JP4503432B2 - 螺旋形の構造を有する燃料電池のための基本セル、該セルの製造方法および複数の基本セルを備える燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は電解質としてイオン交換膜タイプの薄膜、さらに詳細にはプロトン交換膜を備える燃料電池に関する。
さらに詳細には、本発明は、燃料電池のための基本セル、およびその製造方法に関し、基本セルはまた「電極−薄膜−電極」組立体とも呼ばれ、通常は間にイオン交換膜が配設されている２つの電極を備える。
一例として、本発明はＰＥＭＦＣ（プロトン交換膜燃料電池）およびＤＭＦＣ（直接メタノール型燃料電池）または、さらにアルカリ水溶液型燃料電池の領域で応用できる。

通常、燃料電池は基本セルのスタックからなり、該基本セル内では連続的に供給される２種類の試薬の間で電気化学反応が起こっている。水素と酸素の混合により機能するセルのための水素、またはメタノールと酸素の混合により機能するセルのためのメタノールのような燃料は、アノードに接触し、一方で通常は酸素である酸化体はカソードと接触する。２つの電極はイオン交換膜タイプの電解質で隔てられている。エネルギーが電気的エネルギーに変換される電気化学反応は、
−アノードと電解質の境界面で燃料が酸化され、水素セルにおいてカソードの方へ電解質を通過するＨ＋プロトンが生成され、そして電子が外部回路を流れて電気的エネルギーを生成する段階と、
−水素セルにおいて水が生成される電解質とカソードの境界面で酸化体を低減する段階
という２段階の反応に分けることができる。

電気化学反応は、厳密に言うと、電極−薄膜−電極組立体でおこる。
電気機器が確実に動作するためには、単一の基本セルまたは電極−薄膜−電極組立体により供給される電力よりよりはるかに大きな電力を獲得する必要がある。このために、多くの場合、複数の電極−薄膜−電極組立体をスタックし、バイポーラプレートと名付けられている導体板により、他の組立体との間の電気的連続性を確保する。これらのバイポーラプレートは好ましくはグラファイトまたはステンレス鋼でできており、電極−薄膜−電極組立体のアノードと隣接する組立体のカソードとの間の電気的接合を確実にする。この方法で、確実に電気伝導率を可能な限り大きくして、燃料電池の起電力の弊害となるオーム損を避けることができる。

この方法で、それぞれの電極−薄膜−電極組立体は２枚のバイポーラプレートの間に閉じ込められ、これらは電極へ試薬を分配する機能も備え、そして場合によっては、該スタックのいかなる加熱にも対応する冷却部材を有する。
加えて、従来の技術で知られている燃料電池は、通常は「プレス−フィルタ」構造を有し、これは、バイポーラプレートと基本セルの表面は互いに固定して組立てられる平坦な表面であるという特定の概念に対応している。また、従来の燃料電池では、バイポーラプレートは、セル電極に向かって最も均一に試薬が分布できるように、基本セルと接触している全表面にわたって曲がりくねって進む網目状の通路を備える。

しかし、偏光を用いて光学的分析を行うと、バイポーラプレートを基本セルに固定する作業はイオン交換膜を変形させることがわかった。
行われた分析では、隣接するバイポーラプレートの通路が位置する区域において薄膜の変形が見出された。これらの通路は当初、試薬が通過できるように提供されたものである。認識された変形は大部分が固定作業の間に薄膜に加わった機械的要求の非均一性によるものであり、これらの要求は通常、多様な通路を分離しているバイポーラプレートの硬い部分に面している薄膜部分に集中している。固定作業が完了し、基本セルが所定の位置に保持されるとき、薄膜の変形した部分はこれらの通路の内部に閉じこめられるので、従って該薄膜とそれに関連する基本セルの寿命はかなり短縮するといえる。

加えて、基本セルが動作しているとき、イオン交換膜は膨らむ傾向があり、隣接するバイポーラプレートの通路の内部に位置する薄膜のこれらの部分に波模様が生じるということもわかっている。この生成された波模様は、主な欠点の原因となるということがわかっており、その欠点はこの波模様のある薄膜と基本セルの電極の間の接触表面領域が減少することにあり、この減少はこれら異なる部分のイオン交換表面の減少に直接的につながる。したがって上記の欠点のために、電極と接触しているこれらの薄膜位置における電気化学反応の位置が一点のみとなり、これらの位置は薄膜の膨張の際に生成された波模様の単一の頂点からなる。

明らかに、電気化学反応が非常に特定的な位置で起こるために、問題となっている位置におけるイオン交換膜の老化が加速され、この局所的な老化は、亀裂を形成する原因となり、該亀裂が互いにつながる点まで広がるような程度まで劣化している場合、燃料電池の短絡を引き起こすこともある。
また、バイポーラプレートと基本セルを一緒に固定する組立の間、これらの２つの部分の間に配設されているガスケットは変形を受けるように設計されており、これら様々な部分の間は確実にシールされている。しかし、また別の観察では、ガスケットの変形は必然的に、ガスケットの近くに配設されているイオン交換膜部分の変形を引き起こすという結論に達した。したがって、電極、薄膜およびバイポーラプレートを四角形にすると、この薄膜は固定作業の間におこるガスケットの変形を許容するには適切ではないことがわかっている。したがって、ガスケット近くの変形を受ける薄膜部分も老化が加速し、このため薄膜に局所的な亀裂が自然に発生することがある。

したがって、本発明の主題は第一に、間にイオン交換膜が配設されている２つの電極を備える、燃料電池のための基本セルを提供することであり、該基本セルは、上記の従来の実施形態の欠点を少なくとも部分的に改善する。
さらに詳細には、本発明の目的は、イオン交換膜の寿命が大幅に延びるように設計された、燃料電池のための基本セルを提供することである。
本発明の他の主題は、前記基本セルの製造方法を提案することである。
最後に、本発明はまた、上記の本発明の目的にかなう基本セルを複数備える燃料電池を提供することを目的とする。

これを達成するために、本発明の主題は、間にイオン交換膜が配設されている２つの電極を備える、燃料電池のための基本セルである。本発明によると、２つの電極の一方はイオン交換膜を担持しているねじ切りされた表面を有し、この電極とイオン交換膜により形成される組立体は、２つの電極のもう一方に属するねじ切りされた表面にねじ込んで組み立てることができるようになっている。

有利には、本発明の基本セルは２つの電極の一方とイオン交換膜からなる組立体を、もう一方の電極に取り付けるとき、イオン交換膜が２つのねじ切りされた表面の間に閉じ込められ、ねじ込み作業が進行する間にかかる圧力が連続的になる。このようにすると、組立作業が完了すると、この薄膜にかかる機械的要求は、２つの電極に接しているその全表面にわたって実質的に均一に分布し、従来の実施形態であった変形領域が生じることはない。イオン交換膜が大きく変形しないのは、ねじ切りされた表面上のねじ山が正弦波形であることも一因で、これらのねじ山は２つの表面の間に保持された薄膜への応力集中を大幅に減らすということにも注意すべきである。

したがって、該基本セルの使用によって、イオン交換膜上で加速老化する領域の生成は助長されず、有利にイオン交換膜の亀裂が防止され、したがって従来の実施形態にくらべて寿命がかなり延びる。
また、装置をこのように配設すると、２つの硬い電極がねじ切りされた表面を有していても、該セルを備える燃料電池の動作中にイオン交換膜に波模様が生じることはない。水を含むと膜は膨張し電極に密着するので、これらの電極と薄膜の接触表面が減少することはない。したがって、電気化学反応が薄膜の大部分において生じ、よってこの膜の特定の部分の老化が加速されることを防ぐ。

また、本発明の利点の１つは従来の技術に比べ、イオン交換膜と電極の間の交換表面領域が増大することである。従来の技術に含まれる部分は実質的に平坦な接触表面である一方で、本発明の基本セルは螺旋形の交換表面を有し、したがって生成可能な電流密度が増大する。
好適には、イオン交換膜は２つのねじ切りされた表面を有し、該表面はそれぞれ２つの電極のねじ切りされた表面に契合可能で、これらの全表面は同じピッチを有するようにできている。

したがって、２つの電極のねじ切りされた表面のピッチに予め形成されたフィルムを用いて、イオン交換膜を加工することができる。
好ましくは、２つの電極の一方はねじの上に施されたコーティングからなり、２つの電極の他方は基板内に形成されたナットの上に施されたコーティングからなる。
このような構造の場合、電極に向かって試薬が拡散できるように、ねじおよび基板を多孔質の材料で作ることを条件にしてもよい。また、ねじおよび基板はそれぞれ、少なくとも１つの試薬を注入できる少なくとも１つの開口部を有する。

本発明の好適な実施例の１つによると、イオン交換膜はねじ上に配設された電極により担持され、基板内に設けられた各開口部は、ナット上に配設された電極のねじ切りされた表面により少なくとも部分的に画定された空間に直接つながっており、ナット上に配設された電極のねじ切りされた表面とイオン交換膜の間の螺旋状の結合部の隙間を各試薬が通過できるようになっている。
また本発明は、本発明の主題である上述の基本セルを複数備える燃料電池に関し、該セルは互いに電気的に接続しており、そして共通の基板を有する。例えば、ナットを行列状に配設することにより、交換表面は従来の燃料電池の交換表面の約２０倍の大きさになるが、燃料電池のサイズはほぼ同じである。
最後に、本発明はまた燃料セルのための前記基本セルを製造するための方法に関する。
本発明の他の特徴および利点は、次の非限定的な詳細な記述で明らかになる。

図１および図２は、本発明の好適な実施形態の１つによる燃料電池のための基本セル１を示す。
基本セル１は、中出力燃料電池の一部を形成する場合、例えば１０から５０ｋＷの電力を生成でき、ＰＥＭＦＣ電池およびＤＭＦＣ電池のような任意のタイプの燃料電池に用いてよい。
基本セル１は好適には多孔質の材料でできた基板２を備え、その基板内にねじ切りされた表面６を有するナット４が形成されている。

好ましくはグラファイト、シリコン、セラミック、または発泡金属でできた第１の電極８は、ナット４のねじ切りされた表面６上にコーティングとして施され、そしてまたナット４のねじ切りされた表面６に比べて直径が小さくピッチが等しいねじ切りされた表面１０を有する。第１の電極８は、ナット４のねじ切りされた表面６の全長にわたって形成されていてもよく、または該ねじ切りされた表面６の一部のみに形成されていてもよい。
基本セル１はまた、好ましくは多孔質材料でできたねじ１２を備える。

好ましくはグラファイト、シリコン、セラミック、または発泡金属でできた第２の電極１４は、ねじ１２のねじ切りされた表面１６上にコーティングとして施され、そしてまたねじ１２のねじ切りされた表面１６に比べて直径が大きくピッチが等しいねじ切りされた表面１８も有する。ねじ切りされた表面１６のピッチはナット４のねじ切りされた表面６のピッチと同じであることに注意されたい。基本セル１の第１電極８の場合と同様に、第２電極１４はねじ１２のねじ切りされた表面１６の全長にわたって形成されていてもよく、または該ねじ切りされた表面１６の一部のみに形成されていてもよい。２つの電極８および１４は、ねじ１２がナット４上の適切な位置に配設されたとき、これらの２つの電極８および１４が互いに向かい合い、同じ高さにわたって形成されているように構成されるのが好ましい。

イオン交換膜２０は、好ましくはねじ切りされた表面６、１０、１６、１８のピッチで予め形成されたフィルムタイプで、第２電極１４のねじ切りされた表面上に取り付けられており、イオン交換膜２０の第１のねじ切りされた表面２２が第２電極１４のねじ切りされた表面１８と面接触するようになっている。この目的のため、例えばイオン交換膜２０を弾性で且つ第２電極１４のねじ切りされた表面１８より直径が僅かに小さいものとすることを条件にしてもよく、それにより、ねじ込んで取り付けた後は検討中の２つのねじ切りされた表面１８と２２は互いに凹凸が全面的にぴったりと合うようになっている。イオン交換膜２０は第２電極１４の周囲全体に及ぶように設計されているが、また、第２電極１４の周囲全体に及ぶ部分につながっている環状部分２３を備え、この環状部分２３は基本セル１のねじ１２のヘッド２４の下に配設される。

ねじ１２、第２電極１４、第２電極のねじ切りされた表面１８、そしてイオン交換膜２０で形成される組立体は、第１電極８のねじ切りされた表面１０上にねじ込まれて組立てられる。組立作業中のねじ込みを容易にし、該膜２０の変形を制限するために、基本セル１の第１電極８と膜２０の間の螺旋状の連結が形成されるように、イオン交換膜２０を、第１電極８のねじ切りされた表面１０と契合可能な第２のねじ切りされた表面２６を有するように予め形成することを条件にしてもよい。

したがって、膜２０の第２のねじ切りされた表面２６を、ピッチが基本セル１の他のねじ切りされた表面６、１０、１６、１８と同じピッチで、直径が第１電極８のねじ切りされた表面１０の直径より僅かに大きくなるようにする。このようにすると、上記の組立体をセル１の基板２上に取り付けたとき、イオン交換膜２０は、圧力を受けてセルの２つの電極８、１４のねじ切りされた表面１０、１８の間に配設される。
また、図１および図２を参照すると、基本セル１の基板２は、一部にナット４が形成されている円筒形の打ち出し部分２８を備え、この打ち出し部分２８はこの基板２の本体３０の外側に突き出ている。円筒形の打ち出し部分２８は、好ましくはセル１の冷却を促進する複数のフィン３２を有し、これらのフィン３２は円筒形の冠形で打ち出し部分２８の外側面に間隔をおいて配設されていることに注意されたい。

また、ねじのヘッド２４は、基板２の円筒形の打ち出し部分２８に面して配置させるための環状の溝３４を下面に備える。同様に、環状の溝３６が円筒形の打ち出し部分２８の上面に配設され、ねじ１２が基本セル１の基板２上に取り付けられたとき、ねじ１２に設けられた環状の溝３４に実質的に面するように配設されている。Ｏ−リング３８、４０はそれぞれ環状の溝３４および３６の内部に配設されるもので、イオン交換膜２０の環状部分２３と接触し、基本セル１をシールするためのものである。

このシールは、２つの電極８および１４のそれぞれに関連する１つ以上の試薬を、それぞれ基板２内およびねじ１２内に保持するために形成されることに注意されたい。
この目的のために、ねじ１２のヘッド２４には端部分４２が設けられ、該端部分は、好適にはねじ切りされ、第２電極１４に供給するための１つ以上の試薬を注入するための注入手段（図示されていない）と契合可能である。端部分４２は内部に、軸がねじ１２の軸と一致する円筒形の開口部４４を有し、該開口部４４は、実質的にねじ１２の全長にわたって形成されている。よって使用される１つ以上の試薬は、この開口部を軸方向の通路とし、多孔質材料でできたねじ１２の内部を広がり、第１電極８に向かって拡散できる。次いで、第２電極１４の第１のねじ切りされた表面１８と膜２０の第１のねじ切りされた表面２２との間の螺旋状の接触領域が交換表面を形成し、その面上で最初の電気化学反応が発生できる。
本発明の範囲内で、ねじ１２の内部に任意の形状の他の開口部を形成できることも明らかである。

また、基板２はその下方表面に端部分４６を備え、該端部分は、好適にはねじ切りされた穴で、第１電極８に供給するための１つ以上の試薬を注入するための注入手段（図示されていない）と契合可能である。
端部分４６には、軸が基本セル１のねじ１２およびナット４の軸と一致する円筒形の開口部４８が形成されている。開口部４８は、一部が第１電極８のねじ切りされた表面１０で画定されている空間５０内部につながっている。図１に描かれているように、空間５０はナット４および／または第１電極８のねじ切りされた表面１０により画定された凹部領域の下部分に対応し、ねじ１２が基板１２に取り付けられたときもこの下部分はねじ１２で占有されていない。加えて、円筒形の開口部４８が開口する空間５０は、イオン交換膜２０によっても画定され、そのイオン交換膜は、実質的に平坦な円盤形の部分５２を有し、該部分はねじ１２の軸に垂直に延び、該ねじ１２のねじ切りされた端でカバーをなす。
したがって、ねじ１２のねじ切りされた部分および第２電極１４はイオン交換膜２０内に閉じ込められ、ねじ１２内に注入された試薬は基板２内に注入された試薬と接触できないようになっている。

よって使用される１つ以上の試薬は、開口部４８を軸方向の通路とし、空間５０内に入ることができる。そのような構造の場合、空間５０内にある各試薬は、ナット４上に配設された第１電極８とイオン交換膜２０の間の螺旋状の接続部の隙間５１に徐々に入ることができる。上述の部分の間にある従来の螺旋状の接続部は、２つの部分が離れている領域だけでなく、接触領域も部分間に存在するといったものである。２つの部分が互いに離れた互いに連通する領域（同じく螺旋状の接続部の隙間と呼ばれる）において、流体または液体試薬は、接続部の全長に及んで均一に分布するように、自由に広がってよい。

前記概念を基本セル１に適用した場合、隙間５１により第１電極８上で試薬が均一に広がることができ、表面１０と表面２６の間の接触領域は交換表面として機能し、その面上で第二の電気化学反応が発生できることに注意されたい。
また、１つ以上の試薬が基板２内に形成された任意の形状の１つ以上の開口部に注入され、このとき基板は多孔質材料でできており、よって試薬は第１電極８の方へ拡散できるという、従来の方法も考慮できることは明らかである。

また本発明は、上述したような燃料電池のための基本セルを製造する方法にも関する。
この方法の好適な実施形態の１つによると、イオン交換膜２０は、特にねじ１２を用いて最初に予め形成されている。したがって、好ましくは真空中で行われるこの作業が完了すると、膜２０には、ピッチがねじ１２のねじ切りされた表面１６に等しい第１および第２のねじ切りされた表面２２および２６ができている。
続いて、第２電極１４を、化学的な蒸着（Chemical Vapor Deposition）または物理的な蒸着（Physical Vapor Deposition）のような従来の方法を用いて、ねじ１２のねじ切りされた表面１６上にコーティングとして配設する。

得られたコーティングは、前段階に続いて、イオン交換膜２０の第１のねじ切りされた表面２２を受けるためのねじ切りされた表面１８が第２電極１４に形成されるように、機械加工される。
同様の方法で、基板２が備えるナット４には、再び上述のような従来の方法を用いて第１電極８を形成するコーティングが施される。その後、第１電極８が、イオン交換膜２０の第２のねじ切りされた表面２６を受けるためのねじ切りされた表面１０を有するように、得られたコーティングにはタップが立てられる。
電極８および１４が作られると、組み立てを始めることができ、イオン交換膜２０を第２電極１４のねじ切りされた表面１８にねじ込むことができる。膜２０は第２電極１４のねじ切りされた表面１８の直径ではなく、それよりも小さいねじ１２の直径に予め形成されているので、膜２０はこの第２電極のねじ切りされた表面１８の凹凸に完全に適合することに注意されたい。したがって、第２電極１４のねじ切りされた表面１８とイオン交換膜２０のねじ切りされた表面２２の間には隙間がない。

最後に、イオン交換膜２０、第２電極１４およびねじ１２からなる組立体を第１電極８のねじ切りされた表面１０上にねじ込むだけで基本セル１が得られ、その基本セル１のイオン交換膜は圧力を受けて２つの電極８および１４の間にある。

図３を参照すると、本発明の好適な実施形態の１つによる燃料電池１００が部分的に示されており、燃料電池１００は上述のような基本セル１を複数備えている。
この好適な実施形態によると、基板２は全基本セル１に共通で、そしてねじ１２を担持しているナット４はこの基板２上に行列状に配設されている。したがって基板２は、ナット４をコーティングしている各第１電極８に供給するように設計されている。加えて、セル１の電極８および１４（図３には示されていない）は互いに電気的に接続しているので、燃料電池１００により生成される電力は、燃料電池１００を形成している各基本セル１により生成される電力の合計に一致する。

したがって、非常にコンパクトな容積で、各基本セル１の交換表面の合計に一致する、燃料電池１００の交換表面全体が、従来の燃料電池で獲得できる表面に比べて大幅に増加する。例として、基板２が約２５ｃｍ^２の四角形の部分を有する場合、該基板２と同様の大きさのバイポーラプレートを用いた従来の燃料電池に比べ、交換表面の大きさを容易に２０倍にすることができる。交換表面が増加する理由として、第一に同じ基板２上に配設される基本セル１の数が多いこと、第二に交換表面が螺旋形であることが挙げられることに注意されたい。また、基板２上の基本セル１の数が多いので、１つまたは少数の基本セルが損害を受けた場合も、他のセル１の組立体でも、全セル１により生成される電力と実質的に同じ電力生成を維持できる。

また、基本セル１を行列状に配置すると、各基本セル１が個別にアクセス可能である限り、燃料電池全体を取り外すことなく整備作業ができる。また、配置が行列状であると、予備品の差し込みが容易になり、予備品は単純に、不良部分および短絡しそうな部分の替わりとなる。
単に非限定的な例として前述した基本セル１、燃料電池１００および基本セル１の製造方法について当業者は多様な変形を行えることは明らかである。

本発明の好適な実施形態の１つによる基本セルの前面図を示す略図である。 図１に示した基本セルの部分的な拡大図である。 図１で示したような基本セルを複数備える燃料電池を上から見た場合の部分的な略図である。

符号の説明

１ 基本セル
２ 基板
４ ナット
６ ナット（４）のねじ切りされた表面
８、１４ 電極
１０ 電極（８）のねじ切りされた表面
１２ ねじ
１４ 第２電極
１６ ねじ（１２）のねじ切りされた表面
１８ 電極（１４）のねじ切りされた表面
２０ イオン交換膜
２２、２６ イオン交換膜のねじ切りされた表面
２３ 環状部分
２４ ねじ１２のヘッド
２８ 打ち出し部分
３０ 基板（２）の本体
３２ フィン
３４ ねじのヘッド２４の下面にある環状の溝
３６ 打ち出し部分２８の上面にある環状の溝
３８、４０ Ｏ−リング
４２ ねじ１２のヘッド２４が有する端部分
４４ 円筒形の開口部
４６ 基板２の端部分
４８ 開口部
５０ 内部空間
５１ 第１電極８とイオン交換膜２０の間の隙間
５２ イオン交換膜の円盤状の部分
１００ 燃料電池

Claims (11)

1. 間にイオン交換膜（２０）が配設されている２つの電極（８，１４）を備える、燃料電池（１００）のための基本セル（１）であって、該２つの電極の一方（１４）は雄ねじ部（１８）を有し、該２つの電極の他方（８）は雌ねじ部（１０）を有し、イオン交換膜（２０）の一方の表面（２２）は、該２つの電極の一方（１４）の雄ねじ部（１８）と面接触し、この電極（１４）とイオン交換膜（２０）により形成される組立体は該２つの電極の他方（８）に属する雌ねじ部（１０）にねじ込んで組み立てられていることを特徴とする基本セル（１）。
2. イオン交換膜（２０）は、該２つの電極（１４、８）の雄ねじ部（１８）及び雌ねじ部（１０）とそれぞれ契合する２つのねじ切りされた表面（２２、２６）を有することを特徴とする請求項１に記載の基本セル（１）。
3. 該２つの電極（８、１４）の雌ねじ部（１０）及び雄ねじ部（１８）並びにイオン交換膜（２０）のねじ切りされた表面（２２、２６）はピッチが同じであることを特徴とする請求項２に記載の基本セル（１）。
4. イオン交換膜（２０）は予め形成されたフィルムであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の基本セル（１）。
5. 該２つの電極の一方（１４）はねじ（１２）上に施されたコーティングからなり、そして該２つの電極の他方（８）は基板（２）内に形成されたナット（４）上に施されたコーティングからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基本セル（１）。
6. ねじ（１２）および基板（２）は、電極（８、１４）に向かって試薬が拡散できる多孔質材料でできていることを特徴とする請求項５に記載の基本セル（１）。
7. ねじ（１２）は、少なくとも１つの試薬を注入できる少なくとも１つの開口部（４４）を有し、
   該開口部（４４）はねじ（１２）のヘッド（２４）に設けられた端部分（４２）からねじ（１２）の内部に伸びた、軸がねじ（１２）の軸と一致した円筒形の、ねじ（１２）の全長にわたって形成された開口部であることを特徴とする請求項５または６に記載の基本セル（１）。
8. 基板（２）は、少なくとも１つの試薬を注入できる少なくとも１つの開口部（４８）を有し、該開口部（４８）は基板（２）の下方表面の端部分（４６）から基板（２）の内部に伸びた、軸がねじ（１２）およびナット（４）の軸と一致する円筒形の開口部であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の基本セル（１）。
9. イオン交換膜（２０）は該ねじ（１２）上に配設された電極（１４）により担持されることと、基板（２）に設けられた各開口部（４８）は、ナット（４）上に配設された電極（８）の雌ねじ部（１０）により少なくとも部分的に画定される空間（５０）に直接つながっており、各試薬は、ナット（４）上に配設された電極（８）の雌ねじ部（１０）とイオン交換膜（２０）の間の螺旋状の接続部の隙間（５１）を通過できることを特徴とする、請求項８に記載の基本セル（１）。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の基本セル（１）を複数備え、該セル（１）が互いに電気的に接続していることを特徴とする燃料電池（１００）。
11. 複数の基本セル（１）は、ナット（４）が行列状に配列されている共通の基板（２）を備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池（１００）。

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