JP2003282089A

JP2003282089A - マイクロ燃料電池

Info

Publication number: JP2003282089A
Application number: JP2002079475A
Authority: JP
Inventors: Hideji Tanaka; 秀治田中; Masaki Esashi; 正喜江刺
Original assignee: Tohoku Techno Arch Co Ltd
Current assignee: Tohoku Techno Arch Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】超小形の高性能な燃料電池を安価かつ大量に供
給すること【解決手段】シリコン基板１７０上に設けたアノード１
５２とカソード１５４の電極が、同一平面上で互いに組
み合う形状となっている。上下に配置しているガラス１
１２，１１４の間に、ＰＥＭ（固体高分子イオン伝導
膜）１６０，触媒電極１５２，１５４，ＳｉＯ_２又はＳ
ｉ_３Ｎ_４の絶縁膜１４０，ポーラス（多孔性）であるシ
リコン又はシリコン酸化物のガス拡散層１３０，シリコ
ン層１２０で、燃料電池を構成している。絶縁膜１４
０，ガス拡散層１３０，シリコン層１２０はシリコン基
板１７０から作成される。シリコン基板１７０とガラス
１１４等で構成された流路を流れる水素やメタノール等
の燃料が、多孔質のシリコンやその酸化物のガス拡散層
１３０を介して、酸素と化合して電圧が発生することに
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関す
る。特に、超小型のマイクロ燃料電池に関する。

【０００２】

【技術的背景】電池は、携帯機器用パワー源として圧倒
的に広く用いられているが、用途によっては、必ずしも
望まれる機能を備えているとは言えない。たとえば、長
時間の移動時や非常時には、電池が切れたり、充電がで
きなかったりする事態が起こりうるが、これは、電池の
エネルギ密度が不十分である上、充電は時間がかかり、
しかも、系統電源が利用できる場所でしか行えないから
である。また、電池は投棄・廃棄されると環境汚染の原
因になるにもかかわらず、そのリサイクルは電池の種類
が多いことや採算が取れないことから進んでいない。消
費者からの「使用済電池をどのように処分したらよいか
わからない」という不満・苦情もある。それに加えて、
使用済電池の完全リサイクルが義務付けられれば、電気
機器の販売者や製造者の間でも、電池に対する不信感や
拒否反応が高まると考えられる。このような背景から、
最近になって新しい小形パワー源の研究が活発に行われ
るようになってきた。それらの中で最も実用化が期待さ
れているものが、マイクロ燃料電池である。マイクロ燃
料電池は、１次・２次電池より高いエネルギ密度を実現
しており、燃料容器の交換を繰り返すことで、連続運転
することができる可能性がある。

【０００３】マイクロ燃料電池の最も基本的な構造は、
触媒電極が付けられたイオン導伝性固体高分子膜（Memb
rane Electrode Assembly, ＭＥＡと呼ぶ）を、集電電
極や燃料／空気を供給する流路を有する基板（集電体と
呼ぶ）で挟んだ物である。この構造は、比較的大きい従
来の固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel
Cell, ＰＥＦＣと呼ぶ）の構造と基本的には変わらな
い。ただし、各セル間の接続は、従来のバイポーラスタ
ッキングで実現されるのではなく、各セルを面内方向に
並べて接続する「平面スタッキング」で実現されること
が多い。実際に、既に発表されているマイクロ燃料電池
の多くが、このような構造をしている。ＭＥＡを集電体
で挟んだ構造のマイクロ燃料電池では、多くの場合、要
素の材料や製作法にそれぞれの特徴を出す工夫がされて
いる。たとえば、プラスチック膜に粒子線で微小な貫通
穴を無数にあけた後、そこにイオン導伝性樹脂を充填し
たものをイオン導伝膜として用いたり[Hockaday氏]、フ
ラーレンをイオン導伝膜に用いて、無水状態でのイオン
導伝性を実現したり[ソニー]、カーボンナノホーンに触
媒を坦持して触媒活性を上げたり[ＮＥＣ]、ＭＥＭＳ加
工技術（Micro-Electro-Mechanical System：微小領域
に機械的・電気的システムを融合させるための加工技
術）を用いてシリコンで集電体を製作したり[Minnesota
大学、Stanford大学・ホンダ、Lucent Technologies]す
る工夫が報告／提案されている。また、ＭＥＭＳ加工技
術などの一括微細加工技術を積極的に用いて、基板上に
モノリシックにマイクロ燃料電池を製作する研究も行わ
れている。具体的には、Case Western Reserve大学が、
アルミナ基板上に印刷などによって電極やイオン導伝性
高分子膜を形成して、マイクロＰＥＦＣを製作してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＭＥＡを集電
体で挟んだ構造のマイクロ燃料電池は、比較的大きい従
来のＰＥＦＣと同様に組立や配線が必要であり、一括製
作や小型化が難しい。これに対して、基板上にモノリシ
ックに製作したマイクロ燃料電池は、一括製作や小型化
に向いているが、イオン導伝性高分子膜の形成などに製
作上の問題点を抱えている。本発明は、これらの欠点を
解消して、超小型の燃料電池を安価かつ大量に製作する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板から作成されるマイクロ燃料
電池であって、前記半導体基板から作成された多孔性の
ガス拡散層と、前記ガス拡散層の下の前記半導体基板で
作成した流路と、前記ガス拡散層の上に設けた触媒電極
と、前記触媒電極上に設けた固体高分子イオン伝導膜と
を備えることを特徴とする。そして、前記触媒電極は、
アノードとカソードが交互に形成されており、前記カソ
ードの下の前記流路には燃料を、前記アノードの下の前
記流路には酸素を供給することで燃料電池として作動さ
せることができる。

【０００６】半導体基板から作成されるマイクロ燃料電
池であって、第１の半導体基板から作成された多孔性の
第１のガス拡散層と、第１のガス拡散層の上の第１の半
導体基板で作成した第１の流路と、第１のガス拡散層の
下に設けた第１の触媒電極と、第２の半導体基板から作
成された多孔性の第２のガス拡散層と、第２のガス拡散
層の下の第２の半導体基板で作成した第２の流路と、第
２のガス拡散層の上に設けた第２の触媒電極と、第１及
び第２の触媒電極の間に設けた固体高分子イオン伝導膜
とを備えたことを特徴とする。そして、前記第１の流路
には酸素が供給され、前記第２の流路には燃料が供給さ
れており、前記第１の触媒電極はカソードであり、前記
第２の触媒電極はアノードとすることや、前記第１及び
第２の触媒電極は、アノードとカソードが交互に形成さ
れており、前記第１及び第２の触媒電極のアノード，カ
ソードに対応して、前記第１及び第２の流路に燃料又は
酸素を供給することにより、燃料電池として作動させる
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を用い
て説明する。図１に示したマイクロ燃料電池は、固体高
分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell，Ｐ
ＥＦＣ）または直接メタノール形燃料電池（direct met
hanolfuel cell,ＤＭＦＣ）として動作するものであ
る。図１（ａ）はマイクロ燃料電池の電極の配置を示す
平面図、図１（ｂ）は断面構造を示す断面図である。図
１（ａ）において、シリコン基板１７０上に設けたアノ
ード（陽極）１５２とカソード（陰極）１５４の電極
が、同一平面上で互いに組み合う形状となっていること
が示されている。図１（ｂ）の断面図に示すように、上
下に配置しているガラス１１２，１１４の間に、ＰＥＭ
（陽子交換膜，固体高分子イオン伝導膜）１６０，触媒
電極１５２，１５４，ＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｎ_４の絶縁膜
１４０，ポーラス（多孔性）であるシリコン又はシリコ
ン酸化物のガス拡散層１３０，シリコン層１２０で、図
示の構成を形成している。ガス拡散層１３０には発生性
処理を行ってもよい。絶縁膜１４０，ガス拡散層１３
０，シリコン層１２０は後で説明されるように、シリコ
ン基板１７０から作成される。上述の構成のマイクロ燃
料電池１００では、酸素は空気中のものを用いており、
シリコン基板１７０とガラス１１４等で構成された流路
を流れる水素やメタノール等の燃料が、多孔質のシリコ
ンやその酸化物のガス拡散層１３０を介して、酸素と化
合して電圧が発生することになる。

【０００８】この電池の構造では、一般的な燃料電池が
対向するアノード・カソードを有するのに対して、交互
に配置される細い帯状のアノード・カソードを有する点
が第１に特徴的であり、燃料・空気供給部にポーラス・
シリコン（あるいはそれを酸化したもの）を用いている
点が第２に特徴的である。このような構造を採用するこ
とによって、ＭＥＭＳ加工技術を最大限に用いてマイク
ロＰＥＦＣ・ＤＭＦＣを製作すること、及び、ＭＥＭＳ
加工技術による例えば制御のための電子回路とマイクロ
ＰＥＦＣ・ＤＭＦＣとを同一ウエハ上に一体化・集積化
することが可能になる。ＭＥＭＳ加工技術を用いてマイ
クロＰＥＦＣ・ＤＭＦＣを製作する上で、最大の問題の
１つは、固体高分子イオン伝導膜１６０が熱や薬品に弱
く、しかも、剥がれ易いことである。ＭＥＭＳの加工で
は、一般的に、基板上に膜を堆積させたり、基板をエッ
チングしたりすることを繰り返しながら、所望の構造を
作り上げていく。仮に、アノードとカソードとが対向し
ている一般的なＰＥＦＣ・ＤＭＦＣの構造を、このよう
なＭＥＭＳ加工技術で作り上げるとすると、電極を堆積
した上に固体高分子イオン伝導膜を堆積させ、さらに、
その上に電極を堆積させる工程が必要となる。しかし、
前述のように、固体高分子イオン伝導膜は熱や薬品に弱
く、しかも、剥がれ易いので、その上に電極を形成する
加工（電極材料を堆積させ、パターニングする加工）を
行うことは難しい。これに対して、図１に示したような
構造では、製作工程の最後に固体高分子イオン伝導膜を
付加すればよいので（具体的な加工法は後述する）、前
述の問題を回避できる。したがって、このような構造の
マイクロＰＥＦＣ・ＤＭＦＣは、ＭＥＭＳ加工技術を用
いて、他のＭＥＭＳ要素と同一基板上に形成できる可能
性を有している。さらに、このマイクロＰＥＦＣ・ＤＭ
ＦＣの製作工程は、ほとんどバッチ・プロセスから成り
立っているので、大量一括生産に向いている。この構造
では、固体高分子イオン伝導膜の水分制御を、燃料電池
の上面から行えることも利点となる可能性がある。

【０００９】図１に示した構造では、固体高分子イオン
伝導膜１６０内のイオンの流れが面内方向となり、しか
も、等電位線が不均一になるので、膜抵抗が増して効率
が低下したり、出力密度が下がったりする欠点がある。
しかし、これらの問題は、交互に配置される帯状のアノ
ード・カソードを十分細くして、それらの間隔を十分に
狭くすることによって、ある程度、解決できる。また、
このことは、ＭＥＭＳ加工技術を駆使すれば可能であ
る。さらに、図１に示した構造を作成できれば、その構
造を２つ組み合わせて、図２に示すような従来のＰＥＦ
Ｃ・ＤＭＦＣと類似の構造を実現することも容易であ
る。図２において、マイクロ燃料電池２００は、上部シ
リコン基板から作成される、上部シリコン層２２２，ポ
ーラスＳｉＯ_２／Ｓｉ２３２，ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ _４の
絶縁層２４２，触媒電極２５２と、下部シリコン基板か
ら作成される、下部シリコン層２２４，ポーラスＳｉＯ
_２／Ｓｉ２３４，ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４の絶縁層２４
４，触媒電極２５４が、固体高分子イオン伝導膜２６０
を挟む構成である。上部から空気を供給して、ガラス２
１０とシリコン層２２４等で構成されている流路を流れ
ている水素やメタノールとポーラスＳｉＯ_２／Ｓｉのガ
ス拡散層２３２，２３４を介して反応することで、電圧
が生じている。

【００１０】この構造のマイクロ燃料電池では、固体高
分子イオン伝導膜２６０内のイオンの流れはこれに垂直
となり，電池性能は出力密度が高く，高効率である特徴
がある。また，燃料供給側の流路を疎水性に，空気供給
側を親水性にすることが容易な構造であり，空気供給側
から水分排出も行いやすい特徴がある。また、さらに、
図３に示す構造が考えられる。図３において、マイクロ
燃料電池３００は、ガラス３１２，上部シリコン基板か
ら形成されるシリコン層３２２，ポーラスＳｉＯ_２／Ｓ
ｉのガス拡散層３３２，ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４の絶縁層
３４２，触媒電極３５２と、下部シリコン基板から形成
されるシリコン層３２４，ポーラスＳｉＯ_２／Ｓｉのガ
ス拡散層３３４，触媒電極３５４，ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ
_４の絶縁層３４４、ガラス３１４、及び固体高分子イオ
ン伝導膜３６０で構成されている。上下から空気を供給
して、ガラス３１２とシリコン層３２２及びガラス３１
４とシリコン層３２４等で構成されている流路を流れて
いる水素やメタノールとポーラスＳｉＯ_２／Ｓｉ３３
２，３３４を介して反応することで、電圧が生じてい
る。この構造の要点は、（１）燃料（水素やメタノー
ル）用の微細流路と空気用の微細流路とが交互に配置さ
れていること、（２）基板上に交互に並んだアノード・
カソードが、もう１つの基板上に交互に並んだカソード
・アノードとそれぞれ対向していること、その結果、
（３）セルの直列接合が基板上だけで行われることであ
る。平面スタックでは、セルの直列接合が膜の表裏の電
極を繋ぐことで行われるのに対して、図３の構造では、
セルの直列接合が基板内でできるので、製作が簡単にな
る。

【００１１】＜マイクロ燃料電池の製作法＞図１に示し
た構造のマイクロ燃料電池を製作するためには、いくつ
かの方法が考えられる。ここでは、図４，図５，図６に
示すように、３種類の製作法を例示する。各図に示した
製作法の各工程を入れ換えたり、組み合わせたりするこ
とも可能である。＜製作法１＞図４を用いて、作成工程ごとに説明する。（ａ）（酸化、酸化膜パターニング）ｐ形シリコン・ウ
エハに酸化膜のマスクを形成する。マスクに覆われてい
る部分に、後の工程でポーラス・シリコンが形成され
る。（ｂ）（選択拡散）酸化膜のマスクで覆われていない部
分に燐などをドーピングして、その部分をｎ形シリコン
にする。（ｃ）（選択陽極酸化）酸化膜を除去した後、シリコン
・ウエハの裏面にオーミック・コンタクトを取るための
金属膜を付けた後、そこに正極を付けて、フッ酸を主成
分とする水溶液中でシリコン・ウエハを陽極酸化する。
この工程で、ｐ形シリコンのみが選択的にポーラス・シ
リコンになる。（ｄ）（酸化）必要に応じて、シリコン・ウエハを酸化
して、ポーラス・シリコンをポーラス酸化シリコン１３
０にすると同時に、シリコン・ウエハの表面に酸化膜を
付ける。酸化の代わりに窒化してもよい。（ｅ）（ＤｅｅｐＲＩＥ）深い反応性イオン・エッチ
ングdeep reactive ionetching，ｄｅｅｐＲＩＥ）に
よって、シリコン・ウエハの裏面に燃料または空気を供
給する微細流路を掘る。このｄｅｅｐＲＩＥにより、
酸化シリコン膜をほとんど削らずに、シリコンだけを削
ることができるので、多孔性シリコンのガス拡散層が形
成される。（ｆ）（触媒電極形成）スパッタリング、蒸着（斜め蒸
着を含む）、印刷、ゾル−ゲル法、化学的処理、あるい
は、それらの組み合わせによって、シリコンウエハの表
面に触媒電極１５０を形成する。触媒電極１５０には白
金の合金などを利用できる。この工程は先のＤｅｅｐ
ＲＩＥ工程の前に行ってもよい。

【００１２】（ｇ）（ガラス工程及び組立）ガラス１１
２，１１４を加工して、シリコン・ウエハに取り付け
る。この工程は、以下に記載するように、上側のガラス
の加工プロセス、下側のガラスの加工プロセスや、加工
したガラス１１２，１１４と上述のように加工されたシ
リコン・ウエハとを組み合わせて組み立てる工程で構成
されている。［下側ガラス工程］１．（エッチング）フッ酸を主成分とする水溶液中でガ
ラス１１４をエッチングなどによって、ガラス・ウエハ
１１４の表面に燃料または空気を供給する微細流路を形
成する。２．（貫通穴加工）ガラス・ウエハ１１４にサンド・ブ
ラスト加工や研削加工によって、燃料または空気を供給
する貫通穴を開ける。［上側ガラス工程］３．（エッチング）フッ酸を主成分とする水溶液中でガ
ラス１１２をエッチングするなどによって、ガラス・ウ
エハ１１２の裏面に固体高分子電解質を入れる窪みを形
成する。４．（貫通穴加工）ガラス・ウエハ１１２にサンド・ブ
ラスト加工や研削加工によって、液状の固体高分子膜を
注入する貫通穴を開ける。この貫通穴から水分を入れ
て、固体高分子電解質を加湿することもできる。また、
同時に配線用の貫通穴を開けても良い。

【００１３】［組み立て］５．（接合）シリコン・ウエハと２枚のガラス・ウエハ
１１２，１１４とを、陽極接合や接着剤を用いる接着に
よって接合する。（ｈ）（固体高分子電解質の注入）シリコン・ウエハと
上側ガラス・ウエハ１１２との隙間（先にエッチングで
ガラスウエハ形成した窪み）に、先に形成した貫通穴か
ら液状の固体高分子電解質を注入する。（ｉ）（分割、配線、配管など）バッチ・プロセスで製
作したマイクロ燃料電池をレーザカッタやダイシングソ
ーなどで分割した後、電気配線、燃料供給のための配管
などを行う（図示せず）。

【００１４】＜製作法２＞図４で説明した製法とはこと
なる製法を、図５を用いて、作成工程ごとに説明する。
この製法は、窒化珪素を用いて絶縁やパターニングを行
っている。（ａ）（窒化珪素堆積・パターニング）シリコン・ウ
エハの表面に窒化珪素のマスクを形成する。マスクに覆
われていない部分に、後の工程でポーラス・シリコンが
形成される。窒化珪素の代わりに炭化珪素なども利用で
きる。（ｂ）（陽極酸化）シリコン・ウエハの裏面にオーミッ
ク・コンタクトを取るための金属膜を付けた後、そこに
正極を付けて、フッ酸を主成分とする水溶液中でシリコ
ン・ウエハを陽極酸化する。この工程で、窒化珪素マス
クに覆われていない部分にポーラス・シリコンが形成さ
れる。（ｃ）（酸化）必要に応じて、シリコン・ウエハを酸化
して、ポーラス・シリコンをポーラス酸化シリコン１３
０にする。（ｄ）（ＤｅｅｐＲＩＥ）ＤｅｅｐＲＩＥによっ
て、シリコン・ウエハの裏面に燃料または空気を供給す
る微細流路を掘る。（ｅ）（触媒電極形成）スパッタリング、蒸着（斜め蒸
着を含む）、印刷、ゾル−ゲル法、化学的処理、あるい
は、それらの組み合わせによって、シリコン・ウエハの
表面に触媒電極１５０を形成する。触媒電極１５０には
白金の合金などを利用できる。（ｆ）（ガラス工程及び組立）ガラス１１２，１１４を
加工して、シリコン・ウエハに取り付ける。この工程
は、上述の製法１に記載するように、上側のガラスの加
工プロセス、下側のガラスの加工プロセスや、加工した
下側ガラス１１４と加工されたシリコン・ウエハとを組
み合わせて、陽極接合や接着剤を用いて行う接着工程で
構成されている。（ｇ）（固体高分子膜の付加）溶液の印刷・塗付や膜の
貼り付けによって、シリコン・ウエハの表面に固体高分
子膜１６０を付ける。（ｈ）シリコン・ウエハと上側ガラス・ウエハ１１２と
を、接着剤を用いて接合する。（ｉ）（分割、配線、配管など）バッチ・プロセスで製
作したマイクロ燃料電池を分割した後、電気配線、燃料
供給のための配管などを行う（図示せず）。

【００１５】＜製作法３＞図６を用いて、製法３を説明
する。この製法は、シリコン・ウエハに対してＤｅｅｐ
ＲＩＥを用いて、流路部分を先に形成している。（ａ）（窒化珪素堆積・パターニング）シリコン・ウエ
ハの両面に窒化珪素のマスクを形成する。マスクに覆わ
れていない部分に、後の工程でポーラス・シリコンが形
成される。窒化珪素の代わりに炭化珪素なども利用でき
る。（ｂ）（ＤｅｅｐＲＩＥ）ＤｅｅｐＲＩＥによっ
て、シリコン・ウエハの裏面に燃料または空気を供給す
る微細流路を掘る。（ｃ）（陽極酸化）シリコン・ウエハの表面にオーミッ
ク・コンタクトを取るための金属膜を付けた後、そこに
正極を付けて、フッ酸を主成分とする水溶液中でシリコ
ンウエハを陽極酸化する。この工程で、窒化珪素マスク
に覆われていない部分にポーラスシリコンが形成され
る。（ｄ）（酸化）必要に応じて、シリコン・ウエハを酸
化して、ポーラス・シリコンをポーラス酸化シリコンに
する。（ｅ）（触媒電極形成）スパッタリング、蒸着（斜め蒸
着を含む）、印刷、ゾル−ゲル法、化学的処理、あるい
は、それらの組み合わせによって、シリコン・ウエハの
表面に触媒電極を形成する。触媒電極には白金の合金な
どを利用できる。（ｆ）（ガラス加工及び接合）ガラス１１２，１１４を
加工して、シリコン・ウエハに取り付ける。この工程
は、上述の製法１に記載するように、上側のガラスの加
工プロセス、下側のガラスの加工プロセスや、加工した
下側ガラス１１４と加工されたシリコン・ウエハとを組
み合わせて、陽極接合や接着剤を用いて行う接着工程で
構成されている。（ｇ）（固体高分子電解質の注入）上側ガラスウエハの
開口に液状の固体高分子電解質を注入する。（ｈ）（封止）上側ガラスウエハの上にカバー（ガラス
・ポリマ基板やテープ）を付けて、固体高分子電解質を
封止する。必要に応じて、カバーに水分を出し入れする
貫通穴を設けてもよい。（ｉ）（分割、配線、配管など）バッチ・プロセスで製
作したマイクロ燃料電池を分割した後、電気配線、燃料
供給のための配管などを行う（図示せず）。上述した図４〜図６の製法を用いて、図２や図３に示し
たマイクロ燃料電池の構成を作成することができる。

【００１６】さて、図１〜図３に示した燃料電池の構成
で、ガス拡散層１３０，ガス流路，触媒電極１５２，１
５４の構成を図７（ａ），図７（ｂ）に示す構成として
もよい。この構成は、ガス拡散層（多孔層）１３０下側
のガス流路を形成するためのＤｅｅｐＲＩＥ（図４
（ｅ），図５（ｄ）を参照）を行っている。このとき
に、ガス拡散層１３０に達したときにＤｅｅｐＲＩＥ
を停止している。図７（ａ）の構成は、このＤｅｅｐ
ＲＩＥによるガス流路生成過程のＤｅｅｐＲＩＥの制
御をガス拡散層１３０に達しても停止せず、すこしガス
拡散層１３０に対してもＤｅｅｐＲＩＥを行った構成
を示している。また、図７（ｂ）は、ガス拡散層１３０
に対して完全にＤｅｅｐＲＩＥを行った場合を示して
いる。この場合ではＤｅｅｐＲＩＥの制御が不要にな
る。このときには、ガス拡散層１３０の上に触媒電極１
５２，１５４を形成しているので、触媒電極も流路上に
は形成されない。接触電極の面積が少ないので燃料電池
の効率が悪くなる。

【００１７】以上，ウエハ・プロセスによって製作する
ことを特徴とした本発明のマイクロ燃料電池の構造及び
製造方法を述べたが、本発明の趣旨により、半導体ウエ
ハはシリコン以外に例えばガリウム砒素などの半導体で
あってもよい。また、多孔質材料を陽極酸化で形成する
技術を中心に述べたが、半導体表面に成膜した多孔質シ
リコン酸化膜などの無機材料、あるいは、気泡を制御し
て形成した有機材料などであってもよい。特に、低温の
処理温度で形成可能な大気圧ＣＶＤなどの成膜技術を用
いれば、半導体基板にあらかじめＬＳＩ、太陽電池など
の機能装置、あるいは、ＭＥＭＳ装置が形成された基板
に、一体化あるいは積層して本発明の燃料電池をこれら
の駆動電源として搭載することができるので、計り知れ
ない効果がある。このように、マイクロ燃料電池がウエ
ハ・バッチ・プロセスで一括して生産できるので、大量
生産による低コスト化が達成できる。また、この発明で
は、固体高分子イオン伝導膜の組込を製造工程の最終段
階で行うので，処理温度によるこの膜の劣化がなく、高
性能の電池が達成できる。また、電池構造から高出力、
高効率化が実現できる利点がある。

【００１８】

【発明の効果】上述したように、本発明の構成を用いる
ことにより、超小形の高性能な燃料電池を安価かつ大量
に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のマイクロ燃料電池の構成を示す図で
ある。

【図２】マイクロ燃料電池の別の構成を示す図である。

【図３】マイクロ燃料電池の他の構成を示す図である。

【図４】マイクロ燃料電池の製法を説明する図である。

【図５】マイクロ燃料電池の別の製法を説明する図であ
る。

【図６】マイクロ燃料電池の他の製法を説明する図であ
る。

【図７】マイクロ燃料電池のその他の構成を説明する図
である。

【符号の説明】

１００マイクロ燃料電池１１２，１１４ガラス１２０シリコン層１３０ガス拡散層（ポーラス層）１４０絶縁膜１５２，１５４触媒電極１６０固体高分子イオン伝導膜１７０シリコン基板２００マイクロ燃料電池２１０ガラス２２２，２２４シリコン層２３２，２３４ガス拡散層（ポーラス
層）２４２，２４４絶縁層２５２，２５４触媒電極２６０固体高分子イオン伝導膜３００マイクロ燃料電池３１２，３１４ガラス３２２，３２４シリコン層３３２，３３４ガス拡散層（ポーラス
層）３４２，３４４絶縁層３５２，３５４触媒電極３６０固体高分子イオン伝導膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板から作成されるマイクロ燃料電
池であって、前記半導体基板から作成された多孔性のガス拡散層と、前記ガス拡散層の下の前記半導体基板で作成した流路
と、前記ガス拡散層の上に設けた触媒電極と、前記触媒電極上に設けた固体高分子イオン伝導膜とを備
えることを特徴とするマイクロ燃料電池。
【請求項２】請求項１に記載のマイクロ燃料電池におい
て、前記触媒電極は、アノードとカソードが交互に形成され
ており、前記カソードの下の前記流路には燃料を、前記アノード
の下の前記流路には酸素を供給することを特徴とするマ
イクロ燃料電池。
【請求項３】半導体基板から作成されるマイクロ燃料電
池であって、第１の半導体基板から作成された多孔性の第１のガス拡
散層と、第１のガス拡散層の上の第１の半導体基板で作成した第
１の流路と、第１のガス拡散層の下に設けた第１の触媒電極と、第２の半導体基板から作成された多孔性の第２のガス拡
散層と、第２のガス拡散層の下の第２の半導体基板で作成した第
２の流路と、第２のガス拡散層の上に設けた第２の触媒電極と、第１及び第２の触媒電極の間に設けた固体高分子イオン
伝導膜とを備えたことを特徴とするマイクロ燃料電池。
【請求項４】請求項３に記載のマイクロ燃料電池におい
て、前記第１の流路には酸素が供給され、前記第２の流路に
は燃料が供給されており、前記第１の触媒電極はカソードであり、前記第２の触媒
電極はアノードであることを特徴とするマイクロ燃料電
池。
【請求項５】請求項３に記載のマイクロ燃料電池におい
て、前記第１及び第２の触媒電極は、アノードとカソードが
交互に形成されており、前記第１及び第２の触媒電極のアノード，カソードに対
応して、前記第１及び第２の流路に燃料又は酸素を供給
することを特徴とするマイクロ燃料電池。