JP2006228724A - 燃料電池ユニットの直列／並列形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池ユニットの直列／並列形成方法の提供。
【解決手段】主に第一ステップ１０１では陰極基板、陽極基板、及び少なくとも１個の膜電極組を提供する。第二ステップ１０３では該陰極基板の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路と少なくとも１個の第一電接点を形成する。該各陰極集電線路は各膜電極組の陰極端に対応する。第三ステップ１０５では、該陽極基板の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路と少なくとも１個の第二電接点を形成する。該各陽極集電線路は各膜電極組の陽極端に対応する。第四ステップ１０７では上から下へと該陰極集電板、該膜電極組、該陽極集電板を積層的に積み重ね一枚の単片構造を形成する。各第一電接点はそれぞれ対応する第二電接点と接触し導通し、該燃料電池ユニットは別の燃料電池ユニットと直列／並列の電気的接続を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は一種の燃料電池の製造方法に関する。特に一種の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法で、これにより各種の電圧及び電流規格に適合する燃料電池を製造する方法に係る。

公知の燃料電池の製造技術は、燃料電池の全体構造、或いは電解質層を主軸とする技術に関わり、集電層の製造方式或いは集電層の構造など技術内容に対してはグラファイト、金属網などを利用する手段に関わる。グラファイト或いは金属網などを採用する手段は集電層を製造することができ、しかも集電層の機能を発揮することができるが、公知の集電層を製造する手段は直列／並列線路と電池制御線路の設計において、先天的な制限が存在する。それはコンパクト化が求められる燃料電池において全く採用するに値しないと言えるほど重大な欠点である。

一方、一般にプリント基板製造に採用される燃料電池の直列／並列線路は導通孔方式を通じて導通する。この種の方式は、陽極集電線路、陰極集電線路と膜電極組を重ねた後、導通孔線路を形成するものである。或いは陽極集電線路と陰極集電線路は先ず導通孔線路を形成後、さらに膜電極組と積み重ねる。

上記２種の製造方法は共に、別に導通孔の製造工程を必要とするため、生産コストを引き上げ、歩留を低下させてしまう。しかも導通孔の製造工程は高温或いは反応溶剤などが原因となり、膜電極組を破壊してしまう可能性もあり、電量電池の機能に悪影響を及ぼす。

上記課題を解決するため、本発明は下記の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法を提供する。それは主にプリント基板製造技術を利用し、各種電圧及び電流に適応可能な燃料電池装置を製造する。

またそれは、導通孔を完全に使用せず燃料電池を製造し、各種電圧及び電流の規格に適応させる。

すなわちそれは以下のステップを含み、
（ａ）陰極基板、陽極基板、及び少なくとも１個の膜電極組を提供し、
（ｂ）該陰極基板の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路と少なくとも１個の第一電接点を形成し、該各陰極集電線路は各膜電極組の陰極端に対応し、しかも各第一電接点はそれぞれ対応する１個の陰極集電線路と電気的に接続し、こうして陰極集電板を製造し、
（ｃ）該陽極基板の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路と少なくとも１個の第二電接点を形成し、該各陽極集電線路は各膜電極組の陽極端に対応し、しかも各第二電接点はそれぞれ対応する１個の陽極集電線路と電気的に接続し、こうして陽極集電板を製造し、
（ｄ）上から下へと該陰極集電板、該膜電極組、該陽極集電板を積層的に積み重ね、一枚の単片構造を形成し、各燃料電池ユニットは１個の陰極集電線路、１個の膜電極組、１個の陽極集電線路を含み、各第一電接点はそれぞれ対応する第二電接点と接触し、これにより、該燃料電池ユニットは別の燃料電池ユニットと直列／並列の電気的接続を形成することを特徴とする燃料電池ユニットの直列／並列形成方法である。

請求項１の発明は、主に以下のステップを含み、
（ａ）陰極基板、陽極基板、及び少なくとも１個の膜電極組を提供し、
（ｂ）該陰極基板の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路と少なくとも１個の第一電接点を形成し、該各陰極集電線路は各膜電極組の陰極端に対応し、しかも各第一電接点はそれぞれ対応する１個の陰極集電線路と電気的に接続し、こうして陰極集電板を製造し、
（ｃ）該陽極基板の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路と少なくとも１個の第二電接点を形成し、該各陽極集電線路は各膜電極組の陽極端に対応し、しかも各第二電接点はそれぞれ対応する１個の陽極集電線路と電気的に接続し、こうして陽極集電板を製造し、
（ｄ）上から下へと該陰極集電板、該膜電極組、該陽極集電板を積層的に積み重ね、一枚の単片構造を形成し、各燃料電池ユニットは１個の陰極集電線路、１個の膜電極組、１個の陽極集電線路を含み、各第一電接点はそれぞれ対応する第二電接点と接触し、これにより、該燃料電池ユニットは別の燃料電池ユニットと直列／並列の電気的接続を形成することを特徴とする燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項２の発明は、前記ステップｂはさらに該陰極基板は該陰極集電線路の同一表面上に位置し、少なくとも１個の第一導線を形成し、かつ該各第一導線はそれぞれ対応する該第一電接点と対応する該陰極集電線路を接続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項３の発明は、前記ステップｃはさらに該陽極基板は該陽極集電線路の同一表面上に位置し、少なくとも１個の第二導線を形成し、かつ該各第二導線はそれぞれ対応する該第二電接点と対応する該陽極集電線路を接続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項４の発明は、前記陰極基板の基材はプリント基板、セラミック基板、高分子プラスチック基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項５の発明は、前記陽極基板の基材はプリント基板、セラミック基板、高分子プラスチック基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項６の発明は、前記第一電接点の材料は金属導電材料、非金属導電材料の内の１つであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項７の発明は、前記第二電接点の材料は金属導電材料、非金属導電材料の内の１つであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項８の発明は、前記ステップｂの該第一電接点を形成するステップはスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着、及び該陰極基板と該陽極基板上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施すなどの方式から１種を利用し、導電材料を該第一電接点に製造することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項９の発明は、前記ステップｃの該第二電接点を形成するステップはスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着、及び該陰極基板と該陽極基板上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施すなどの方式から１種を利用し、導電材料を該第二電接点に製造することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項１０の発明は、前記燃料電池ユニットは固体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項１１の発明は、前記燃料電池ユニットは気体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。
請求項１２の発明は、前記燃料電池ユニットは液体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法としている。

本発明は燃料電池ユニットの直列／並列形成方法を提供し、フレキシブルで簡単に各種電圧及び電流規格に符合する燃料電池を製造することができる。また生産コストと材料コスト全体を低下させることができ、量産に適し、標準化が可能である。さらに周辺システムへの適用要求が低く、線路抵抗が低い。加えてコンパクトで、かつ各種電圧及び電流規格に符合する。

図１、２、３に示すように本発明燃料電池ユニットの直列／並列形成方法１０はステップ１０１、１０３、１０５、１０７を含む。該ステップ１０１では陰極基板２０１、陽極基板３０１、及び少なくとも１個の膜電極組４０を提供する。該陰極基板２０１と該陽極基板３０１の基材はプリント基板に使用する基材などである。該膜電極組４０は固体燃料を燃料の膜電極組として採用し、或いは気体燃料を燃料の膜電極組として採用し、また液体燃料を燃料の膜電極組として採用することができる。

該ステップ１０３では該陰極基板２０１の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路２０３と少なくとも１個の第一電接点２０５を形成する。該各陰極集電線路２０３は各膜電極組４０の陰極端に対応し、しかも各第一電接点２０５はそれぞれ対応する１個の陰極集電線路２０３と電気的に接続する。ステップ１０３の完成により陰極集電板２０が製造される。

該ステップ１０５では、該陽極基板３０１の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路３０３と少なくとも１個の第二電接点３０５を形成する。該各陽極集電線路３０３は各膜電極組４０の陽極端に対応し、しかも各第二電接点３０５はそれぞれ対応する１個の陽極集電線路３０３と電気的に接続する。ステップ１０５の完成により陽極集電板３０が製造される。

ステップ１０３とステップ１０５において該第一電接点２０５と該第二電接点３０５を形成するために採用する具体的方式はスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着などで、また以下の方式を採用することもできる。すなわち、該陰極基板２０１と該陽極基板３０１上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施し、これに上記方式の内の１種を利用し、該陰極基板２０１と該陽極基板３０１の表面に、それぞれ抗化性金属導電材料或いは非金属導電材料を形成する。同様の原理で該陰極集電線路２０３と該陽極集電線路３０３を形成するために採用する具体的方式はスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着などで、また以下の方式を採用することもできる。すなわち、該陰極基板２０１と該陽極基板３０１上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施し、これに上記方式の内の１種を利用し、実施の方式とする。

さらにステップ１０３とステップ１０５において、本発明は該陰極基板２０１と該陽極基板３０１上にそれぞれ第一導線２０７と第二導線３０７を形成し、しかも該各第一導線２０７は対応する該第一電接点２０５と対応する該陰極集電線路２０３に接続し、該各第に導線３０７は対応する該第二電接点３０５と対応する該陽極集電線路３０３に接続する。同様の原理で、該第一導線２０７と該第二導線３０７を形成するために採用する具体的方式はスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着などで、また以下の方式を採用することもできる。すなわち、該陰極基板２０１と該陽極基板３０１上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施し、これに上記方式の内の１種を利用し、実施の方式とする。

ステップ１０７では、上から下へと該陰極集電板２０、該膜電極組４０、該陽極集電板３０を積層的に積み重ねる手段を採用し、一枚の単片構造を密着接続し形成する。密着接続完成後の各燃料電池ユニット４０１は１個の陰極集電線路２０３、１個の膜電極組４０、１個の陽極集電線路３０３を含む。同時に密着接続完成後の各第一電接点２０５はそれぞれ対応する第二電接点３０５と接触し導通する。これにより、該燃料電池ユニット４０１は別の燃料電池ユニット４０１と直列／並列の電気的接続を形成する。さらに、ステップ１０５では、本発明はワッシャ６０を利用し単片構造の密封効果を強化することができる。

続いて図２、３では、燃料電池装置５０が該第一電接点２０５と該第二電接点３０５をどのように利用し、該各燃料電池ユニット４０１を直列する方式を示している。

さらに図４では、燃料電池装置５０が該第一電接点２０５と該第二電接点３０５をどのように利用し、該各燃料電池ユニット４０１を並列する方式を示している。

図２、３、４の燃料電池装置の範例説明では、本発明の直列／並列形成方法１０を主に詳述しているがこれに限定するものではない。本発明直列／並列形成方法１０を利用し、燃料電池装置５０の各燃料電池ユニット４０１を直列、並列、或いはその組合せによるものはすべて、本発明の範疇に属する。

すなわちそれは以下のステップを含み、
（ａ）陰極基板、陽極基板、及び少なくとも１個の膜電極組を提供し、
（ｂ）該陰極基板の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路と少なくとも１個の第一電接点を形成し、該各陰極集電線路は各膜電極組の陰極端に対応し、しかも各第一電接点はそれぞれ対応する１個の陰極集電線路と電気的に接続し、こうして陰極集電板を製造し、
（ｃ）該陽極基板の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路と少なくとも１個の第二電接点を形成し、該各陽極集電線路は各膜電極組の陽極端に対応し、しかも各第二電接点はそれぞれ対応する１個の陽極集電線路と電気的に接続し、こうして陽極集電板を製造し、
（ｄ）上から下へと該陰極集電板、該膜電極組、該陽極集電板を積層的に積み重ね、一枚の単片構造を形成し、各燃料電池ユニットは１個の陰極集電線路、１個の膜電極組、１個の陽極集電線路を含み、各第一電接点はそれぞれ対応する第二電接点と接触し、これにより、該燃料電池ユニットは別の燃料電池ユニットと直列／並列の電気的接続を形成することを特徴とする燃料電池ユニットの直列／並列形成方法である。

本発明燃料電池ユニットの直列／並列形成方法のフローチャートである。 本発明方法が実施する燃料電池装置の分解図である。 図２の燃料電池の断面図である。 本発明方法が実施する別種の燃料電池装置の分解図である。

符号の説明

１０ 直列／並列形成方法
２０ 陰極集電板
３０ 陽極集電板
４０ 膜電極組
５０ 燃料電池装置
６０ ワッシャ
１０１ ステップ
１０３ ステップ
１０５ ステップ
１０７ ステップ
２０１ 陰極基板
２０３ 陰極集電線路
２０５ 第一電接点
２０７ 第一導線
３０１ 陽極基板
３０３ 陽極集電線路
３０５ 第二電接点
３０７ 第二導線
４０１ 燃料電池ユニット

Claims (12)

1. 主に以下のステップを含み、
   （ａ）陰極基板、陽極基板、及び少なくとも１個の膜電極組を提供し、
   （ｂ）該陰極基板の同一表面に上において少なくとも１個の陰極集電線路と少なくとも１個の第一電接点を形成し、該各陰極集電線路は各膜電極組の陰極端に対応し、しかも各第一電接点はそれぞれ対応する１個の陰極集電線路と電気的に接続し、こうして陰極集電板を製造し、
   （ｃ）該陽極基板の同一表面上において少なくとも１個の陽極集電線路と少なくとも１個の第二電接点を形成し、該各陽極集電線路は各膜電極組の陽極端に対応し、しかも各第二電接点はそれぞれ対応する１個の陽極集電線路と電気的に接続し、こうして陽極集電板を製造し、
   （ｄ）上から下へと該陰極集電板、該膜電極組、該陽極集電板を積層的に積み重ね、一枚の単片構造を形成し、各燃料電池ユニットは１個の陰極集電線路、１個の膜電極組、１個の陽極集電線路を含み、各第一電接点はそれぞれ対応する第二電接点と接触し、これにより、該燃料電池ユニットは別の燃料電池ユニットと直列／並列の電気的接続を形成することを特徴とする燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
2. 前記ステップｂはさらに該陰極基板は該陰極集電線路の同一表面上に位置し、少なくとも１個の第一導線を形成し、かつ該各第一導線はそれぞれ対応する該第一電接点と対応する該陰極集電線路を接続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
3. 前記ステップｃはさらに該陽極基板は該陽極集電線路の同一表面上に位置し、少なくとも１個の第二導線を形成し、かつ該各第二導線はそれぞれ対応する該第二電接点と対応する該陽極集電線路を接続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
4. 前記陰極基板の基材はプリント基板、セラミック基板、高分子プラスチック基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
5. 前記陽極基板の基材はプリント基板、セラミック基板、高分子プラスチック基板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
6. 前記第一電接点の材料は金属導電材料、非金属導電材料の内の１つであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
7. 前記第二電接点の材料は金属導電材料、非金属導電材料の内の１つであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
8. 前記ステップbの該第一電接点を形成するステップはスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着、及び該陰極基板と該陽極基板上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施すなどの方式から１種を利用し、導電材料を該第一電接点に製造することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
9. 前記ステップｃの該第二電接点を形成するステップはスチームメッキ、スパッタリング、印刷、接着、及び該陰極基板と該陽極基板上に先に導電層を形成後にレーザーカッティング或いはエッチングを施すなどの方式から１種を利用し、導電材料を該第二電接点に製造することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
10. 前記燃料電池ユニットは固体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
11. 前記燃料電池ユニットは気体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
12. 前記燃料電池ユニットは液体燃料を使用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニットの直列／並列形成方法。
    

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