JP2004273366A

JP2004273366A - 燃料電池、その製造方法並びに燃料電池を備える電子機器及び自動車

Info

Publication number: JP2004273366A
Application number: JP2003065317A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Yamada; 周平山田; Hirotsuna Miura; 弘綱三浦
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】反応ガスをより均一に拡散させ、かつ、拡散抵抗の上昇を抑制することにより反応ガスの拡散効率と反応効率の両方が高められた燃料電池、及び燃料電池を効率よく製造する燃料電池の製造方法、並びにこの燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供する。
【解決手段】少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層、及び電解質膜が基板間に形成されてなる燃料電池であって、前記集電層側の前記ガス拡散層における第１のガス通路の幅が、前記反応層側の前記ガス拡散層における第２のガス通路の幅より大きいことを特徴とする燃料電池、この燃料電池を効率よく製造する燃料電池の製造方法、並びにこの燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車。
【選択図】図２

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、さらに詳しくは、反応ガスの拡散抵抗の上昇を抑制することにより出力低下が防止され、かつ、反応ガスの撹拌効率を増大させることにより反応効率が高められた燃料電池、及びこの燃料電池を効率よく製造する燃料電池の製造方法、並びに該燃料電池を備える電子機器及び自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された電極（アノード）、及び電解質膜の他面に配置された電極（カソード）等から構成される燃料電池が存在する。例えば、電解質膜が固体高分子電解質膜である固体高分子電解質型燃料電池では、各電極は、通常、反応ガスの反応触媒である金属微粒子が担持された炭素粒子からなる反応層と、反応層の基板側に炭素粒子からなるガス拡散層と、及びガス拡散層の基板側に導電性物質からなる集電層とから形成されている。一方の基板において、ガス拡散層を構成する炭素微粒子の隙間を通過して均一に拡散された水素ガスは、反応層において反応して電子と水素イオンとなる。発生した電子は集電層に集められ、他方の基板の集電層に電子が流れる。水素イオンは高分子電解質膜を介して他方の基板の反応層へ移動し、集電層から流れてきた電子、及び他方の基板内に供給される酸素ガスとから水を生成する反応が行われる。
【０００３】
このような燃料電池において、ガス拡散層の形成方法としては、例えば、特許文献１に記載された、ガス流路（一般的には、基板に作り込まれた溝）の上に、カーボン粒子をフッ素樹脂等で結合した撥水層と、カーボン繊維からなる基材層の２層構造で形成する方法が知られている。また、この文献には、反応ガスの上流側部分と下流側部分とで、気孔径、気孔量、疎水性、厚さ等を変化させることにより、反応ガスの上流側部分では乾きにくい（耐ドライアップ性）設計とし、下流側部分では、水分により気孔の詰まりのない（耐フラッディング性）設計とすることが提案されている。
【０００４】
ところで、ガス拡散層は、ガス拡散層に形成されている均一で細かい流路（ガス通路）内に反応ガスを通過させて、反応ガスを均一に拡散して反応層に送り込むことにより、反応層における反応ガスの反応効率を高める役割を果たす。したがって、反応ガスを均一に拡散させて、反応層における反応効率を高める（すなわち、大電流を作り出す）ためには、流路幅が狭い、すなわち開口面積が小さいガス拡散層内に設けられた反応ガスを拡散させながら通過させる開口（以下、「ガス通路」という））を多く有するガス拡散層が好ましい。
【０００５】
しかしながら、ガス通路幅が小さいガス拡散層では拡散抵抗が大きくなり、反応ガスの拡散効率が低下し、結果として燃料電池の出力低下を起こすという問題がある。すなわち、反応層での反応効率を高めるためにはガス拡散層の通路幅を小さくする必要があるが、ガス拡散層の通路幅を小さくすると、拡散抵抗が増加するというトレードオフの関係が成り立つため、結果としてガス拡散層の開口面積を小さくすることには限界があった。
【０００６】
また、燃料電池において、安定した出力を確保するためには、一定量の反応ガスが安定して反応層に供給される必要がある。しかしながら、反応ガスの濃度は、一般的に反応ガスが流れる方向に従い薄くなっていくため、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側に行くに従い反応ガスの反応効率が低下し、出力が安定した燃料電池とならない場合があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４２８２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題を解決すべくなされたものであって、反応ガスをより均一に拡散させ、かつ、拡散抵抗の上昇を抑制することにより反応ガスの拡散効率と反応効率の両方が高められた燃料電池、及びこの燃料電池を効率よく製造する燃料電池の製造方法、並びにこの燃料電池を電力供給源として備える電子機器及び自動車を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層、及び電解質膜が基板間に形成されてなる燃料電池であって、前記集電層側の前記ガス拡散層における第１のガス通路の幅が、前記反応層側の前記ガス拡散層における第２のガス通路の幅より大きいことを特徴とする燃料電池について鋭意検討を加えた。
【００１０】
その結果、
（ｉ）基板近傍においては相対的にガス通路幅が大きいガス通路を有し、反応層近傍においては相対的にガス通路幅が小さいガス通路を有するガス拡散層を形成すると、反応ガスの拡散抵抗の上昇を防止でき、しかも均一に拡散された反応ガスを反応層に供給することができ、また、このような構造をもつガス拡散層は、インクジェット式吐出装置（以下、吐出装置という）を使用することにより、効率よく形成できること、
（ｉｉ）集電層を、そのガス通路の開口幅が反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い変化するように、好ましくは反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成すると、より均一に拡散された一定量の反応ガスを反応層に安定して供給でき、また、このような構造をもつ集電層は、吐出装置を使用して効率よく形成することができること、及び
（ｉｉｉ）基板に形成されたガス流路の流路幅を、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い変化するように、好ましくは反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成すると、より均一に拡散された一定量の反応ガスを反応層に安定して供給することができることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１１】
かくして本発明の第１によれば、少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層、及び電解質膜が基板間に形成されてなる燃料電池であって、前記集電層側の前記ガス拡散層における第１のガス通路の幅が、前記反応層側の前記ガス拡散層における第２のガス通路の幅より大きいことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１２】
本発明の燃料電池においては、第１のガス流路が形成された第１の基板と、前記第１の基板上に形成された第１の集電層と、前記第１の集電層上に形成された第１のガス拡散層と、前記第１のガス拡散層上に形成された第１の反応層と、前記第１の反応層上に形成された電解質膜と、前記電解質膜上に形成された第２の反応層と、前記第２の反応層上に形成された第２のガス拡散層と、前記第２のガス拡散層上に形成された第２の集電層と、第２のガス流路が形成された第２の基板とを備える燃料電池であって、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層に形成されたガス通路の開口幅が、反応層近傍におけるガス拡散層に形成されたガス通路の開口幅よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
本発明の燃料電池においては、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、反応ガスが反応層側に流れる方向に沿って、ガス拡散層のガス通路幅が小さくなるように形成されているのが好ましい。
本発明の燃料電池においては、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層のガス通路幅が１〜１００μｍであり、反応層近傍における前記ガス通路幅が１〜１００ｎｍであるのがより好ましい。
【００１４】
本発明の燃料電池においては、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は炭素物質の微粒子からなり、基板近傍においては炭素微粒子から形成されており、反応層近傍においては、反応層を構成する金属微粒子の単位面積当たりの担持量が、前記炭素微粒子よりも多い炭素物質の微粒子から形成されているのがさらに好ましい。
【００１５】
本発明の燃料電池においては、前記第１の集電層及び第２の集電層の少なくとも一方は、集電層のガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されているのが好ましく、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されているのがより好ましい。
【００１６】
本発明の燃料電池においては、前記第１のガス流路及び第２のガス流路の少なくとも一方は、そのガス流路幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されているのが好ましく、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されているのがより好ましい。
【００１７】
本発明の第２によれば、本発明の燃料電池の製造方法であって、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層のうち、反応ガスが反応層側に流れる方向に沿ってガス通路幅が小さくなるように形成されているガス拡散層を、塗布装置を用いて形成することを特徴とする燃料電池の製造方法が提供される。
本発明の燃料電池の製造方法においては、前記第１の集電層及び第２の集電層のうち、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されている集電層を、塗布装置を用いて形成するのが好ましく、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されている集電層を、塗布装置を用いて形成するのがより好ましい。
【００１８】
本発明の第３によれば、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器が提供される。
本発明の第４によれば、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車が提供される。
【００１９】
本発明の燃料電池は、第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層のガス通路幅が、反応層近傍におけるガス拡散層のガス通路幅よりも大きく、好ましくはガス拡散層のガス通路幅が基板表面側から反応層側へ小さくなっているので、反応ガスの拡散抵抗の上昇が抑制されつつ、反応層へ送り込まれる反応ガスの拡散効率が高められており、高い出力と反応効率とを兼ね備えた燃料電池となっている。
【００２０】
本発明の燃料電池において、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は炭素物質の微粒子からなり、基板近傍においては拡散抵抗の少ない炭素微粒子から形成され、反応層近傍においては触媒担持能力に優れる炭素物質の微粒子から形成されている場合には、反応ガスの拡散抵抗の上昇が抑制され、かつ、触媒である金属微粒子をより多く担持させた反応層を形成することができるため、反応効率がより高められた燃料電池を得ることができる。
【００２１】
本発明の燃料電池において、前記第１の集電層及び第２の集電層の少なくとも一方を、そのガス通路の開口幅が反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成する場合には、どの場所においても一定量の反応ガスをガス拡散層に送り込むことができるので、より高い出力と反応効率とを兼ね備えた燃料電池を得ることができる。
【００２２】
本発明の燃料電池において、前記第１のガス流路及び第２のガス流路の少なくとも一方を、そのガス流路幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように、好ましくは反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成する場合には、どの場所においても一定量の反応ガスを集電層に送り込むことができるので、さらに高い出力と反応効率とを兼ね備える燃料電池を得ることができる。
【００２３】
本発明の製造方法によれば、本発明の燃料電池の第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層のうち、ガス拡散層に形成されたガス通路幅が、反応ガスが反応層側に流れる方向に従って小さくなるように形成されているガス拡散層を、塗布装置を用いて効率よく形成することができる。
また、本発明の製造方法によれば、前記第１の集電層及び第２の集電層のうち、そのガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように、好ましくは反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されている集電層を、塗布装置を用いて効率よく形成することができる。
【００２４】
本発明に係る電子機器は、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。本発明の電子機器によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
また、本発明に係る自動車は、本発明の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。本発明の自動車によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池、その製造方法、並びに本発明の燃料電池を備える電子機器及び自動車について詳細に説明する。
１）燃料電池
本発明の燃料電池の端面図を図１に示す。図１に示す燃料電池は、図中、下側から、第１の基板２と、第１の基板２に形成された第１のガス流路３と、第１のガス流路３内に収容された第１の支持部材４と、第１の基板２及び第１の支持部材４上に形成された第１の集電層６と、第１のガス拡散層８と、第１のガス拡散層８上に形成された第１の反応層１０と、電解質膜１２と、第２の反応層１０’と、第２のガス拡散層８’と、第２の集電層６’と、第２のガス流路３’と、第２のガス流路３’内に収容された第２の支持部材４’と、第２の基板２’とから構成されている。
【００２６】
本発明の燃料電池の種類は特に制約されない。例えば、電解質膜１２が高分子電解質材料からなる燃料電池や、セラミックス系固体電解質である燃料電池等が挙げられる。
【００２７】
図１に示す燃料電池は次のように動作する。すなわち、第１の基板２の第１のガス流路３から第１の反応ガスが導入され、ガス拡散層８により均一に拡散され、拡散された第１の反応ガスが第１の反応層１０で反応してイオンと電子が生じ、生じた電子は集電層８で集められ、第２の基板２’の第２の集電層６’に流れ、第１の反応ガスにより生じたイオンは、電解質膜１２の中を第２の反応層１０’へ移動する。一方、第２の基板２’のガス流路３’から第２の反応ガスが導入され、第２のガス拡散層８’により均一に拡散され、拡散された第２の反応ガスが第２の反応層１０’において、電解質膜１２中を移動してきたイオン及び第２の集電層６’から送り込まれた電子と反応する。例えば、第１の反応ガスが水素ガスであり、第２の反応ガスが酸素ガスである場合には、第１の反応層１０においては、Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻の反応が進行し、第２の反応層１０’においては、１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏの反応が進行する。
【００２８】
図１に示す燃料電池のガス拡散層８及び／又は８’は、ガス拡散層のガス通路幅が、反応ガスが反応層側に流れる方向に従って小さくなるように形成されている。このような構造のガス拡散層とすることにより、ガス拡散層を通過するときのガスの拡散抵抗の上昇を抑制することができる。また、ガス拡散層の反応層側におけるガス通路幅を相対的に小さくすることで、反応ガスを均一に拡散し、反応層における反応ガスの反応効率を高めることができる。
【００２９】
ガス拡散層８（又は８’）の部分拡大図を図２に示す。図２（ａ）に示すように、基板近傍（集電層側）から反応層近傍（反応層側）に向かって、反応ガスが流れるガス通路幅が次第に小さくなるように形成されている。ここで、ガス拡散層のガス通路幅Ａは、図２（ｂ）に示すように、ガス拡散層形成用材料のインク滴中に含まれる炭素物質の微粒子８ａ間の距離で表される。また、図２（ａ）中、矢印は反応ガスの流れを示す。図２（ａ）に示すように、反応ガスは、ガス拡散層形成用材料の炭素物質微粒子８ａの間に形成されるガス通路を通過しながら、拡散されて反応層に送られる。
【００３０】
ガス拡散層のガス通路幅Ａの大きさは特に制限されず、燃料電池の大きさ、求められる性能等に応じて適宜定めることができる。本実施形態の燃料電池においては、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍における前記ガス通路幅を１〜１００μｍとし、反応層近傍における前記ガス通路幅を１〜１００ｎｍとするのが好ましい。
【００３１】
本発明の燃料電池において、ガス拡散層形成用材料としては、反応ガスの拡散性に優れる炭素物質の微粒子が好ましい。炭素物質としては、炭素、カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等が挙げられる。なかでも、入手が容易であること、及び拡散抵抗が小さいこと等の理由から炭素微粒子がより好ましい。また、ガス拡散層としては、基板近傍においてはガス拡散抵抗の少ない粒子径の大きい炭素微粒子を用い、反応層近傍においては、ガス拡散能力の高い粒子径の小さい炭素微粒子を用いて形成するのが好ましい。
また、後述するように、反応層形成用材料として触媒担持能力に優れるカーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等の他の炭素物質の微粒子を用いることもできる。
【００３２】
このようにしてガス拡散層及び反応層を形成する場合には、ガス拡散抵抗の上昇を抑制しつつ、より多くの触媒である金属微粒子を担持させることができるので、反応効率がさらに高められた燃料電池を得ることができる。
【００３３】
２）燃料電池の製造方法
【００３４】
本発明の燃料電池の製造方法は、図３に示す燃料電池の製造装置（燃料電池製造ライン）を使用して実施することができる。図３に示す燃料電池製造ラインにおいては、各工程においてそれぞれ用いられる吐出装置２０ａ〜２０ｍ、吐出装置２０ａ〜２０ｋを接続するベルトコンベアＢＣ１、吐出装置２０ｌ、２０ｍを接続するベルトコンベアＢＣ２、ベルトコンベアＢＣ１、ＢＣ２を駆動させる駆動装置５８、燃料電池の組み立てを行なう組立装置６０及び燃料電池製造ライン全体の制御を行なう制御装置５６により構成されている。
【００３５】
吐出装置２０ａ〜２０ｋは、ベルトコンベアＢＣ１に沿って所定の間隔で一列に配置されており、吐出装置２０ｌ、２０ｍはベルトコンベアＢＣ２に沿って所定の間隔で一列に配置されている。また、制御装置５６は、吐出装置２０ａ〜２０ｋ、駆動装置５８及び組立装置６０と接続されている。
【００３６】
この燃料電池製造ラインにおいては、駆動装置５８により駆動されたベルトコンベアＢＣ１を駆動させ、燃料電池の基板（以下、単に「基板」という。）を各吐出装置２０ａ〜２０ｋに搬送して各吐出装置２０ａ〜２０ｋにおける処理が行なわれる。同様に、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ２を駆動させ、基板を吐出装置２０ｌ、２０ｍに搬送して、吐出装置２０ｌ、２０ｍにおける処理が行なわれる。また、組立装置６０においては、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１及びＢＣ２によって搬送されてきた基板を用いて燃料電池の組み立て作業が行なわれる。
【００３７】
吐出装置２０ａ〜２０ｍとしては、インクジェット方式の吐出装置であれば特に制約されない。例えば、加熱発泡により気泡を発生し、液滴の吐出を行なうサーマル方式の吐出装置、ピエゾ素子を利用する圧縮により、液滴の吐出を行なうピエゾ方式の吐出装置等が挙げられる。
【００３８】
本実施形態では、吐出装置２０ａとして、図４に示すものを用いる。吐出装置２０ａは、吐出物３４を収容するタンク３０と、タンク３０と吐出物搬送管３２を介して接続されたインクジェットヘッド２２、被吐出物を搭載、搬送するテーブル２８、インクジェットヘッド２２内に滞留する余剰の吐出物３４を吸引して、インクジェットヘッド２２内から過剰の吐出物を除去する吸引キャップ４０、及び吸引キャップ４０で吸引された余剰の吐出物を収容する廃液タンク４８から構成されている。
【００３９】
タンク３０は、レジスト溶液等の吐出物３４を収容するものであり、タンク３０内に収容されている吐出物の液面３４ａの高さを制御するための液面制御センサ３６を備える。液面制御センサ３６は、インクジェットヘッド２２が備えるノズル形成面２６の先端部２６ａと、タンク３０内の液面３４ａとの高さの差ｈ（以下、水頭値という）を所定の範囲内に保つ制御を行う。例えば、この水頭値が２５ｍ±０．５ｍｍ内となるように液面３４ａの高さを制御することで、タンク３０内の吐出物３４が所定の範囲内の圧力でインクジェットヘッド２２に送ることができる。所定の範囲内の圧力で吐出物３４を送ることで、インクジェットヘッド２２から必要量の吐出物３４を安定して吐出することができる。
【００４０】
吐出物搬送管３２は、吐出物搬送管３２の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手３２ａとヘッド部気泡排気弁３２ｂとを備える。ヘッド部気泡排除弁３２ｂは、後述する吸引キャップ４０により、インクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引する場合に用いられる。
【００４１】
インクジェットヘッド２２は、ヘッド体２４及び吐出物を吐出する多数のノズルが形成されているノズル形成面２６を備え、ノズル形成面２６のノズルから吐出物、例えば、反応ガスを供するためのガス流路を基板上に形成する際に基板に塗布されるレジスト溶液等が吐出される。
テーブル２８は、所定の方向に移動可能に設置されている。テーブル２８は、図中矢印で示す方向に移動することにより、ベルトコンベアＢＣ１により搬送される基板を載置して、吐出装置２０ａ内に取り込む。
【００４２】
吸引キャップ４０は、図４に示す矢印方向に移動可能となっており、ノズル形成面２６に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面２６に密着し、ノズル形成面２６との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。即ち、吸引キャップ４０によりインクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁３２ｂを閉状態にして、タンク３０側から吐出物が流入しない状態とし、吸引キャップ４０で吸引することにより、吸引される吐出物の流速を上昇させ、インクジェットヘッド２２内の気泡を速やかに排出することができる。
【００４３】
吸引キャップ４０の下方には流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ４２が配置されている。吸引バルブ４２は、吸引バルブ４２の下方の吸引側と、上方のインクジェットヘッド２２側との圧力バランス（大気圧）を取るための時間を短縮する目的で流路を閉状態にする役割を果す。この流路には、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ４４やチューブポンプ等からなる吸引ポンプ４６が配置されている。
また、吸引ポンプ４６で吸引、搬送された吐出物３４は、廃液タンク４８内に一時的に収容される。
【００４４】
本実施形態においては、吐出装置２０ｂ〜２０ｍは、吐出物３４の種類が異なることを除き、吐出装置２０ａと同様の構成のものである。したがって、以下においては、各吐出装置の同一構成については同一の符号を用いる。
【００４５】
次に、図３に示す燃料電池製造ラインを用いて、燃料電池を製造する各工程を説明する。図３に示す燃料電池製造ラインを用いる燃料電池の製造方法のフローチャートを図５に示す。
【００４６】
図５に示すように、本実施形態に係る燃料電池は、第１の基板にガス流路を形成する工程（Ｓ１０，第１のガス流路形成工程）、ガス流路内に第１の支持部材を塗布する工程（Ｓ１１，第１の支持部材塗布工程）、第１の集電層をを形成する工程（Ｓ１２，第１の集電層形成工程）、第１のガス拡散層を形成する工程（Ｓ１３，第１のガス拡散層形成工程）、第１の反応層形成工程（Ｓ１４，第１の反応層形成工程）、電解質膜を形成する工程（Ｓ１５，電解質膜形成工程）、第２の反応層を形成する工程（Ｓ１６，第２の反応層形成工程）、第２のガス拡散層を形成する工程（Ｓ１７，第２のガス拡散層形成工程）、第２の集電層を形成する工程（Ｓ１８，第２の集電層形成工程）、第２の支持部材を第２のガス流路内に塗布する工程（Ｓ１９，第２の支持部材塗布工程）、及び第２のガス流路が形成された第２の基板を積層する工程（Ｓ２０，組立工程）により製造される。
【００４７】
（１）第１のガス流路形成工程（Ｓ１０）
まず、図６（ａ）に示すように、矩形状の第１の基板２を用意し、基板２をベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ａまで搬送する。基板２としては特に制限されず、シリコン基板等の通常の燃料電池に用いられるものを使用できる。本実施形態では、シリコン基板を用いている。
【００４８】
ベルトコンベアＢＣ１により搬送された基板２は、吐出装置２０ａのテーブル２８上に載置され、吐出装置２０ａ内に取り込まれる。吐出装置２０ａ内においては、吐出装置２０ａのタンク３０内に収容されているレジスト液が、ノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８に搭載された基板２上の所定位置に塗布され、基板２の表面にレジストパターン（図中、斜線部分）が形成される。レジストパターンは、図６（ｂ）に示すように、基板２表面の第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を形成する部分以外の部分に形成される。
【００４９】
所定の位置にレジストパターンが形成された基板２は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｂに搬送され、吐出装置２０ｂのテーブル２８上に載置され、吐出装置２０ｂ内に取り込まれる。吐出装置２０ｂ内においては、タンク３０内に収容されているフッ化水素酸水溶液等のエッチング液が、ノズル形成面２６のノズルを介して基板２表面に塗布される。エッチング液により、レジストパターンが形成されている部分以外の基板２表面部がエッチングされて、図７（ａ）に示すように、基板２の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状の第１のガス流路が形成される。また、図７（ｂ）に示すように、第１のガス流路３が形成された基板２は、図示しない洗浄装置によって表面が洗浄され、レジストパターンが除去される。
【００５０】
また、ガス流路は、図８に示すように、反応ガス流れる方向の上流側から下流側に向かうに従ってガス流路３ａの流路幅Ｂが大きくなるように形成するのが好ましい。このような形状のガス流路を形成することにより、どの場所においても、一定量の反応ガスをガス拡散層に送り込むことができ、安定した発電を行うことができる燃料電池を得ることができる。なお、この場合には、後述する集電層は、そのガス通路の開口幅を反応ガスが流れる方向に上流側から下流側に略一定とするのが好ましい。
次いで、ガス流路が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃまで搬送される。
【００５１】
（２）第１の支持部材塗布工程（Ｓ１１）
次に、第１のガス流路が形成された基板２上に、第１の集電層を支持するための第１の支持部材をガス流路内に塗布する。第１の支持部材の塗布は、基板２をテーブル２８に載置して吐出装置２０ｃ内に取り込み、次いで、吐出装置２０ｃにより、タンク３０内に収容されている第１の支持部材４をノズル形成面２６のノズルを介して、基板２に形成されている第１のガス流路内に吐出することにより行われる。
【００５２】
用いる第１の支持部材としては、第１の反応ガスに対して不活性であり、第１の集電層が第１のガス流路に落下するのを防止し、かつ、第１の反応層へ第１の反応ガスが拡散するのを妨げないものであれば特に制限されない。例えば、炭素粒子、ガラス粒子等が挙げられる。本実施形態では、直径１〜５ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンを使用している。所定の粒径をもつ多孔質カーボンを支持部材として使用することにより、ガス流路を介して供給される反応ガスが多孔質カーボンの隙間から上へ拡散するため、反応ガスの流れが妨げられることがなくなる。第１の支持部材４が塗布された基板２の端面図を図９に示す。第１の支持部材４が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄまで搬送される。
【００５３】
（３）第１の集電層形成工程（Ｓ１２）
次に、基板２上に、第１の反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための第１の集電層を形成する。まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｄ内に取り込む。吐出装置２０ｄにおいては、タンク３０内に収容されている集電層を形成する材料の一定量を、ノズルの形成面２６のノズルを介して基板２上に所定間隔で吐出することにより、第１の集電層が形成される。
【００５４】
第１の集電層の形成は、具体的には、導電性物質を含む導電性材料の所定量を、第１の基板上に、所定間隔をおいて塗布することにより行われる。この塗布は複数回行われる。例えば、１層目は基板表面に散点状（パンチメタル状）に所定間隔をおいて塗布し、２層目は１層目に塗布された位置とは異なる位置に塗布することを繰り返すことで、導電性物質の粒子が積み上げられて構成された集電層を形成することができる。このようにして集電層を形成することにより、導電性を確保しつつ、反応ガスの通気性にも優れる集電層を効率よく形成することができる。
【００５５】
集電層形成用材料の１回の塗布量は特に制約されない。また、集電層形成用材料を塗布する間隔も特に制限されない。１回の塗布量によって導電性物質の粒子の大きさが定まるため、１回の塗布量と導電性材料を塗布する間隔とを適宜定めることで、集電層の通気性を制御することができる。特に本実施形態では、導電性材料の塗布を吐出装置を用いて行っているので、簡便な操作により、所定量を所定の位置に正確に塗布することができる。したがって、集電層形成用材料の使用量を大幅に節約でき、所望のパターン（形状）の集電層を効率よく形成することができる。また、集電層形成用材料を塗布する間隔を場所により変化させることにより、反応ガスの通気性を制御することも容易にでき、用いる集電層形成用材料の種類を塗布位置により変更することも自由に行うことができる。
【００５６】
集電層は互いに電気的に接続されている必要があるが、反応ガスをガス流路からガス拡散層に流すための開口部（ガス通路）を有していなければならない。本実施形態においては、図１０に示すように、集電層は、集電層６ｂの開口部６ｃの開口径Ｃが、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成している。このような構造の集電層を形成する場合には、どの場所においても一定量の反応ガスをガス拡散層に送り込むことができるので、より高い出力と反応効率とを兼ね備えた燃料電池を得ることができる。なお、この場合には、前述した基板に形成されたガス流路のガス流路幅を略一定とするのが好ましい。
第１の集電層６が形成された基板２の端面図を図１１に示す。第１の集電層６が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅまで搬送される。
【００５７】
（４）第１のガス拡散層形成工程（Ｓ１３）
次に、基板２の集電層上に第１のガス拡散層を形成する。先ず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅまで搬送された基板２をテーブル２８上に載置して、吐出装置２０ｅ内に取り込む。吐出装置２０ｅ内においては、吐出装置２０ｅのタンク３０内に収容されているガス拡散層形成用材料を、ノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８に載置されている基板２表面の所定位置に吐出して、第１のガス拡散層が形成される。
【００５８】
本発明の燃料電池は、前掲図２に示すように、第１のガス拡散層８及び第２のガス拡散層８’の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層のガス通路幅が、反応層近傍におけるガス拡散層のガス通路幅よりも大きく形成されている。本実施形態においては、反応ガスが反応層側に流れる方向に沿って、ガス拡散層のガス通路幅が小さくなるように形成されているのが好ましい。このような構造のガス拡散層とすることで、基板近傍においては反応ガスの拡散抵抗をできるだけ小さくしつつ、反応層近傍においては、均一で細かい反応ガスの流れを反応層に供給することができる燃料電池が得られる。また、本実施形態では、ガス拡散層を塗布装置２０ｅを用いて形成するため、基板近傍から反応層近傍に向かうに従って、ガス拡散層形成用材料の粒子径を細かくしていくことにより、目的とする構造のガス拡散層を容易に形成することができる。ガス拡散層のガス通路幅は、目的とする燃料電池の大きさ、求められる性能などに応じて適宜設定することができる。
【００５９】
用いるガス拡散層形成用材料としては炭素微粒子が一般的であるが、カーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等も使用できる。また、ガス拡散層の基板近傍は、ガス透過能力に優れる炭素微粒子を用い、反応層近傍は、ガス拡散能力に優れる材料を用いることもできる。このようにする場合には、反応ガスの拡散抵抗の上昇を抑制しつつ、反応層に十分に拡散されたガスを供給できるので、出力及び反応効率の高い燃料電池を得ることができる。
【００６０】
第１のガス拡散層８が形成された基板２の端面図を図１２に示す。図１２に示すように、第１のガス拡散層８は、基板２に形成されている第１の集電層を覆うように基板２の全面に形成されている。第１のガス拡散層８が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆまで搬送される。
【００６１】
（５）第１の反応層形成工程（Ｓ１４）
次に、基板２上に第１の反応層を形成する。第１の反応層は、第１の集電層とガス拡散層８を介して電気的に接続されるように形成する。まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆまで搬送された基板２をテーブル２８上に載置して、吐出装置２０ｆ内に取り込む。吐出装置２０ｆ内においては、吐出装置２０ｆのタンク３０内に収容されている金属微粒子を、ノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８に載置されている基板２表面の所定位置に吐出して、反応層が形成される。
【００６２】
反応層を形成する方法としては、ａ）炭素粒子を塗布した後に、金属微粒子を塗布する方法、ｂ）金属微粒子を担持した炭素粒子を塗布する方法、ｃ）金属微粒子と有機分散剤とを含む分散液を塗布した後に焼成する方法等が挙げられる。
【００６３】
ａ）の方法は、ガス拡散層上に金属微粒子を担持するための炭素粒子を塗布した後に金属微粒子を塗布して、炭素粒子に金属微粒子が担持された反応層を形成する方法である。この場合、吐出装置としては、炭素粒子を塗布する吐出装置２０ｆと、金属微粒子を塗布する吐出装置２０ｆ’（図示を省略）とを使用するのが好ましい。また、炭素粒子としては、通常の炭素粒子のほかに、触媒担持能力に優れるカーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等の炭素物質を使用することもできる。
【００６４】
ｂ）の方法は、反応層形成用材料として、金属微粒子を担持した炭素粒子の分散液を使用する。すなわち、吐出装置２０ｆを用いて金属微粒子を担持した炭素粒子の分散液をガス拡散層上に塗布する。この場合、炭素粒子として、触媒担持能力に優れるカーボンナノチューブ、カーボンナノフォーン、フラーレン等の炭素物質を使用することもできる。
【００６５】
ｃ）の方法は、吐出装置２０ｆのタンク３０内に、金属微粒子と有機分散剤とを含む分散液を収容し、ノズル形成面２６のノズルを介して該分散液をテーブル２８に載置されている基板２表面の所定位置に吐出して、分散液の塗膜を形成し、次いで、所定温度に加熱して、有機分散剤を蒸発除去又は燃焼させることにより金属微粒子からなる反応層を形成させるものである。また、分散液の塗膜を形成した後、該塗膜を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、２００〜３００℃で焼成することによっても形成させることができる。この場合には、金属微粒子に有機分散剤が焼成してできた炭素粒子が付着した構造の反応層が得られる。
【００６６】
反応層の形成において用いる金属微粒子としては、第１の反応ガス及び第２の反応ガスの反応触媒としての機能を有するものであれば特に制限されない。例えば、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、オスミウム及びこれらの２種以上からなる合金からなる群から選ばれる１種若しくは２種以上の金属の微粒子が挙げられ、白金が特に好ましい。金属微粒子の粒子径は制限されないが、通常１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【００６７】
また、金属微粒子を分散するための分散媒としては、例えば、水、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類、炭化水素類、芳香族炭化水素類等が挙げられる。
【００６８】
本発明の燃料電池の製造方法においては、反応層を形成する方法として、反応層形成用材料の一定量を、吐出装置２０ｆを用いて、所定間隔をおいて塗布して形成するのが好ましい。この方法によれば、簡便な操作により、所定量を所定の位置に正確に塗布することができるので、反応層形成用材料の使用量を大幅に節約でき、所望のパターン（形状）の反応層を効率よく形成することができる。また、反応層形成用材料を塗布する間隔を場所によって変化させたり、用いる反応層形成用材料の種類を、塗布位置によって変更することも自由に行うことができる。
【００６９】
第１の反応層が形成された基板２の端面図を図１３に示す。第１の反応層が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送される。
【００７０】
（６）電解質膜形成工程（Ｓ１５）
次に、第１の反応層１０が形成された基板２上に電解質膜を形成する。まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｇ内に取り込む。吐出装置２０ｇにおいては、タンク３０内に収容されている電解質膜の形成材料をノズル形成面２６のノズルを介して第１の反応層１０上に吐出して電解質膜１２が形成される。
【００７１】
用いる電解質膜の形成材料としては、例えば、ナフィオン（デュポン社製）等のパーフルオロスルホン酸を、水とメタノールの重量比が１：１の混合溶液中でミセル化して得られる高分子電解質材料や、タングスト燐酸、モリブド燐酸等のセラミックス系固体電解質を所定の粘度（例えば、２０ｃＰ以下）に調整した材料等が挙げられる。
【００７２】
電解質膜が形成された基板２の端面図を図１４に示す。図１４に示すように、第１の反応層１０上に所定の厚さを有する電解質膜１２が形成されている。電解質膜１２が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈまで搬送される。
【００７３】
（７）第２の反応層形成工程（Ｓ１６）
次に、電解質膜１２が形成された基板２上に第２の反応層を形成する。まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｈ内に取り込む。吐出装置２０ｈにおいては、吐出装置２０ｇにおいて行われた処理と同様の処理により、第２の反応層が形成される。第２の反応層を形成する材料としては、第１の反応層と同様のものを使用することができる。
【００７４】
電解質膜１２上に第２の反応層１０’が形成された基板２の端面図を図１５に示す。図１５に示すように、電解質膜１２上に第２の反応層１０’が形成されている。反応層１０’においては、第２の反応ガスの反応が行われる。第２の反応層１０’が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｉまで搬送される。
【００７５】
（８）第２のガス拡散層形成工程（Ｓ１７）
次に、第２の反応層１０’が形成された基板２上に第２のガス拡散層を形成する。まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｉまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｉ内に取り込む。吐出装置２０ｉにおいては、吐出装置２０ｅにおいて行われた処理と同様の処理により、第２のガス拡散層が形成される。第２のガス拡散層も、第１のガス拡散層と同様に、ガス拡散層のガス通路幅が、反応ガスが反応層側に流れる方向に従って小さくなるように形成されているのが好ましい。第２の拡散層形成用材料としては、第１のガス拡散層と同様のものが使用できる。
【００７６】
第２のガス拡散層８’が形成された基板２の端面図を図１６に示す。第２のガス拡散層８’が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｊまで搬送される。
【００７７】
（９）第２の集電層形成工程（Ｓ１８）
次に、第２のガス拡散層８’が形成された基板２上に第２の集電層を形成する。先ず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｊまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｊ内に取り込み、吐出装置２０ｄにおいて行われた処理と同様の処理により、第２の集電層６’が第２のガス拡散層８’上に形成される。第２の集電層も第１の集電層と同様に、前記ガス流路のガス流路幅を略一定として、前記第１の集電層及び第２の集電層の少なくとも一方は、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されているのが好ましい。
【００７８】
第２の集電層形成用材料としては、第１の集電層形成用材料と同様のものが使用できる。第２の集電層６’が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へ移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｋまで搬送される。
【００７９】
（８）第２の支持部材塗布工程（Ｓ１９）
次に、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｋまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｋ内に取り込み、吐出装置２０ｃにおいて行われた処理と同様処理により、第２の支持部材が塗布される。第２の支持部材としては、第１の支持部材と同様のものが使用できる。
【００８０】
第２の集電層６’及び第２の支持部材４’が塗布された基板２の端面図を図１７に示す。図１７に示すように、第２の支持部材４’は、第２の集電層６’上に形成され、基板２上に積層する第２の基板に形成されている第２のガス流路内に収容される位置に塗布されている。
【００８１】
（９）第２の基板組立工程（Ｓ２０）
次に、第２の支持部材４’が塗布された基板２と、別途用意した第２のガス流路が形成された第２の基板とを組立装置６０により積層する。基板２（第１の基板）と第２の基板との積層は、基板２上に形成された第２の支持部材４’が、第２の基板に形成された第２のガス流路内に収容されるように接合することにより行われる。ここで、第２の基板としては、第１の基板と同じものを使用できる。また第２のガス流路形成は、吐出装置２０ｌ及び２０ｍにおいて、吐出装置２０ａ及び２０ｂにより行なわれる処理と同様の処理により行なわれる。第２のガス流路においても、前記第１のガス流路と同様に、そのガス流路幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されているのが好ましい。
【００８２】
以上のようにして、図１に示す構造の燃料電池を製造することができる。図１に示す燃料電池においては、基板２に形成されている一方の側面から他方の側面へと延びるコ字状の第１のガス流路と基板２’に形成されている第２のガス流路とが平行になるように基板２’が配置されている。
【００８３】
上述した実施形態に係る燃料電池の製造方法においては、全ての工程において吐出装置を用いているが、燃料電池を製造する何れかの工程において吐出装置を用いて燃料電池を製造することもできる。例えば、吐出装置を用いて集電層形成用材料を塗布して、第１の集電層及び／又は第２の集電層を形成し、その他の工程においては従来と同様の工程により燃料電池を製造するようにしてもよい。この場合であっても、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）を用いることなく集電層を形成できるため、燃料電池の製造コストを低く抑えることができる。
【００８４】
上述の実施形態の製造方法においては、基板上にレジストパターンを形成し、フッ化水素酸水溶液を塗布してエッチングを行うことによりガス流路を形成しているが、レジストパターンを形成することなくガス流路を形成することもできる。また、フッ素ガス雰囲気中に基板を載置し、基板上の所定の位置に水を吐出することによりガス流路を形成するようにしてもよい。
【００８５】
上述の実施形態の製造方法においては、第１の反応ガスが供給される第１の基板側から燃料電池の構成部分を形成し、最後に第２の基板を積層することで燃料電池の製造を行っているが、第２の反応ガスが供給される側の基板から燃料電池の製造を開始するようにしてもよい。
【００８６】
上述の実施形態の製造方法においては、第２の支持部材を第１の基板に形成されている第１のガス流路に沿って塗布しているが、第１のガス流路と交差するような方向に塗布してもよい。即ち、第２の支持部材を、例えば、第１の基板に形成されているガス流路と直角に交差するように、例えば、図７（ｂ）において図中右側面から左側面へと延びる方向に塗布するようにしてもよい。この場合には、第２の基板に形成されている第２のガス流路と、第１の基板に形成されている第１のガス流路とが、直角に交差するように第２の基板が配置された構造の燃料電池が得られる。
【００８７】
上述の実施形態の製造方法においては、第１のガス流路が形成された第１の基板上に、第１の集電層、第１の反応層、電解質膜、第２の反応層及び第２の集電層を順次形成しているが、第１の基板と第２の基板のそれぞれに集電層、反応層及び電解質膜を形成し、最後に第１の基板と第２の基板とを接合することにより、燃料電池を製造することもできる。
【００８８】
また、本実施形態の燃料電池製造ラインの別の態様として、第１の基板に処理を施す第１製造ラインと第２の基板に処理を施す第２製造ラインとを設け、それぞれの製造ラインにおける処理を平行して行う製造ラインを用いることもできる。この場合には、第１の基板への処理と第２の基板への処理を平行して行うことができるため、迅速に燃料電池を製造することができる。
【００８９】
３）燃料電池を備える電子機器及び自動車
本発明の電子機器は、上述した燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。電子機器としては、携帯電話機、モバイル、ＰＨＳ、ノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯テレビ電話機などが挙げられる。また、本発明の電子機器は、例えば、ゲーム機能、データ通信機能、録音再生機能、辞書機能などの他の機能を有していてもよい。
本発明の電子機器は、電力供給源として反応ガスのガス拡散効率及び反応効率の両方が高められた燃料電池を備えるものである。また、本発明の電子機器によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００９０】
本発明に製造方法によれば、複数の燃料電池を積層することによって大型の燃料電池を製造することもできる。すなわち、図１８に示すように、製造した燃料電池の基板２’の裏面に更にガス流路を形成し、ガス流路が形成された基板２’の裏面上に、上述の燃料電池の製造方法における製造工程と同様にしてガス拡散層、反応層、電解質膜などを形成して燃料電池を積層することによって大型の燃料電池を製造することができる。このようにして得られる大型の燃料電池は、自動車の電力供給源として有用であり、本発明の自動車は、上述した燃料電池を電力供給源として備えるものである。本発明の自動車によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る燃料電池の端面図である。
【図２】実施の形態に係るガス拡散層８の構造を示す模式図である。
【図３】実施の形態に係る燃料電池の製造ラインの一例を示す図である。
【図４】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図５】実施の形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートである。
【図６】実施の形態に係るガス流路を形成する処理を説明する図である。
【図７】実施の形態に係るガス流路を形成する処理を説明する図である。
【図８】実施の形態に係るガス流路の構造を示す図である。
【図９】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１０】実施の形態に係る集電層の構造を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１２】分散液の塗膜を形成し、反応層を形成する前後の状態図である。
【図１３】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１４】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１５】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１６】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１７】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１８】実施の形態に係る燃料電池を積層した大型燃料電池の図である。
【符号の説明】２…第１の基板、２’…第２の基板、２ａ…基板、３…第１のガス流路、３’…第２のガス流路、３ａ…ガス流路、４…第１の支持部材、４’…第２の支持部材、６…第１の集電層、６’…第２の集電層、６ａ…集電層の開口部、６ｂ…集電層、８…第１のガス拡散層、８’…第２のガス拡散層、１０…第１の反応層、１０’…第２の反応層、１２…電解質膜、２０ａ〜２０ｍ…吐出装置、Ａ…ガス拡散層のガス通路幅（インク滴間の幅）、Ｂ…ガス流路の流路幅、Ｃ…集電層のガス通路の開口幅、ＢＣ１，ＢＣ２…ベルトコンベア

Claims

少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層、及び電解質膜が基板間に形成されてなる燃料電池であって、
前記集電層側の前記ガス拡散層における第１のガス通路の幅が、前記反応層側の前記ガス拡散層における第２のガス通路の幅より大きいことを特徴とする燃料電池。
第１のガス流路が形成された第１の基板と、
前記第１の基板上に形成された第１の集電層と、
前記第１の集電層上に形成された第１のガス拡散層と、
前記第１のガス拡散層上に形成された第１の反応層と、
前記第１の反応層上に形成された電解質膜と、
前記電解質膜上に形成された第２の反応層と、
前記第２の反応層上に形成された第２のガス拡散層と、
前記第２のガス拡散層上に形成された第２の集電層と、
第２のガス流路が形成された第２の基板とを備える燃料電池であって、
前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層に形成されたガス通路幅が、反応層近傍におけるガス拡散層のガス通路幅よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、ガス拡散層に形成されたガス通路幅が、反応ガスが反応層側に流れる方向に従って小さくなるよう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。
前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、基板近傍におけるガス拡散層のガス通路幅が１〜１００μｍであり、反応層近傍におけるガス拡散層のガス通路幅が１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の少なくとも一方は、炭素物質の微粒子から形成されたものであり、基板近傍においては炭素微粒子から形成されており、反応層近傍においては、反応層を構成する金属微粒子の単位面積当たりの担持量が、前記炭素微粒子よりも多い炭素物質の微粒子から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
前記第１の集電層及び第２の集電層の少なくとも一方は、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
前記第１の集電層及び第２の集電層の少なくとも一方は、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
前記第１のガス流路及び第２のガス流路の少なくとも一方は、そのガス流路幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池。
前記第１のガス流路及び第２のガス流路の少なくとも一方は、そのガス流路幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池の製造方法であって、前記第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層のうち、ガス拡散層に形成されたガス通路幅が、反応ガスが反応層側に流れる方向に従って小さくなるように形成されているガス拡散層を、塗布装置を用いて形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
請求項６に記載の燃料電池の製造方法であって、前記第１の集電層及び第２の集電層のうち、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる場所により変化するように形成されている集電層を、塗布装置を用いて形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
請求項７に記載の燃料電池の製造方法であって、前記第１の集電層及び第２の集電層のうち、集電層に形成されたガス通路の開口幅が、反応ガスが流れる方向の上流側から下流側になるに従い大きくなるように形成されている集電層を、塗布装置を用いて形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする自動車。