JP2009123703A - カレント・コレクタによって直列に接続された複数の個別セルを含む燃料セル - Google Patents

Abstract

【課題】集電板（カレント・コレクタ）によって直列に接続された複数の個別セルを含む燃料電池（燃料セル）を提供すること。
【解決手段】燃料電池の隣り合う個別セル（１１ａ、１１ｂ）は、中間にある接続部によって直列に接続される。各接続部は、導電性材料で作られ、セル（１１ａ、１１ｂ）の第１の集電板（１６ａ、１６ｂ）から垂直に延在し、隣接するセル（１１ｂ）の第２の集電板（１７ｂ）に接続されたブランチ（２０、２２）によって形成される。さらに、それぞれの第１の集電板（１６ａ、１６ｂ）は、前記導電性材料を組み込む電気絶縁性多孔質母材によって形成され、２つの隣り合うセル（１１ａ、１１ｂ）の第１の集電板（１６ａ、１６ｂ）は、電気絶縁性多孔質材料の領域（１８ａ）によって隔てられ、前記電気絶縁性多孔質材料は、前記第１の集電板（１６ａ、１６ｂ）の多孔質母材を形成する材料と同一である。したがって、このような燃料電池の個別セル間の直列接続は、容易かつ迅速に実施することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の隣り合う個別セルが配列された多孔質支持体を含む燃料電池（燃料セル）に関し、各セルは、
第１の電極、電解質膜、および第２の電極によって形成された組立体と、
第１および第２の集電板（カレント・コレクタ）とを含み、
前記個別セルは、２つの隣り合うセルの間にそれぞれ配列された接続要素によって直列に接続されて、一方のセルの第１の集電板を、隣接するセルの第２の集電板に接続する。

本発明は、このような燃料電池を製作する方法にも関する。

ユニット型燃料電池（ユニット型燃料セル）、言い換えると、連結された集電板（カレント・コレクタ）を有する電極−膜−電極の組立体（すなわちＥＭＥ組立体）で構成された単一の個別セルを含む燃料電池によって供給される電圧は、携帯機器の分野での利用に対しては一般に十分ではない。エネルギー源として燃料電池を利用しようとする特定の用途では、実際には例えば数ボルトを上回る高電圧を必要とする。このため、直列に接続された複数の個別セルを含む燃料電池は、一方の個別セルのアノードが、隣接するセルのカソードに接続されて利用されなければならない。

従来の方式では、個別セルは、別々に製作されてから互いに直列に連結される。平らな支持体面に薄膜層の形で製作された燃料電池（セルは、プレーナ・セルとも呼ばれる）の場合では、ＥＭＥ組立体は、一般に別々に平らな支持体面に製作され、ひとつずつ切り離されてから互いに直列に連結される。このような製法ではセルは長くなり、セルを直列に接続できるようにするために、組立体のアノードおよびカソードにはんだ付けまたは接着された集電板の追加を必要とする。

Ｊ．Ｓ．Ｗａｉｎｒｉｇｈｔらの論文「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４８巻（２００３年）２８６９〜２８７７頁）では、チャネルに穴をあけたアルミナ上に配置された多孔質ナイロン膜上に形成され、直列に接続された複数のセルを含む燃料電池を提案している。アノード集電板は、インク印刷法による堆積によって形成される。さらに非多孔質ポリマー・シールが、アノード集電板間に配置され、次いで他のセルが製作される。セルの直列接続は、インク印刷法を実施することによって達成される。しかし、この解決法では、電解質膜は、湿度雰囲気（相対湿度１００％）中で膨潤し、基板から剥離する。この剥離によって漏れが生じ、セルは機能しなくなる。薄膜の機械的強度が低いことにより、一方では、絶縁シールとアノード集電板間での接触不良につながり、これによって間隙が生じ、他方では、絶縁シールに付着している電解質膜の接着不良につながる。

米国特許第５８６３６７２号は、ユニット電圧を意図的に上昇させることができるさまざまな燃料電池の形状について記載している。図１に示されるように、このようなセル１は、並んで配列された、いくつかの個別セル２で構成される。それぞれのセル２は、電解質膜５が間に配置されたアノード３とカソード４の組立体を含む。セル２は、電気絶縁領域６によって互いに隔てられ、導電接続部７によって互いに接続される。接続部７のそれぞれは、第１のセルのカソード４および前記第１のセルに隣接するセルのアノード３にそれぞれ接する端部をそれぞれが含む、第１の層９および第２の層１０によってそれぞれ覆われた第１の表面８ａおよび第２の表面８ｂを含む、中央領域８を含む。このようなセル、とりわけ接続部７は、特に大きさが小さいときには実施が困難である。また、このようなセルは前記組立体のそれぞれの側に配置された、外側の集電板およびガス分配プレートなどのいくつかの他の要素間に直列に配置されたセルによって形成されるセットの組立ステップも必要とする。最終的に、耐漏洩性の問題が残る。

米国特許出願第２００６／０２２８６０５号は、他の解決法を提案している。この特許出願では、電解質膜が、多孔質支持体にイオン伝導性材料を含浸させることによって形成される。多孔質支持体は、その経糸繊維（ｃｈａｉｎ ｆｉｂｅｒｓ）が電気絶縁材料でできた連続繊維であり、その緯糸繊維（ｗｅｆｔ ｆｉｂｅｒｓ）が電気絶縁材料の繊維と導電性材料の繊維が交互になっている織物であり、これによりそれぞれ絶縁領域と導電領域を形成している。シールが織物の周囲に施され、アノードおよびカソードはこのように形成された薄膜の両面に配列される。また、集電板の一つは、セルの２つの端部のうちの一方に配列されたアノードに接して配置され、もう一つの集電板は、セルのもう一方の端部に配列されたカソードに接して配置される。多孔質支持体の電気的活性領域が、複数の個別セルの境界となり、これによりそれらセルの直列接続が実施される。

この解決法は、多孔質支持体がイオン伝導性材料を十分含浸しているので、燃料漏れを防止することができる。しかし、このように形成された薄膜は、組立体の機械的強度を確実なものにするために厚さを最小にしなければならない。この厚さは約２０マイクロメートルである。しかし、電力密度を上げるためには、薄膜はできるだけ厚さを薄くしなければならず、１〜１０マイクロメートルが好ましい。その上、多孔質支持体を形成するのに用いられる繊維が一定の大きさを占め、そのことが電解質を通るプロトンの拡散を妨げる。導電領域の表面部は、一般に２ｍｍより大きく、実際には、プロトンの拡散には使用に適さない無視できない表面を構成する。結局、絶縁性繊維および導電性繊維は、それぞれ連続的に絶縁しまた連続的に導電し、その結果、セルの直列接続が単一線上でのみ実施され得る。

前記セルの切断および接合に頼らずに個別セルを直列に接続するすべての既存の解決法は、機械的強度の問題と直面しており、
基板から切り離す電解質膜のレベルか、
または、ＥＭＥ組立体、とりわけ薄膜のレベルでの問題かのいずれかであり、そのような薄膜は、最小の厚さが非常に薄くなければならず高出力密度に対応できない。

その上、所与のセルの表面に関して、後者のレベルの問題は、個別セル（「活性表面」）の組立体によって占有された表面と、絶縁領域および／または導電領域（「非活性表面」）によって占有された表面との間で共有される。しかし上述の提案された解決法では「活性表面」の割合が比較的小さく、この割合がよりいっそう小さくなればなるほど、セルの数はますます大きくなり、携帯機器に供給する目的を有する用途には適合しないことがわかる。
米国特許第５８６３６７２号 米国特許出願第２００６／０２２８６０５号 Ｊ．Ｓ．Ｗａｉｎｒｉｇｈｔらの論文「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ４８巻（２００３年）２８６９〜２８７７頁）

本発明の目的は、従来技術の欠点を改善する燃料電池（燃料セル）および燃料電池を製作する方法を提供することである。

より具体的には、本発明の目的は、高電圧、とりわけ携帯機器の電源を含む用途に適合する電圧を得ることができ、同時に製作が容易であり、優れた機械的強度および優れた耐漏洩性を呈する燃料電池を提供することである。

本発明の別の目的は、高電圧、とりわけ携帯機器の電源を含む用途に適合する電圧を得ることができ、同時に製作が容易であり、優れた機械的強度および優れた耐漏洩性を呈する燃料電池を得るように実施することが容易である製作方法を提案することである。

本発明によれば、これらの目的は添付の特許請求の範囲によって達成される。

他の利点および特徴は、非制限的な例示の目的だけのために与えられ、添付図面で表された本発明の特定の実施形態の以下の説明によってさらにはっきりと明白になるだろう。

本発明による燃料電池（燃料セル）は、接続部によって直列に接続された複数の隣り合う個別セルを含む。セルは、有利にはプレーナ型燃料電池である。

図２に示された特定の一実施形態では、２つの個別セルは、多孔質支持体１２上に並んで配列され、平坦な上面１２ａおよび下面１２ｂを呈することが好ましい。

多孔質支持体１２は、例えば多孔質材料によって形成される。また、多孔質支持体１２は、チャネルに孔があけられた非多孔質材料で形成されることもできる。その上、多孔質材料の空孔率または非多孔質材料に孔があけられたチャネルの寸法は、燃料電池を循環する液体、特に可燃性液体の拡散を可能とするのにも十分である。さらに多孔質支持体１２は、電気的に絶縁され、有利には０．１ｍｍ〜２ｍｍの間に含まれる厚さを有する。それは例えば、セラミック、ポリマー、シリコン、およびシリコン・カーバイドから選択された材料によって形成される。

２つのセルは、図２においてそれぞれ参照符号１１ａおよび１１ｂをつけられ、セル１１ａ（第１のセルとも呼ばれる）は、図２の左に配列されたセルであり、セル１１ｂ（第２のセルとも呼ばれる）は、図２の右に配列されている。さらに、一般的な方法を用いて、残りの説明では、後に文字「ａ」がある符号が、図２に示すセル１１ａを構成する要素に適用されるのに対して、後に文字「ｂ」がある符号は、セル１１ｂを構成する要素に適用される。

解りやすいように、説明が、２つのセル１１ａおよび１１ｂのどちらか１つ、ならびに同じように構成する要素に適用される場合は、印「ａ」および「ｂ」は省略する。したがって、例えば、セル１１ａおよび１１ｂ、ならびにどんな追加のセルにも参照符号１１をつける。

各個別セル１１は、
第１の電極１３、例えばアノードによって形成された組立体、有利には固体電解質膜１４、および第２の電極１５、例えばカソードと、
第１の電極１３および第２の電極１５とそれぞれ結合された第１の集電板（第１のカレント・コレクタ）１６および第２の集電板（第２のカレント・コレクタ）１７とを含む。

より具体的には、各個別セル１１に関して、前記セル１１の第１の集電板１６は、多孔質支持体１２の上面１２ａの一部を覆う。第１の集電板１６は、第１の集電板１６の厚さと等しい厚さを有する電気絶縁領域１８によって囲繞されることが好ましい。第１の電極１３は、それと対応する第１の集電板１６の一部を覆い、電解質膜１４は、その組立体の上に配置される。したがって電解質膜１４は、その下部に、
第１の電極１３と、
第１の電極１３によって覆われない第１の集電板１６の一部分と、
第１の集電板１６を囲繞している絶縁領域１８とを覆う。

さらに、第２の電極１５および第２の集電板１７は、各セル１１の電解質膜１４の上部に配置される。したがって、図２では、第２の電極１５が、電解質膜上に配置されるのに対して、第２の集電板１７は、電解質膜１４の一部および第２の電極１５の一部に配置される。さらに第２の電極は、第１の電極１３に対向して配置され、電解質膜１４によって、第１の電極１３と隔てられる。

さらに２つの隣り合う個別セル１１ａおよび１１ｂは、導電性材料でできている接続部によって、直列に接続される。接続部は２つの隣り合うセル１１ａと１１ｂの間に配置される。その接続部は、集電板を介して第１のセル１１ａを第２のセル１１ｂに接続させ、第２のセル１１ｂは、第１のセル１１ａに隣接する。

第１の集電板１６とともにこの接続部は、多孔質支持体１２と垂直な線（図２の縦線）に対して逆Ｌ字形をなす接続要素１９の部分を形成する。

接続要素１９は、２つの部分によって形成され、それぞれが共通の導電性材料を含む。

第１の部分は、多孔質支持体１２の上面１２ａ上に配置され、第１のセル１１ａの第１の集電板１６ａを構成するベース薄膜である。このベース薄膜は、第１の集電板１６ａを通って燃料の拡散を可能にし、導電性材料を組み込んでいる多孔質膜である。

第２の部分は、第１の集電板１６ａから垂直に延在し、接続部を形成するブランチ２０である。ブランチ２０は、ベース薄膜に組み込まれた導電性材料と同じ材料によって形成される。さらに、ブランチ２０の材料が多孔質材料で、電解質膜１４が液状で堆積するイオン伝導性材料の乾燥によって形成される場合、イオン伝導性材料は、一方のセル１１ａからもう一方の隣接するセル１１ｂまで連続した電解質膜を形成するようにブランチ２０の細孔に浸透することができ、電解質膜１４の機械的強度を向上させる。

接続要素１９のブランチ２０は、第１のセル１１ａおよび第２のセル１１ｂの、第１の集電板１６ａまたは１６ｂ、第１の電極１３ａまたは１３ｂ、ならびに電解質膜１４ａまたは１４ｂによって、それぞれ形成されたスタックの厚さＥ以上の長さＩを有することが好ましい。ブランチ２０の長さＩが、例えば１μｍ〜６０μｍの間に含まれるのに対して、ブランチ２０の幅Ｌは、１μｍ〜２ｍｍの間に含まれてもよい。図２では、ブランチ２０の一部分が２つの組立体よりも突出しており、第２のセル１１ｂの第２の集電板１７ｂに接続され得る。その上、第２の集電板１７ｂは接続要素１９のブランチ２０に直接接している。しかし、ブランチ２０は、導線などの別の手段によって第２の集電板１７ｂに接続される場合がある。その上ブランチ２０は、前記電解質膜の厚さ全体にわたって隣り合うセル１１ａおよび１１ｂの２つの組立体の前記電解質膜１４ａおよび１４ｂに接している。したがってブランチ２０は、決して２つの組立体の電極の１つとは接しない。その上、ブランチ２０は決して第１のセル１１ａの第２の集電板１７ａとも接しない。さらに２つの隣り合うセル１１ａおよび１１ｂの２つの第１の集電板１６ａおよび１６ｂは、絶縁領域１８の１つ（図２で１８ａを示す部分）によって隔てられる。

したがって、ベース薄膜１６ａにより、接続要素１９は、第１のセル１１ａの集電板の機能を果たし、隣り合うセル、すなわち図２の第２のセル１１ｂと前記セル１１ａをブランチ２０によって直列に接続できるようにする。

図２では、燃料電池は、接続要素１９の構造と同一の構造を有する追加の接続要素２１も含む。前記接続要素２１のベース膜は、第２のセル１１ｂの第１の集電板１６ｂによって形成され、厚さＥ以上の長さＩを有するブランチ（すなわち接続要素）２２によって垂直に延在される。

追加の接続要素２１のブランチ２２は、第２のセル１１ｂの第１の集電板１６ｂを、隣接する追加のセル（図２には図示せず）の第２の集電板と接続するのに使用されてもよい。

また、図２に示されるように、第２のセル１１ｂがたまたま末端の個別セル、すなわち燃料電池を形成する一連の個別セルの一端に位置するセルの１つである場合は、ブランチ２２は、燃料電池の２つの端子のうちの１つにも接続されてもよい。第１の集電板１６ａおよび１６ｂが、有利にはアノード集電板である場合は、ブランチ２２は、図２に表されるように、セルの負端子に接続される。この場合、追加の接続要素２１は、末端接続要素と呼ばれる。

同様に、第１のセル１１ａの第２の集電板１７ａは、別の接続要素によって別の隣接するセル（図２に図示せず）の第１の集電板に接続されてもよい。また、第１のセル１１ａが末端の個別セルの１つである場合は、第２の集電板１７ａは、図２に示されるように、セルのもう片方の端子（図２の正端子）にも接続されてよい。

接続要素（すなわちブランチ）２０および２２を構成し、第１の集電板１６ａ、１６ｂに組み込まれる導電性材料は、例えば金属、カーボンおよび金属粒子またはカーボン・ナノチューブ、およびそれらの混合物を含む導電性インクなどの材料から選択される。

多孔性のベース薄膜１６ａ、１６ｂで構成された第１の集電板は、セラミック、ポリマー、シリコンまたはシリコン・カーバイドなどの電気絶縁性多孔質母材によって形成され、導電性材料が組み込まれる。したがって、集電板は、金、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、カーボン粒子またはその混合物などの金属粒子を含む、ペースト（例えばスクリーン印刷法によって）またはインク（例えばインク・ジェット印刷法、マイクロディスペンス法、スプレー・コーティング法によって）を含浸することによって製作されてもよい。また集電板は、物理蒸着法（ＰＶＤ）もしくは化学蒸着法（ＣＶＤ）または任意のその他の派生技術でも製作されてもよい。さらに、第１の集電板は多孔質であって、この多孔性は、ベース薄膜の組成によって、またはポリマー、カーボンなどを乾燥させるステップもしくは燃焼させるステップ後の、例えばレーザ・ビームもしくは赤外線を利用する例えば局部加熱によって、または炉内での加熱処理によって、あるいは局部燃焼によって、直接得ることができる。

多孔質支持体１２上に配列され、第１の集電板１６ａおよび１６ｂを囲繞する絶縁領域１８は、電気絶縁性多孔質材料で形成され、第１の集電板１６ａおよび１６ｂの構成物にも使用される。絶縁領域１８の厚さは、有利には０．１μｍ〜４０μｍの間に含まれる。さらに、セラミックス分野（スクリーン印刷法、ストリップ鋳造法など）、またはプラスチック加工もしくはマイクロエレクトロニクス分野で用いられる技術によって目的を達成することができる。

このような燃料電池は、個別セル１１ａ、１１ｂおよびそのセルの第２の集電板１７ａ、１７ｂの組立体を製作する前に、領域１８ａによって互いに隔てられた接続要素１９、２１を加工することによって、有利には製作される。とりわけ、接続要素１９、２１は、
多孔質支持体１２上に領域１８、１８ａによって隔てられた第１の集電板を形成することによって、
また前記薄膜から垂直に延在するブランチ２０、２２を形成することによって製作され、前記ブランチは、同じ導電性材料で形成される。

したがって、絶縁領域１８、ならびに集電板１６ａおよび１６ｂは、有利には単一の薄膜層の堆積によって製作されることができる。このことにより、同じ厚さの集電板１６および絶縁領域１８をその２つの間に空きスペースを作らずに得ることができ、その結果燃料漏れ問題を回避することができる。

図３〜図５は、例えば、このような燃料電池の特定の一実施形態の第１のステップを示す。電気絶縁性多孔質材料の薄膜層２３は、多孔質支持体１２の上面１２ａの全体に堆積する（図４）。その後、導電性材料が、薄膜層２３の所定の部分に選択的に添加されるかまたは組み込まれて、図５に表されるように、第１の集電板１６ａおよび１６ｂを形成する。図５に表されるように、ブランチ２０および２２は、薄膜層２３の所定の部分に組み込まれたものと同じ材料で形成される限り、有利には第１の集電板１６ａおよび１６ｂと同時に形成されることができる。例えば、第１の集電板１６ａおよび１６ｂを形成するように設計された薄膜層２３の部分に組み込まれたものと同じ材料を、局所的に堆積させることによって、第１の集電板１６ａおよび１６ｂを形成した後でも、ブランチ２０および２２は形成され得る。ブランチ２０および２２は、例えばスクリーン印刷法、インク・ジェット法で製作されてもよい。その後、セル１１ａおよび１１ｂの組立体、ならびに第２の集電板１７ａおよび１７ｂが形成される。

したがってこの製造法では、燃料電池のすべての個別セル間の直列接続は、たった一回の工程で行うことができるので、より容易かつ迅速に実施することができる。

例えば、薄膜層２３は、スクリーン印刷法により多孔質絶縁性セラミックの薄膜層を堆積させることによって、多孔質支持体１２の上面１２ａ全体に製作される。次いで、集電板１６ａおよび１６ｂを形成するように設計された薄膜層２３の一部分に含浸法により選択的に導電性インクが添加される。次に、乾燥ステップにより、集電板１６ａおよび１６ｂ、ならびに絶縁領域１８を得ることができる。導電性インクによる薄膜層２３の含浸は、その厚さ全体に、または薄膜層２３の上部だけ、または多孔質支持体１２にも同様に含浸させるように、薄膜層２３を超えて実施され得る。次いで、ブランチ２０および２２は、例えばスクリーン印刷法により堆積された同一のインクで製作される。

図６〜図９に表される代替の一実施形態では、電気絶縁材料の薄膜層２３は、導電性材料が組み込まれる電気絶縁性多孔質母材で形成された薄膜層２４に置き替えることができる。この場合には、層２４を堆積させるステップに続いて、必要とする絶縁領域１８に相当する層２４の所定の部分で、導電性材料を選択的に除去するステップがある。導電性材料がカーボンをベースとする場合、例えばレーザ・ビームもしくは赤外線ビームを用いる局部加熱によって、またはカーボンをベースとする導電性材料を局所的に燃焼させることができるようにする燃焼によって選択的に除去することができる。とりわけ、ブランチ２０および２２は、第１の集電板の１６ａおよび１６ｂが形成（図５）された後に形成される。絶縁領域１８の１つによって隔てられた接続要素１９および２１の形成に続いて、次にセルの組立体および第２の集電板が形成される。

したがって本発明による燃料電池は、容易かつ迅速に実施することができるという利点を提供すると同時に、高電力密度が得られることができるようにし、優れた機械的強度、優れた耐漏洩性、および大きい「活性表面」を保持する。

図２に表されたものなどの接続要素を有する個別セルを直列に接続することにより、高電流密度（＞３００ｍＡ／ｃｍ^２）を要求する用途の場合では、接触抵抗に関連する抵抗損失を低減することができる。セルを切断し、集電板を接合することによって個別セルを直列に接続する場合では、一方のセルのアノード集電板と隣接するセルのカソード集電板の間の接触抵抗測定値は、０．１オームの値を示す。したがって、ジュール効果の損失は、１０個のセルが結合する場合、３００ｍＡで約０．１Ｗであり、１Ａでは１Ｗである。しかし、電流はより広い面にわたって分布するので、隣り合うセルのそれぞれアノード集電板１６とカソード集電板１７の間に、接続要素２０および２２を用いることにより、ジュール効果の損失をかなり低減することができる。

その上、機械的強度を与える多孔質支持体を使用することにより、高電力密度を得ることができ、ジュール効果の損失を低減することができる、非常に薄い厚さの電解質膜が製作され得ることを意味する。

さらに、絶縁領域および接続要素に共通する材料を有利に利用することにより、これらの２つの要素間の連続性（同一高さで、オフセットまたはオーバラップがない）を確実なものにし、漏洩リスクを低減させる。

最終的に、支持体がセルの周りにどんな追加の補強材も必要としないということから、ブランチ（すなわち接続要素）の幅を小さくすることにより、セルに割り当てられた「活性表面」の部分を増やすことができることを意味する。このことにより、非常に多くの個別セルを直列に接続して、高電圧を供給するセルを得るように、燃料電池の表面を最適化することができると同時に、燃料電池全体の寸法を最小限に抑えることができる。

従来技術による燃料電池を表す図である。 本発明による燃料電池の特定の一実施形態を表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第１の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第１の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第１の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第２の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第２の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第２の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。 図２による燃料電池を製作する第２の方法のさまざまなステップを表す概略の断面図である。

符号の説明

１１ａ セル
１１ｂ セル
１２ 多孔質支持体
１２ａ 多孔質支持体上面
１２ｂ 多孔質支持体下面
１３ａ 第１の電極
１３ｂ 第１の電極
１４ａ 電解質膜
１４ｂ 電解質膜
１５ａ 第２の電極
１５ｂ 第２の電極
１６ａ 第１の集電板
１６ｂ 第１の集電板
１７ａ 第２の集電板
１７ｂ 第２の集電板
１８ 絶縁領域
１８ａ 絶縁領域
１９ 接続要素
２０ ブランチ
２１ 接続要素
２２ ブランチ
２３ 薄膜層
２４ 薄膜層

Claims (11)

1. 複数の隣り合う個別セルが配列された多孔質支持体を含む燃料電池であって、
   各個別セルが
   第１の電極、電解質膜、および第２の電極によって形成された組立体と、
   第１および第２の集電板であって、前記個別セルが、一方のセルの前記第１の集電板を、その隣接するセルの前記第２の集電板に接続するために、２つの隣り合うセルの間にそれぞれ配列された接続要素によって直列に接続される第１および第２の集電板と、を含み、
   前記第１の集電板が、導電性材料を組み込む電気絶縁性多孔質母材で作られたベース薄膜によって形成され、かつ多孔質支持体上に配列され、
   各接続要素が、前記導電性材料によって形成されたブランチによって形成され、ベース薄膜から垂直に延在して、前記隣接するセルの第２の集電板に接続され、前記ブランチが、前記電解質膜の厚さ全体にわたって前記組立体の前記電解質膜に接し、
   電気絶縁性多孔質材料で作られた、前記多孔質支持体上に配列された領域が、２つの隣り合うセルの前記２つのベース薄膜を隔てており、前記領域の前記電気絶縁多孔質材料が、前記ベース薄膜の前記多孔質母材を構成する材料と同一である
   ことを特徴とする燃料電池。
2. 前記セルが、前記燃料電池の末端に配列された前記個別セルの前記それぞれの第１および第２の集電板にそれぞれ接続された２つの端子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記電気絶縁性多孔質母材が、セラミック、ポリマー、シリコン、およびシリコン・カーバイドから選択されることを特徴とする、請求項１および２の一項に記載の燃料電池。
4. 前記導電性材料が、金属、カーボン、ならびに金属粒子またはカーボン・ナノチューブおよびその混合物を含む材料から選択されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池。
5. 電気絶縁性多孔質材料で作られた前記２つのベース薄膜および前記領域が、前記同じ厚さを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池を製作する方法であって、
   個別セルの組立体および前記セルの第２の集電板の形成が、領域によって互いに隔てられた接続要素を形成するステップによって先行され、
   前記ステップは、
   多孔質支持体上に前記領域によって隔てられた第１の集電板の形成と、
   薄膜から垂直に延在するブランチの形成とを含み、前記ブランチが、同じ導電性材料で形成される
   ことを特徴とする、燃料電池を製作する方法。
7. 前記ブランチが、前記第１の集電板と同時に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池を製作する方法。
8. 前記ブランチが、前記第１の集電板の後に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池を製作する方法。
9. 前記第１の集電板の形成が、
   電気絶縁性多孔質材料の薄膜層を前記多孔質支持体上に堆積させるステップと、
   前記導電性材料を前記薄膜層の所定の部分に選択的に組み込むステップとを含み、前記部分が、前記第１の集電板を構成することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第１の集電板の形成が、
    前記多孔質支持体上に前記導電性材料を組み込む電気絶縁性多孔質材料の薄膜層を堆積させるステップと、
    前記導電性材料を前記薄膜層の所定の部分で選択的に除去するステップとを含み、前記部分が、前記第１の集電板を隔てる前記領域を形成することを特徴とする、請求項６および７の一項に記載の方法。
11. 前記導電性材料が、カーボンをベースとするものであって、前記材料の選択的除去が、前記所定の部分の局部加熱で達成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

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