JP2003331865A - 小型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
小型燃料電池及びその製造方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化と大出力とを両立させた小型燃料電
池、その製造方法、並びに小型燃料電池システムを提供
する。 【解決手段】 電解質膜（１）と、当該電解質膜（１）
の一方の面に接合されたアノード（２）と、当該電解質
膜の他方の面に接合されたカソード（３）とを備えた電
解質膜／電極接合体（６）が、１回折り曲げられて構成
された小型燃料電池（１０）であり、折り曲げられるこ
とによりアノードが対向配置されて形成された内側部分
には拡散層（５）が介在されて構成されている。
池、その製造方法、並びに小型燃料電池システムを提供
する。 【解決手段】 電解質膜（１）と、当該電解質膜（１）
の一方の面に接合されたアノード（２）と、当該電解質
膜の他方の面に接合されたカソード（３）とを備えた電
解質膜／電極接合体（６）が、１回折り曲げられて構成
された小型燃料電池（１０）であり、折り曲げられるこ
とによりアノードが対向配置されて形成された内側部分
には拡散層（５）が介在されて構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は小型燃料電池、その
製造方法、並びに小型燃料電池システムに関し、特に、
小型化と大出力とを両立させた小型燃料電池等に関す
る。
製造方法、並びに小型燃料電池システムに関し、特に、
小型化と大出力とを両立させた小型燃料電池等に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、アノード（燃料極）、電解
質、及びカソード（空気極）が積層されて構成され、ア
ノードに水素を供給しカソードに酸素を供給して、化学
反応（アノード：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−、カソード：１
／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ ２Ｏ）の自由エネルギー
変化を直接に電気エネルギーとして取り出すものであ
る。燃料電池は、化石燃料を使用しないクリーンエネル
ギーであるため、二酸化炭素排出量削減に貢献する環境
調和型電源として注目されている。
質、及びカソード（空気極）が積層されて構成され、ア
ノードに水素を供給しカソードに酸素を供給して、化学
反応（アノード：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−、カソード：１
／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ ２Ｏ）の自由エネルギー
変化を直接に電気エネルギーとして取り出すものであ
る。燃料電池は、化石燃料を使用しないクリーンエネル
ギーであるため、二酸化炭素排出量削減に貢献する環境
調和型電源として注目されている。
【０００３】中でも、電解質に固体電解質膜を用いる固
体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、低温での出力が大
きいため、小型の家庭用電源、ポータブル電源、移動体
用電源としての実用化が検討されている。また、メタノ
ール燃料を電池内部で直接改質する形のＰＥＦＣである
直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も、実用化が検
討されている。
体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、低温での出力が大
きいため、小型の家庭用電源、ポータブル電源、移動体
用電源としての実用化が検討されている。また、メタノ
ール燃料を電池内部で直接改質する形のＰＥＦＣである
直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も、実用化が検
討されている。
【０００４】これまで、携帯電話等の携帯機器の電源と
しては、リチウムイオン電池等の二次電池が主流であっ
たが、最近ではＰＥＦＣやＤＭＦＣを携帯機器の電源と
して用いるための開発がなされている。ＰＥＦＣやＤＭ
ＦＣは、充電が不要であり、燃料を連続供給すれば連続
使用が可能であるので、実用化されれば携帯機器の電源
の連続使用時間が著しく長くなることが期待されてい
る。
しては、リチウムイオン電池等の二次電池が主流であっ
たが、最近ではＰＥＦＣやＤＭＦＣを携帯機器の電源と
して用いるための開発がなされている。ＰＥＦＣやＤＭ
ＦＣは、充電が不要であり、燃料を連続供給すれば連続
使用が可能であるので、実用化されれば携帯機器の電源
の連続使用時間が著しく長くなることが期待されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようにＰＥＦＣを
携帯機器の電源として適用しようとする場合、ＰＦＥＣ
を小型化する必要がある。
携帯機器の電源として適用しようとする場合、ＰＦＥＣ
を小型化する必要がある。
【０００６】しかしながら、単に、従来の大型ＰＥＦＣ
の各構成部品のサイズをそれぞれ小さくして小型化して
も、電池の出力はセルの合計表面積に比例するので、十
分な出力を得ることが難しい。
の各構成部品のサイズをそれぞれ小さくして小型化して
も、電池の出力はセルの合計表面積に比例するので、十
分な出力を得ることが難しい。
【０００７】一方、出力量を上げるためにセルの積層数
（スタック数）を増加させることも考えられるが、スタ
ック数を増加させると、セパレータ等のスタッキングの
ための部品も多く必要となり、小型化を実現することが
難しい。また、スタック数が増えると、組立て工程数が
増え、製造が煩雑となる。
（スタック数）を増加させることも考えられるが、スタ
ック数を増加させると、セパレータ等のスタッキングの
ための部品も多く必要となり、小型化を実現することが
難しい。また、スタック数が増えると、組立て工程数が
増え、製造が煩雑となる。
【０００８】そこで、本発明は、小型化と大出力とを両
立させた小型燃料電池、その製造方法、並びに小型燃料
電池システムを提供する。
立させた小型燃料電池、その製造方法、並びに小型燃料
電池システムを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、電解質膜と、
当該電解質膜の一方の面に接合されたアノードと、当該
電解質膜の他方の面に接合されたカソードとを備えた電
解質膜／電極接合体が、１回又は複数回折り曲げられて
構成された小型燃料電池を提供するものである。
当該電解質膜の一方の面に接合されたアノードと、当該
電解質膜の他方の面に接合されたカソードとを備えた電
解質膜／電極接合体が、１回又は複数回折り曲げられて
構成された小型燃料電池を提供するものである。
【００１０】このように、電解質膜／電極接合体を１回
又は複数回折り曲げる（折り畳む）ことにより、セルの
表面積を大きく取ることができるので、小型でありなが
ら大出力を得ることができる。
又は複数回折り曲げる（折り畳む）ことにより、セルの
表面積を大きく取ることができるので、小型でありなが
ら大出力を得ることができる。
【００１１】また、折り曲げて構成するので、積層構造
（スタック構造）をとらず、セパレータが不要であり小
型化を実現することができる。
（スタック構造）をとらず、セパレータが不要であり小
型化を実現することができる。
【００１２】本発明の小型燃料電池の大きさは、特に限
定されないが、例えば、１０円玉サイズ（幅２．３ｃｍ
×長さ２．３ｃｍ×高さ３ｍｍ）の超小型とすることが
できる。このように超小型化した場合、カソード側を開
放するだけで、特に供給機構を設けなくとも、小型燃料
電池の周囲から空気（酸素）がカソードへ供給されるほ
か、放熱や調湿も不要であるというメリットがある。
定されないが、例えば、１０円玉サイズ（幅２．３ｃｍ
×長さ２．３ｃｍ×高さ３ｍｍ）の超小型とすることが
できる。このように超小型化した場合、カソード側を開
放するだけで、特に供給機構を設けなくとも、小型燃料
電池の周囲から空気（酸素）がカソードへ供給されるほ
か、放熱や調湿も不要であるというメリットがある。
【００１３】前記アノードには、燃料として水素又はメ
タノール溶液が供給されることが好ましい。
タノール溶液が供給されることが好ましい。
【００１４】上記においては、アノード及び／又はカソ
ードは、電解質膜上に連続的に形成されていてもよい。
あるいは、折り曲げられる折り曲げ部位にはアノード及
び／又はカソードを形成せず、電解質膜上に断続的に形
成されてもよい。
ードは、電解質膜上に連続的に形成されていてもよい。
あるいは、折り曲げられる折り曲げ部位にはアノード及
び／又はカソードを形成せず、電解質膜上に断続的に形
成されてもよい。
【００１５】前記電解質膜／電極接合体は、アノードが
接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げ
られることによりアノードが対向配置されて形成された
内側部分に拡散層が介在されてもよい。
接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲げ
られることによりアノードが対向配置されて形成された
内側部分に拡散層が介在されてもよい。
【００１６】このように構成することにより、拡散層を
挟んで両側にアノードが存在するので、この拡散層一つ
によって両側のアノードに燃料を供給することができ、
すなわち拡散層を両側のアノードに燃料を供給する際に
兼用できるので、一層小型化を図ることができる。
挟んで両側にアノードが存在するので、この拡散層一つ
によって両側のアノードに燃料を供給することができ、
すなわち拡散層を両側のアノードに燃料を供給する際に
兼用できるので、一層小型化を図ることができる。
【００１７】前記電解質膜／電極接合体は、奇数回折り
曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内側
部分に拡散層が介在されてもよい。
曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内側
部分に拡散層が介在されてもよい。
【００１８】このように構成することにより、上述の場
合と同様に、アノード側に介在された拡散層を両側のア
ノードに燃料を供給する際に兼用することができ、ま
た、カソード側に介在された拡散層を両側のカソードに
空気（酸素）を供給する際に兼用することができるの
で、一層小型化を図ることができる。
合と同様に、アノード側に介在された拡散層を両側のア
ノードに燃料を供給する際に兼用することができ、ま
た、カソード側に介在された拡散層を両側のカソードに
空気（酸素）を供給する際に兼用することができるの
で、一層小型化を図ることができる。
【００１９】上記においては、前記電解質膜の少なくと
も端部には、前記アノードが設けられていない露出部が
あり、当該露出部にセパレータ膜の端部が固定されるこ
とにより、燃料を前記アノードへ供給するための供給室
が形成されることが好ましい。
も端部には、前記アノードが設けられていない露出部が
あり、当該露出部にセパレータ膜の端部が固定されるこ
とにより、燃料を前記アノードへ供給するための供給室
が形成されることが好ましい。
【００２０】上記のように前記電解質膜／電極接合体が
奇数回折り曲げられることにより、前記露出部が小型燃
料電池本体の同じ方向に延出するので、当該露出部にセ
パレータ膜の端部を固定して燃料を前記アノードへ供給
するための供給室を簡易かつ省スペースに形成すること
ができる。
奇数回折り曲げられることにより、前記露出部が小型燃
料電池本体の同じ方向に延出するので、当該露出部にセ
パレータ膜の端部を固定して燃料を前記アノードへ供給
するための供給室を簡易かつ省スペースに形成すること
ができる。
【００２１】前記拡散層は、折り曲げられた前記電解質
膜／電極接合体と、一体に成型されており、折り曲げら
れることにより形成された各内側部分に相補する形状を
なしていてもよい。
膜／電極接合体と、一体に成型されており、折り曲げら
れることにより形成された各内側部分に相補する形状を
なしていてもよい。
【００２２】このように構成することにより、簡易な構
成でありながら小型化と大出力とを両立することができ
る。また、一体に成型されているので、電解質膜／電極
接合体の折り曲げられた状態の形状を適切に保持するこ
とができる。
成でありながら小型化と大出力とを両立することができ
る。また、一体に成型されているので、電解質膜／電極
接合体の折り曲げられた状態の形状を適切に保持するこ
とができる。
【００２３】前記電解質膜／電極接合体において、折り
曲げられた折り曲げ部位における曲率半径は、１μｍ以
上であることが好ましい。折り曲げ部位における好まし
い曲率半径は、小型燃料電池の大きさ、電解質膜の厚
さ、アノードやカソードの厚さ等により適宜変わり得
る。
曲げられた折り曲げ部位における曲率半径は、１μｍ以
上であることが好ましい。折り曲げ部位における好まし
い曲率半径は、小型燃料電池の大きさ、電解質膜の厚
さ、アノードやカソードの厚さ等により適宜変わり得
る。
【００２４】このように好ましい折り曲げの曲率半径と
することにより、アノードへの燃料の適切な供給、及び
／又はカソードへの空気（酸素）適切な供給、並びに燃
料電池の小型化を一層図ることができる。
することにより、アノードへの燃料の適切な供給、及び
／又はカソードへの空気（酸素）適切な供給、並びに燃
料電池の小型化を一層図ることができる。
【００２５】前記電解質膜／電極接合体は、複数回折り
曲げられて構成され、当該折り曲げの角度は均一ではな
くともよい。折り曲げの角度とは、隣り合うアノード同
士、若しくは隣り合うカソード同士がなす角度である。
折り曲げの角度が均一でないとは、例えば、ある箇所で
は角度１８０°で折り曲げ、また他の箇所では９０°で
折り曲げる、といったような場合である。このように構
成することにより、セルの表面積を一層大きく取ること
ができる。また、折り曲げる各箇所における折り曲げ角
度を変えることにより、小型燃料電池の形状を容易に変
えることができるので、設計の自由度が向上する。
曲げられて構成され、当該折り曲げの角度は均一ではな
くともよい。折り曲げの角度とは、隣り合うアノード同
士、若しくは隣り合うカソード同士がなす角度である。
折り曲げの角度が均一でないとは、例えば、ある箇所で
は角度１８０°で折り曲げ、また他の箇所では９０°で
折り曲げる、といったような場合である。このように構
成することにより、セルの表面積を一層大きく取ること
ができる。また、折り曲げる各箇所における折り曲げ角
度を変えることにより、小型燃料電池の形状を容易に変
えることができるので、設計の自由度が向上する。
【００２６】また、本発明の小型燃料電池は、凹凸面を
有する第一の拡散層と、当該凹凸面上に形成された第一
の電極と、当該第一の電極上に形成された電解質膜と、
当該電解質膜上に形成された第二の電極と、当該第二の
電極上に形成された第二の拡散層とを備えたものであっ
てもよい。凹凸面を有する第一の拡散層を用い、この上
に順次第一の電極、電解質膜、第二の電極、第二の拡散
層を形成することにより、小型燃料電池のセルの表面積
を一層大きく取ることができる。
有する第一の拡散層と、当該凹凸面上に形成された第一
の電極と、当該第一の電極上に形成された電解質膜と、
当該電解質膜上に形成された第二の電極と、当該第二の
電極上に形成された第二の拡散層とを備えたものであっ
てもよい。凹凸面を有する第一の拡散層を用い、この上
に順次第一の電極、電解質膜、第二の電極、第二の拡散
層を形成することにより、小型燃料電池のセルの表面積
を一層大きく取ることができる。
【００２７】前記凹凸面は、凹凸曲面形状をなすことが
好ましい。
好ましい。
【００２８】前記電解質膜としては、フッ素系イオン交
換膜、部分フッ素化系イオン交換膜、炭化水素系イオン
交換膜、有機無機ハイブリッドイオン交換膜、電解質含
浸イオン交換膜、混合イオン交換膜等の固体電解質膜が
挙げられる。
換膜、部分フッ素化系イオン交換膜、炭化水素系イオン
交換膜、有機無機ハイブリッドイオン交換膜、電解質含
浸イオン交換膜、混合イオン交換膜等の固体電解質膜が
挙げられる。
【００２９】特に、前記電解質膜は、プロトン輸送材料
が含浸されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
からなることが好ましい。このような電解質膜は適度な
強度、伸度、弾性、硬さ、こわさを有しているので、本
発明の小型燃料電池を構成する上で好適である。プロト
ン輸送材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸
系高分子が好ましい。電解質膜としては、例えば、フレ
オミン膜（旭硝子社商標名）、ナフィオン膜（Du Pont
社商標名）、アシプレックス膜（旭化成工業社商標名）
等の高分子膜が好適に用いられる。電解質膜としては、
高分子膜のほか、固体酸化膜等の固体電解質膜やリン酸
系膜であってもよい。
が含浸されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
からなることが好ましい。このような電解質膜は適度な
強度、伸度、弾性、硬さ、こわさを有しているので、本
発明の小型燃料電池を構成する上で好適である。プロト
ン輸送材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸
系高分子が好ましい。電解質膜としては、例えば、フレ
オミン膜（旭硝子社商標名）、ナフィオン膜（Du Pont
社商標名）、アシプレックス膜（旭化成工業社商標名）
等の高分子膜が好適に用いられる。電解質膜としては、
高分子膜のほか、固体酸化膜等の固体電解質膜やリン酸
系膜であってもよい。
【００３０】本発明は、上記の小型燃料電池を備えた小
型燃料電池システムを提供するものである。小型燃料電
池システムは、例えば、燃料タンク、燃料タンクから小
型燃料電池の燃料供給口へ導びかれた供給チューブ、小
型燃料電池の燃料排出口から燃料タンクへ導かれた排出
チューブ、当該供給チューブ又は排出チューブに設けら
れたポンプ手段、等を含んでいてもよい。
型燃料電池システムを提供するものである。小型燃料電
池システムは、例えば、燃料タンク、燃料タンクから小
型燃料電池の燃料供給口へ導びかれた供給チューブ、小
型燃料電池の燃料排出口から燃料タンクへ導かれた排出
チューブ、当該供給チューブ又は排出チューブに設けら
れたポンプ手段、等を含んでいてもよい。
【００３１】本発明は、電解質膜の一方の面にアノード
を接合し、他方の面にカソードを接合して、電解質膜／
電極接合体を作製する工程と、当該電解質膜／電極接合
体を１回又は複数回折り曲げる工程と、折り曲げられた
各内側部分に拡散層を介在させる工程と、を含む小型燃
料電池の製造方法を提供するものである。
を接合し、他方の面にカソードを接合して、電解質膜／
電極接合体を作製する工程と、当該電解質膜／電極接合
体を１回又は複数回折り曲げる工程と、折り曲げられた
各内側部分に拡散層を介在させる工程と、を含む小型燃
料電池の製造方法を提供するものである。
【００３２】このような製造方法とすることにより、小
型化と大出力とを両立させた小型燃料電池を簡易に製造
することができる。また、電解質膜／電極接合体を１回
又は複数回折り曲げる工程において、折り曲げる箇所
（電解質膜／電極接合体における折り曲げる位置）、折
り曲げる回数、折り曲げ加工の方法等を調整することに
よって、製造する小型燃料電池のサイズや出力を調整で
きるので、容易に多様なサイズや出力の小型燃料電池を
製造することができる。
型化と大出力とを両立させた小型燃料電池を簡易に製造
することができる。また、電解質膜／電極接合体を１回
又は複数回折り曲げる工程において、折り曲げる箇所
（電解質膜／電極接合体における折り曲げる位置）、折
り曲げる回数、折り曲げ加工の方法等を調整することに
よって、製造する小型燃料電池のサイズや出力を調整で
きるので、容易に多様なサイズや出力の小型燃料電池を
製造することができる。
【００３３】前記電解質膜／電極接合体の作製工程にお
いては、アノード及び／又はカソードは、電解質膜上に
連続的に形成されてもよく、あるいは、折り曲げられる
折り曲げ部位にはアノード及び／又はカソードを形成せ
ず、電解質膜上に断続的に形成されてもよい。また、電
解質膜へのアノード及びカソードの接合は、あらかじめ
成膜したアノード及びカソードをそれぞれ電解質膜上に
熱圧着法により接合してもよく、あるいは、電解質膜上
にスパッタリング法によりアノード及びカソードをそれ
ぞれ形成してもよい。あるいは、電解質膜へのアノード
及びカソードの接合は、触媒材料である金属粉体やカー
ボン粉を、ナフィオン、ポリピロール、ポリチオフェン
等の導電性有機樹脂を溶媒に溶かしたものに分散させた
ものを、スプレー噴霧や印刷し、その後乾燥することに
よって作製してもよい。
いては、アノード及び／又はカソードは、電解質膜上に
連続的に形成されてもよく、あるいは、折り曲げられる
折り曲げ部位にはアノード及び／又はカソードを形成せ
ず、電解質膜上に断続的に形成されてもよい。また、電
解質膜へのアノード及びカソードの接合は、あらかじめ
成膜したアノード及びカソードをそれぞれ電解質膜上に
熱圧着法により接合してもよく、あるいは、電解質膜上
にスパッタリング法によりアノード及びカソードをそれ
ぞれ形成してもよい。あるいは、電解質膜へのアノード
及びカソードの接合は、触媒材料である金属粉体やカー
ボン粉を、ナフィオン、ポリピロール、ポリチオフェン
等の導電性有機樹脂を溶媒に溶かしたものに分散させた
ものを、スプレー噴霧や印刷し、その後乾燥することに
よって作製してもよい。
【００３４】前記折り曲げる工程においては、電解質膜
／電極接合体における折り曲げる箇所において電解質膜
／電極接合体の厚さをあらかじめ薄くしておいてもよ
い。このようにすれば、折り曲げる作業が容易となり、
また、折り曲げの位置決めも正確となる。また、このよ
うにすれば、折り曲げた後の形状をより安定して維持す
ることができる。あるいは、折り曲げる箇所にあらかじ
めミシン目や穴を形成しておき、小型燃料電池を製造し
た後、当該ミシン目や穴を樹脂等により封止してもよ
い。
／電極接合体における折り曲げる箇所において電解質膜
／電極接合体の厚さをあらかじめ薄くしておいてもよ
い。このようにすれば、折り曲げる作業が容易となり、
また、折り曲げの位置決めも正確となる。また、このよ
うにすれば、折り曲げた後の形状をより安定して維持す
ることができる。あるいは、折り曲げる箇所にあらかじ
めミシン目や穴を形成しておき、小型燃料電池を製造し
た後、当該ミシン目や穴を樹脂等により封止してもよ
い。
【００３５】前記折り曲げられた各内側部分に拡散層を
介在させる工程は、拡散層を、折り曲げられた前記電解
質膜／電極接合体と、一体に成型する工程であってもよ
い。
介在させる工程は、拡散層を、折り曲げられた前記電解
質膜／電極接合体と、一体に成型する工程であってもよ
い。
【００３６】拡散層を、折り曲げられた状態の電解質膜
／電極接合体と一体に成型することにより、小型化及び
大出力を両立した燃料電池を簡易に作成することができ
る。
／電極接合体と一体に成型することにより、小型化及び
大出力を両立した燃料電池を簡易に作成することができ
る。
【００３７】また、本発明は、機械加工により第一の拡
散層の一方の面に凹凸面を形成する工程と、当該凹凸面
上に第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極上に
電解質膜を形成する工程と、当該電解質膜上に第二の電
極を形成する工程と、当該第二の電極上に第二の拡散層
を形成する工程と、を含む小型燃料電池の製造方法を提
供するものである。
散層の一方の面に凹凸面を形成する工程と、当該凹凸面
上に第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極上に
電解質膜を形成する工程と、当該電解質膜上に第二の電
極を形成する工程と、当該第二の電極上に第二の拡散層
を形成する工程と、を含む小型燃料電池の製造方法を提
供するものである。
【００３８】前記第一の電極、電解質膜、第二の電極、
及び第二の拡散層は、スプレーコート法又はディップコ
ート法により形成されることが好ましい。
及び第二の拡散層は、スプレーコート法又はディップコ
ート法により形成されることが好ましい。
【００３９】前記機械加工としては、プレス成型又は切
削加工が好ましい。
削加工が好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。
面を参照しつつ説明する。
【００４１】（第１の実施の形態）図１に、実施形態１
に係る小型燃料電池システムの構成図を模式的に示す。
に係る小型燃料電池システムの構成図を模式的に示す。
【００４２】図１に示すように、小型燃料電池システム
は、小型燃料電池１０と、メタノールタンク２１と、メ
タノールタンク２１に連通されたミキシングタンク２２
と、ミキシングタンク２２から小型燃料電池１０へ導か
れた供給チューブ２４ａと、供給チューブ２４ａに設け
られたポンプ２３と、小型燃料電池１０からミキシング
タンク２２へ導かれた排出チューブ２４ｂを備えてい
る。
は、小型燃料電池１０と、メタノールタンク２１と、メ
タノールタンク２１に連通されたミキシングタンク２２
と、ミキシングタンク２２から小型燃料電池１０へ導か
れた供給チューブ２４ａと、供給チューブ２４ａに設け
られたポンプ２３と、小型燃料電池１０からミキシング
タンク２２へ導かれた排出チューブ２４ｂを備えてい
る。
【００４３】図２に、図１における小型燃料電池１０の
II−II断面図を示す。図２に示すように、小型燃料電池
１０は、電解質膜１、アノード２、及びカソード３から
なる電解質膜／電極接合体（以下、「接合体」という）
６と、燃料拡散層５と、空気拡散層４と、セパレータ膜
７を備えている。また、燃料拡散層５及び空気拡散層４
には、それぞれ図示しない集電部材が設けられている。
II−II断面図を示す。図２に示すように、小型燃料電池
１０は、電解質膜１、アノード２、及びカソード３から
なる電解質膜／電極接合体（以下、「接合体」という）
６と、燃料拡散層５と、空気拡散層４と、セパレータ膜
７を備えている。また、燃料拡散層５及び空気拡散層４
には、それぞれ図示しない集電部材が設けられている。
【００４４】図３に図２における接合体６を展開した状
態の正面図を示す。図３に示すように、接合体６は、電
解質膜１と、当該電解質膜１の一方の面（図３における
上方側の面）に接合されたアノード２と、他方の面（図
３における下方側の面）に接合されたカソード３からな
る。電解質膜１は、ナフィオン膜（デュポン社商標名）
からなり、アノード２は白金（Ｐｔ）及びルテニウム
（Ｒｕ）の合金を担持したカーボン触媒電極膜からな
り、カソードは白金（Ｐｔ）を担持したカーボン触媒電
極膜からなる。電解質膜１の両端部には、アノード２が
設けられていない電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’が存在す
る。
態の正面図を示す。図３に示すように、接合体６は、電
解質膜１と、当該電解質膜１の一方の面（図３における
上方側の面）に接合されたアノード２と、他方の面（図
３における下方側の面）に接合されたカソード３からな
る。電解質膜１は、ナフィオン膜（デュポン社商標名）
からなり、アノード２は白金（Ｐｔ）及びルテニウム
（Ｒｕ）の合金を担持したカーボン触媒電極膜からな
り、カソードは白金（Ｐｔ）を担持したカーボン触媒電
極膜からなる。電解質膜１の両端部には、アノード２が
設けられていない電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’が存在す
る。
【００４５】図１及び図２に示すように、小型燃料電池
１０は、接合体６が、アノード２が接合された面を内側
にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりア
ノード２が対向配置されて形成された内側部分に燃料拡
散層５が介在され、さらにこれらが空気拡散層４に覆わ
れて構成されている。本実施形態においては、電解質膜
１の厚さが約２０μｍ〜約５０μｍであり、アノード２
及びカソード３の厚さがそれぞれ約５μｍ〜約３０μｍ
であり、折り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径
は、約１００μｍであることにより、燃料拡散層５を適
切に保持しながら介在させることができ、アノード２へ
燃料を適切に供給することができる。電解質膜１のアノ
ード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、セパレータ膜７の
端部が気密に接着固定されている。また、小型燃料電池
１０の折り曲げられた両サイドはフィルム状シール部材
１１、１２によって気密にシールされている（図１）。
これにより、燃料であるメタノールをアノード２に供給
するための供給室８（図２）が形成されている。すなわ
ち、電解質膜１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’
を、供給室８を構成する隔壁の一部として使用してい
る。
１０は、接合体６が、アノード２が接合された面を内側
にして１回折り曲げられ、折り曲げられることによりア
ノード２が対向配置されて形成された内側部分に燃料拡
散層５が介在され、さらにこれらが空気拡散層４に覆わ
れて構成されている。本実施形態においては、電解質膜
１の厚さが約２０μｍ〜約５０μｍであり、アノード２
及びカソード３の厚さがそれぞれ約５μｍ〜約３０μｍ
であり、折り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径
は、約１００μｍであることにより、燃料拡散層５を適
切に保持しながら介在させることができ、アノード２へ
燃料を適切に供給することができる。電解質膜１のアノ
ード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、セパレータ膜７の
端部が気密に接着固定されている。また、小型燃料電池
１０の折り曲げられた両サイドはフィルム状シール部材
１１、１２によって気密にシールされている（図１）。
これにより、燃料であるメタノールをアノード２に供給
するための供給室８（図２）が形成されている。すなわ
ち、電解質膜１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’
を、供給室８を構成する隔壁の一部として使用してい
る。
【００４６】供給室８には図示しない燃料供給口が設け
られており、ここに前記供給チューブ２４ａが気密に接
続されている。また、小型燃料電池１０の折り曲げ部位
近傍には図示しない燃料排出口が設けられており、ここ
に前記排出チューブ２４ｂが気密に接続されている。
られており、ここに前記供給チューブ２４ａが気密に接
続されている。また、小型燃料電池１０の折り曲げ部位
近傍には図示しない燃料排出口が設けられており、ここ
に前記排出チューブ２４ｂが気密に接続されている。
【００４７】次に、図１及び図２参照しながら、実施形
態１の小型燃料電池１０の動作について説明する。
態１の小型燃料電池１０の動作について説明する。
【００４８】メタノールタンク２１に燃料であるメタノ
ール溶液（例えば、メタノールの３％水溶液）を充填
し、ポンプ２３を作動させると、メタノール溶液がミキ
シングタンク２２、供給チューブ２４ａ、前記燃料供給
口（図示せず）を通じて収容室８へ導かれる（矢印
Ａ）。この際、収容室８の内部が正圧となるようにポン
プ２３を作動させる。燃料拡散層５はメッシュの金属フ
ォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜
であり、収容室８へ導かれたメタノール溶液は、燃料拡
散層５内を拡散してアノード２へ導かれる。アノード２
において、メタノールはプロトンに変換（改質）され
る。一方、空気拡散層４もメッシュの金属フォーム（例
えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、空
気（酸素）が図１のＢ及びＢ’方向に空気拡散層４内を
拡散して、カソード３へ導かれる。これによって得られ
る小型燃料電池１０からの出力を、前記集電部材（図示
せず）を通じて取り出す。前記燃料排出口（図示せず）
からは、未使用のメタノール溶液や副生物が排出チュー
ブ２４ｂを通じてミキシング２２に還流される（矢印
Ａ’）。燃料拡散層５及び空気拡散層４は、それぞれ、
Ａｌ、ＳＵＳなどであってもよく、また、スポンジチタ
ン等の多孔性金属材料、カーボンペーパー紙にカーボン
を担持したもの、カーボンクロス等であってもよい。カ
ーボンペーパー紙にカーボンを担持したものやカーボン
クロスを用いる場合には、燃料拡散層５及び集電部材の
双方の機能を持たせることができる。
ール溶液（例えば、メタノールの３％水溶液）を充填
し、ポンプ２３を作動させると、メタノール溶液がミキ
シングタンク２２、供給チューブ２４ａ、前記燃料供給
口（図示せず）を通じて収容室８へ導かれる（矢印
Ａ）。この際、収容室８の内部が正圧となるようにポン
プ２３を作動させる。燃料拡散層５はメッシュの金属フ
ォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜
であり、収容室８へ導かれたメタノール溶液は、燃料拡
散層５内を拡散してアノード２へ導かれる。アノード２
において、メタノールはプロトンに変換（改質）され
る。一方、空気拡散層４もメッシュの金属フォーム（例
えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、空
気（酸素）が図１のＢ及びＢ’方向に空気拡散層４内を
拡散して、カソード３へ導かれる。これによって得られ
る小型燃料電池１０からの出力を、前記集電部材（図示
せず）を通じて取り出す。前記燃料排出口（図示せず）
からは、未使用のメタノール溶液や副生物が排出チュー
ブ２４ｂを通じてミキシング２２に還流される（矢印
Ａ’）。燃料拡散層５及び空気拡散層４は、それぞれ、
Ａｌ、ＳＵＳなどであってもよく、また、スポンジチタ
ン等の多孔性金属材料、カーボンペーパー紙にカーボン
を担持したもの、カーボンクロス等であってもよい。カ
ーボンペーパー紙にカーボンを担持したものやカーボン
クロスを用いる場合には、燃料拡散層５及び集電部材の
双方の機能を持たせることができる。
【００４９】なお、メタノールタンク２１は適宜交換可
能な燃料カートリッジであってもよい。
能な燃料カートリッジであってもよい。
【００５０】上記のように構成することにより、セルの
表面積を大きく取ることができるので、小型でありなが
ら大出力を得ることができる。また、折り曲げて構成す
るので、スタック構造を取らず、セパレータが不要であ
り小型化を実現することができる。また、電解質膜１の
一方の面にアノード２を設け他方の面にカソード３を設
けており、すなわち電解質膜１の同じサイドにアノード
２を形成しているので、接合体６を折り曲げることによ
って燃料拡散層５を挟んで両側にアノード２が存在する
こととなり、この燃料拡散層５を両側のアノード２に燃
料を供給する際に兼用することができ、一層小型化が図
られている。さらに、電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’を、
供給室８を構成する隔壁の一部として使用するので、大
出力でありながら一層の小型化を実現することができ
る。
表面積を大きく取ることができるので、小型でありなが
ら大出力を得ることができる。また、折り曲げて構成す
るので、スタック構造を取らず、セパレータが不要であ
り小型化を実現することができる。また、電解質膜１の
一方の面にアノード２を設け他方の面にカソード３を設
けており、すなわち電解質膜１の同じサイドにアノード
２を形成しているので、接合体６を折り曲げることによ
って燃料拡散層５を挟んで両側にアノード２が存在する
こととなり、この燃料拡散層５を両側のアノード２に燃
料を供給する際に兼用することができ、一層小型化が図
られている。さらに、電解質膜１の露出部Ｃ、Ｃ’を、
供給室８を構成する隔壁の一部として使用するので、大
出力でありながら一層の小型化を実現することができ
る。
【００５１】（第２の実施の形態）実施形態２は、小型
燃料電池１０における接合体６を接合体６’とした点の
みが実施形態１とは異なっている。
燃料電池１０における接合体６を接合体６’とした点の
みが実施形態１とは異なっている。
【００５２】図４（ａ）に実施形態２に係る接合体６’
を展開した状態の正面図を、（ｂ）に上面図を示す。図
４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、ア
ノード２’及びカソード３’は、それぞれ電解質膜１上
の長手方向中央（折り曲げ部位）には形成されておら
ず、電解質膜１上に断続的に形成されている。これによ
って、接合体６’は折り曲げる箇所において厚さが薄く
なっている。また、当該折り曲げ部位には、穴９が複数
形成されている。これにより、折り曲げ作業が容易とな
り、折り曲げの位置決めも正確に行うことができるとと
もに、折り曲げた後の形状を安定して保持することがで
きる。
を展開した状態の正面図を、（ｂ）に上面図を示す。図
４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、ア
ノード２’及びカソード３’は、それぞれ電解質膜１上
の長手方向中央（折り曲げ部位）には形成されておら
ず、電解質膜１上に断続的に形成されている。これによ
って、接合体６’は折り曲げる箇所において厚さが薄く
なっている。また、当該折り曲げ部位には、穴９が複数
形成されている。これにより、折り曲げ作業が容易とな
り、折り曲げの位置決めも正確に行うことができるとと
もに、折り曲げた後の形状を安定して保持することがで
きる。
【００５３】実施形態２においては、折り曲げて小型燃
料電池を製造した後、穴９は樹脂等により封止する。
料電池を製造した後、穴９は樹脂等により封止する。
【００５４】（第３の実施の形態）実施形態３は、折り
曲げ回数が５回である小型燃料電池を用いた点のみが実
施形態１とは異なっている。
曲げ回数が５回である小型燃料電池を用いた点のみが実
施形態１とは異なっている。
【００５５】図５に実施形態３に係る小型燃料電池３０
の断面図を示す。図５に示すように、小型燃料電池３０
は、電解質膜３１、アノード３２、及びカソード３３か
らなる接合体３６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５
と空気拡散層３４が設けられて構成されている。燃料拡
散層３５は、接合体３６が折り曲げられることにより形
成されたアノード側の３つの各内側部分に介在されると
ともに、その端部において互いに一体化されている。ま
た、空気拡散層３４は、接合体３６が折り曲げられるこ
とにより形成されたカソード側の２つの内側部分に介在
されるとともに、これら全体を覆っている。電解質膜３
１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、実施形態
１と同様にセパレータ膜３７の端部が気密に接着固定さ
れている。その他の構成は実施形態１と同様である。
の断面図を示す。図５に示すように、小型燃料電池３０
は、電解質膜３１、アノード３２、及びカソード３３か
らなる接合体３６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５
と空気拡散層３４が設けられて構成されている。燃料拡
散層３５は、接合体３６が折り曲げられることにより形
成されたアノード側の３つの各内側部分に介在されると
ともに、その端部において互いに一体化されている。ま
た、空気拡散層３４は、接合体３６が折り曲げられるこ
とにより形成されたカソード側の２つの内側部分に介在
されるとともに、これら全体を覆っている。電解質膜３
１のアノード側両端部の露出部Ｃ、Ｃ’には、実施形態
１と同様にセパレータ膜３７の端部が気密に接着固定さ
れている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００５６】上記のように構成することにより、接合体
３６を５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取るこ
とができ、また、セパレータが不要であるので、大出力
と小型化を両立することができる。また、本実施形態に
おいても、電解質膜３１の同じサイドにアノード３２を
形成し、他方の同じサイドにカソード３３を形成してい
るので、接合体３６を折り曲げることによって燃料拡散
層３５を両側の各アノード３２に燃料を供給する際に兼
用することができる。また、空気拡散層３４について
も、両側の各カソード３３に空気（酸素）を供給する際
に兼用することができる。これにより、大出力でありな
がら小型化を実現することができる。
３６を５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取るこ
とができ、また、セパレータが不要であるので、大出力
と小型化を両立することができる。また、本実施形態に
おいても、電解質膜３１の同じサイドにアノード３２を
形成し、他方の同じサイドにカソード３３を形成してい
るので、接合体３６を折り曲げることによって燃料拡散
層３５を両側の各アノード３２に燃料を供給する際に兼
用することができる。また、空気拡散層３４について
も、両側の各カソード３３に空気（酸素）を供給する際
に兼用することができる。これにより、大出力でありな
がら小型化を実現することができる。
【００５７】さらに接合体３６を奇数回（５回）折り曲
げることにより、前記露出部Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図５
における左方向）に延出するので、当該露出部Ｃ、Ｃ’
にセパレータ膜３７の端部を接着固定して燃料をアノー
ド３２へ供給するための供給室８を簡易に形成すること
ができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収容室８を構成する隔壁の一
部として使用し、一層の小型化を図ることができる。
げることにより、前記露出部Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図５
における左方向）に延出するので、当該露出部Ｃ、Ｃ’
にセパレータ膜３７の端部を接着固定して燃料をアノー
ド３２へ供給するための供給室８を簡易に形成すること
ができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収容室８を構成する隔壁の一
部として使用し、一層の小型化を図ることができる。
【００５８】なお、本実施形態では拡散層３４、３５を
その端部において一体化して作製した場合について説明
したが、これに限定されず、拡散層塊にプレス成型や切
削加工等の機械加工を施し、アノード３２やカソード３
３を介在させる凹部を形成してもよい。
その端部において一体化して作製した場合について説明
したが、これに限定されず、拡散層塊にプレス成型や切
削加工等の機械加工を施し、アノード３２やカソード３
３を介在させる凹部を形成してもよい。
【００５９】（第４の実施の形態）実施形態４は、燃料
拡散層４５及び空気拡散層４４がそれぞれ一体に成型さ
れている点のみが実施形態３とは異なっている。
拡散層４５及び空気拡散層４４がそれぞれ一体に成型さ
れている点のみが実施形態３とは異なっている。
【００６０】図６に実施形態４に係る小型燃料電池４０
の断面図を示す。図６に示すように、小型燃料電池４０
は、電解質膜４１、アノード４２、及びカソード４３か
らなる接合体４６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５
及び空気拡散層４４が折り曲げられた接合体４６に対し
てそれぞれ一体に成型されて、それぞれ折り曲げられる
ことにより形成された各内側部分に相補する形状をなし
構成されている。
の断面図を示す。図６に示すように、小型燃料電池４０
は、電解質膜４１、アノード４２、及びカソード４３か
らなる接合体４６が５回折り曲げられ、燃料拡散層３５
及び空気拡散層４４が折り曲げられた接合体４６に対し
てそれぞれ一体に成型されて、それぞれ折り曲げられる
ことにより形成された各内側部分に相補する形状をなし
構成されている。
【００６１】上記のように構成することにより、接合体
４６を５回折り曲げてセルの表面積を大きく取ることが
でき、また、セパレータが不要であるので、大出力と小
型化を両立することができる。また、本実施形態におい
ても、電解質膜４１の同じサイドにアノード４２を形成
し、他方の同じサイドにカソード４３を形成しているの
で、接合体４６を折り曲げることによって燃料拡散層４
５を両側の各アノード４２に燃料を供給する際に兼用す
ることができる。また、空気拡散層４５についても、両
側の各カソード４３に空気（酸素）を供給する際に兼用
することができる。これにより、大出力でありながら小
型化を実現することができる。
４６を５回折り曲げてセルの表面積を大きく取ることが
でき、また、セパレータが不要であるので、大出力と小
型化を両立することができる。また、本実施形態におい
ても、電解質膜４１の同じサイドにアノード４２を形成
し、他方の同じサイドにカソード４３を形成しているの
で、接合体４６を折り曲げることによって燃料拡散層４
５を両側の各アノード４２に燃料を供給する際に兼用す
ることができる。また、空気拡散層４５についても、両
側の各カソード４３に空気（酸素）を供給する際に兼用
することができる。これにより、大出力でありながら小
型化を実現することができる。
【００６２】また、本実施形態においては、燃料拡散層
４４、及び空気拡散層４５の形状は一体で成型（例え
ば、射出成型、粉末成型、加工成型等により成型）する
ことが可能なので、小型かつ大出力密度を有する燃料電
池を簡易に製造することができる。
４４、及び空気拡散層４５の形状は一体で成型（例え
ば、射出成型、粉末成型、加工成型等により成型）する
ことが可能なので、小型かつ大出力密度を有する燃料電
池を簡易に製造することができる。
【００６３】なお、上記実施形態３及び実施形態４にお
いても、上記実施形態２と同様に、アノード及びカソー
ドを電解質膜上に断続的に形成してもよい。
いても、上記実施形態２と同様に、アノード及びカソー
ドを電解質膜上に断続的に形成してもよい。
【００６４】（第５の実施の形態）実施形態５は、折り
曲げの角度及び回数が実施形態１とは異なる小型燃料電
池に係るものである。
曲げの角度及び回数が実施形態１とは異なる小型燃料電
池に係るものである。
【００６５】図７に実施形態５に係る小型燃料電池５０
の断面図を示す。図７に示すように、小型燃料電池５０
は、電解質膜５１、アノード５２、及びカソード５３か
らなる接合体５６が１５回折り曲げられ、燃料拡散層５
５及び空気拡散層５４が折り曲げられた接合体５６に一
体に成型されて、それぞれ折り曲げられることにより形
成された各内側部分に相補する形状をなし構成されてい
る。本実施形態においては、折り曲げ部位における折り
曲げ角度は、約５０°となっている。
の断面図を示す。図７に示すように、小型燃料電池５０
は、電解質膜５１、アノード５２、及びカソード５３か
らなる接合体５６が１５回折り曲げられ、燃料拡散層５
５及び空気拡散層５４が折り曲げられた接合体５６に一
体に成型されて、それぞれ折り曲げられることにより形
成された各内側部分に相補する形状をなし構成されてい
る。本実施形態においては、折り曲げ部位における折り
曲げ角度は、約５０°となっている。
【００６６】電解質膜５１のアノード側両端部の露出部
Ｃ、Ｃ’には実施形態１と同様にセパレータ膜５７の端
部が気密に接着固定されている。その他の構成は実施形
態１と同様である。
Ｃ、Ｃ’には実施形態１と同様にセパレータ膜５７の端
部が気密に接着固定されている。その他の構成は実施形
態１と同様である。
【００６７】上記のように構成することにより、接合体
５６を１５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取る
ことができ、また、セパレータが不要であるので、大出
力と小型化を両立することができる。また、本実施形態
においても、電解質膜５１の同じサイドにアノード５２
を一体に設け、他方の同じサイドにカソード５３を一体
設けているので、接合体５６を折り曲げることによって
燃料拡散層５５を両側の各アノード５２に燃料を供給す
る際に兼用することができる。また、空気拡散層５４に
ついても、両側の各カソード５３に空気（酸素）を供給
する際に兼用することができる。
５６を１５回折り曲げてセルの表面積を一層大きく取る
ことができ、また、セパレータが不要であるので、大出
力と小型化を両立することができる。また、本実施形態
においても、電解質膜５１の同じサイドにアノード５２
を一体に設け、他方の同じサイドにカソード５３を一体
設けているので、接合体５６を折り曲げることによって
燃料拡散層５５を両側の各アノード５２に燃料を供給す
る際に兼用することができる。また、空気拡散層５４に
ついても、両側の各カソード５３に空気（酸素）を供給
する際に兼用することができる。
【００６８】特に、本実施形態においては、折り曲げ回
数が多くなっているため、燃料拡散層５５を通過する燃
料、空気拡散層５４を通過する空気（酸素）の流路を短
く形成できるというメリットがある。これにより、流路
内を通過する燃料、空気（酸素）が充分に接合体５６に
行き届くため、同じ面積の接合体を使った場合でも充分
な電気化学反応をさせることができ、高出力を達成する
ことができる。
数が多くなっているため、燃料拡散層５５を通過する燃
料、空気拡散層５４を通過する空気（酸素）の流路を短
く形成できるというメリットがある。これにより、流路
内を通過する燃料、空気（酸素）が充分に接合体５６に
行き届くため、同じ面積の接合体を使った場合でも充分
な電気化学反応をさせることができ、高出力を達成する
ことができる。
【００６９】これにより、大出力でありながら小型化を
実現することができる。
実現することができる。
【００７０】さらに、本実施形態においても、接合体を
奇数回（１５回）折り曲げることにより、前記露出部
Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図７における右方向）に延出する
ので、当該露出部Ｃ、Ｃ’にセパレータ膜５７の端部を
接着固定して燃料をアノード５２へ供給するための供給
室８を簡易に形成することができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収
容室８を構成する隔壁の一部として使用し、一層の小型
化を図ることができる。
奇数回（１５回）折り曲げることにより、前記露出部
Ｃ、Ｃ’が同じ方向（図７における右方向）に延出する
ので、当該露出部Ｃ、Ｃ’にセパレータ膜５７の端部を
接着固定して燃料をアノード５２へ供給するための供給
室８を簡易に形成することができ、露出部Ｃ、Ｃ’を収
容室８を構成する隔壁の一部として使用し、一層の小型
化を図ることができる。
【００７１】（第６の実施の形態）実施形態６は、折り
曲げの角度が均一ではない点が実施形態１とは異なって
いる。
曲げの角度が均一ではない点が実施形態１とは異なって
いる。
【００７２】図８に実施形態６に係る小型燃料電池７０
の模式図を示す。図８に示すように、小型燃料電池７０
は、電解質膜７１、アノード７２、及びカソード７３か
らなる接合体７６が複数回折り曲げられ、当該折り曲げ
角度は１８０°と９０°の２種類からなっている。上記
実施形態と同様に、アノード７２側には燃料拡散層が設
けられ、カソード７３側には空気拡散層が設けられてい
る（図示は省略）。
の模式図を示す。図８に示すように、小型燃料電池７０
は、電解質膜７１、アノード７２、及びカソード７３か
らなる接合体７６が複数回折り曲げられ、当該折り曲げ
角度は１８０°と９０°の２種類からなっている。上記
実施形態と同様に、アノード７２側には燃料拡散層が設
けられ、カソード７３側には空気拡散層が設けられてい
る（図示は省略）。
【００７３】上記のように構成することにより、折り曲
げの中にさらに小さな折り曲げが含まれるように複数回
折り曲げてセルの表面積を大きく取ることができ、ま
た、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両
立することができる。
げの中にさらに小さな折り曲げが含まれるように複数回
折り曲げてセルの表面積を大きく取ることができ、ま
た、セパレータが不要であるので、大出力と小型化を両
立することができる。
【００７４】（第７の実施の形態）図９に実施形態７に
係る小型燃料電池６０の一部断面図を示す。図９（ａ）
に空気拡散層６４を形成する前、（ｂ）に空気拡散層６
４を形成した後の状態を示す。図９（ａ）（ｂ）に示す
ように、小型燃料電池６０は、凹凸面Ｓを有する燃料拡
散層６５と、当該凹凸面上に順次形成されたアノード６
２、電解質膜６１、カソード６３、空気拡散層６４を備
えている。燃料拡散層６５の凹凸面Ｓは凹凸曲面形状を
なしており、これは、燃料拡散層塊にプレス成型や切削
加工等の機械加工を施し、凹凸面を形成して得られる。
凹凸面Ｓ上にアノード６２を、アノード６２上に電解質
膜６１を、電解質膜６１上にカソード６３を、そしてカ
ソード６３上に空気拡散層６４を、順次スプレーコート
法又はディップコート法により形成することが好まし
い。
係る小型燃料電池６０の一部断面図を示す。図９（ａ）
に空気拡散層６４を形成する前、（ｂ）に空気拡散層６
４を形成した後の状態を示す。図９（ａ）（ｂ）に示す
ように、小型燃料電池６０は、凹凸面Ｓを有する燃料拡
散層６５と、当該凹凸面上に順次形成されたアノード６
２、電解質膜６１、カソード６３、空気拡散層６４を備
えている。燃料拡散層６５の凹凸面Ｓは凹凸曲面形状を
なしており、これは、燃料拡散層塊にプレス成型や切削
加工等の機械加工を施し、凹凸面を形成して得られる。
凹凸面Ｓ上にアノード６２を、アノード６２上に電解質
膜６１を、電解質膜６１上にカソード６３を、そしてカ
ソード６３上に空気拡散層６４を、順次スプレーコート
法又はディップコート法により形成することが好まし
い。
【００７５】上記のように凹凸面Ｓとすることにより、
従来とほぼ同スペース内に配置してもセル面積を大きく
取ることができ、大出力と小型化を両立することができ
る。
従来とほぼ同スペース内に配置してもセル面積を大きく
取ることができ、大出力と小型化を両立することができ
る。
【００７６】なお、本実施形態においては、燃料拡散層
の凹凸面上に順次アノード、電解質膜、カソード、空気
拡散層、を形成した場合について説明したが、これに限
定されず、空気拡散層が凹凸面を有しておりその凹凸面
上に順次カソード、電解質膜、アノード、燃料拡散層を
形成して小型燃料電池を構成してもよい。
の凹凸面上に順次アノード、電解質膜、カソード、空気
拡散層、を形成した場合について説明したが、これに限
定されず、空気拡散層が凹凸面を有しておりその凹凸面
上に順次カソード、電解質膜、アノード、燃料拡散層を
形成して小型燃料電池を構成してもよい。
【００７７】また、上述の各実施形態に係る小型燃料電
池システムないしは小型燃料電池においては、空気（酸
素）が自然に空気拡散層内を拡散することにより、空気
（酸素）がカソードへ導かれる場合について説明した
が、これに限定されず、空気（酸素）を供給するための
供給手段を設けてもよい。
池システムないしは小型燃料電池においては、空気（酸
素）が自然に空気拡散層内を拡散することにより、空気
（酸素）がカソードへ導かれる場合について説明した
が、これに限定されず、空気（酸素）を供給するための
供給手段を設けてもよい。
【００７８】また、上述においては、小型燃料電池の燃
料がメタノール溶液であるＤＭＦＣの場合について説明
したが、これに限定されず、燃料は水素であってもよ
い。
料がメタノール溶液であるＤＭＦＣの場合について説明
したが、これに限定されず、燃料は水素であってもよ
い。
【００７９】その他、本発明が上記各実施形態に限定さ
れないことは、いうまでもない。
れないことは、いうまでもない。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば、大出力と小型化を両立
させた小型燃料電池を提供することができる。これによ
って、長時間連続使用可能な携帯機器用の小型電源を提
供することができる。
させた小型燃料電池を提供することができる。これによ
って、長時間連続使用可能な携帯機器用の小型電源を提
供することができる。
【図１】 実施形態１に係る小型燃料電池システムの構
成図を模式的に示したものである。
成図を模式的に示したものである。
【図２】 図１におけるII−II断面図である。
【図３】 図２における接合体を展開した状態の正面図
である。
である。
【図４】 実施形態２に係り、接合体を展開した状態の
（ａ）正面図及び（ｂ）上面図である。
（ａ）正面図及び（ｂ）上面図である。
【図５】 実施形態３に係る小型燃料電池の断面図であ
る。
る。
【図６】 実施形態４に係る小型燃料電池の断面図であ
る。
る。
【図７】 実施形態５に係る小型燃料電池の断面図であ
る。
る。
【図８】 実施形態６に係る小型燃料電池の模式図であ
る。
る。
【図９】 実施形態７に係る小型燃料電池の一部断面図
である。
である。
１０…小型燃料電池、２１…メタノールタンク、２２…
ミキシングタンク、２３…ポンプ、２４ａ…供給チュー
ブ、２４ｂ…排出チューブ、８…収容室、１…電解質
膜、２…アノード、３…カソード、４…空気拡散層、５
…燃料拡散層、６…電解質膜／電極接合体
ミキシングタンク、２３…ポンプ、２４ａ…供給チュー
ブ、２４ｂ…排出チューブ、８…収容室、１…電解質
膜、２…アノード、３…カソード、４…空気拡散層、５
…燃料拡散層、６…電解質膜／電極接合体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 笠原 幸雄
長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ
ーエプソン株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 AA08 BB03 BB04 CC04
CC05 EE19 HH00 HH03
Claims (15)
- 【請求項１】 電解質膜と、当該電解質膜の一方の面に
接合されたアノードと、当該電解質膜の他方の面に接合
されたカソードとを備えた電解質膜／電極接合体が、１
回又は複数回折り曲げられて構成された小型燃料電池。 - 【請求項２】 前記電解質膜／電極接合体は、アノード
が接合された面を内側にして１回折り曲げられ、折り曲
げられることによりアノードが対向配置されて形成され
た内側部分に拡散層が介在されて構成された請求項１記
載の小型燃料電池。 - 【請求項３】 前記電解質膜／電極接合体は、奇数回折
り曲げられ、折り曲げられることにより形成された各内
側部分に拡散層が介在されて構成された請求項１記載の
小型燃料電池。 - 【請求項４】 前記電解質膜の少なくとも両端部には、
前記アノードが設けられていない露出部があり、 当該露出部にセパレータ膜の端部が固定されることによ
り、燃料を前記アノードへ供給するための供給室が形成
された請求項２又は３記載の小型燃料電池。 - 【請求項５】 前記拡散層は、折り曲げられた前記電解
質膜／電極接合体と、一体に成型されており、折り曲げ
られることにより形成された各内側部分に相補する形状
をなす請求項２〜４のいずれかに記載の小型燃料電池。 - 【請求項６】 前記電解質膜／電極接合体において、折
り曲げられた折り曲げ部位における曲率半径が１μｍ以
上である請求項１〜５のいずれかに記載の小型燃料電
池。 - 【請求項７】 前記電解質膜／電極接合体は、複数回折
り曲げられて構成され、 当該折り曲げの角度は均一ではない請求項１記載の小型
燃料電池。 - 【請求項８】 凹凸面を有する第一の拡散層と、当該凹
凸面上に形成された第一の電極と、当該第一の電極上に
形成された電解質膜と、当該電解質膜上に形成された第
二の電極と、当該第二の電極上に形成された第二の拡散
層とを備えた小型燃料電池。 - 【請求項９】 前記凹凸面は、凹凸曲面形状をなす請求
項８記載の小型燃料電池。 - 【請求項１０】 前記電解質膜はプロトン輸送材料が含
浸されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から
なる請求項１〜９のいずれかに記載の小型燃料電池。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の小
型燃料電池を備えた小型燃料電池システム。 - 【請求項１２】 電解質膜の一方の面にアノードを接合
し、他方の面にカソードを接合して、電解質膜／電極接
合体を作製する工程と、 当該電解質膜／電極接合体を１回又は複数回折り曲げる
工程と、 折り曲げられた各内側部分に拡散層を介在させる工程
と、を含む小型燃料電池の製造方法。 - 【請求項１３】 前記折り曲げられた各内側部分に拡散
層を介在させる工程は、拡散層を、折り曲げられた前記
電解質膜／電極接合体と、一体に成型する工程である請
求項１２記載の小型燃料電池の製造方法。 - 【請求項１４】 機械加工により第一の拡散層の一方の
面に凹凸面を形成する工程と、 当該凹凸面上に第一の電極を形成する工程と、 当該第一の電極上に電解質膜を形成する工程と、 当該電解質膜上に第二の電極を形成する工程と、 当該第二の電極上に第二の拡散層を形成する工程と、を
含む小型燃料電池の製造方法。 - 【請求項１５】 前記第一の電極、電解質膜、第二の電
極、及び第二の拡散層は、スプレーコート法又はディッ
プコート法により形成される請求項１４記載の小型燃料
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139041A JP4061964B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 小型燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139041A JP4061964B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 小型燃料電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003331865A true JP2003331865A (ja) | 2003-11-21 |
| JP4061964B2 JP4061964B2 (ja) | 2008-03-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002139041A Expired - Fee Related JP4061964B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 小型燃料電池及びその製造方法 |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004164866A (ja) * | 2002-11-08 | 2004-06-10 | Dainippon Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒層形成シート、触媒層−電解質膜積層体及びこれらの製造方法 |
| JP2005174565A (ja) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Hitachi Ltd | 燃料電池用高分子電解質膜と膜・電極接合体とその製造方法およびそれを用いた燃料電池 |
| JP2005251740A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-09-15 | Tokyo Univ Of Science | 燃料電池 |
| JP2006147257A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Toyota Motor Corp | 膜−電極接合体の製造方法、膜−電極接合体、及び燃料電池 |
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| US20080152980A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Membrane electrode assembly, method of producing the membrane electrode assembly, and fuel cell using the membrane electrode assembly |
| JP2009522734A (ja) * | 2006-01-09 | 2009-06-11 | オングストローム パワー インク． | 携帯用燃料電池システムおよびそのための方法 |
| JP5111857B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2013-01-09 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
| JP2016096122A (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 樹脂フレーム |
-
2002
- 2002-05-14 JP JP2002139041A patent/JP4061964B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101382512B1 (ko) * | 2006-01-09 | 2014-04-08 | 소시에떼 비아이씨 | 휴대용 연료전지장치 및 그 제조방법 |
| US8785076B2 (en) | 2006-01-09 | 2014-07-22 | Societe Bic | Portable fuel cell systems and methods therefor |
| US20080152980A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Membrane electrode assembly, method of producing the membrane electrode assembly, and fuel cell using the membrane electrode assembly |
| JP2016096122A (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 樹脂フレーム |
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