JP2003346867A - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
燃料電池及びその製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 小型化・薄型化と大出力とを両立させた燃料
電池及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 膜状基材６の一方の面に触媒電極８が接
合された膜／電極接合体と、前記膜状基材２とは異なる
膜状基材１０の一方の面に電解質層１２が形成された膜
／電解質複合体４と、ガスまたは液体を前記触媒電極８
に供給するための拡散層１６，１８を有し、前記膜／電
極接合体２の所定個所を、山折り、谷折りを繰り返して
形成した積層構造体に、前記膜／電解質複合体４および
前記拡散層１６，１８を介在させて形成した燃料電池に
より解決する。
電池及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 膜状基材６の一方の面に触媒電極８が接
合された膜／電極接合体と、前記膜状基材２とは異なる
膜状基材１０の一方の面に電解質層１２が形成された膜
／電解質複合体４と、ガスまたは液体を前記触媒電極８
に供給するための拡散層１６，１８を有し、前記膜／電
極接合体２の所定個所を、山折り、谷折りを繰り返して
形成した積層構造体に、前記膜／電解質複合体４および
前記拡散層１６，１８を介在させて形成した燃料電池に
より解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池及びその製
造方法に関し、特に、小型化と大出力とを両立させた燃
料電池等に関する。
造方法に関し、特に、小型化と大出力とを両立させた燃
料電池等に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料極（アノード極）、電
解質、及び空気極（カソード極）が積層されて構成さ
れ、燃料極に水素を供給し空気極に酸素を供給して、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。
解質、及び空気極（カソード極）が積層されて構成さ
れ、燃料極に水素を供給し空気極に酸素を供給して、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、電解質に固体高分子膜を用いる固
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】また、リチウムイオン電池等の二次電池に
比べて廃棄物を生じることがなく、燃料の補充だけで繰
り返し利用することが可能である。
比べて廃棄物を生じることがなく、燃料の補充だけで繰
り返し利用することが可能である。
【０００６】
【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・薄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・薄型化する必要がある。
【０００７】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。
【０００８】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、薄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、薄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。
【０００９】そこで、本発明は、小型化・薄型化と大出
力とを両立させた燃料電池及びその製造方法を提供す
る。
力とを両立させた燃料電池及びその製造方法を提供す
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、膜状基材の一
方の面に触媒電極が接合された膜／電極接合体と、前記
膜状基材とは異なる膜状基材の一方の面に電解質層が形
成された膜／電解質複合体と、ガスまたは液体を前記触
媒電極に供給するための拡散層を有し、前記膜／電極接
合体の所定個所を、山折り、谷折りを繰り返して形成し
た積層構造体に、前記膜／電解質複合体および前記拡散
層を介在させて形成したことを特徴とする燃料電池を提
供するものである。
方の面に触媒電極が接合された膜／電極接合体と、前記
膜状基材とは異なる膜状基材の一方の面に電解質層が形
成された膜／電解質複合体と、ガスまたは液体を前記触
媒電極に供給するための拡散層を有し、前記膜／電極接
合体の所定個所を、山折り、谷折りを繰り返して形成し
た積層構造体に、前記膜／電解質複合体および前記拡散
層を介在させて形成したことを特徴とする燃料電池を提
供するものである。
【００１１】このように、膜状の基材を折り重ね、その
間に電解質を挟み込むように形成することにより、折り
重なった２つの触媒電極の間に拡散層を挿入すれば、２
つの触媒電極が１つの拡散層を共有することができる。
その結果、部品数を減らすことができ、薄型化を実現す
ることができる。
間に電解質を挟み込むように形成することにより、折り
重なった２つの触媒電極の間に拡散層を挿入すれば、２
つの触媒電極が１つの拡散層を共有することができる。
その結果、部品数を減らすことができ、薄型化を実現す
ることができる。
【００１２】本発明の燃料電池の厚さは、基材となる膜
の厚さ又は折り返す回数によっても異なるが、約０．５
ｍｍ〜２０ｍｍの超薄型とすることができる。また、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、
空気極側を開放するだけで、特に酸素の供給機構を設け
なくとも、燃料電池の周囲から空気（酸素）が空気極へ
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。
の厚さ又は折り返す回数によっても異なるが、約０．５
ｍｍ〜２０ｍｍの超薄型とすることができる。また、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、
空気極側を開放するだけで、特に酸素の供給機構を設け
なくとも、燃料電池の周囲から空気（酸素）が空気極へ
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】また、前記燃料電池は、前記拡散層とし
て、燃料拡散層と、空気拡散層とを有する。
て、燃料拡散層と、空気拡散層とを有する。
【００１４】燃料拡散層は、燃料極に燃料を供給するた
めのものであり、空気拡散層は、空気極に酸素を供給す
るためのものである。また、前記燃料極には、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。一方、前記空気極は大気中の空気に含まれる酸素を
利用することができる。
めのものであり、空気拡散層は、空気極に酸素を供給す
るためのものである。また、前記燃料極には、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。一方、前記空気極は大気中の空気に含まれる酸素を
利用することができる。
【００１５】また、前記膜／電極接合体に形成される燃
料極と空気極は、燃料極２つと空気極２つが交互に形成
されていることが好ましい。即ち、空気極（カソード）
をＫ、燃料極（アノード）をＡとすると、前記膜／電極
接合体の一方の面に、ＡＡＫＫＡＡＫＫ…のように形成
することが好ましい。
料極と空気極は、燃料極２つと空気極２つが交互に形成
されていることが好ましい。即ち、空気極（カソード）
をＫ、燃料極（アノード）をＡとすると、前記膜／電極
接合体の一方の面に、ＡＡＫＫＡＡＫＫ…のように形成
することが好ましい。
【００１６】更に、前記膜／電極接合体表面上の両端部
に空気極が形成されていることが特に好ましい。即ち、
カソード（Ｋ）とアノード（Ａ）をＫ…ＡＡＫＫＡＡ…
Ｋのような順で形成することが特に好ましい。
に空気極が形成されていることが特に好ましい。即ち、
カソード（Ｋ）とアノード（Ａ）をＫ…ＡＡＫＫＡＡ…
Ｋのような順で形成することが特に好ましい。
【００１７】このように構成することにより、前記膜状
基材の両端の触媒電極は空気拡散層を挿入することな
く、空気極（カソード）として機能させることができ
る。即ち、自然開放で酸素を供給することができるた
め、空気拡散層を省略することができ、薄型化を図るこ
とができる。また、両端のカソードＫに挟まれた触媒電
極（２組のＡＡ及び１組のＫＫ）は、前記膜／電極接合
体を折り曲げた際に、折り重なるような状態になるた
め、２つの触媒電極（ＡＡ又はＫＫ）の間に拡散層を挿
入すれば、２つの触媒電極が１つの拡散層を共有するこ
とができるようになり、更に部品数を減らすことができ
る結果、薄型化を実現することができる。
基材の両端の触媒電極は空気拡散層を挿入することな
く、空気極（カソード）として機能させることができ
る。即ち、自然開放で酸素を供給することができるた
め、空気拡散層を省略することができ、薄型化を図るこ
とができる。また、両端のカソードＫに挟まれた触媒電
極（２組のＡＡ及び１組のＫＫ）は、前記膜／電極接合
体を折り曲げた際に、折り重なるような状態になるた
め、２つの触媒電極（ＡＡ又はＫＫ）の間に拡散層を挿
入すれば、２つの触媒電極が１つの拡散層を共有するこ
とができるようになり、更に部品数を減らすことができ
る結果、薄型化を実現することができる。
【００１８】この他、前記膜／電極接合体表面上に、空
気極および燃料極が、空気極・燃料極・燃料極・空気極
を１構成単位として、少なくとも１構成単位以上形成さ
れていることができる。即ち、ＫＡＡＫとすることもで
き、このＫＡＡＫを１構成単位として、その構成単位を
１（ＫＡＡＫ）または２（ＫＡＡＫＫＡＡＫ）若しくは
３以上（ＫＡＡＫＫＡＡＫＫＡＡＫ…）にすることもで
きる。
気極および燃料極が、空気極・燃料極・燃料極・空気極
を１構成単位として、少なくとも１構成単位以上形成さ
れていることができる。即ち、ＫＡＡＫとすることもで
き、このＫＡＡＫを１構成単位として、その構成単位を
１（ＫＡＡＫ）または２（ＫＡＡＫＫＡＡＫ）若しくは
３以上（ＫＡＡＫＫＡＡＫＫＡＡＫ…）にすることもで
きる。
【００１９】また、上記空気極と燃料極の順序を逆にし
て、前記膜／電極接合体表面上の両端部に燃料極を形成
することもできる。即ち、カソード（Ｋ）とアノード
（Ａ）をＡ…ＫＫＡＡＫＫ…Ａのような順で形成するこ
ともできる。
て、前記膜／電極接合体表面上の両端部に燃料極を形成
することもできる。即ち、カソード（Ｋ）とアノード
（Ａ）をＡ…ＫＫＡＡＫＫ…Ａのような順で形成するこ
ともできる。
【００２０】この他、前記膜／電極接合体表面上に、空
気極および燃料極を、燃料極・空気極・空気極・燃料極
の順で形成することもできる。即ち、ＡＫＫＡとするこ
ともでき、このＡＫＫＡを１構成単位として、その構成
単位を１（ＡＫＫＡ）または２（ＡＫＫＡＡＫＫＡ）若
しくは３以上（ＡＫＫＡＡＫＫＡＡＫＫＡ…）にするこ
ともできる。
気極および燃料極を、燃料極・空気極・空気極・燃料極
の順で形成することもできる。即ち、ＡＫＫＡとするこ
ともでき、このＡＫＫＡを１構成単位として、その構成
単位を１（ＡＫＫＡ）または２（ＡＫＫＡＡＫＫＡ）若
しくは３以上（ＡＫＫＡＡＫＫＡＡＫＫＡ…）にするこ
ともできる。
【００２１】また、前記膜／電極接合体は、燃料極（ア
ノードＡ）と、空気極（カソードＫ）を１個ずつ交互に
形成することもできる。即ち、前記膜／電極接合体の一
方の面に、ＫＡＫＡＫＡＫＡの順に形成することもでき
る。
ノードＡ）と、空気極（カソードＫ）を１個ずつ交互に
形成することもできる。即ち、前記膜／電極接合体の一
方の面に、ＫＡＫＡＫＡＫＡの順に形成することもでき
る。
【００２２】上記のいずれの構成においても、触媒電極
は、膜状基材の一方の面に帯状に連続して接合すること
もできるが、クロスリーク（クロスオーバー）を防止す
る観点から、膜状基材に所定の間隔を空け断続的に形成
するのが好ましい。
は、膜状基材の一方の面に帯状に連続して接合すること
もできるが、クロスリーク（クロスオーバー）を防止す
る観点から、膜状基材に所定の間隔を空け断続的に形成
するのが好ましい。
【００２３】また、前記膜／電極接合体表面上に、前記
触媒電極に代えて、導電性を有する拡散層を形成するこ
ともできる。
触媒電極に代えて、導電性を有する拡散層を形成するこ
ともできる。
【００２４】このように構成することにより、拡散層を
別体に構成する必要がなくなり、更に薄型化を図ること
ができる。更に、拡散層に導電性を有する材質（例え
ば、カーボン、カーボンファイバー、カーボンナノチュ
ーブ、白金、白金−ルテニウム合金などの触媒等）を選
択すれば、当該拡散層が触媒電極としての機能を発揮す
ることができるため、膜状基材に接合する触媒電極を省
略することもできる。
別体に構成する必要がなくなり、更に薄型化を図ること
ができる。更に、拡散層に導電性を有する材質（例え
ば、カーボン、カーボンファイバー、カーボンナノチュ
ーブ、白金、白金−ルテニウム合金などの触媒等）を選
択すれば、当該拡散層が触媒電極としての機能を発揮す
ることができるため、膜状基材に接合する触媒電極を省
略することもできる。
【００２５】また、前記拡散層としては、ガス又は液体
が通過できるものであれば特に制限はなく、メッシュ構
造を有する板状体、スリットが入った板状体、エッチン
グにより溝を形成した板状体、繊維状体等を用いること
ができる。
が通過できるものであれば特に制限はなく、メッシュ構
造を有する板状体、スリットが入った板状体、エッチン
グにより溝を形成した板状体、繊維状体等を用いること
ができる。
【００２６】また、前記膜／電解質複合体は、前記膜／
電極接合体と一体に形成することも、別体に形成するこ
ともできる。
電極接合体と一体に形成することも、別体に形成するこ
ともできる。
【００２７】前記膜／電極接合体は、これに接合された
各触媒電極の間に折り曲げ部位が形成されていることが
好ましい。
各触媒電極の間に折り曲げ部位が形成されていることが
好ましい。
【００２８】ここでいう折り曲げ部位とは、前記膜／電
極接合体を山折りまたは谷折りする際に、その折り曲げ
位置を定めるものとなる部位をいう。当該折り曲げ部位
は種々考えられるが、例えば、スリット、貫通孔、ミシ
ン目、前記膜／接合体の厚さをあらかじめ薄くした溝や
窪み等であることが好ましい。
極接合体を山折りまたは谷折りする際に、その折り曲げ
位置を定めるものとなる部位をいう。当該折り曲げ部位
は種々考えられるが、例えば、スリット、貫通孔、ミシ
ン目、前記膜／接合体の厚さをあらかじめ薄くした溝や
窪み等であることが好ましい。
【００２９】また、当該膜／電極接合体を正確に折り込
んでいくために、位置決め用のアライメントマークを、
前記膜／電極接合体の表裏または少なくとも一方の面に
形成していることが好ましい。当該マークの位置は、仮
に、１枚の膜状基材上に触媒電極１つが接合されている
とすると、当該膜状基材の４隅の全部または少なくとも
１ヶ所に形成されていることが好ましい。このアライメ
ントマークは、例えば、十字、×印、○印等のパターン
を印刷することによって形成することができる。
んでいくために、位置決め用のアライメントマークを、
前記膜／電極接合体の表裏または少なくとも一方の面に
形成していることが好ましい。当該マークの位置は、仮
に、１枚の膜状基材上に触媒電極１つが接合されている
とすると、当該膜状基材の４隅の全部または少なくとも
１ヶ所に形成されていることが好ましい。このアライメ
ントマークは、例えば、十字、×印、○印等のパターン
を印刷することによって形成することができる。
【００３０】また、膜／電極接合体を折り込んで積層構
造を形成した際にピン等を貫通させることができるよう
な貫通孔を設け、このピン等を当該貫通孔に挿通するこ
とによって位置決めすることもできる。かかる場合、当
該膜／電極接合体に挿入される前記膜／電解質複合体お
よび前記拡散層にも、上記貫通孔を設けておくことはい
うまでもない。
造を形成した際にピン等を貫通させることができるよう
な貫通孔を設け、このピン等を当該貫通孔に挿通するこ
とによって位置決めすることもできる。かかる場合、当
該膜／電極接合体に挿入される前記膜／電解質複合体お
よび前記拡散層にも、上記貫通孔を設けておくことはい
うまでもない。
【００３１】上記のように構成することにより、前記膜
／電極接合体を折り曲げる際の作業が容易となり、折り
曲げの位置決めも正確に行うことができる。更に、折り
曲げた後の形状を安定にすることができる。
／電極接合体を折り曲げる際の作業が容易となり、折り
曲げの位置決めも正確に行うことができる。更に、折り
曲げた後の形状を安定にすることができる。
【００３２】また、前記膜状基材は、ポリアミド、ポリ
エチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等の電気的絶
縁性を有する素材から選択することができる。これらの
膜状基材は、透過性を付与するための細孔を設けたり、
メッシュ状、ポーラス状とすることが好ましい。また、
基材の全体に透過性を付与することもできるが、触媒電
極及び電解質層が形成されている部分にのみ透過性を持
たせることが、膜状基材にセパレーターとしての機能を
付与する観点からより好ましい。
エチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等の電気的絶
縁性を有する素材から選択することができる。これらの
膜状基材は、透過性を付与するための細孔を設けたり、
メッシュ状、ポーラス状とすることが好ましい。また、
基材の全体に透過性を付与することもできるが、触媒電
極及び電解質層が形成されている部分にのみ透過性を持
たせることが、膜状基材にセパレーターとしての機能を
付与する観点からより好ましい。
【００３３】これにより、膜状基材がセパレーターとし
ての役割も果たすことができ、部品点数を減らす結果、
より一層薄型化を図ることができる。
ての役割も果たすことができ、部品点数を減らす結果、
より一層薄型化を図ることができる。
【００３４】なお、前記膜状基材は、電解質であること
もできる。当該電解質としては、膜状の形態をとること
ができるものが好ましく、例えば、固体高分子膜である
ことが好ましい。固体高分子膜としては、フッ素イオン
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を挙
げることができる。
もできる。当該電解質としては、膜状の形態をとること
ができるものが好ましく、例えば、固体高分子膜である
ことが好ましい。固体高分子膜としては、フッ素イオン
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を挙
げることができる。
【００３５】特に、前記固体高分子膜は、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。このような固体高分子膜
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。固体高分子膜としては、例え
ば、フレオミン膜（旭硝子社商標名）、ナフィオン膜
（デュポン社商標名）等が好適に用いられる。
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。このような固体高分子膜
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。固体高分子膜としては、例え
ば、フレオミン膜（旭硝子社商標名）、ナフィオン膜
（デュポン社商標名）等が好適に用いられる。
【００３６】前記触媒電極としては、白金を用いること
ができる。また、燃料極（アノード）として機能する電
極には、一酸化炭素（CO）による被毒を防止する観点か
ら、白金にルテニウムを坦持した白金−ルテニウム合金
を用いることが好ましい。
ができる。また、燃料極（アノード）として機能する電
極には、一酸化炭素（CO）による被毒を防止する観点か
ら、白金にルテニウムを坦持した白金−ルテニウム合金
を用いることが好ましい。
【００３７】また、前記拡散層は、当該拡散層の供給口
が、前記燃料極と前記空気極において異なる向きに介在
することが好ましい。特に、当該拡散層の供給口が前記
燃料極と前記空気極において直角方向に介在することが
より好ましい。
が、前記燃料極と前記空気極において異なる向きに介在
することが好ましい。特に、当該拡散層の供給口が前記
燃料極と前記空気極において直角方向に介在することが
より好ましい。
【００３８】このように構成することにより、構造を簡
易化することができ、かつ、薄型でも確実に燃料（水
素）又は空気（酸素）を供給することができる。即ち、
本発明の燃料電池が折り畳まれて積層構造を構成した際
に、新たに４つの側面が形成されることになるが、本発
明の燃料電池は薄型であるために、同一面（同一方向）
に供給口を設けると構造が複雑になる。そこで、図２の
下に示す燃料電池１に示すように、新たに形成された４
つの側面をそれぞれイ、ロ、ハ、ニとすると、燃料供給
口をイの面に設けた場合、空気供給口はイ以外の面、即
ち、ロ、ハ、ニのいずれかに設けることが好ましい。特
に、ロ又はニに設けることが好ましい。
易化することができ、かつ、薄型でも確実に燃料（水
素）又は空気（酸素）を供給することができる。即ち、
本発明の燃料電池が折り畳まれて積層構造を構成した際
に、新たに４つの側面が形成されることになるが、本発
明の燃料電池は薄型であるために、同一面（同一方向）
に供給口を設けると構造が複雑になる。そこで、図２の
下に示す燃料電池１に示すように、新たに形成された４
つの側面をそれぞれイ、ロ、ハ、ニとすると、燃料供給
口をイの面に設けた場合、空気供給口はイ以外の面、即
ち、ロ、ハ、ニのいずれかに設けることが好ましい。特
に、ロ又はニに設けることが好ましい。
【００３９】本発明は、膜状基材の一方の面に触媒電極
を接合して、膜／電極接合体を製造する工程と、前記膜
状基材とは異なる膜状基材の一方の面に電解質層を形成
して、膜／電解質複合体を製造する工程と、前記膜／電
極接合体に折り曲げ部位を形成する工程と、当該固体電
解質膜／電極接合体を山折り、谷折りする工程と、前記
触媒電極が形成されていない前記膜／電極接合体に前記
膜／電解質複合体を介在させる工程と、前記触媒電極が
形成されている前記膜／電極接合体に拡散層を介在させ
る工程とを含む燃料電池の製造方法を提供するものであ
る。
を接合して、膜／電極接合体を製造する工程と、前記膜
状基材とは異なる膜状基材の一方の面に電解質層を形成
して、膜／電解質複合体を製造する工程と、前記膜／電
極接合体に折り曲げ部位を形成する工程と、当該固体電
解質膜／電極接合体を山折り、谷折りする工程と、前記
触媒電極が形成されていない前記膜／電極接合体に前記
膜／電解質複合体を介在させる工程と、前記触媒電極が
形成されている前記膜／電極接合体に拡散層を介在させ
る工程とを含む燃料電池の製造方法を提供するものであ
る。
【００４０】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燃料電池を簡易に製造する
ことができる。また、膜／電極接合体を折り曲げる工程
において、折り曲げる箇所（膜／電極接合体における折
り曲げ位置）、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
の燃料電池を製造することができる。更に、一方の面だ
けに触媒電極を形成するので、容易に製造することがで
きる。
型化と大出力とを両立させた燃料電池を簡易に製造する
ことができる。また、膜／電極接合体を折り曲げる工程
において、折り曲げる箇所（膜／電極接合体における折
り曲げ位置）、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
の燃料電池を製造することができる。更に、一方の面だ
けに触媒電極を形成するので、容易に製造することがで
きる。
【００４１】前記膜／電極接合体の作製工程において
は、触媒電極は帯状に連続して形成することもできる
が、膜状基材上の孔が形成された部位（折り曲げ部位）
には形成せず、固体電解質膜上に断続的に形成されるこ
とがクロスリーク（クロスオーバー）を防止する観点及
び製造コストを考慮する上で好ましい。また、膜状基材
への触媒電極の接合は、あらかじめ成膜した触媒電極を
膜状基材上に印刷するか、押圧することにより接合して
もよく、あるいは、膜状基材上に直接スパッタリング法
により形成してもよい。
は、触媒電極は帯状に連続して形成することもできる
が、膜状基材上の孔が形成された部位（折り曲げ部位）
には形成せず、固体電解質膜上に断続的に形成されるこ
とがクロスリーク（クロスオーバー）を防止する観点及
び製造コストを考慮する上で好ましい。また、膜状基材
への触媒電極の接合は、あらかじめ成膜した触媒電極を
膜状基材上に印刷するか、押圧することにより接合して
もよく、あるいは、膜状基材上に直接スパッタリング法
により形成してもよい。
【００４２】前記膜状基材とは異なる膜状基材の一方の
面に電解質層を形成して、膜／電解質複合体を製造する
工程においては、前記膜状基材と異なる基材を選択する
こともできるが、同じ基材を選択する方が製造コストを
考慮する上で好ましい。また、膜状基材への電解質層の
形成は、あらかじめ所定の大きさに成型したＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）等の電解質層を膜状基
材にマスクを用いて印刷等 することにより
形成することができる。更に、膜状基材に触媒電極を接
合する代わりに、膜／電解質複合体の両面に触媒電極を
接合すれば、前記工程において触媒電極を接合する作業
を省略することもできる。
面に電解質層を形成して、膜／電解質複合体を製造する
工程においては、前記膜状基材と異なる基材を選択する
こともできるが、同じ基材を選択する方が製造コストを
考慮する上で好ましい。また、膜状基材への電解質層の
形成は、あらかじめ所定の大きさに成型したＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）等の電解質層を膜状基
材にマスクを用いて印刷等 することにより
形成することができる。更に、膜状基材に触媒電極を接
合する代わりに、膜／電解質複合体の両面に触媒電極を
接合すれば、前記工程において触媒電極を接合する作業
を省略することもできる。
【００４３】前記折り曲げ部位を形成する工程において
は、当該折り曲げ部位は前記触媒電極と触媒電極との間
に設けることが好ましく、膜／電極接合体における折り
曲げ部位にあらかじめスリット、ミシン目、貫通孔等を
形成したり、折り曲げ箇所において膜／電極接合体の厚
さをあらかじめ薄くしておくような溝や窪み等を形成し
てもよい。また、前記折り曲げる工程の前であれば、膜
／電極接合体の作製工程の前に行ってもよい。
は、当該折り曲げ部位は前記触媒電極と触媒電極との間
に設けることが好ましく、膜／電極接合体における折り
曲げ部位にあらかじめスリット、ミシン目、貫通孔等を
形成したり、折り曲げ箇所において膜／電極接合体の厚
さをあらかじめ薄くしておくような溝や窪み等を形成し
てもよい。また、前記折り曲げる工程の前であれば、膜
／電極接合体の作製工程の前に行ってもよい。
【００４４】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。
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。
【００４５】前記山折り・谷折り工程においては、膜／
電極接合体に設けた孔を目印に山折り、谷折りを繰り返
しつつ、ジグザグに折り込んでいく。このとき、当該膜
／電極接合体を正確に折り込んでいくために、位置決め
用のアライメントマークを、前記膜／電極接合体の表裏
または少なくとも一方の面に形成していることが好まし
い。当該マークの位置は、仮に、１枚の膜状基材上に触
媒電極１つが接合されているとすると、当該膜状基材の
４隅の全部または少なくとも１ヶ所に形成されているこ
とが好ましい。このアライメントマークは、例えば、十
字、×印、○印等のパターンを印刷することによって形
成することができる。
電極接合体に設けた孔を目印に山折り、谷折りを繰り返
しつつ、ジグザグに折り込んでいく。このとき、当該膜
／電極接合体を正確に折り込んでいくために、位置決め
用のアライメントマークを、前記膜／電極接合体の表裏
または少なくとも一方の面に形成していることが好まし
い。当該マークの位置は、仮に、１枚の膜状基材上に触
媒電極１つが接合されているとすると、当該膜状基材の
４隅の全部または少なくとも１ヶ所に形成されているこ
とが好ましい。このアライメントマークは、例えば、十
字、×印、○印等のパターンを印刷することによって形
成することができる。
【００４６】また、膜／電極接合体を折り込んで積層構
造を形成した際にピン等を貫通させることができるよう
な貫通孔を設け、このピン等を当該貫通孔に挿通するこ
とによって位置決めすることもできる。かかる場合、当
該膜／電極接合体に挿入される前記膜／電解質複合体お
よび後述する拡散層にも、上記貫通孔を設けておくこと
はいうまでもない。
造を形成した際にピン等を貫通させることができるよう
な貫通孔を設け、このピン等を当該貫通孔に挿通するこ
とによって位置決めすることもできる。かかる場合、当
該膜／電極接合体に挿入される前記膜／電解質複合体お
よび後述する拡散層にも、上記貫通孔を設けておくこと
はいうまでもない。
【００４７】前記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膜／電極接合体と一体に成形す
る工程であっても、別体に形成する工程であってもよ
い。ここで、当該拡散層に形成されている供給口は、前
記燃料極と前記空気極において異なる向きに介在させる
のが燃料（水素）および空気（酸素）を確実に供給する
観点からより好ましい。
を、折り曲げられた前記膜／電極接合体と一体に成形す
る工程であっても、別体に形成する工程であってもよ
い。ここで、当該拡散層に形成されている供給口は、前
記燃料極と前記空気極において異なる向きに介在させる
のが燃料（水素）および空気（酸素）を確実に供給する
観点からより好ましい。
【００４８】
【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。
【００４９】（実施形態１）図１は、本発明に係る燃料
電池に用いられる膜／電極接合体及び膜／電解質複合体
の展開図である。図１（ａ）に、実施形態１に係る膜／
電極接合体（以下、「接合体」と称する）２と膜／電解
質複合体（以下、「複合体」と称する）４を示す。
電池に用いられる膜／電極接合体及び膜／電解質複合体
の展開図である。図１（ａ）に、実施形態１に係る膜／
電極接合体（以下、「接合体」と称する）２と膜／電解
質複合体（以下、「複合体」と称する）４を示す。
【００５０】図１（ａ）に示すように、接合体２は、膜
状基材６と、当該膜状基材６の一方の面上に接合された
触媒電極８とから構成される。前記接合体２の膜状基材
６と前記複合体４の膜状基材１０は共にナイロンからな
り、それぞれ別体に形成されている。なお、図示しない
が、当該膜状基材１０の触媒電極および電解質層が形成
されている部分には、透過性を付与するための細孔が設
けられている。
状基材６と、当該膜状基材６の一方の面上に接合された
触媒電極８とから構成される。前記接合体２の膜状基材
６と前記複合体４の膜状基材１０は共にナイロンからな
り、それぞれ別体に形成されている。なお、図示しない
が、当該膜状基材１０の触媒電極および電解質層が形成
されている部分には、透過性を付与するための細孔が設
けられている。
【００５１】触媒電極８は、膜状基材６上に、それぞれ
所定の間隔をもって合計８個接合されている。この触媒
電極８は、白金（Ｐｔ）を担持した空気極８ａと、白金
（Ｐｔ）及びルテニウム（Ｒｕ）を担持した燃料極８ｂ
からなり、空気極８ａ（カソードＫ）と燃料極８ｂ（ア
ノードＡ）が、図１における左から右にかけてＫＡＡＫ
ＫＡＡＫの順に形成されている。
所定の間隔をもって合計８個接合されている。この触媒
電極８は、白金（Ｐｔ）を担持した空気極８ａと、白金
（Ｐｔ）及びルテニウム（Ｒｕ）を担持した燃料極８ｂ
からなり、空気極８ａ（カソードＫ）と燃料極８ｂ（ア
ノードＡ）が、図１における左から右にかけてＫＡＡＫ
ＫＡＡＫの順に形成されている。
【００５２】一方、複合体４は、膜状基材１０と、当該
膜状基材１０一方の面上に形成された電解質層１２とか
らなる。当該複合体４の膜状基材１０は前記接合体２の
膜状基材６より短く形成され、かつ、前記接合体２とは
別に２個の複合体４が形成されている。電解質層１２
は、膜状基材１０上に、それぞれ所定の間隔をもって２
個ずつ形成されている。この電解質層１２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。なお、膜状基材６、１０には所定間隔
で溝１４が形成されている。
膜状基材１０一方の面上に形成された電解質層１２とか
らなる。当該複合体４の膜状基材１０は前記接合体２の
膜状基材６より短く形成され、かつ、前記接合体２とは
別に２個の複合体４が形成されている。電解質層１２
は、膜状基材１０上に、それぞれ所定の間隔をもって２
個ずつ形成されている。この電解質層１２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。なお、膜状基材６、１０には所定間隔
で溝１４が形成されている。
【００５３】前記接合体２は、図２に示すように、溝１
４によって位置決めされて、山折り、谷折りを繰り返
し、ジグザグ状に折り曲げられる。また、折り曲げられ
たことによって相互に向き合う触媒電極８のうち、燃料
極８ｂ相互の間には燃料拡散層１６が挿入され、空気極
８ａ相互の間には空気拡散層１８が挿入される。
４によって位置決めされて、山折り、谷折りを繰り返
し、ジグザグ状に折り曲げられる。また、折り曲げられ
たことによって相互に向き合う触媒電極８のうち、燃料
極８ｂ相互の間には燃料拡散層１６が挿入され、空気極
８ａ相互の間には空気拡散層１８が挿入される。
【００５４】前記燃料拡散層１６には、燃料を供給する
燃料供給口１６ａを有し、当該燃料供給口１６ａからＡ
→Ａ’方向で燃料が供給される。また、前記空気拡散層
１８には、空気を供給する空気供給口１８ａを有し、当
該空気供給口１８ａからＢ→Ｂ’方向で空気（酸素）が
供給される。この燃料拡散層１６及び空気拡散層１８は
メッシュの金属フォーム、例えば、スチールウールから
なる多孔性膜からなる。なお、燃料拡散層１６と空気拡
散層１８は、図２に示すように、供給口が異なる方向に
配置される。一方、複合体４は、電解質層１２が内側に
なるように、溝１４によって決められた位置で折り曲げ
られる。そして、触媒電極８（８ａ、８ｂ）が接合され
ている面とは反対の面（図２における右側）から、電解
質層１２が接合体２に接触するように挿入される。その
際、複合体４は、図２中、接合体２の最上部と最下部の
折り曲げ位置に、複合体４の折り曲げ位置が当接するよ
うに挿入されて、燃料電池１が形成される。
燃料供給口１６ａを有し、当該燃料供給口１６ａからＡ
→Ａ’方向で燃料が供給される。また、前記空気拡散層
１８には、空気を供給する空気供給口１８ａを有し、当
該空気供給口１８ａからＢ→Ｂ’方向で空気（酸素）が
供給される。この燃料拡散層１６及び空気拡散層１８は
メッシュの金属フォーム、例えば、スチールウールから
なる多孔性膜からなる。なお、燃料拡散層１６と空気拡
散層１８は、図２に示すように、供給口が異なる方向に
配置される。一方、複合体４は、電解質層１２が内側に
なるように、溝１４によって決められた位置で折り曲げ
られる。そして、触媒電極８（８ａ、８ｂ）が接合され
ている面とは反対の面（図２における右側）から、電解
質層１２が接合体２に接触するように挿入される。その
際、複合体４は、図２中、接合体２の最上部と最下部の
折り曲げ位置に、複合体４の折り曲げ位置が当接するよ
うに挿入されて、燃料電池１が形成される。
【００５５】なお、図２において最上段に位置する空気
極８ａと最下段に位置する空気極８ａ（図示せず）には
前記空気拡散層１８を挿入する必要はなく、自然開放に
よって空気極８ａに空気（酸素）を供給することができ
る。更に、燃料拡散層１６及び空気拡散層１８には、そ
れぞれ図示しない集電部材が設けられている。
極８ａと最下段に位置する空気極８ａ（図示せず）には
前記空気拡散層１８を挿入する必要はなく、自然開放に
よって空気極８ａに空気（酸素）を供給することができ
る。更に、燃料拡散層１６及び空気拡散層１８には、そ
れぞれ図示しない集電部材が設けられている。
【００５６】次に、図２及び図１０を参照しながら、実
施形態１の燃料電池１の動作について説明する。
施形態１の燃料電池１の動作について説明する。
【００５７】図１０に示すように、メタノールタンク２
１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２
４ａ、図２に示した燃料供給口１６ａを通じて燃料拡散
層１６へ導かれる。この際、燃料拡散層１６の内部が正
圧となるようにポンプ２３を作動させる。燃料供給口１
６ａへ導かれたメタノール溶液は、燃料拡散層１６を拡
散して水素に変換（改質）されながら燃料極８ｂへ導か
れる。一方、空気拡散層１８は、空気（酸素）が図１０
のＢ→Ｂ’方向（又はその逆方向）及びＣ、Ｄ方向に導
かれていき、空気拡散層１８内を拡散して、空気極８ａ
へ導かれる。これによって得られる燃料電池１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
タンク２２に還流される。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。
１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２
４ａ、図２に示した燃料供給口１６ａを通じて燃料拡散
層１６へ導かれる。この際、燃料拡散層１６の内部が正
圧となるようにポンプ２３を作動させる。燃料供給口１
６ａへ導かれたメタノール溶液は、燃料拡散層１６を拡
散して水素に変換（改質）されながら燃料極８ｂへ導か
れる。一方、空気拡散層１８は、空気（酸素）が図１０
のＢ→Ｂ’方向（又はその逆方向）及びＣ、Ｄ方向に導
かれていき、空気拡散層１８内を拡散して、空気極８ａ
へ導かれる。これによって得られる燃料電池１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
タンク２２に還流される。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。
【００５８】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、最上部と最下部は
開放極として空気拡散層が不要であり、かつ、２つの触
媒電極が１つの拡散層を共有することができるようにな
るため、部品数を減らすことができる結果、薄型化を実
現することができる。 （実施形態２）実施形態２は、複合体３２を接合体３０
と一体形成した点が実施形態１とは異なっている。図１
（ｂ）に、実施形態２に係る接合体３０の展開図を示
す。本実施形態では、接合体３０の図面左から第２番目
及び第６番目に位置する触媒電極の上部と、図面左から
第３番目及び第７番目に位置する触媒電極の下部に複合
体３２が一体的に形成されている。
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、最上部と最下部は
開放極として空気拡散層が不要であり、かつ、２つの触
媒電極が１つの拡散層を共有することができるようにな
るため、部品数を減らすことができる結果、薄型化を実
現することができる。 （実施形態２）実施形態２は、複合体３２を接合体３０
と一体形成した点が実施形態１とは異なっている。図１
（ｂ）に、実施形態２に係る接合体３０の展開図を示
す。本実施形態では、接合体３０の図面左から第２番目
及び第６番目に位置する触媒電極の上部と、図面左から
第３番目及び第７番目に位置する触媒電極の下部に複合
体３２が一体的に形成されている。
【００５９】図３に、本実施形態に係る接合体３０を用
いた燃料電池１の分解斜視図を示す。本実施形態に係る
接合体３０は、図３に示すように、電解質層１２が形成
された複合体３２ａ、３２ｂが、触媒電極（空気極８
ａ、燃料極８ｂ）が接合された面とは反対の面に折り込
まれる。図３においては、３２ａの複合体は図面手前か
ら奥にかけて折り込まれ、３２ｂの複合体は図面奥から
手前にかけて折り込まれる。同時に、実施形態１と同じ
要領で燃料拡散層１６と空気拡散層１８が接合体３０に
挿入されて、燃料電池１が形成される。 （実施形態３）実施形態３は、実施形態２における複合
体３２を接合体に一体形成させる位置が実施形態２とは
異なっている。図１（ｃ）に、実施形態３に係る接合体
４０の展開図を示す。本実施形態では、接合体４０の図
面左から第２番目及び第６番目に位置する触媒電極の上
部と、図面左から第４番目及び第８番目に位置する触媒
電極の下部に複合体４２が一体的に形成されている。な
お、接合体４０及び複合体４２の折り込み方法は前記実
施形態２と同様であるので、説明を省略する（図３参
照）。 （実施形態４）実施形態４は、実施形態１における複合
体４を、電解質層１２ごとに各々形成した点が実施形態
１とは異なる。図１（ｄ）に、実施形態４に係る接合体
２及び複合体４４の展開図を示す。本実施形態に係る複
合体４４の接合体４への挿入は、実施形態１における複
合体４と同じ要領で行われるため、説明を省略する（図
２参照）。 （実施形態５）実施形態５は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０にスリッ
ト４６を設けた点が実施形態１とは異なる。図４に、実
施形態５に係る接合体２’及び複合体４’の展開図を示
す。図４に示すように、スリット４６は触媒電極（空気
極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間にそれぞ
れ膜状基材６、１０を貫通するように形成されている。
いた燃料電池１の分解斜視図を示す。本実施形態に係る
接合体３０は、図３に示すように、電解質層１２が形成
された複合体３２ａ、３２ｂが、触媒電極（空気極８
ａ、燃料極８ｂ）が接合された面とは反対の面に折り込
まれる。図３においては、３２ａの複合体は図面手前か
ら奥にかけて折り込まれ、３２ｂの複合体は図面奥から
手前にかけて折り込まれる。同時に、実施形態１と同じ
要領で燃料拡散層１６と空気拡散層１８が接合体３０に
挿入されて、燃料電池１が形成される。 （実施形態３）実施形態３は、実施形態２における複合
体３２を接合体に一体形成させる位置が実施形態２とは
異なっている。図１（ｃ）に、実施形態３に係る接合体
４０の展開図を示す。本実施形態では、接合体４０の図
面左から第２番目及び第６番目に位置する触媒電極の上
部と、図面左から第４番目及び第８番目に位置する触媒
電極の下部に複合体４２が一体的に形成されている。な
お、接合体４０及び複合体４２の折り込み方法は前記実
施形態２と同様であるので、説明を省略する（図３参
照）。 （実施形態４）実施形態４は、実施形態１における複合
体４を、電解質層１２ごとに各々形成した点が実施形態
１とは異なる。図１（ｄ）に、実施形態４に係る接合体
２及び複合体４４の展開図を示す。本実施形態に係る複
合体４４の接合体４への挿入は、実施形態１における複
合体４と同じ要領で行われるため、説明を省略する（図
２参照）。 （実施形態５）実施形態５は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０にスリッ
ト４６を設けた点が実施形態１とは異なる。図４に、実
施形態５に係る接合体２’及び複合体４’の展開図を示
す。図４に示すように、スリット４６は触媒電極（空気
極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間にそれぞ
れ膜状基材６、１０を貫通するように形成されている。
【００６０】このように構成することにより、接合体及
び複合体の折り曲げを更に容易に行うことができる。 （実施形態６）実施形態６は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０にミシン
目５０を設けた点が実施形態１とは異なる。図５に、実
施形態６に係る接合体６０及び複合体６２の展開図を示
す。図５に示すように、ミシン目５０は触媒電極（空気
極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間に形成さ
れている。 （実施形態７）実施形態７は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０に小孔５
２を設けた点が実施形態１とは異なる。図６に、実施形
態７に係る接合体６４及び複合体６６の展開図を示す。
図６に示すように、小孔５２は触媒電極（空気極８ａ、
燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間に形成されてい
る。 （実施形態８）実施形態８は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０に窪み５
４を設けた点が実施形態１とは異なる。図７に、実施形
態８に係る接合体６８の側面図（ａ）、前記接合体の部
分拡大図（ｂ）、上面図（接合体６８及び複合体６２の
展開図）（ｃ）を示す。図５に示すように、窪み５４は
触媒電極（空気極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１
２の間に形成されており、図７（ｂ）に示すように、膜
状基材７２および７４の厚さを部分的に薄くすることに
より形成されている。 （実施形態９）実施形態９は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６に、固体高分子のＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）を選択した点が実施形態１とは異
なる。図８に、実施形態７に係る複合体４８の展開図を
示す。これにより、複合体４を別体に製造する必要な
く、拡散層（燃料拡散層１６及び空気拡散層１８）のみ
挿入すればよいため、更に薄型化を図ることができる。
なお、図１及び図４乃至図７に示すような溝１４やスリ
ット４６等を設けることも可能である。 （実施形態１０）実施形態１０は、実施形態１における
接合体２の膜状基材６に、位置決め用のアライメントマ
ーク５６を形成した点が実施形態１とは異なる。図９
（ａ）（ｂ）に、実施形態１０に係る接合体および複合
体の展開図を示す。
び複合体の折り曲げを更に容易に行うことができる。 （実施形態６）実施形態６は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０にミシン
目５０を設けた点が実施形態１とは異なる。図５に、実
施形態６に係る接合体６０及び複合体６２の展開図を示
す。図５に示すように、ミシン目５０は触媒電極（空気
極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間に形成さ
れている。 （実施形態７）実施形態７は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０に小孔５
２を設けた点が実施形態１とは異なる。図６に、実施形
態７に係る接合体６４及び複合体６６の展開図を示す。
図６に示すように、小孔５２は触媒電極（空気極８ａ、
燃料極８ｂ）の間、電解質層１２の間に形成されてい
る。 （実施形態８）実施形態８は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６及び複合体４の膜状基材１０に窪み５
４を設けた点が実施形態１とは異なる。図７に、実施形
態８に係る接合体６８の側面図（ａ）、前記接合体の部
分拡大図（ｂ）、上面図（接合体６８及び複合体６２の
展開図）（ｃ）を示す。図５に示すように、窪み５４は
触媒電極（空気極８ａ、燃料極８ｂ）の間、電解質層１
２の間に形成されており、図７（ｂ）に示すように、膜
状基材７２および７４の厚さを部分的に薄くすることに
より形成されている。 （実施形態９）実施形態９は、実施形態１における接合
体２の膜状基材６に、固体高分子のＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）を選択した点が実施形態１とは異
なる。図８に、実施形態７に係る複合体４８の展開図を
示す。これにより、複合体４を別体に製造する必要な
く、拡散層（燃料拡散層１６及び空気拡散層１８）のみ
挿入すればよいため、更に薄型化を図ることができる。
なお、図１及び図４乃至図７に示すような溝１４やスリ
ット４６等を設けることも可能である。 （実施形態１０）実施形態１０は、実施形態１における
接合体２の膜状基材６に、位置決め用のアライメントマ
ーク５６を形成した点が実施形態１とは異なる。図９
（ａ）（ｂ）に、実施形態１０に係る接合体および複合
体の展開図を示す。
【００６１】図９（ａ）に示すように、当該アライメン
トマーク５６は、触媒電極８および電解質層１２を囲む
ように、１つの触媒電極８または電解質層１２に対応す
る１つの膜状基材８０の４隅の全部に形成されている。
また、図９（ｂ）に示すように、山折り・谷折りされた
際に互いに向き合うことになる触媒電極（８ａ同士また
は８ｂ同士）が接合されている膜状基材８１の少なくと
も１ヶ所に、アライメントマーク５６を形成することも
できる。なお、本実施例においては、当該アライメント
マークは十字のパターンが印刷されている。 （実施形態１１）実施形態１１は実施形態１における接
合体２の膜状基材６に、位置決め用の貫通孔５８を形成
した点が実施形態１とは異なる。図９（ｃ）（ｄ）に、
実施形態１１に係る接合体および複合体の展開図を示
す。
トマーク５６は、触媒電極８および電解質層１２を囲む
ように、１つの触媒電極８または電解質層１２に対応す
る１つの膜状基材８０の４隅の全部に形成されている。
また、図９（ｂ）に示すように、山折り・谷折りされた
際に互いに向き合うことになる触媒電極（８ａ同士また
は８ｂ同士）が接合されている膜状基材８１の少なくと
も１ヶ所に、アライメントマーク５６を形成することも
できる。なお、本実施例においては、当該アライメント
マークは十字のパターンが印刷されている。 （実施形態１１）実施形態１１は実施形態１における接
合体２の膜状基材６に、位置決め用の貫通孔５８を形成
した点が実施形態１とは異なる。図９（ｃ）（ｄ）に、
実施形態１１に係る接合体および複合体の展開図を示
す。
【００６２】図９（ｃ）に示すように、当該貫通孔５８
は、触媒電極８および電解質層１２を囲むように、１つ
の触媒電極８または電解質層１２に対応する１つの膜状
基材８０の４隅の全部に形成されている。また、図９
（ｄ）に示すように、山折り・谷折りされた際に図示し
ないピン等が貫通することができるような貫通孔が設け
られている。なお、図示しないが、空気拡散層および燃
料拡散層にも上記貫通孔に対応する貫通孔が設けられ
る。
は、触媒電極８および電解質層１２を囲むように、１つ
の触媒電極８または電解質層１２に対応する１つの膜状
基材８０の４隅の全部に形成されている。また、図９
（ｄ）に示すように、山折り・谷折りされた際に図示し
ないピン等が貫通することができるような貫通孔が設け
られている。なお、図示しないが、空気拡散層および燃
料拡散層にも上記貫通孔に対応する貫通孔が設けられ
る。
【００６３】これにより、当該接合体を折り込んで積層
構造を形成した際にピン等を当該貫通孔に挿通すること
によって位置決めすることができる。
構造を形成した際にピン等を当該貫通孔に挿通すること
によって位置決めすることができる。
【００６４】なお、上述の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）が空気極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。
（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）が空気極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。
【００６５】また、上述においては、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。
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。
【００６６】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。
【００６７】
【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。
【００６８】また、リチウム電池等の二次電池や一時電
池のように、使い捨てではなく、燃料を補充すれば、繰
り返し利用が可能で、廃棄物を生じることがないため、
環境に優しいリサイクル可能なエネルギー源を得ること
ができる。
池のように、使い捨てではなく、燃料を補充すれば、繰
り返し利用が可能で、廃棄物を生じることがないため、
環境に優しいリサイクル可能なエネルギー源を得ること
ができる。
【図１】 本発明に係る燃料電池に用いられる膜／電極
接合体及び膜／電解質複合体の展開図である。
接合体及び膜／電解質複合体の展開図である。
【図２】 実施形態１に係る接合体を用いた燃料電池１
の分解斜視図である。
の分解斜視図である。
【図３】 実施形態２に係る接合体を用いた燃料電池１
の分解斜視図である。
の分解斜視図である。
【図４】 実施形態５に係る接合体および複合体の展開
図である。
図である。
【図５】 実施形態６に係る接合体および複合体の展開
図である。
図である。
【図６】 実施形態７に係る接合体および複合体の展開
図である。
図である。
【図７】 実施形態８に係る接合体および複合体の展開
図である。
図である。
【図８】 実施形態９に係る複合体の展開図である。
【図９】 実施形態１０および１１に係る接合体および
複合体の展開図である。
複合体の展開図である。
【図１０】 実施形態１に係る燃料電池システムの構成
図を模式的に示した図である。
図を模式的に示した図である。
１…燃料電池、２…接合体、４…複合体、６、１０…膜
状基材、８…触媒電極、８ａ…空気極、８ｂ…燃料極、
１２…電解質層、１４…溝、１６…燃料拡散層、１６ａ
…燃料供給口、１８…空気拡散層、１８ａ…空気供給
口、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
状基材、８…触媒電極、８ａ…空気極、８ｂ…燃料極、
１２…電解質層、１４…溝、１６…燃料拡散層、１６ａ
…燃料供給口、１８…空気拡散層、１８ａ…空気供給
口、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
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
(72)発明者 宮本 勉
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 AA08 BB00 BB03 EE18 EE19
Claims (19)
- 【請求項１】 膜状基材の一方の面に触媒電極が接合さ
れた膜／電極接合体と、前記膜状基材とは異なる膜状基
材の一方の面に電解質層が形成された膜／電解質複合体
と、ガスまたは液体を前記触媒電極に供給するための拡
散層を有し、 前記膜／電極接合体の所定個所を、山折り、谷折りを繰
り返して形成した積層構造体に、前記膜／電解質複合体
および前記拡散層を介在させて形成したことを特徴とす
る燃料電池。 - 【請求項２】 前記膜／電極接合体表面上に、燃料極２
つと空気極２つが交互に形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の燃料電池。 - 【請求項３】 更に、前記膜／電極接合体表面上の両端
部に空気極が形成されていることを特徴とする請求項１
又は２に記載の燃料電池。 - 【請求項４】 前記膜／電極接合体表面上に、空気極お
よび燃料極が、空気極・燃料極・燃料極・空気極を１構
成単位として、少なくとも１構成単位以上形成されてい
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
燃料電池。 - 【請求項５】 前記膜／電極接合体表面上の両端部に燃
料極が形成されていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の燃料電池。 - 【請求項６】 前記膜／電極接合体表面上に、空気極お
よび燃料極が、燃料極・空気極・空気極・燃料極を１構
成単位として、少なくとも１構成単位以上形成されてい
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
燃料電池。 - 【請求項７】 前記膜／電極接合体表面上に、前記触媒
電極に代えて、導電性を有する拡散層が形成されている
ことを特徴とする請求項１から６に記載の燃料電池。 - 【請求項８】 前記膜／電解質複合体が、前記膜／電極
接合体と一体に形成されていることを特徴とする請求項
１から７のいずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項９】 前記膜／電解質複合体が、前記膜／電極
接合体とは別体に形成されていることを特徴とする請求
項１から７のいずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項１０】 前記膜／電極接合体は、当該膜／電極
接合体表面上に接合された各触媒電極の間に折り曲げ部
位が形成されていることを特徴とする請求項１から９の
いずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項１１】 前記折り曲げ部位は、溝、スリット、
貫通孔、ミシン目、窪みのいずれかであることを特徴と
する請求項１０に記載の燃料電池。 - 【請求項１２】 前記膜状基材が、ポリアミド、ポリエ
チレン、ポリエステル、ポリプロピレンから選択された
ものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれ
かに記載の燃料電池。 - 【請求項１３】 前記電解質は、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
なることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記
載の燃料電池。 - 【請求項１４】 前記拡散層は、当該拡散層の供給口
が、前記燃料極と前記空気極において異なる向きに介在
することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記
載の燃料電池。 - 【請求項１５】 前記拡散層は、当該拡散層に形成され
ている供給口が前記燃料極と前記空気極において直角方
向に介在することを特徴とする請求項１４に記載の燃料
電池。 - 【請求項１６】 前記膜／電極接合体に、位置決め用の
マークまたは貫通孔が形成されていることを特徴とする
請求項１から１６のいずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項１７】 膜状基材の一方の面に触媒電極を接合
して、膜／電極接合体を製造する工程と、 前記膜状基材とは異なる膜状基材の一方の面に電解質層
を形成して、膜／電解質複合体を製造する工程と、 前記膜／電極接合体に折り曲げ部位を形成する工程と、 当該固体電解質膜／電極接合体を山折り、谷折りする工
程と、 前記触媒電極が形成されていない前記膜／電極接合体に
前記膜／電解質複合体を介在させる工程と、 前記触媒電極が形成されている前記膜／電極接合体に拡
散層を介在させる工程と、 を含む燃料電池の製造方法。 - 【請求項１８】 前記折り曲げ部位を形成する工程にお
いて、当該折り曲げ部位は、溝、スリット、貫通孔、ミ
シン目、窪みのいずれかを形成することを特徴とする請
求項１７に記載の燃料電池。 - 【請求項１９】 前記拡散層を介在させる工程におい
て、当該拡散層に形成されている供給口が、前記燃料極
と前記空気極において異なる向きに介在させることを特
徴とする請求項１７に記載の燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153070A JP2003346867A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153070A JP2003346867A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 燃料電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346867A true JP2003346867A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29770230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002153070A Pending JP2003346867A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 燃料電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003346867A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002153070A patent/JP2003346867A/ja active Pending
Cited By (22)
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