JP2004152771A

JP2004152771A - 燃料電池アセンブリ、反応物質分配構造体及びそれらを製造する方法

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Publication number: JP2004152771A
Application number: JP2003368838A
Authority: JP
Inventors: Dennis Lazaroff; デニス・ラザロフ; David Champion; デイビッド・チャンピオン; Gregory S Herman; グレゴリー・エス・ハーマン; Peter Mardilovich; ピーター・マーディロヴィッチ
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2004-05-27
Also published as: CA2437552A1; TW200411974A; US20040086767A1; KR20040038830A; EP1437781A2

Abstract

【課題】
本発明は、燃料電池電極に反応物質を供給する改良の施された装置、該装置を利用する燃料電池アセンブリ及びそれらを製造する方法を提供する。
【解決手段】
本発明の一実施形態によれば、燃料電池電極に反応物質を供給する反応物質分配構造体は、燃料電池上に犠牲材料層を付着させ、適切な方法で一部を除去することで、燃料電池の燃料極及び空気極に対応する流路構造を具備するように前記燃料電池上に直接製造される。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃料電池及び燃料電池反応物質分配構造体とに関する。

反応物質（即ち、燃料及び酸化剤）を電気及び反応生成物に変換する燃料電池は、再充電が可能な電池のように、長々とした再充電サイクルによって妨げられることなく、比較的小型軽量であり、実質的にいかなる環境排出物質も生成しないため、有益である。

それでもやはり、本出願の発明者は、従来の燃料電池は改良の余地があると判断した。例えば、本出願の発明者は、燃料電池電極に反応物質を供給する装置を改良することが望ましいと判断した。

本発明の一実施形態によれば、燃料電池電極に反応物質を供給する装置（反応物質分配構造体）は、前記燃料電池上に犠牲材料層を付着させ、適切な方法で一部を除去することで、燃料電池の燃料極及び空気極に対応する流路構造を具備するように前記燃料電池上に直接製造される。

本発明では、反応物質分配構造体を、燃料電池上に直接製造する。そのため、反応物質分配構造体を別個に製造した後、燃料電池に固定する場合と比較して、はるかに優れた固定精度が提供される。固定精度が改善されることにより、燃料極と空気極とが燃料電池の同じ側にある場合であっても、燃料及び酸化剤が混和される可能性が低減し、それによって燃料電池の効率が向上する。また、反応物質を燃料電池の一方の側のみに供給すればよいため、燃料電池パッケージングを簡略化することができる。

以下、現在分かっている本発明を遂行する最良の形態を詳細に説明する。説明は、添付の図面を参照しながら行う。この説明は、限定する意味でとられるべきではなく、単に本発明の全般的な原理を説明する目的のために行うものである。なお、本発明に関連しない燃料電池構造の詳細な解説は、簡単のため省略した。本発明はまた、現在開発中か又はまだ開発されていないものを含む広範囲の燃料電池技術及び燃料電池システムにも適用可能である。例えば、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）に関して種々の例示的な燃料電池システムを説明するが、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池等の他のタイプの燃料電池も、同様に本発明に適用可能である。

例えば図１に示すように、本発明の一実施形態による燃料電池アセンブリ１００は、燃料電池１０２（例示的な実施形態ではＳＯＦＣ）と、該燃料電池上に形成されそれに支持されている反応物質分配構造体１０４とからなる。反応物質分配構造体１０４は、燃料電池１０２に供給される燃料（例えば、Ｈ_２又はＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８等の炭化水素燃料）及び酸化剤（例えば、Ｏ_２又は周囲空気）のための通路を画定している。本発明は、いかなる特定の燃料電池の構成にも限定されないが、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示す例示的な燃料電池１０２では、燃料極１０６及び空気極１０８は電解質基材１１０上に支持されており、この配置については後に簡単に説明する。例示的な燃料電池１０２のより詳細な説明は、２００２年１０月３１日に出願され、「Fuel Cell And Method Of Manufacturing Same Using Chemical/Mechanical Planarization」と題された米国特許出願第１０／２８６、２３５号にてなされている。

例えば図２から図３Ｂに示しているように、電解質基材１１０は、複数の長手方向延在流路１１４（図３Ａ参照）と、１つの出口流路１１６と、長手方向延在流路を出口流路に連結する１つのコネクタ流路１１８とを具備している燃料流路システム１１２を有している。長手方向延在流路１１４は、後述する方法で反応物質分配構造体１０４経由で燃料を受け取る入口領域１２０を画定する。燃料極１０６は、主に、燃料流路システム１１２内に配置される。より詳細には、燃料極１０６は、長手方向延在流路１１４の表面を被覆する複数の長手方向延在部１２２（図３Ａ参照）と、コネクタ流路１１８内に配置されたコネクタ部１２４とからなる。製造中の小さいずれを相殺するために、コネクタ部１２４の比較的短い部分が、コネクタ流路１１８の長手方向端部を越えて延在する。燃料極１０６上には、複数の長手方向延在部１２８及び接点１３２に接続されるコネクタ部１３０からなる電流コレクタ１２６が支持されている。

電解質基材１１０はまた、複数の長手方向延在流路１３６（図３Ａ参照）と、１つの出口流路１３８と、長手方向延在流路を出口流路に連結するコネクタ流路１４０とを具備している酸化剤流路システム１３４も有している。長手方向延在流路１３６は、後述する方法で反応物質分配構造体１０４経由で酸化剤を受け取る入口領域１４２を画定する。空気極１０８は、主に、酸化剤流路システム１３４内に配置される。より詳細には、空気極１０８は、長手方向延在流路１３６の表面を被覆する複数の長手方向延在部１４４（図３Ａ参照）と、コネクタ流路１４０内に配置されているコネクタ部１４６とからなる。コネクタ部１４６の比較的短い部分が、製造中の小さいずれを相殺するためにコネクタ流路１４０の長手方向端部を越えて延在する。空気極１０８上には、複数の長手方向延在部１５０及び接点１５４に接続されるコネクタ部１５２からなる電流コレクタ１４８が支持されている。

上述したように、反応物質分配構造体１０４経由で、燃料電池１０２の燃料流路システム１１２の入口領域１２０には燃料が、酸化剤流路システム１３４の入口領域１４２には酸化剤が供給される。酸化剤は、空気極１０８において電気化学的にイオン化され、それによってイオンを生成し、そのイオンは、導電性の電解質基材１１０を介して拡散し、燃料極１０６において燃料と反応することにより副生物（例示的な実施形態では、ＣＯ_２及び水蒸気）を生成する。電流コレクタ１２６及び１４８によって収集される電流は、接点１３２及び１５４により負荷に接続される。副生物及びいくらかの未使用反応物質は、反応物質分配構造体１０４経由で、出口流路１１６及び１３８内を移動して燃料電池アセンブリ１００から排出される。

例示的な燃料電池１０２及び基材１１０の材料、寸法、及び構成は、燃料電池のタイプ（例えば、ＳＯＦＣ、ＰＥＭ等）と意図された特定の用途とによって決まるが、また、本発明はいかなる特定の材料、寸法、構成、又はタイプにも限定されないが、例示的な燃料電池１０２を、以下のように構成することができる。例示的な燃料電池１０２の燃料極１０６は、好ましくは、約０．５〜１０μｍの厚さの多孔性セラミック金属複合物（サーメットとも呼ぶ）膜である。燃料極の他の選択肢として、導電性及び非導電性セラミックの触媒との混合物がある。適切なセラミックには、サマリアドープドセリア（ＳＤＣ）又はガドリニアドープドセリア（ＧＤＣ）が含まれ、適切な金属には、ニッケル及び銅が含まれる。例示的な空気極１０８は、好ましくは、約０．５〜１０μｍの厚さの多孔性セラミック膜である。適切なセラミック材料には、サマリウムストロンチウムコバルト酸化物（ＳＳＣＯ）が含まれる。電解質基材１１０は、好ましくは、例えば約４００〜６００μｍの厚さのＳＤＣのような、比較的厚い無孔性セラミック膜である。代替的に、適切な基材上に比較的薄い電解質層（例えば、約１０〜４０μｍ厚さ）を支持させることもできる。適切な電流コレクタ材料には、ステンレス鋼、銀、金及びプラチナが含まれる。

例示的な実施態様において、電解質基材１１０によって画定される燃料流路システム１１２及び酸化剤流路システム１３４に関して、深さは約１〜１００μｍである。長手方向延在流路１１４及び１３６の幅は約５〜１００μｍであり、出口流路１１６及び１３８の幅は約５〜１００μｍであり、コネクタ流路１１８及び１４０の幅は約５〜１００μｍ幅である。

図４から図５Ｄを参照すると、例示的な反応物質分配構造体１０４は、燃料電池１０２上に形成され保持されている一繋がりの単一形成された構造物である。より詳細には、図示する実施形態における反応物質分配構造体１０４は、好ましくは、電解質基材１１０上に形成され、それに保持されている。上外面１０４ａ及び側外面１０４ｂを画定する反応物質分配構造体１０４には、下にある燃料電池の燃料極及び空気極に対応する流路構造が備えつけられている。燃料極及び空気極が、例示的な実施形態のように、燃料流路システム及び酸化剤流路システムに接続される場合は、反応物質分配構造体１０４内の流路システムもまた、燃料電池の燃料流路システム及び酸化剤流路システムとに対応する。

燃料極側では、図４から図５Ｄに示している例示的な反応物質分配構造体１０４には、複数の長手方向延在流路１５８と、１つの出口流路１６０と、長手方向延在流路を出口流路に接続するコネクタ流路１６２とを具備している燃料流路システム１５６が備え付けられている。長手方向延在流路１５８は、入口領域１６４を画定する。反応物質分配構造体１０４を通して、即ち反応物質分配構造体の外面から入口領域１６４まで、複数の燃料入口アパーチャ１６６が延在し、反応物質分配構造体を通して出口流路１６０まで、１つの出口アパーチャ１６８（又は複数の出口アパーチャ）が延在している。最後に、反応物質分配構造体１０４を通して燃料極側電流コレクタアパーチャ１７０も延在しているため、電流コレクタ１３２に接続することができる。電流コレクタ１３２が燃料電池１０２の長手方向端部まで延在し、電流コレクタへの接続が側部から行われる場合は、電流コレクタアパーチャ１７０を省略することができる。

例示的な反応物質分配構造体１０４の空気極側にも、同様の構成が設けられている。酸化剤流路システム１７２は、複数の長手方向延在流路１７４と、１つの出口流路１７６と、長手方向延在流路を出口流路に接続するコネクタ流路１７８とからなる。長手方向延在流路１７４は、入口領域１８０を画定する。反応物質分配構造体１０４を通して、即ち反応物質分配構造体の外面から入口領域１８０まで、複数の酸化剤入口アパーチャ１８２が延在し、反応物質分配構造体を通して出口流路１７６まで出口アパーチャ１８４（又は複数の出口アパーチャ）が延在している。最後に、反応物質分配構造体１０４を通して空気極側電流コレクタアパーチャ１８６も延在しているため、電流コレクタ１５４と接続することができる。ここでもまた、電流コレクタ１５４が燃料電池１０２の長手方向端部まで延在し、電流コレクタの接続が側部から行われる場合は、電流コレクタアパーチャ１８６を省略することができる。

本反応物質分配構造体に関しては種々の利点がある。例えば、本反応物質分配構造体は、対象燃料電池上に直接製造することができ、それにより、反応物質分配構造体を別個に製造した後、燃料電池に固定する場合よりも、はるかに優れた固定精度が提供される。固定精度が改善されることにより、燃料極と空気極とが燃料電池の同じ側にある場合であっても、燃料及び酸化剤が混和される可能性が低減し、それによって燃料電池の効率が向上する。また、本反応物質分配構造体では、反応物質を燃料電池の一方の側のみに供給すればよいため、燃料電池パッケージングを簡略化することができる。

反応物質分配構造体１０４は、好ましくは、電気的に非伝導性であり高温に耐えることができる材料から形成される。適切な材料には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯ_２、ＴｉＯ_２及び他の金属酸化物が含まれる。反応物質分配構造体１０４の寸法は、主に、対象となる燃料電池１０２の寸法／要件、並びに燃料電池アセンブリ１００のパッケージング方法、に応じて決めることができる。例示的な実施形態では、長手方向延在流路１５８及び１７４の幅は約１０〜１４０μｍであり、出口流路１６０及び１７６の幅は約１０〜１４０μｍであり、コネクタ流路１６２及び１７８の幅は約１０〜１４０μｍである。流路の深さは約１０〜２００μｍであり、一方例示的な反応物質分配構造体１０４の全厚は約４〜１００μｍである。

次に製造法についてであるが、図４から図５Ｄに示している燃料電池反応物質分配構造体１０４は、例えば従来の半導体製造設備で製造することができる。この設備を用いて実施される方法は、図６Ａから図１０Ｄに示している例示的な片面処理を含む。（図６Ａから図１０Ｄに示している断面図は、図５Ａから図５Ｄに示しているものに対応する。）まず図６Ａから図６Ｄを参照すると、燃料電池１０２の上面（反応物質流路を含む）が、犠牲材料１８８によって被覆される。犠牲材料１８８は、最終的に除去され、それにより燃料電池１０２の反応物質流路が再度露出し、反応物質分配構造体１０４に反応物質流路が形成される。適切な犠牲材料には、アルミニウム（化学又は物理気相成長によって付着される）、フォトレジスト（スピンオン技法によって付着される）、燃料電池及び反応物質分配構造体材料に対する適当なエッチング選択性を有する他の材料、とが含まれる。そして、犠牲材料１８８の層を平坦化することで、図示しているように平面にしてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。

次に、例えば図７Ａから図７Ｄに示しているように、犠牲材料１８８の層の一部を除去するために、該犠牲材料層はパターニングされる。残った犠牲材料は、最終的に燃料電池１０２及び反応物質分配構造体１０４の空隙、即ち反応物質流路及び電流コレクタアパーチャとなる領域に配置されている。犠牲材料１８８をパターニングする適切な処理には、化学エッチング（アルミニウム犠牲材料）とフォトリソグラフィ（フォトレジスト犠牲材料）とが含まれる。

代替的に、上述した付着及びパターニング技法の代わりに、スクリーンプリント及び／又は他のプリント技法を使用して、除去ステップなしに犠牲材料の事前パターニング層を形成することもできる。通常、この技法は、幅が５０μｍより大きい構造に使用される。

例示的なプロセスにおける次のステップを、図８Ａから図８Ｄに示す。ここでは、燃料電池１０２及び今しがたパターニングされた犠牲材料１８８の層上に、反応物質分配構造体材料１９０の層（即ち、最終的に反応物質分配構造体１０４を形成する材料）が付着される。反応物質分配構造体材料１９０を付着させる適切な技法には、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、及びプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）が含まれる。反応物質分配構造体材料１９０は、電解質基材１１０の露出部分と結合し、それによって反応物質分配構造体材料は燃料電池１０２に固定される。

図９Ａから図９Ｄを参照する。その後、反応物質分配構造体１９０の層の一部を除去するために、該反応物質分配構造体層がパターニングされる。このパターニングにより、燃料入口アパーチャ１６６、燃料出口アパーチャ１６８、燃料極側電流コレクタアパーチャ１７０、酸化剤入口アパーチャ１８２、酸化剤出口アパーチャ１８４、及び空気極側電流コレクタアパーチャ１８６が形成される。反応物質分配構造体材料１９０の一部を除去するための適切な技法には、化学エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチング及びイオンミリングが含まれる。

代替的に、上述した付着及びパターニング技法の代わりに、スクリーンプリント及び／又は他のプリント技法を使用して除去ステップなしに、反応物質分配構造体材料１９０の事前パターニング層を形成することができる。

例示的な反応物質分配構造体１０４形成プロセスにおける最終ステップは、犠牲材料１８８の除去である（図１０Ａから図１０Ｄ）。かかる除去により、燃料電池１０２の燃料流路システム１１２及び酸化剤流路システム１３４が再度露出し、反応物質分配構造体材料１９０内に燃料流路システム１５６及び酸化剤流路システム１７２が作り出される。犠牲材料１８８を除去するための適切な技法には、化学エッチング（アルミニウム犠牲材料）と酸素アッシング（フォトレジスト犠牲材料）とが含まれる。いずれの場合も、犠牲材料１８８は、先のステップにおいて反応物質分配構造体材料１９０に形成された反応物質アパーチャ、即ち燃料入口アパーチャ１６６、酸化剤入口アパーチャ１８２、及び出口アパーチャ１６８、１８４経由で除去される。

図１０Ａに示しているように、完成した例示的な反応物質分配構造体１０４は、上部壁１９４から電解質基材１１０まで延在する複数の支持壁１９２を有している。支持壁１９２は、反応物質流路及び電流コレクタアパーチャを画定し、燃料電池１００上に反応物質分配構造体１０４を支持する。

例示的な燃料電池アセンブリ１００を、種々の方法でパッケージングし、使用することができる。燃料電池アセンブリを、個別にパッケージングし、使用してもよい。代替的に、例えば図１１に示すように、複数の燃料電池アセンブリ１００を、スタック２０２を含む燃料電池システム２００に組み込んでもよい。燃料供給源２０４は、入口マニホルド（図示せず）により各燃料電池アセンブリ１００の入口アパーチャ１６６に燃料を供給し、酸化剤供給源２０６は、入口マニホルド（図示せず）により各燃料電池アセンブリの入口アパーチャ１８２空気極に酸化剤を供給する。周囲空気が使用される場合、酸化剤供給源は、単に通気孔か、又は通気孔とファンからなる装置であってもよい。副生物は、出口マニホルド（図示せず）及び副生物出口２０８、２１０によりスタックから排出される。例示的な燃料電池システム２００の作動を監視及び制御するために、コントローラ２１２を設けることができる。代替的に、燃料電池システムの作動を、ホスト（即ち電力消費）装置によって制御することもできる。なお、例示的な燃料電池システム２００の実施形態には、システムによって消費される燃料の全てが最初からシステム内に存在するシステムの他に、燃料供給源２０４が補給可能又は置換え可能であるシステムが含まれる。

本発明を、上記の好ましい実施形態に関して説明したが、上述した好ましい実施形態に対する多数の変更形態及び／又は追加形態が、当業者に容易に理解されるであろう。限定するものではなく、単なる例として、例示的な実施形態においては、反応物質流路は概して線形であるが、これは蛇行させることもできる。さらに、例示的な燃料電池はそれ自身の反応物質流路を有するように構成されている。しかしながら、本反応物質分配構造体は、燃料極及び空気極が単に電解質基材上に平坦に配置されている燃料電池と組み合せて使用することもできる。本発明の範囲は、このような変更形態及び／又は追加形態の全てを包含するように意図されている。

本発明の燃料電池アセンブリの一実施形態（概略的な側面図）本発明の燃料電池の一実施形態（平面図）図２の線３Ａ−３Ａに沿った断面図図２の線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図本発明の燃料電池アセンブリの一実施形態（平面図）図４の線５Ａ−５Ａに沿った断面図図４の線５Ｂ−５Ｂに沿った断面図図４の線５Ｃ−５Ｃに沿った断面図図４の線５Ｄ−５Ｄに沿った断面図本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第１段階を表す図（図４の線５Ａ−５Ａに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第１段階を表す図（図４の線５Ｂ−５Ｂに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第１段階を表す図（図４の線５Ｃ−５Ｃに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第１段階を表す図（図４の線５Ｄ−５Ｄに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第２段階を表す図（図４の線５Ａ−５Ａに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第２段階を表す図（図４の線５Ｂ−５Ｂに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第２段階を表す図（図４の線５Ｃ−５Ｃに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第２段階を表す図（図４の線５Ｄ−５Ｄに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第３段階を表す図（図４の線５Ａ−５Ａに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第３段階を表す図（図４の線５Ｂ−５Ｂに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第３段階を表す図（図４の線５Ｃ−５Ｃに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第３段階を表す図（図４の線５Ｄ−５Ｄに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第４段階を表す図（図４の線５Ａ−５Ａに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第４段階を表す図（図４の線５Ｂ−５Ｂに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第４段階を表す図（図４の線５Ｃ−５Ｃに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第４段階を表す図（図４の線５Ｄ−５Ｄに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第５段階を表す図（図４の線５Ａ−５Ａに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第５段階を表す図（図４の線５Ｂ−５Ｂに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第５段階を表す図（図４の線５Ｃ−５Ｃに相当する線に沿った断面図）本発明の反応物質分配構造体製造法の一実施形態における第５段階を表す図（図４の線５Ｄ−５Ｄに相当する線に沿った断面図）本発明の燃料電池システムの一実施形態（概略図）

符号の説明

１００燃料電池アセンブリ
１０２燃料電池
１０４反応物質分配構造体
１０６燃料極
１０８空気極
１１０電解質基材
１１２電解質基材１１０の燃料流路システム
１１４電解質基材１１０の燃料極側長手方向延在流路
１１６電解質基材１１０の燃料極側出口流路
１１８電解質基材１１０の燃料極側コネクタ流路
１２０電解質基材１１０の燃料極側入口領域
１２２電解質基材１１０の燃料極長手方向延在部
１２４電解質基材１１０の燃料極コネクタ部
１２６電解質基材１１０の燃料極側電流コレクタ
１２８電解質基材１１０の燃料極側電流コレクタ長手方向延在部
１３０電解質基材１１０の燃料極側電流コレクタコネクタ部
１３２電解質基材１１０の燃料極側接点
１３４電解質基材１１０の酸化剤流路システム
１３６電解質基材１１０の空気極側長手方向延在流路
１３８電解質基材１１０の空気極側出口流路
１４０電解質基材１１０の空気極側コネクタ流路
１４２電解質基材１１０の空気極側入口領域
１４４電解質基材１１０の空気極長手方向延在部
１４６電解質基材１１０の空気極コネクタ部
１４８電解質基材１１０の空気極側電流コレクタ
１５０電解質基材１１０の空気極側電流コレクタ長手方向延在部
１５２電解質基材１１０の空気極側電流コレクタコネクタ部
１５４電解質基材１１０の空気極側接点
１５６反応物質分配構造体１０４の燃料流路システム
１５８反応物質分配構造体１０４の燃料極側長手方向延在流路
１６０反応物質分配構造体１０４の燃料極側出口流路
１６２反応物質分配構造体１０４の燃料極側コネクタ流路
１６４反応物質分配構造体１０４の燃料極側入口領域
１６６反応物質分配構造体１０４の燃料流路入口アパーチャ
１６８反応物質分配構造体１０４の燃料流路出口アパーチャ
１７０反応物質分配構造体１０４の燃料極側電流コレクタアパーチャ
１７２反応物質分配構造体１０４の酸化剤流路システム
１７４反応物質分配構造体１０４の空気極側長手方向延在流路
１７６反応物質分配構造体１０４の空気極側出口流路
１７８反応物質分配構造体１０４の空気極側コネクタ流路
１８０反応物質分配構造体１０４の空気極側入口領域
１８２反応物質分配構造体１０４の酸化剤流路入口アパーチャ
１８４反応物質分配構造体１０４の酸化剤流路出口アパーチャ
１８６反応物質分配構造体１０４の空気極側電流コレクタアパーチャ
１８８犠牲材料
１９０反応物質分配構造体材料
１９２支持壁
１９４反応物質分配構造体１０４の上部壁
２００燃料電池システム
２０２スタック
２０４燃料供給源
２０６酸化剤供給源
２０８副生物出口
２１０副生物出口
２１２コントローラ

Claims

少なくとも１つの電極（１０６、１０８）を支持する面を有している燃料電池（１０２）を設けるステップと、
前記燃料電池の前記面の上に反応物質分配構造体（１０４）を形成するステップと、
を含む燃料電池アセンブリを製造する方法。
前記燃料電池（１０２）を設ける前記ステップが、燃料極（１０６）及び空気極（１０８）を支持する面を有している燃料電池を設けることからなり、
前記反応物質分配構造体（１０４）を形成する前記ステップが、前記燃料極に関連付けられている燃料流路（１５８）と、前記空気極に関連付けられているとともに前記燃料流路とは分離されている酸化剤流路（１７４）とを有する前記反応物質分配構造体を形成することからなる請求項１記載の方法。
前記反応物質分配構造体（１０４）を形成する前記ステップが、
前記燃料電池（１０２）の前記面の上に犠牲材料（１８８）の層を生成、それにより、前記面の一部が前記犠牲材料によって被覆され、前記面の一部が被覆されないようにするステップと、
前記犠牲材料及び前記燃料電池の前記面の前記被覆されていない部分の上に反応物質分配構造体材料（１９０）の層を付着させるステップと、
前記犠牲材料を除去するステップと、
からなる請求項１記載の方法。
前記犠牲材料（１８８）の層を生成する前記ステップが、
前記燃料電池（１０２）の前記面の上に前記犠牲材料の層を付着させるステップと、
前記燃料電池の前記面から前記犠牲材料の層の一部を除去するステップと、
からなる請求項３記載の方法。
反応物質アパーチャ（１６６、１６８、１８２、１８４）を形成するために、前記犠牲材料（１８８）の層の一部を除去するステップをさらに含む請求項３記載の方法。
前記犠牲材料（１８８）を除去する前記ステップが、前記反応物質アパーチャ（１６６、１６８、１８２、１８４）を介して前記犠牲材料を除去するステップからなる請求項５記載の方法。
面を画定し、且つ前記面上の燃料極（１０６）及び該燃料極と隔置されている前記面上の空気極（１０８）とからなる燃料電池（１０２）と、
該燃料電池の前記面の上に支持されている反応物質分配構造体（１０４）であって、前記燃料極に関連付けられている燃料流路（１５８）及び空気極に関連付けられているとともに前記燃料流路とは分離されている酸化剤流路（１７４）を画定している複数の内面と、外面（１０４ａ、１０４ｂ）と、該外面から前記燃料流路まで延在する燃料流路入口アパーチャ及び燃料流路出口アパーチャ（１６６、１６８）と、前記外面から前記酸化剤流路まで延在する酸化剤流路入口アパーチャ及び酸化剤流路出口アパーチャ（１８２、１８４）とを有している前記反応物質分配構造体と、
を具備している燃料電池アセンブリ。
前記燃料電池が、電解質面を画定する電解質層（１１０）を有し、前記燃料極（１０６）及び前記空気極（１０８）が前記電解質面上にある請求項７記載の燃料電池アセンブリ。
前記反応物質分配構造体（１０４）が、前記電解質面によって支持されており、且つそれに固定されている請求項８記載の燃料電池アセンブリ。
前記反応物質分配構造体の外面が、上外面（１０４ａ）及び複数の側外面（１０４ｂ）とからなり、前記燃料流路入口アパーチャ及び燃料流路出口アパーチャ（１６６、１６８）が、前記上外面を通して延在し、前記酸化剤流路入口アパーチャ及び酸化剤流路出口アパーチャ（１８２、１８４）が、前記上外面を通して延在している請求項７記載の燃料電池アセンブリ。
燃料電池表面が、前記燃料極（１０６）に関連付けられている燃料流路（１１４）及び前記空気極（１０８）に関連付けられている酸化剤流路（１３６）とを有している請求項７記載の燃料電池アセンブリ。