遷移金
属ハライド、有機酸が挙げられる。

【００１６】次いで、本発明のダイレクトメタノール型
の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの実
施の形態の第２の例を図１（ｃ）に基づいて説明する。
第２の例も、第１の例と同様、燃料としてメタノール水
溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型、且
つ、平面型の高分子電解質型燃料電池用の、燃料供給側
のセパレータであり、第１の例と同様の板状の部材１１
０を用いているが、第２の例の場合は、第１の例の板状
の部材１１０の燃料供給用溝１１２ａ、貫通孔間を結ぶ
溝１１２配設側を覆う蓋部１２０とからなり、板状の部
材１１０の、貫通孔部１１１、燃料供給用溝１１２ａ、
貫通孔間を結ぶ溝１１２を、それぞれ、板状の部材１１
０と蓋部１２０とで、燃料供給用流路として形成してい
るものである。本例の場合、蓋部１２０はベタのステン
レス薄板であるが、蓋部１２０の材質としては、燃料使
用に耐えるもので、所定の強度がえられれば特に限定さ
れないが、電気的接続に利用する場合には、ステンレ
ス、冷間圧延鋼板、アルミニウム等の金属薄板が用いら
れる。

【００１７】次いで、本発明のダイレクトメタノール型
の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの実
施の形態の第３の例を図２に基づいて説明する。第３の
例は、第２の例と同様、その面に略直交する貫通孔部１
１１を複数配列して配設した板状の部材１１０ａと蓋部
１２０ａからなるものであるが、本例の場合は、蓋部１
２０ａの板状の部材１１０ａ側には、燃料供給用溝１２
２ａ、貫通孔間を結ぶ溝が１２２設けられており、板状
の部材１１０の貫通孔部１１１、蓋部１２０の燃料供給
用溝１２２ａ、貫通孔間を結ぶ溝１２２を、それぞれ、
板状の部材１１０１ａと蓋部１２０ａとで、燃料供給用
流路として形成している。板状の部材１１０１ａ、蓋部
１２０ａは、第２の例と同様のものが使用される。尚、
蓋部１２０ａの加工は、基体が金属であれば、通常、機
械加工、エッチング加工により行われ、樹脂であれば、
射出成形、押し出し成形、トランスファー成形、カレン
ダー成形、圧縮成形、注型などの一般的成形法や、切削
などの機械加工によって行われる。

【００１８】次に、先ず、本発明の高分子電解質型燃料
電池の実施の形態の第１の例を図３に基づいて説明す
る。本例は、図１（ｃ）に示す第２の例のセパレータ１
００Ｂを使用した、ダイレクトメタノール型の平面型の
高分子電解質型燃料電池である。この高分子電解質型燃
料電池は、平面状に単位セル２１０を複数個配列し、こ
れらを電気的に直列に接続し、単位セルの個数分（図３
では４個分）の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電池
で、各単位セル２１０のまわりに、これと略同じ厚さの
絶縁部２２０を設け、全体を平面状にしているもので、
簡単には、平板状の絶縁部のくり抜き部に、単位セルを
嵌め込んだ状態で、単位セル２１０と絶縁部２２０とを
平面状に設けているものであって、所定の隣接する単位
セル間に設けられた、各単位セルと電気的に絶縁された
絶縁部２２０に、絶縁２２０を貫通してその表裏の接続
をおこなうための、表裏接続部２３２を設け、これと、
隣接する一方の単位セルの燃料極側のセパレータ１００
Ｂおよび他方の単位セルの空気極側のセパレータ２１２
と配線接続２３１とで接続して、隣接する単位セル間を
電気的に直列に接続しているものである。尚、ここで
は、説明を分かり易くする為、図３で単位セルの個数を
４個としているが、５個以上でも良い。絶縁部２２０と
しては、隣接する単位セル間を接続する配線である接続
部２３０（接続配線２３１および表裏接続部２３２）以
外で、互いに絶縁されるもので、処理性、耐久性の面で
優れたものであれば特に限定はされない。絶縁部２２０
は、絶縁物のみからなるものでも、導電性のものを一部
含むような構造でも良い。絶縁部２２０用の材料として
は、通常、基板材料が用いられ、例えば、ガラスエポキ
シ、ポリイミド等が使用される。接続部２３０として、
スルホール接続部、あるいは、充填ビア接続部、バンプ
接続部のいずれかが、絶縁部１２０中に設けられるが、
これらは、従来の配線基板技術の応用として、形成でき
る。単位セル２１０の空気極側のセパレータ２１２の材
質としては、導電性、強度、耐食性の面で使用に耐え、
且つ、接続配線２３１との接続性が良いものが好ましい
が、通常、金属材が用いられ、例えば、ステンレス、冷
間圧延鋼板、アルミニウム等が適用される。

【００１９】以下、接続部２３０の表裏接続部２３２
を、充填タイプのスルホール接続部とした場合につい
て、本例の高分子電解質型燃料電池の製造方法の１例
を、図４に基づいて、その処理の流れを簡単に説明して
おく。予め、両面銅貼りガラスエポキシ基板を用いて、
単位セルをはめ込む孔部を形成しておき（図示していな
い）、その孔部に単位セルを、同じ向きに嵌め込む。
（図４（ａ））次いで、ドリルあるいはレーザにより、充填タイプのス
ルホール接続部を形成するための、貫通孔２７０を開け
る。（図４（ｂ））次いで、デスミア処理および触媒付与処理を行った後、
貫通孔部の表面部を含む全面に無電解めっきを行ない、
更に無電解めっき層上に電解めっきを行ない、貫通孔
（図４（ｂ）の２７０）を充填し、表裏を導通させる。
（図４（ｃ））無電解めっきとしては、無電解ニッケルめっき、無電解
銅めっきを適宜おこなう。無電解めっきは、触媒にて活
性化処理を行った後、所定のめっき液にて行う。また、
電解めっきとしては、通常、銅めっきが行われる。次い
で、表裏面全体にレジスト製版を行ない、レジストから
露出しためっき層２８０部分をエッチングして接続配線
１３１を形成し（図示していない）、レジストの除去、
必要に応じ洗浄処理を行ない、本例の高分子電解質型燃
料電池を得る。（図４（ｄ））エッチング液としてはめっき層２８０を、燃料極側のセ
パレータ１００Ｂ、空気極側のセパレータ２１２とは、
別に選択的にエッチングできるものを使用する。例え
ば、エッチング液としては、塩化第２鉄液等を用い、セ
パレータの材質と銅配線のエッチングレートを考慮し、
エッチング条件を決定する。尚、ここでは、貫通孔２７
０を、めっき層で充填したが、ここで、貫通孔２７０を
大ききしておき、めっき後、貫通孔がまだ表裏で貫通し
ている状態とする、普通のスルホール接続部としても良
い。図４に示す接続部２３０の形成方法は、１例でこれ
に限定はされない。尚、このように、所定の隣接する単
位セル間に、各単位セルと電気的に絶縁された略単位セ
ルの厚さの絶縁部２２０が設けられていることにより、
接続部２３０として、従来広く用いられている、スルホ
ール接続の他、充填ビア接続、バンプ接続等を採ること
ができ、且つ、接続部２３０の形成を各単位セルに影響
のない電気的に安定なものとしている。

【００２０】次いで、本発明の高分子電解質型燃料電池
の実施の形態の第２の例を図５（ａ）に基づいて説明す
る。図５（ａ）に示す第２の例の高分子電解質型燃料電
池も、図１（ｃ）に示す第２の例のセパレータを用いた
ものであるが、これは、第１の例の高分子電解質型燃料
電池と同様、平面状に単位セル３１０を複数個配列し、
これらを電気的に直列に接続し、単位セルの個数分（図
５では４個分）の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電
池で、接続部３３０を設ける単位セル３１０間の一部
に、これと略同じ厚さの絶縁部３２０を設け、全体を平
面状にしてあるものであり、言わば、表裏接続部３３２
を設ける隣接する単位セル間の、高分子膜電解質３２０
の一部を絶縁部３２０に置き代えてある構造のものであ
る。この場合、１つの平面板状の高分子膜電解質３２０
の両側の、それぞれ、複数個（図５では４個）の燃料極
側のセパレータ１００Ｂ、空気極側のセパレータ３１２
は、それぞれ離れた状態で配置されており、各単位セル
の燃料極側のセパレータ１００Ｂ、空気極側セパレータ
３１２は同じ大きさで、同じ位置で相対しており、各単
位セルは分離されている。この例の場合も、所定の隣接
する単位セル間に設けられた、各単位セルと電気的に絶
縁された絶縁部３２０に、第１の例の高分子電解質型燃
料電池の場合と同様、絶縁部３２０を貫通してその表裏
の接続をおこなうための、表裏接続部３３２を設け、こ
れと、隣接する一方の単位セルの燃料極側のセパレータ
１００Ｂおよび他方の単位セルの空気極側のセパレータ
３１３と配線接続３３１とで接続して、隣接する単位セ
ル間を電気的に接続しているものである。尚、ここで
も、説明を分かり易くする為、図５で単位セルの個数を
４個としているが、５個以上でも良い。この例の場合
も、各部（材質や構造等）は、第１の例の高分子電解質
型燃料電池の場合と同じものが適用できる。

【００２１】次いで、本発明の高分子電解質型燃料電池
の実施の形態の第３の例を図５（ｂ）に基づいて説明す
る。図５（ｂ）に示す第３の例の高分子電解質型燃料電
池も、図１（ｃ）に示す第２の例のセパレータを用いた
ものであるが、これは、１つの単位セルサイズより大サ
イズの、１つの板状の高分子膜電解質４１５Ａの一部
を、各単位セルの電解質膜として、各単位セルを同じ向
きにして平面状に複数個配設し、所定の隣接する単位セ
ル間を電気的に直列に接続して、複数の単位セルすべて
を直列に接続し、単位セルの個数分（図６では４個分）
の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電池で、所定の隣
接する単位セル間の電気的な接続をおこなうために、前
記所定の隣接する単位セル間の高分子膜電解質に、表裏
接続部４３２を設けている。この場合も、表裏接続部４
３２と、隣接する一方の単位セルの燃料極側のセパレー
タ１００Ｂおよび他方の単位セルの空気極側のセパレー
タ４１２と配線接続４３１とで接続して、隣接する単位
セル間を電気的に接続している。尚、ここでも、説明を
分かり易くする為、図６で単位セルの個数を４個として
いるが、５個以上でも良い。この例の場合も、接続部４
３０として、スルホール接続部、あるいは、充填ビア接
続部、バンプ接続部等を、接続する所定の隣接する単位
セル間の高分子膜電解質に設ける。

【００２２】上記は、図１（ｃ）に示し第２の例のセパ
レータを用いたものを挙げたが、図１（ａ）に示す第１
の例のセパレータ、図２に示す第３の例のセパレータ
も、同様に、適宜、使用して、ダイレクトメタノール型
で平面型の高分子電解質型燃料電池を得ることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上記のように、ダイレクトメ
タノール型の、平面型のＰＥＦＣで、燃料供給の場所に
よる不均一性の問題を解消できるものの提供を可能とし
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明のダイレクトメタノール型
の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの実
施の形態の第１の例の断面図で、図１（ｂ）はその貫通
孔部を示した図で、図１（ｃ）は本発明のダイレクトメ
タノール型の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパ
レータの実施の形態の第２の例の断面図である。

【図２】図２（ａ）は本発明のダイレクトメタノール型
の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの実
施の形態の第３の例の断面図で、図２（ｂ）はその貫通
孔を配した板状の部材を示した図で、図２（ｃ）は蓋部
を示した図である。

【図３】図３（ａ）は本発明の高分子電解質型燃料電池
の実施の形態の第１の例断面図で、図３（ｂ）はその平
面図である。

【図４】図４は図３に示す高分子電解質型燃料電池の接
続部の製造工程断面図である。

【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、本発明
の高分子電解質型燃料電池の実施の形態の第２の例、第
３の例を示した断面図である。

【符号の説明】

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃセパレータ（燃料
極側セパレータ）１１０、１１０ａ板状の部材１１１貫通孔部１１２溝１１２ａ燃料供給用溝１２０、１２０ａ蓋部１２２溝２１０単位セル２１２空気極側のセパレータ２１５高分子膜電解質２２０絶縁部２３０接続部２３１接続配線２３２表裏接続部２４１、２４２配線２６０銅箔２７０貫通孔３１０単位セル３１２空気極側セパレータ３１５高分子膜電解質３２０絶縁部３３０接続部３３１接続配線３３２表裏接続部３４１、３４２配線４１０単位セル４１２空気極側セパレータ４１５高分子膜電解質４１５Ａ板状の高分子膜電解質４２０絶縁部４３０接続部４３１接続配線４３２表裏接続部４４１、４４２配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料としてメタノール水溶液をダイレク
トに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の高
分子電解質型燃料電池用の、燃料供給側のセパレータで
あって、燃料を燃料電池の電解質側に供給するための貫
通孔を、その面に略直交するようにして複数配列して設
け、且つ、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、燃料を
供給する面側に配設している板状の部材からなることを
特徴とするダイレクトメタノール型の平面型の高分子電
解質型燃料電池用のセパレータ。
【請求項２】請求項１記載の板状の部材の燃料供給用
溝、貫通孔間を結ぶ溝配設側を覆う蓋部を設け、前記板
状の部材の、貫通孔部、燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ
溝を、それぞれ、板状の部材と蓋部とで、燃料供給用流
路として形成していることを特徴とするダイレクトメタ
ノール型の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレ
ータ。
【請求項３】燃料としてメタノール水溶液をダイレク
トに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の高
分子電解質型燃料電子用の、燃料供給側のセパレータで
あって、燃料を燃料電池の電解質側に供給するための貫
通孔を、その面に略直交するようにして複数配列して設
けた板状の部材と、これを覆う蓋部とからなり、蓋部の
板状の部材側には燃料供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝が設
けられており、前記板状の部材の貫通孔部、蓋部の燃料
供給用溝、貫通孔間を結ぶ溝を、それぞれ、板状の部材
と蓋部とで、燃料供給用流路として形成していることを
特徴とするダイレクトメタノール型の平面型の高分子電
解質型燃料電池用のセパレータ。
【請求項４】請求項１ないし３において、各貫通孔に
は、溝部が複数（２個以上）つながっていることを特徴
とするダイレクトメタノール型の平面型の高分子電解質
型燃料電池用のセパレータ。
【請求項５】請求項１ないし４において、板状の部材
は、金属を基体とし、少なくとも、基体の燃料電池の電
解質側となる表面部には、耐弱酸性、電気導電性の樹脂
層等からなる保護層を配設していることを特徴とするダ
イレクトメタノール型の平面型の高分子電解質型燃料電
池用のセパレータ。
【請求項６】燃料としてメタノール水溶液をダイレ
クトに用いるダイレクトメタノール型、且つ、平面型の
高分子電解質型燃料電池であって、請求項１ないし５に
記載のセパレータを用いて、該セパレータの貫通孔を介
して、燃料を供給するものであることを特徴とする高分
子電解質型燃料電池。