JP2005327705A

JP2005327705A - 燃料電池

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Publication number: JP2005327705A
Application number: JP2005108269A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yano; 雅也矢野; Masakazu Sugimoto; 正和杉本; Taiichi Sugita; 泰一杉田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: JP3696230B1

Abstract

【課題】小型軽量かつ自由な形状設計を可能にすると共に、単位セルごとに確実に封止を行うことでメンテナンスも容易になるようにし、更に酸化還元ガスを相互に混合させないようにした燃料電池を提供する。
【解決手段】板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２と、他方側に配置されたアノード側電極板３とを備えた燃料電池であって、カソード側電極板２の表面に配置されたカソード側金属板４と、アノード側電極板３の表面に配置されたアノード側金属板５とを備え、両側の金属板４，５の周縁４ａ，５ａを固体高分子電解質１の周縁１ａを介在させた状態でカシメにより封止している。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板とを備えた燃料電池に関するものである。

ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー変換効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用コージェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来技術の構造として、図９に示すものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

即ち、図９に示すように、固体高分子電解質膜１００を挟んでアノード１０１とカソード１０２とを配設する。さらに、ガスケット１０３を介して一対のセパレータ１０４により挟持して単位セル１０５を構成する。各々のセパレータ１０４にはガス流路溝が形成されており、アノード１０１との接触により、還元ガス（例えば、水素ガス）の流路が形成され、カソード１０２との接触により、酸化ガス（例えば、酸素ガス）の流路が形成される。各々のガスは、単位セル１０５内の各流路を流通しながら、アノード１０１又はカソード１０２の内部に担持された触媒の作用により電極反応（電極における化学反応）に供され、電流の発生とイオン伝導が生じる。

この単位セル１０５を多数個積層し、単位セル１０５どうしを電気的に直列に接続して燃料電池Ｎを構成し、電極１０６は、積層した両端の単位セル１０５から取り出すことができる。このような燃料電池Ｎは、クリーンかつ高効率という特徴から、種々の用途、特に、電気自動車用電源や家庭用分散型電源として注目されている。

一方、近年のＩＴ技術の活発化に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジカメなどモバイル機器が頻繁に使用される傾向があるが、これらの電源は、ほとんどリチウムイオン二次電池が用いられている。ところが、モバイル機器の高機能化に伴って消費電力がどんどん増大し、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池が注目されてきている。

しかしながら、図９に示すような従来の構造では、構造に自由度が無いため、モバイル機器の電源として求められる薄型小型軽量化や形状の高自由度化に難があり、メンテナス性が悪いという問題もあった。また、燃料電池セル内で酸化還元ガスを相互に混合させないように供給し、かつ、密閉化することが難しく、これらの条件を満たしながら、燃料電池セルの大きさや重量を低減化することは困難であった。つまり、従来、セル部品をボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えていたため、シール性を確保する上で、各部材の剛性を高める必要性があり、どうしても薄型化、小型化、軽量化、自由な形状設計が困難であった。

ところで、下記の特許文献１には、単位セルからなり、液体燃料をセル内に貯蔵する偏平型液体燃料電池であって、燃料極、電解質、及び酸化剤極の積層体を、その周囲をシール材で一体化し、電池ケース内に収納した構造の燃料電池が開示されている。

しかしながら、上記のセル構造では、電極を含む積層体の側壁とシール材との圧接力を十分高めることができないため、例えば水素ガス燃料を加圧して燃料極側を流通させた場合、水素ガスが酸化剤極側にリークし、発電効率の低下や水素燃焼の危険を伴うといった問題があった。つまり、燃料電池の電極は一般に多孔構造になっており、このため、上記のセル構造において、加圧された水素ガスが燃料極の内部を通り、電解質の側壁とシール材との間から、酸化剤極側にリークし易い構造となっている。

また、下記の特許文献２には、固体高分子電解質膜／電極接合体と、酸化剤ガスの流路を形成したカソード側金属板と、燃料ガスの流路を形成したアノード側金属板とを備え、両側の金属板の周縁を固定ピンで締結しつつ、その内側周囲にガスパッキンを介在させて封止した構造の燃料電池が開示されている。

しかし、この構造では、固定ピンで締結しているため、ガスパッキンの全面に均等な圧接力が生じにくく、シール性が不十分となり、また、金属板の締結とシールを別々の位置で行うため、燃料電池を小型化する上で不利な構造となっていた。
日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」発行日２００１年６月２９日、発行所：日経ＢＰ社、第３章ＰＥＦＣ、３．１原理と特徴ｐ４６特開昭５８−１７６８８１号公報特開平８−１６２１４５号公報

そこで、本発明の目的は、小型軽量かつ自由な形状設計を可能にすると共に、単位セルごとに確実に封止を行うことでメンテナンスも容易になるようにし、更に酸化還元ガスを相互に混合させないようにした燃料電池を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板とを備えた燃料電池であって、
前記カソード側電極板の表面に配置されたカソード側金属板と、
前記アノード側電極板の表面に配置されたアノード側金属板とを備え、
前記両側の電極板から前記固体高分子電解質の周縁部を延出させ、その周縁部をこれに対向する前記金属板によって挟持しながら、前記両側の金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で曲げプレスにより機械的に封止してある
ことを特徴とするものである。

かかる構成による燃料電池の作用・効果を説明する。この燃料電池は、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、更にその外側に配置されるアノード側金属板及びカソード側金属板とを備えており、各部材は板状に形成されるので、全体として薄型にすることができる。また、前記両側の電極板から前記固体高分子電解質の周縁部を延出させ、その周縁部をこれに対向する前記金属板によって挟持しながら、前記両側の金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で曲げプレス（即ちカシメ）により封止しているため、酸化還元ガスを相互に混合させないようにすると共に、厚みをさほど増加させずに単位セルごとに確実に封止を行うことができる。これによってメンテナンスも容易になり、しかも図９に示す従来構造と比較してセル部材に剛性が要求されないため、各単位セルを大幅に薄型化することができる。更に、固体高分子電解質や金属板を使用するため、自由な平面形状や屈曲が可能となり、小型軽量かつ自由な形状設計が可能となる。その結果、小型軽量かつ自由な形状設計を可能にすると共に、単位セルごとに確実に封止を行うことでメンテナンスも容易になるようにし、更に酸化還元ガスを相互に混合させないようにした燃料電池を提供することができる。

また、本発明に係る燃料電池は、
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板とを備えた燃料電池であって、
前記カソード側電極板の表面に配置されたカソード側金属板と、
前記アノード側電極板の表面に配置されたアノード側金属板とを備え、
両側の金属板の周縁を固体高分子電解質の周縁を介在させた状態で曲げプレスにより封止していることを特徴とするものである。

かかる構成による燃料電池の作用・効果を説明する。この燃料電池は、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、更にその外側に配置されるアノード側金属板及びカソード側金属板とを備えており、各部材は板状に形成されるので、全体として薄型にすることができる。また、金属板の周縁を固体高分子電解質を介在させた状態でカシメにより封止しているため、酸化還元ガスを相互に混合させないようにすると共に、厚みをさほど増加させずに単位セルごとに確実に封止を行うことができる。これによってメンテナンスも容易になり、しかも図９に示す従来構造と比較してセル部材に剛性が要求されないため、各単位セルを大幅に薄型化することができる。更に、固体高分子電解質や金属板を使用するため、自由な平面形状や屈曲が可能となり、小型軽量かつ自由な形状設計が可能となる。その結果、小型軽量かつ自由な形状設計を可能にすると共に、単位セルごとに確実に封止を行うことでメンテナンスも容易になるようにし、更に酸化還元ガスを相互に混合させないようにした燃料電池を提供することができる。

本発明において、前記金属板の周縁と前記固体高分子電解質の周縁との間に、更に絶縁材料を介在させていることが好ましい。アノード側金属板とカソード側金属板の間に固体高分子電解質を介在することで、金属板同士の短絡を防止することはできるが、更に絶縁材料を介在することで、より確実に短絡を防止することができる。

本発明において、前記固体高分子電解質の周縁部を延長して、封止した金属板の周縁から露出させていることが好ましい。この構造によると、曲げプレスによる封止部にも固体高分子電解質が介在するため、シール面積が増加してよりシール性が高まると共に、周縁部を延長して封止部から露出させているため、酸化還元ガスを相互に混合することが全くない。

本発明において、前記アノード側金属板又はカソード側金属板の少なくとも一方の周縁部は、エッチングにより他の部分よりも厚みを薄くしていることが好ましい。これら金属板は、加工性の面からエッチングにより開口部や流路溝を形成するのが好ましいが、その際に周縁部をエッチングにより薄くすることで、カシメによる封止をより好適に行えるようになる。

本発明において、前記固体高分子電解質、アノード側電極板、カソード側電極板、アノード側金属板、カソード側金属板で単位セルを構成し、この単位セルを複数接続することにより構成することが好ましい。この構成によると、各々の単位セルを薄型化できるため、全体として高出力の燃料電池を得ることができる。

本発明に係る燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図２は、本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す正面視断面図である。

＜燃料電池セルの構成＞
本発明の燃料電池は、図１〜図２に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の両側に配置された一対の電極板２，３（アノード側金属板及びカソード側金属板）とを備えるものである。

固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。

その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。

固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。

電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。

電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。

一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして酸素ガスや空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスや用いられる。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。

例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気を供給する側の電極（空気極）では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。

触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。

電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。

電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。

前記電極板２，３の両側には、一対の金属板４，５が配置され、金属板４，５には流路溝９と、これに連通する注入口４ｃ，５ｃ及び排出口４ｄ，５ｄが設けられている。金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用できる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。

金属板４，５に設けられる流路溝９は、電極板２，３との接触により水素ガス等の流露が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板４，５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。

なお、このような金属板４，５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板２，３の外面に形成してもよい。電極板２，３の外面に流路溝２ａ，３ａを形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。

金属板４，５の流路溝９に連通する注入口４ｃ，５ｃ及び排出口４ｄ，５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。

金属板４，５に流路溝９を形成する方法としては、プレス加工、切削などの機械的な方法やエッチングなどの化学的な方法が挙げられる。但し、前述の理由より、プレス加工による金属板の変形により流路溝９が形成されていることが好ましい。図１の金属板４の上面には、プレス加工による流路溝９の凸条９ｃが示されている。

特に、プレス加工による流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．１〜１０ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。

また、金属板４，５に流路溝９を形成する方法としては、前述した理由より、エッチングも好ましい（図５参照）。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。

エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状をより高精度に制御することができる。なお、流路溝９に連通する注入口４ｃ，５ｃ及び排出口４ｄ，５ｄなどを、エッチングで形成することも可能である。

図５に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周縁４ａ，５ａ）のＳＵＳもエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。

＜カシメ構造＞
本発明では、金属板４，５の周縁は、固体高分子電解質１の周縁１ａを介在させつつ曲げプレス（即ちカシメ）により封止されている。本発明では、カシメを行う際、図２に示すように、電極板２，３の外側領域（即ち、固体高分子電解質の周縁部を延出させた領域））については、金属板４，５の周縁４ａ，５ａによって固体高分子電解質１の周縁１ａを挟持する構造が好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。

カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図２に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の周縁５ａ及び固体高分子電解質１の周縁１ａを他方の金属板４の周縁４ａより大きくしておき、固体高分子電解質１の周縁１ａを介在させつつ、一方の金属板５の周縁５ａを他方の金属板４の周縁４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の周縁４ａに段差を設けておくのが好ましい。また、図２に示すように、固体高分子電解質１の周縁部１ａを延長して、封止した金属板４，５の周縁４ａ，５ａから露出させてもよい。

このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。このようなカシメ構造により、セル内を確実に封止して酸化還元ガスの混合を防止することができ、更に、金属板４，５同士の短絡を防止することもできる。

また、図３（ａ）に示すカシメ構造ものでもよく、このカシメ構造は、両方の金属板４，５の周縁４ａ，５ａを折り返したカシメ構造である。なお、この単位セルＵＣでは、各々の電極板２，３から拡散したガスが混合しないように、金属板４，５の各々と固体高分子電解質１との間に、シール部材Ｓを介在させている。これにより、さらに高い確実性をもって酸化還元ガスの混合を防止することができる。

更に、図３（ｂ）に示すカシメ構造ものでもよく、このカシメ構造は、固体高分子電解質１と両方の金属板４，５の間に絶縁材料６ａ，６ｂを介して、カシメを行っている。これにより、更に高い確実性をもって金属板４，５同士の短絡を防止することができる。また、カシメを行うときに絶縁材料６ａ，６ｂにより固体高分子電解質１が損傷しないように保護することができる。

絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。絶縁材料６ａ，６ｂとしては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６ａ，６ｂは、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。

また、図３（ｃ）に示すカシメ構造ものでもよく、このカシメ構造では、固体高分子電解質１の周縁部１ａを電極板２，３から延出させる際に、周縁部１ａの外形を金属板４の外形と略同一にし、周縁部１ａが平坦な状態で、絶縁材料６ａ，６ｂを介在させながら、金属板５の周縁５ａを折り返してカシメを行っている。

＜単位セルの積層構造＞
本発明では、図２に示すような単位セルＵＣを１個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質１、一対の電極板２，３、及び一対の金属板４，５で単位セルＵＣを構成し、この単位セルＵＣを複数積層してあることが好ましい。本発明によると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。

複数積層する場合、単位セルＵＣどうしの間に、ガス等の流路を形成できるスペーサを設けて積層することも可能であるが、図４に示すように、スペーサを介在させずに積層することが薄型化や設計の自由度の点から好ましい。

また、金属板４，５の流路溝９の凸条９ｃを等間隔で平行に形成しておき、各々の単位セルＵＣの凸条９ｃが相互に嵌まり合うようにすることが好ましい。これによって、単位セルＵＣの積層時の厚みをより低減することができる。

図４に示す実施形態では、単位セルＵＣ（金属板４，５）の一辺付近に水素ガス等の注入口４ｃ及び排出口４ｄを設け、対向する一辺の裏側に空気等の注入口５ｃ及び排出口５ｄを設けておき、これらが露出するように各々の単位セルＵＣをずらして積層している。この状態で図４（ｂ）に示すように、主管１１から分岐管１２が分岐したチューブ１０の分岐管１２を注入口４ｃに接続することで、水素ガス等の注入を行うことができる。このようなチューブ１０を注入口５ｃ、排出口４ｄ、排出口５ｄに接続することで、酸化ガスと還元ガスの注入・排出が可能となる。

一方、金属板同士が接触することで、単位セルＵＣが直列に接続されることになり、両端の単位セルＵＣから、積層数に応じた電圧の電流を取り出すことができる。また、複数の単位セルＵＣごとスペーサを設けて（図示省略）、単位セルＵＣごとに電流を取り出すことも可能である。

＜セルの別実施形態＞
次に、単位セルＵＣの別実施形態を図６，７で説明する。一対の金属板４，５のうち、カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための開口部４ｅが設けられている。開口部４ｅは、カソード側電極板２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口部４ｅの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板４の開口部４ｃは、例えば規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口部を設けてもよい。

カシメ構造については、図２と同じであるので説明を省略する。アノード側金属板５の流路構成は図５に示すのと同じである。

本発明の燃料電池は、薄型化が可能で小型軽量かつ自由な形状設計が可能なため、特に、携帯電話、ノートＰＣ等のモバイル機器に好適に使用することができる。

＜実施例＞
耐食性を有するＳＵＳ（５０ｍｍ×２６ｍｍ×０．０８ｍｍ厚）に溝（幅０．８ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、間隔１．６ｍｍ）をプレス加工により２１個設けた。また、薄膜電極組立体（５２．３ｍｍ×２８．３ｍｍ）は、下記のようにして作製した。白金触媒は、米国エレクトロケム社製２０％白金担持カーボン触媒（ＥＣ−２０−ＰＴＣ）を用いた。この白金触媒と、カーボンブラック（アクゾ社ケッチェンブラックＥＣ）、ポリフッ化ビニリデン（カイナー）を、それぞれ７５重量％、１５重量％、１０重量％の割合で混合し、ジメチルホルムアミドを、２．５重量％のポリフッ化ビニリデン溶液となるような割合で、上記白金触媒、カーボンブラック、ポリフッ化ビニリデンの混合物中に加え、乳鉢中で溶解・混合して、触媒ペーストを作製した。カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−９０、厚み３７０μｍ）を２０ｍｍ×４３ｍｍに切断し、この上に、上記のようにして作製した触媒ペースト約２０ｍｇをスパチュラにて塗布し、８０℃の熱風循環式乾燥機中で乾燥した。このようにして４ｍｇの触媒組成物が担持されたカーボンペーパーを作製した。白金担持量は、０．６ｍｇ／ｃｍ²である。

上記のようにして作製した白金触媒担持カーボンペーパーと、固体高分子電解質（陽イオン交換膜）としてナフィオンフィルム（デュポン社製ナフィオン１１２）（５２．３ｍｍ×２８．３ｍｍ、厚み２５μｍ）を用い、その両面に、金型を用いて、１３５℃、２ＭＰａの条件にて２分間ホットプレスした。こうして得られた薄膜電極組立体を上記のＳＵＳ板２枚の中央で挟み込み、図２に示すようにカシメ合わせることで、外寸５０ｍｍ×２６ｍｍ×１．４ｍｍ厚という薄型小型のマイクロ燃料電池を得る事ができた。

このマイクロ燃料電池の電池特性を評価した。燃料電池特性は、東陽テクニカ製燃料電池評価システムを用い、室温下、純水素ガス、空気を用いて評価した。水素ガス流量は、０．１Ｌ／ｍｉｎとした。空気流量は０．２Ｌ／ｍｉｎとした。そして単位セルあたりの出力特性は図８に示される。本発明によるカシメ構造を利用することで、十分に実用化できるだけの特性が得られた。

＜更に別の実施形態＞
燃料電池セルの具体的な構成は図１，６で示されるものに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。例えば、流路の形成は、金属板ではなく電極板に形成しても良い。セルの積層構造あるいは接続構造は、図４のものに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。

使用される酸化ガスと還元ガスの種類については、特定のガスに限定されるものではない。また、ガスではなく液体を利用するものでもよい。

本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す組み立て斜視図本発明の燃料電池の単位セルの一例を示す正面視断面図本発明の燃料電池のカシメ構造の他の例を示す要部断面図本発明の燃料電池の単位セルの積層状態の一例を示す図であり、（ａ）はチューブ取付前の斜視図、（ｂ）はチューブ取付後の要部正面図本発明の燃料電池の単位セルの他の例を示す正面視断面図本発明の燃料電池の単位セルの更に他の例を示す組み立て斜視図本発明の燃料電池の単位セルの更に他の例を示す正面視断面図本発明の実施例で得られた燃料電池の電圧と出力の関係及び電流密度と電圧の関係を示すグラフ従来の燃料電池の一例を示す組み立て斜視図

符号の説明

１固体高分子電解質
１ａ周縁
２，３電極板
４，５金属板
４ａ，５ａ周縁
４ｃ，５ｃ注入口
４ｄ，５ｄ排出口
６ａ，６ｂ絶縁材料
９流路溝
９ａ縦溝
９ｂ横溝

Claims

板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板とを備えた燃料電池であって、
前記カソード側電極板の表面に配置されたカソード側金属板と、
前記アノード側電極板の表面に配置されたアノード側金属板とを備え、
前記両側の電極板から前記固体高分子電解質の周縁部を延出させ、その周縁部をこれに対向する前記金属板によって挟持しながら、前記両側の金属板の周縁を電気的に絶縁した状態で曲げプレスにより機械的に封止してあることを特徴とする燃料電池。
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板とを備えた燃料電池であって、
前記カソード側電極板の表面に配置されたカソード側金属板と、
前記アノード側電極板の表面に配置されたアノード側金属板とを備え、
両側の金属板の周縁を固体高分子電解質の周縁を介在させた状態で曲げプレスにより封止していることを特徴とする燃料電池。
前記金属板の周縁と前記固体高分子電解質の周縁との間に、更に絶縁材料を介在させ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。
前記固体高分子電解質の周縁部を延長して、封止した金属板の周縁から露出させている請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池。
前記アノード側金属板又はカソード側金属板の少なくとも一方の周縁部は、エッチングにより他の部分よりも厚みを薄くしている請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
前記固体高分子電解質、アノード側電極板、カソード側電極板、アノード側金属板、及びカソード側金属板で単位セルを構成し、この単位セルを複数接続することにより構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。