JP2004531021A - 調整される流場を備える直接メタノール燃料電池システム - Google Patents

Abstract

基部（１４）備え、単一の本体で形成され、主表面（２６）を備える燃料電池装置（１０）と燃料電池装置を形成する方法。少なくとも１つの燃料電池薄膜電極アセンブリ（１６）は基部の主表面に形成されている。混合室（３６）を備える流体供給チャネル（３２）は基部内に形成され、薄膜電極アセンブリへ燃料含有流（３４）を供給する為燃料電池薄膜電極アセンブリに連通する。排出チャネル（３８）は基部内に形成され、薄膜電極に連通する。複数次元燃料流場は複数層基部内に形成され、流体供給チャネル、薄膜電極アセンブリ、排出チャネルに連通される。薄膜電極アセンブリと、協動する流体供給チャネルと、複数次元燃料流場と、協動する排出チャネルと一つの燃料電池アセンブリを形成する。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は燃料電池に関するものである。さらにより詳細には、電気を発生する工程中に燃料電池内部への燃料の均一な分配が得られる、調整される流場を備えるダイレクトメタノール燃料電池や該燃料電池を製造する方法に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
燃料電池は概して、「代替バッテリ」であり、バッテリと同様、燃焼することなく電気化学工程により電気を生成する。この電気化学工程は、プロトンと空気中もしくは純ガス中の酸素とを結合させる。この工程は、二つの電極、即ちアノードとカソードとの間に挟持されたプロトン交換膜（ＰＥＭ）を利用することにより達成される。燃料電池は周知のように、永久的な電気供給源である。水素は一般に、電気を生成するための燃料として使用される。該水素は、メタノール、天然ガス、ガソリンにて処理されるか、または純粋水素として貯蔵され得る。直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣｓ）はメタノールを、気体または液体の形態にて燃料として利用するために、高価な改質操作の必要性が排除される。ＤＭＦＣｓは、より単純なＰＥＭ電池系、さらなる軽量性、合理化された生産性を実現するため、安価である。 標準ＤＭＦＣでは、希釈されたメタノール水溶液がアノード側（第一の電極）に燃料として供給され、カソード側（第二の電極）は圧送された空気または周囲空気（またはＯ２）に露出される。ナフィオン（登録商標）型のプロトン伝導性膜は、一般にアノード側とカソード側とを分離する。これら燃料電池のうちの一部は、出力用件に従って直列または並列に接続され得る。
【０００３】
一般的なＤＭＦＣｓの設計は、約６０−８０度の高温において作動する圧送気体流を伴う大型のスタックである。より少ない空気吸引を伴うＤＭＦＣの設計においては、システム構成要素の全てを小型化する必要があり、構造がより複雑になる。従来のＰＥＭ燃料電池では、スタックの連結は燃料電池アセンブリと導電プレートとの間でなされ、導電プレートには、気体分配のためにチャネルまたは溝が機械加工されていた。従来の燃料電池は、アノード（Ｈ_２またはメタノール側）カレントコレクタ、アノード裏当て、薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）（アノード／イオン伝導性薄膜／カソード）、カソード裏当て、及びカソードカレントコレクタからなる。一般的な直接メタノール燃料電池の出力下では開回路電圧は約０．３Ｖ−０．５Ｖである。より高い電圧を得るために、燃料電池は一般に各々が各々の上部に直列（バイポーラ式、正から負）に積層され、平面に配列した直列の別の電池に接続されている。従来の燃料電池はまた、より大きな電力を得るために並列（正から正）にも積層され得るが、一般にはこれに代えて単により大きな燃料電池が使用される。
【０００４】
直接メタノール燃料電池の作動中、希釈したメタノール水溶液（通常３−４％メタノール）が、アノード側で燃料として使用される。メタノール濃度が高すぎると、燃料電池の効率を下げるクロスオーバーの問題が生じる。メタノール濃度が低すぎると、燃料電池反応のためのアノード側の燃料が不十分となる。現在のＤＭＦＣの設計は、圧送気体流を伴うより大きなスタックに適している。より空気吸引が小さいＤＭＦＣの設計は、要求されるシステム構成要素の小型化と、携帯型の使用のためにそれらを小型ユニットに統合することとが複雑である為、実現するのは難しい。携帯型使用するに当たり、非常に希薄なメタノール混合物の形態の燃料は、多大な量の燃料を必要とするので、小型電源の設計としては実用的でない。ＤＭＦＣシステムの小型化は、別々にメタノール源と水源を備え、燃料電池反応のために正常な位置において混合することを要求する。さらに、燃料電池のアノード上への燃料の分配は最適な動作のために重要である。
【０００５】
例えば、指定の燃料流が存在しない場合、燃料流は燃料電池への最小抵抗経路に従う。最小抵抗経路はアノードへの燃料の非均一な分配をもたらす。さらに、不十分な流場の場合、二酸化炭素副産物は領域内に蓄積し得、アノードや電極触媒への燃料の接近を阻害する。これは二酸化炭素の排出手段を欠く為に形成される背圧をもたらす。燃料の供給、より詳細にはメタノールと水とをアノードへ供給することを促進するために、アノード上に、より詳細にはアノード裏当て上に、従って薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）内部に、燃料の均一な分配を実現し得る燃料流場を形成することは有益である。燃料の均一な分配を行うために燃料供給をすると燃料電池装置が最適な動作を行う。
【０００６】
さらに本発明の目的は燃料流が小型化された装置に統合された、直接メタノール燃料電池システム設計を実現することである。
本発明の目的は、燃料電池装置のアノードへの燃料含有流体の均一な配分のために、微小チャネルやキャビティや微小流体技術を使用して調整される燃料流場を備える直接メタノール燃料電池を提供することにある。
【０００７】
本発明の更なる目的は、全てのシステム構成要素がセラミック基部などの基部の内部に組込まれた調整される燃料流場を備える直接メタノール燃料電池を提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、燃料電池装置のアノードへ燃料含有流体の均一な配分のために、微小チャネル、キャビティ、微小流体技術を使用して調整された燃料流場を備える直接メタノール燃料電池の製造方法を提供することにある。
【０００９】
（発明の要約）
上記及び他の問題点の少なくとも一部は解決され、上記及び他の目的は、単一の本体で形成され、かつ主表面を有する基部を備えた燃料電池と、該燃料電池を形成する方法について実現することができる。少なくとも一つの薄膜電極アセンブリが基部の主表面上に形成されている。基部は薄膜電極アセンブリへの燃料の均一な分配の為に調整された燃料流場を備えている。流体供給チャネルは基部内に形成され、少なくとも一つの薄膜電極アセンブリへ燃料含有流体を供給する為に、燃料流場や少なくとも一つの薄膜電極アセンブリと連通している。排出チャンネルは基部内に形成され、少なくとも一つの薄膜電極アセンブリと連通している。排出チャネルは、少なくとも一つの薄膜電極アセンブリから、水を含む、排出副産物流体の為の流体供給チャネルから間隙を会している。薄膜電極アセンブリと協動する流体供給チャネルと協動する排出チャネルは単一の燃料電池アセンブリを形成する。
【００１０】
（発明を実施するための最良の形態）
燃料電池では、流場は通常導電性の材料のグラファイトやステンレス鋼で、一般に機械加工される。セラミック基板上に燃料電池が形成されるとき、流場は流体経路の為の微小チャネルと、カレントコレクタの為に印刷された導電ペーストとを備えるよう設計され、製造される。一般的に、蛇紋パターンはグラファイト及びステンレス鋼燃料電池に使用される最も一般的な種類である。複層セラミック技術の使用により、蛇紋パターンはチャンネルの間に所定の間隔をおいて形成される。チャネルが双方非常に接近した場合、該工程は非常に難しくなる。チャネルを双方に近づける（４０ｍｉｌｓ以下）為に、三次元のパターンが使用され得る。
【００１１】
図１は、本発明に基づく調整される流場を備える直接メタノール燃料電池の単純化断面図である。図示のように、符号１０で示される燃料電池システムは、複数の燃料電池アセンブリ１２を備える。燃料電池アセンブリ１２は基部に形成されている。基部１４は、燃料に対して非浸透性を備え、また燃料電池１２に動力を与える為に使用される酸化物質である。一般に、水素含有燃料は燃料電池１２に動力を与える為に使用される。電気エネルギーを発生する為に燃料電池１２で消費されるのに適切な燃料は、水素、メタン、メタノールなど水素含有物質である。詳細な例では、メタノールの水溶性の溶液は燃料電池１２用の燃料として使用される。基部１４は一般的にガラス、プラスチック、シリコン、グラファイト、セラミック、いかなる適切な材料から形成され、この詳細な実施例では、平面スタック１０は薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）により各々形成された複数の直接メタノール燃料電池１２から構成されている（目下説明されている）。
【００１２】
基部１４は図示するように複数の微小流体チャネル内に形成されている。さらに詳細には、基部１４は、流体供給チャネル３２に連通する第一流体入口３０と第二流体入口３１とを形成している。流体供給チャネル３１は、複数層セラミック技術、ミクロ機械加工、射出成形など、周知の技術を使用して、基部１４内に形成されている。流体供給チャネル３２は燃料含有流３４を燃料電池１２に供給する。この詳細な例では、燃料含有流３４はメタノールタンク３５と水タンク３７から直接搬送されたメタノールと水からなる。混合室３６は、図示されるように流体供給チャネル３２に対して微小流体の流通が許容されている基部１４内に形成される。好ましい実施例では、燃料含有流３４は好ましくは水（９５．５％−９６．０％）内に０．５％−４．０％のメタノールを含む。目標は、メタノールをアセンブリ１０全体内に約０．００２ｍｌ／分の速度で、及び水をアセンブリ１０全体内に約０．０９８ｍｌ／分の速度（２％対９８％）でポンピングすることである。燃料電池アセンブリ１０はまた例えば、水素やエタノールなど他の燃料を使い得る。しかし、エタノールは効率性が悪く、メタノールを使用した時よりも発生する電力が低い。詳細な例では、メタノールタンク３５と水タンク３７とを燃料含有流３４の供給の為に使用する。メタノールが規定の速度までポンプされ、水が調整された水管理システム、（目下説明されている）メタノール濃度センサ３９によりモニターする管理システム、により効率的に決定された必要量加えられる。メタノール濃度センサは混合物中のメタノール比を維持することを補助する。メタノールと水は、燃料電池１２へ均一に流入する前に、混合室において均質に混合される。
【００１３】
さらに、燃料電池１２と連通している排出チャネル３８が、基部１４に形成されている。排出チャネル３８は燃料電池１２から、排出物４２、すなわち二酸化炭素と水／メタノール混合物とを取り除く役割をする。作動中、排出物は二酸化炭素分離室４４で水／メタノール混合物４６と二酸化炭素気体４８とに分離される。気体４８はガス浸透性薄膜などの排出出口５２を通って排気され、水／メタノール混合物４６は、その一部にＭＥＭＳポンプなどのポンプ５４、またはチェックバルブ型アセンブリを備えた再循環チャネル５３を通って再循環され、混合室３６に返還される。さらに、水管理システムと水再生返還チャネル５８は微小流体経路内にある。水管理システムは、図示のように、燃料電池１２のカソード側から水を回収し、直接水を水再生変換チャネル５８に向ける役割をする。水再生返還チャネル５８は、分離室４４と最後には混合室３６に対して微小流体を通過させるように連通している。
【００１４】
水／メタノール混合物の管理と再循環、続く燃料電池１２内の反応、及びカソードにおいて分散された水の再利用は、システムの小型化の為に必要である。燃料供給システムは、メタノール及び水をメタノールタンク３５及び水タンク３７に有し、チュービングを介して基部１４と連通され、使い捨てカートリッジ装置内にて携帯されることが見込まれる。
【００１５】
燃料電池１２は、カーボンクロスの裏当て１９を備える第一電極１８、又はアノードと、プロトン伝導性電極薄膜等のフィルム２０と、カーボンクロスの裏当て２３とを備える第二電極２２、又はカソードとからなる燃料電池膜電極１６を備える。第一と第二電極１８，２２は、白金、パラジウム、金、ニッケル、タングステン、ルテニウム、モリブデン、オスミウム、イリジウム、銅、コバルト、鉄、及び、白金、パラジウム、金、ニッケル、タングステン、モリブデン、オスミウム、イリジウム、銅、コバルト、鉄、ルテニウムの合金のうちから選択される金属材料から形成される。電極１８と２２とに含まれる他の構成要素は、プロトン伝動性電極ポリマー、導電性ポリマー、炭素や金属酸化物などの無機担体である。フィルム２０はさらにアノード側（第一電極１８）から各燃料電池１２のカソード側（第二電極２２）まで燃料の浸透を防ぐナフィオン（登録商標）型の材料で形成されていると示されている。
【００１６】
薄膜電極アセンブリ１６は、詳細な例では、基部１４の主表面２６の最上位に形成された凹部２４内に位置する。薄膜電極アセンブリ１６は、凹部２４の形成を必要とすることなく、基部１４の主表面２６上に位置させ得ることがこの開示によって見込まれる。例えば、スペーサ（図示せず）が薄膜電極アセンブリ１６の完全な圧縮を回避する為に使用され得るだろう。基部１４はさらにカレントコントローラ１５を備える。
【００１７】
平面スタックアレイ１０はさらに上部部分に、より詳細にはこの特定の実施例においては、カレントコレクタ２８、薄膜電極アセンブリ１６に重なるよう位置する複数の気体流動２９を備える。カレントコレクタ２８は、符号２７にて示す頂上部位の部分として形成される。頂上部位２７は外部に第二電極２２が露出できるようにする。
【００１８】
製造中、燃料電池膜電極アセンブリ１６はホットプレス法や周知の他の標準的な方法を使用して形成される。さらに詳細には、第一電極１８は基部１４に接触するよう形成、又は設置される。様々な材料が上記したように電極１８の形成に適している。この特定の実施例において、第一電極１８は約２．０ｃｍ×２．０ｃｍの寸法を有するが、この数値は単なる例示に過ぎない。
【００１９】
フィルム２０は、またプロトン交換膜（ＰＥＭ）とも言われ、プロトン伝導性電解質から形成され、ナフィオン（登録商標）型の材料からなる。フィルム２０は上記のように、各燃料電池１２のアノード１８から各燃料電池１２のカソード２２までの燃料の浸透を制限する役割をする。
【００２０】
次に、薄膜電極アセンブリ１６を製造する際、第二電極２２は第一電極１８と対応して協動するよう形成されている。第二電極２２は対応する第一電極とほぼ同じ寸法に形成される。上記のように、各燃料電池薄膜電極アセンブリ１６は、第一電極１８、フィルム２０、第二電極２２、気体拡散中間層、即ちさらに詳細にはカーボンクロスの裏当て層１９と２３からなる。最後に、カレントコレクタ２８は、第二の電極２２に対して配置される。カレントコレクタ２８は、少なくとも０．１ｍｍの厚さと、各燃料電池１２と接触する点に応じた長さに形成される。これに代えて、複数の燃料電池１２は、気化またはスパッタリングで溶着された銀導電性塗料を使用して電気的にインターフェースされ得る。適切な材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、または他の低電気抵抗材料がある。電極材料のバルク抵抗、及び電極の面積は、抵抗損を最小にする為の集電機構の型を決定する。燃料電池１２は、所要の合成電圧に依存して、直列接続または並列接続を使用して電気的にインターフェースされる。図１で示すように、（目下説明されている）調整される３次元流場６０は燃料電池装置１０内に含まれる。
【００２１】
この詳細な実施例において、燃料電池アレイ１０は一般に、その一部として４つの個別燃料電池１２が形成されている。基部１４の全体寸法が約５．５ｃｍ×５．５ｃｍ×５ｃｍであり、個別燃料電池１２の面積は４×１．５−２．０ｃｍ^２である。各個別燃料電池１２は、約０．５Ｖ及び２２．５ｍＡ／ｃｍ^２の電力を発電することができる。燃料電池１２は基部１４に形成され、各燃料電池１２は隣接する燃料電池１２から少なくとも０．５−１ｍｍ離間している。必要な電力出力に従って、図１に図示されるように、一つの燃料電池から多数の燃料電池まで、任意の数の燃料電池１２や燃料電池１２間の任意の距離で製造して、燃料電池平面アレイを形成し得ることが理解される。
【００２２】
図２と図３では、単純化直交図により、本発明に基づく３次元流場６０を図示する。３次元流場６０は、その中に複数の３次元微小流体燃料搬送チャネル（目下説明されている）を形成する複数のセラミック層、参照符号６２，６４，６６、からなる。層６２，６４，６６はセラミック層の部分として備えられ、本発明の複数層セラミック燃料電池装置１０を構成し、必要な場合にはさらに流場６０を形成する為に追加層を備えられる。
【００２３】
図示のように、第一セラミック層６２は、流体供給チャネル３２からの燃料３４の入口として流体入口６８と、排出チャネル３８に向かう使用済燃料構成要素の排出の為の流体出口６９とを備える。燃料入口６８と燃料出口６９は、複数層のセラミックを通る燃料３４の３次元流用に（目下説明されている）複数の流返還７０が形成されるセラミック層６４に連通している。図示のように、第三セラミック層６６は、さらに流場６０を形成する複数の燃料搬送チャネルからなる。搬送チャネル７２は、隣接チャネルとの間に約２５，４ｍｍ（１０００ｍｉｌｓ）以下の分離を備え、より好ましくは隣接チャネルとの間に約１．０１６ｍｍ（４０ｍｉｌｓ）の間隔を備えて製造される。
【００２４】
図３に示すように、燃料電池１２が作動中、燃料の流れ（矢印３４で示す）は、燃料搬送チャネル７２に沿って流場６０を流れる。各燃料搬送チャネル７２の最後では、図１で示すように、燃料流３４はまず隣接電極１８の反対方向の流返還７０を通って流れる。次の燃料搬送チャネル７２に上昇し到達するまで、燃料流３４は流返還７０内を流れる。従って、燃料流３４は、矢印３４で示される単一方向の経路内の複数の燃料搬送チャネル７２を流れるように形成される。この単一方向の経路は、排出副産物として電極アセンブリ１６により作成された二酸化炭素を強制排出できるようにする。より詳細には、作動中、電極アセンブリ１６で生成された二酸化炭素が流場６０内、より詳細には燃料搬送チャネル７２内に強制的に戻される。燃料搬送チャネル７２内部の燃料流３４の単一方向の経路の為、この排出二酸化炭素は排出チャネル３８に向かう燃料出口６９を通って燃料搬送チャネル７２により強制排出される。
【００２５】
このように流場６０を設計することにより、複数の燃料搬送チャネル７２の間隔は従来品よりも相互に近接したものになる。次に、ガス拡散層１９を通過する燃料３４の拡散期間の減少と、燃料電池１２への燃料の分配の強化とを実現し、上記のような、二酸化炭素がより効果的に除去される。燃料搬送チャネル７２は互いに十分接近し、より詳細には、隣接チャネルと約３．１７５ｍｍ（１２５ｍｉｌｓ）に離間して、好ましくは、約１．０１６ｍｍ（４０ｍｉｌｓ）離間するよう製造される為、燃料３４は、ガス拡散層、より詳細にはカーボンクロス１９を通過することにより拡散され、隣接するアノード１８の全表面に到達可能である。
【００２６】
図４では、本発明のシステムを記述する単純化概略図を示している。メタノールタンク３５と水タンク３７が混合室３７に連通していることを示している。上記のように、混合室３７はメタノールと水の適切な比率を得る役割をする。一度、適切に混合されると、燃料含有流は燃料電池１２に向かい流体供給チャネルを通って流れる。任意のＭＥＭｓタイプポンプ４０はこの流を補助する為に使用される。濃度センサ３９はメタノール濃度や、燃料含有流の温度をモニターすることにより補助を可能にする。燃料含有流は次に燃料電池１２に到達し、電力を発生する。電力は発生した電圧を、携帯電話８２など、携帯電気装置の電力として使用できる電圧に変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ８０に供給され、充電可能なバッテリ８４を一部として備える。作動中、使用済流は二酸化炭素分離室や二酸化炭素ベント４４に向かう排出チャネルを通って排出される。さらに、水は燃料電池１２のカソード側と分離室４４とから回収され、再循環チャネルを通って混合室３６に再循環される。流の再循環は、水タンク３７からの水の消費を抑制し、従って水タンク３７の補充の抑制を可能にする。
【００２７】
従って、単一の燃料電池、又は平面上に形成された複数の燃料電池を備え、従って単一平面上でより高い電圧及び電流が得ることが可能である。調整される燃料流場を備える燃料電池システムと該システムの製造を可能にする製造方法を開示した。さらに詳細には、この設計は３次元燃料流場を通る電極アセンブリのアノード側に搬送される燃料の簡素化したシステムを実現し、従ってアノードに均一な配分を実現することにより性能が強化される。加えて本発明のシステムは、準自立型システムであり、向きに無関係な為、携帯型電子機器に電力供給する場合などシステムを移動させ易くする。
【００２８】
本発明の特定の実施例を開示し示したが、当業者によってさらなる変更及び改良が行われるであろう。従って本発明は、開示した特定の形態に制限されるものではない。また、請求項は本発明の精神及び範囲を逸脱しない全ての改良品を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく複数の微小流チャネルからなる単一基部上に形成された調整される燃料流場を備える複数の直接メタノール燃料電池の略体断面図。
【図２】本発明に基づく流場のセラミック層の略体斜視図。
【図３】本発明に基づく燃料流場を示す略体斜視図。
【図４】本発明の調整される燃料流場の燃料電池装置を示す略体回路図。

Claims (3)

1. 単一の本体で形成され、かつ主表面を有する基部と、
   該基部の主表面上に形成された、少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリと、
   該基部内に形成され、かつ少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに連通する流体供給チャネルであって、該流体供給チャネルは、混合室と少なくとも二つの燃料含有流体入口とを備えることと、
   該基部内に形成され、かつ該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに連通する排出チャネルであって、該排出チャネルは複数の親水性の細いラインに連通する水再生及び再循環チャネルを備え、該排出チャネルは該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリから排出される流体のために該流体供給チャネルから離間されることと、
   該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリ、該協動する流体供給チャネル、及び協動する排出チャネルは、単一の燃料電池アセンブリを形成することと、
   該基部内に形成され、流体供給チャネルと、少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリと、及び排出チャネルとに連通する複数次元の燃料流場と、
   該燃料電池アセンブリの電気的統合のために、該基部内に形成された複数の電気構成要素と、
   を備える燃料電池システム。
2. 単一の本体で形成され、かつ主表面を有する基部であって、該基部はセラミック、ガラス、シリコンのうちから選択される材料から形成されることと、
   該基部の主表面上に形成された、少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリであって、該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリは、第一電極と、プロトン伝導性電極から形成されたフィルムと、第二電極とを備えることと、
   該基部内に形成され、かつ該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに燃料含有流体を供給するために少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに連通する流体供給チャネルであって、該流体供給チャネルは、第一燃料含有流体入口と、第二燃料含有流体入口と、混合室と、を備えることと、
   該基部内に形成され、かつ該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに連通する排出チャネルであって、該排出チャネルは該少なくとも一つの離間された燃料電池薄膜電極アセンブリから排出する流体のため該流体供給チャネルから離間され、該排出チャネルはさらに、少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに流体が流れるよう連通する水再生及び再循環チャネルを備えることと、
   該基部内に形成され、流体供給チャネルと、少なくとも一つの薄膜電極アセンブリと、及び排出チャネルとに連通する複数次元の燃料流場であって、該複数次元の燃料流場と、該協動する流体供給チャンネルと、該協動する排出チャネルとが、協動して単一の燃料電池アセンブリを形成することと、
   複数の形成された燃料電池アセンブリの電気的統合のため、複数の電気構成要素を備える上部部分と、
   を備える燃料電池システム。
3. 燃料電池装置を製造する方法であって、
   セラミック、プラスチック、ガラス、及びシリコンのうちから選択される材料からなる複数層の基部を供給する工程と、
   少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリに燃料含有流体を供給するために基部内に流体供給チャネルを形成する工程であって、該流体供給チャネルはさらに混合室及びメタノール濃度センサを備える工程と、
   基部内に排出チャネルを形成する工程であって、該排出チャネルは該少なくとも一つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリから排出される流体のために該流体供給チャネルから離間され、該排出チャネルはさらに使用済み燃料含有流体と反応水の再生及び再循環のための水再生及び再循環チャネルを備える工程と、
   該基部の主表面上に該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリを形成する工程であって、該少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリを形成する工程は、第一の電極を基部の主表面に供給する段階と、第一電極と接しておりかつプロトン伝導性電解質から形成されたフィルムを供給する段階と、該フィルムと接触させて第二電極を供給する段階を含み、該少なくとも一つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリと、該協動する流体供給チャネルと、該協動する排出チャネルとは、単一の燃料電池アセンブリを形成する工程と、
   流体供給チャネルと、排出チャネルと、少なくとも一つの燃料電池薄膜電極アセンブリと、に連通する複数次元の調整される燃料流場を形成する工程と、
   形成された燃料電池アセンブリの電気的統合のために、複数の電気構成要素を含む上部部分を形成する工程と、
   からなる方法。

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