KR20100114550A - 연료 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

간이한 구조이면서, 전극층과 금속층 등의 접촉 압력을 높여, 전지 출력을 향상시킬 수 있는 연료 전지 및 그 제조 방법을 제공한다. 고체 고분자 전해질층(1)과, 이 고체 고분자 전해질층(1)의 양측에 설치된 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)과, 이들 전극층(2, 3)의 더욱 외측에 각각 배치된 제 1 도전층(4) 및 제 2 도전층(5)을 구비하고, 이들 각층(1 ~ 5)을 인서트 성형한 수지 성형체(6)로 일체화되어 있다.

Description

연료 전지 및 그 제조 방법{FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}
본 발명은, 연료 전지를 구성하는 각 층을 수지로 일체화한 연료 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 모바일 기기(휴대 기기) 등에 사용하는 연료 전지로서 유용하다.
근년의 IT 발전에 수반하여, 휴대전화, 노트 PC, 디지털 카메라 등의 모바일 기기의 대부분의 전원으로는, 리튬이온 이차 전지가 사용되고 있다. 그러나 이러한 모바일 기기의 고기능화에 수반하여, 소비 전력이 더욱더 증가하는 경향이 있어, 그 전원용 혹은 충전용으로서 깨끗하고 고효율인 연료 전지가 주목을 받고 있다.
이러한 소형ㆍ경량의 연료 전지로서는, 예를 들면 하기 특허문헌 1과 같이 판상의 고체 고분자 전해질과, 그 일측에 배치된 애노드측 전극판과, 타측에 배치된 캐소드측 전극판과, 애노드측 전극판의 외측에 배치된 애노드측 금속판과, 캐소드측 전극판의 외측에 배치된 캐소드측 금속판을 구비하고, 이들 금속판의 외주부를, 절연재를 개재시켜 코킹(caulking)함으로써 봉지한 것이 알려져 있다. 그러나 금속판의 코킹에 의한 봉지로는 공정이 복잡해지고, 코킹 부분의 두께 제어에도 정밀도를 필요로 하는 문제가 있었다.
그래서 봉지 공정을 간략하게 할 수 있도록, 하기 특허문헌 2에는, 상기와 같은 판상 고체 고분자 전해질과, 전극판과, 금속판을 구비한 연료 전지에 있어서, 에폭시계 수지 등의 봉지 재료를 사용하고, 절연재를 개재시키면서, 양측 금속판의 주연 영역만을 봉지한 것이 제안되고 있다.
또, 하기 특허문헌 3에는, 판상 고체 고분자 전해질과, 그 양측에 설치한 전극판(촉매층 + 도전성 다공질체)을 구비하고, 이들 각 층의 주위를 인서트 성형한 수지틀로 일체화한 연료 전지용 셀 부재가 제안되고 있다. 이 발명에서는, 전기를 외부로 꺼내기 위한 도전 부재(접속 부재 18 등)는 수지의 외측에 배치되고, 적은 면적으로 도전성 다공질체와 접촉하고 있으며, 도전 부재는 수지로 덮여있지 않다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-150008호 특허문헌 2 : 일본 실용신안등록공보 제3115434호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2005－11624호
그렇지만 특허문헌 2의 연료 전지에서는, 양측 금속판의 주연 영역만을 봉지하는 구조이기 때문에, 양측 금속판과 내측 전극판의 접촉면의 압력이 낮아지는 경향이 있고, 이것이 전지 저항이 되어 전지의 출력이 저하되는 등의 문제가 있었다. 또, 만일 제조할 때에 양측 금속판을 가압한 상태에서 주연 영역을 봉지하여도, 서서히 접촉면의 압력이 낮아지는 경향이 있었다. 또한, 금속판끼리의 사이에 절연재를 개재시킬 필요가 있기 때문에, 제조 공정이 복잡해지고, 부재가 많아지는 문제도 있었다.
또, 특허문헌 3의 연료 전지용 셀 부재에서는, 인서트 성형이 되어 있기 때문에 간이한 구조ㆍ제법이 되지만, 수지틀에 의하여 주위만 고착된 구조이기 때문에, 전기를 외부로 효율적으로 꺼내는 것이 곤란하였다. 즉, 전기를 꺼내기 위해서는, 도전성 다공질체에 도전 부재를 접촉시킬 필요가 있는데, 수지틀에 의하여 주위만을 고착시켜, 수지의 외측에 도전 부재를 배치하는 구조에서는, 도전 부재와 전극판을 충분한 압력으로 접촉시키지 못하여, 이것이 전지 저항이 되어 전지의 출력이 저하되는 등의 문제가 있었다.
그래서 본 발명의 목적은, 간이한 구조이면서, 전극층과 금속층 등의 접촉 압력을 높여, 전지 출력을 향상시킬 수 있는 연료 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 다음과 같이 본 발명에 의하여 달성할 수 있다.
즉, 본 발명의 연료 전지는, 고체 고분자 전해질층과, 이 고체 고분자 전해질층의 양측에 설치된 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 이들 전극층의 더욱 외측에 각각 배치된 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 구비하고, 이들 각 층을 인서트 성형한 수지 성형체로 일체화 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지에 따르면, 고체 고분자 전해질층, 전극층 및 도전층이, 이들을 사용하여 인서트 성형한 수지 성형체로 일체화되어 있기 때문에, 수지 성형체로 도전층이 보유되어 전극층과의 접촉 압력을 높일 수 있고, 접촉 저항을 저감시켜 전지 출력을 향상시킬 수 있다. 즉, 각층을 사용하여 인서트 성형한 간이한 구조이면서, 전지 출력이 높은 연료 전지로 할 수 있다. 덧붙여 인서트 성형할 때에, 수지의 주입 압력에 의하여, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이 양측에서 가압되는데, 성형틀의 내면에 설치한 볼록부에서 별도로 가압함으로써, 도전층과 전극층의 접촉 압력을 더욱 높일 수 있다. 발전(發電)할 때에는, 예를 들면 수지 성형체에 설치한 개구나 유로(流路)를 통하여, 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 연료 및 산소 등을 공급하는 것으로, 각각의 전극에서의 반응과 고체 고분자 전해질에서의 이온 전도에 의하여, 발전을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 상기 수지 성형체가, 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지는 것이 바람직하다. 공급되는 기체로는 수소 가스 등의 연료 가스, 공기 등의 산소 함유 가스 등을 들 수 있고, 액체로는 메탄올 등을 들 수 있다.
상기에 있어서, 상기 제 1 도전층은 상기 제 1 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층으로 구성되고, 상기 제 2 도전층은 상기 제 2 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 2 금속층으로 구성되는 것이 바람직하다. 도전층은, 가스 투과성을 가지는 것 등도 사용 가능하지만, 노출부를 가짐으로써, 노출부를 통하여 전극층에 기체 또는 액체를 공급할 수 있다. 또, 금속층을 사용함으로써, 다른 재료에 비하여 큰 전류의 취득이 가능해진다.
그 때, 상기 수지 성형체의 공급부는, 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층의 노출부에 대응하는 위치에 설치된 개구인 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 금속층의 노출부에 대응하는 위치에 수지 성형체의 개구가 설치되기 때문에, 이 개구와 노출부를 통하여 전극층에 기체 또는 액체를 공급할 수 있고, 보다 효율적으로 발전을 수행할 수 있다.
또, 상기 수지 성형체의 개구와 상기 제 1 전극층 또는 제 2 전극층의 사이에는, 다공질층이 개재되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기체 또는 액체의 공급을 가능하게 하면서, 먼지의 부착 등에 의한 전극층의 열화를 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 연료 전지를 단위 셀로 하여, 그 단위 셀의 복수가 상기 수지 성형체로 일체화 되어 있는 것이 바람직하다.
또한 단위 셀의 복수가 동일 면내에 병설되는 것이 바람직하다. 예를 들면 단위 셀끼리 직렬 접속함으로써, 출력 전압을 높일 수 있고, 고출력 전압의 연료 전지를 일체화된 것으로 얻을 수 있다.
또, 상기 복수의 단위 셀의 도전층끼리 전기적으로 접속하는 접속부를 가지고, 그 접속부가 상기 수지 성형체로 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 이 연료 전지에 따르면, 단위 셀끼리 접속부에 의해 전기적으로 접속되고, 인서트 성형에 의해 수지 성형체로 일체화되어 있기 때문에, 단위 셀끼리의 접속을 위한 구조나 공정이 간이하게 되고, 접속부의 신뢰성이나 내구성이 양호한 연료 전지가 된다.
한편, 본 발명의 연료 전지의 제조 방법은, 고체 고분자 전해질층과, 그 양측에 배치되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 그들 외측에 배치되는 제 1 도전층 및 제 2 도전층의 적층물을 성형틀 내에 배치하는 공정과, 그 성형틀 내에 수지를 주입함으로써 상기 적층물을 일체화하는 수지 성형체를 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지의 제조 방법에 따르면, 고체 고분자 전해질층, 전극층 및 도전층의 적층물을 사용하여 인서트 성형한 수지 성형체로 일체화되어 있기 때문에, 수지 성형체로 도전층이 보유되어 전극층과의 접촉 압력을 높일 수 있고, 접촉 저항을 저감시켜 전지 출력을 향상시킬 수 있다. 즉, 각 층을 사용하여 인서트 성형하는 간이한 구조, 제법이면서, 전지 출력이 높은 연료 전지를 얻을 수 있다.
본 발명의 연료 전지의 제조 방법으로서는, 고체 고분자 전해질층과, 그 양측에 배치되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 그들 외측에 배치되어 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층 및 제2 금속층의 적층물을, 성형틀 내에 배치하는 공정과, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층을 양측에서 가압한 상태에서, 그 성형틀 내에 수지를 주입함으로써 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지며, 상기 적층물을 일체화하는 수지 성형체를 성형하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이 제조 방법에 따르면, 제 1 금속층 및 제 2 금속층이 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 노출시키는 노출부를 가지고, 그 적층물을 성형틀 내에 배치하여 수지를 주입하고, 전극층에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지는 수지 성형체를 성형한다. 이 공급부를 통하여 연료 및 산소 등을 전극층에 공급할 수 있고, 각각의 전극에서의 반응과 고체 고분자 전해질에서의 이온 전도에 의하여, 발전을 수행할 수 있다. 그 때, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층을 양측에서 가압한 상태에서, 인서트 성형하고 있기 때문에, 양측 금속층이 전극층에 접촉할 때의 압력이 커지고, 전지 저항이 작아져 전지의 출력이 향상된다.
상기에 있어서, 상기 성형틀을 분할 구조로 하여 분할한 틀 부재의 내면에 볼록부를 설치하고, 그 볼록부를 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층에 압접(壓接)시킨 상태에서, 상기 성형틀 내에 수지를 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우, 틀 부재 내면의 볼록부에 의해서, 제 1 금속층 또는 제 2 금속층을 가압한 상태에서, 수지에 의해 봉지하여 일체화되기 때문에, 양측의 금속층이 전극층에 접촉할 때의 압력이, 보다 확실히 커진다.
또, 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층의 표면에는 복수의 개구가 설치되어 있고, 상기 분할한 틀 부재에는, 상기 개구보다 약간 큰 상면을 가지는 복수의 볼록부를 상기 복수의 개구에 대응하는 위치에 각각 설치한 것이 바람직하다. 이 경우, 틀 부재 내면의 볼록부에 의하여, 금속층 개구의 주위를 가압할 수 있고, 이에 따라 금속층과 전극층의 접촉 압력을 높게 할 수 있다. 또한 동시에 금속층의 노출부를 볼록부로 폐색시킴으로써, 수지에 의한 피복을 방지하고, 노출부로부터 제 1 전극층 또는 제 2 전극층을 노출시킬 수 있다.
또, 상기 적층물을 성형틀 내에 배치하는 공정에서, 상기 적층물을 복수 사용하고, 그들 적층물 각각을 전기적으로 접속한 상태에서 성형틀 내에 병설하는 것이 바람직하다. 이 제조 방법에 의하면, 예를 들면 적층물끼리 직렬 접속함으로써, 출력 전압을 높일 수 있고, 고출력 전압의 연료 전지를 일체화된 것으로 제조할 수 있어, 제조 효율도 높일 수 있다.
또한 상기 적층물의 복수를, 어느 하나의 적층물과 다른 적층물의 도전층끼리 접속부에 의하여 전기적으로 접속한 상태에서 성형틀 내에 배치하는 것이 바람직하다. 이 연료 전지의 제조 방법에 의하면, 단위 셀을 구성하는 적층물의 도전층끼리 접속부에 의해 전기적으로 접속되고, 인서트 성형에 의하여 수지 성형체로 일체화되기 때문에, 단위 셀끼리의 접속을 위한 구조나 공정이 간이하게 되고, 접속부의 신뢰성이나 내구성이 양호한 연료 전지를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연료 전지의 일례를 도시한 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 정면에서 본 단면도, (c)는 저면도.
도 2는 본 발명의 연료 전지의 제조 방법의 일례를 도시한 정면에서 본 단면도.
도 3은 본 발명의 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, (a)는 사시도, (b)는 상면도, (c)는 주요부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 연료 전지의 제조 방법의 다른 예를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 연료 전지의 다른 예를 도시한 정면에서 본 단면도.
도 6은 실시예 1 등에 있어서 연료 전지의 출력 전압의 변화를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 정면에서 본 단면도.
도 8은 본 발명의 연료 전지의 다른 실시 형태를 도시한 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 Ⅰ-Ⅰ 방향에서 본 단면도, (c)는 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 단면도.
[제 1 실시 형태]
본 발명에 관한 연료 전지의 바람직한 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 연료 전지의 일례를 나타내는 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 정면에서 본 단면도, (c)는 저면도이다.
본 발명의 연료 전지는, 도 1에 도시된 것과 같이, 고체 고분자 전해질층(1)과, 이 고체 고분자 전해질층(1)의 양측에 설치된 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)과, 이들 전극층(2, 3)의 더욱 외측에 각각 배치된 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)으로 이루어진 예를 나타낸다.
또한 도전층의 재질로는, 금속, 도전성 고분자, 도전성 고무, 도전성 섬유, 도전성 페이스트, 도전성 도료 등을 들 수 있다.
고체 고분자 전해질층(1)으로는, 종래의 고체 고분자막형의 연료 전지에 사용되는 것이면 어느 것이어도 좋지만, 화학적 안정성 및 도전성 면에서, 초강산인 술폰산기를 가지는 과불화탄소 중합체로 이루어진 양이온 교환막이 적절하게 사용된다. 이러한 양이온 교환막으로는, 나피온(Nafion, 등록상표)이 적절하게 사용된다. 그 외, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지로 이루어진 다공질막에 상기 나피온이나 다른 이온 전도성 물질을 함침시킨 것이나, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지로 이루어진 다공질막이나 부직포에 상기 나피온이나 다른 이온 전도성 물질을 담지시킨 것이어도 좋다.
고체 고분자 전해질층(1)의 두께는, 얇게 할수록 전체의 박형화에 유효한데, 이온 전도 기능, 강도, 핸들링성 등을 고려하면, 10 ~ 300 ㎛가 사용 가능하지만, 25 ~ 50 ㎛가 바람직하다.
전극층(2, 3)은, 고체 고분자 전해질층(1)의 표면 부근에서 애노드측 및 캐소드측의 전극 반응을 일으키게 하는 것이라면 어느 것이어도 좋다. 그 중에서도, 가스 확산층으로서의 기능을 발휘하고, 연료 가스, 연료액, 산화 가스 및 수증기의 공급·배출을 수행하는 동시에, 집전(集電) 기능을 발휘하는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 전극층(2, 3)으로는, 동일 또는 다른 것을 사용할 수 있고, 그 기재(基材)에는 전극 촉매 작용을 가지는 촉매를 담지시키는 것이 바람직하다. 촉매는, 고체 고분자 전해질층(1)과 접하는 내면 측에 적어도 담지시키는 것이 바람직하다.
전극층(2, 3)의 전극 기재로는, 예를 들면, 카본 페이퍼, 카본 섬유 부직포 등의 섬유질 카본, 도전성 고분자 섬유의 집합체 등의 전도성 다공질재를 사용할 수 있다. 또, 고체 고분자 전해질층(1)에 촉매를 직접 부착시키거나 카본 블랙 등의 도전성 입자에 담지시켜 고체 고분자 전해질층(1)에 부착시킨 전극층(2, 3)을 사용하는 것도 가능하다.
일반적으로 전극층(2, 3)은, 이러한 전도성 다공질재에 불소 수지 등의 발수성 물질을 첨가해 제작되는 것으로, 촉매를 담지시키는 경우, 백금 미립자 등의 촉매와 불소 수지 등의 발수성 물질을 혼합하고, 여기에 용매를 혼합하여, 페이스트 상 혹은 잉크 상으로 한 후, 이것을 고체 고분자 전해질막과 대향하여야 할 전극 기재의 편면에 도포하여 형성된다.
일반적으로, 전극층(2, 3)이나 고체 고분자 전해질층(1)은, 연료 전지에 공급되는 환원 가스와 산화 가스에 따른 설계가 이루어진다. 본 발명에서는, 산화 가스로서 공기가 사용됨과 동시에, 환원 가스로서 수소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 환원 가스 대신에 메탄올 등의 연료액을 사용하는 것도 가능하다.
예를 들면, 수소 가스와 공기를 사용하는 경우, 공기가 자연 공급되는 측인 캐소드측의 제 2 전극층(3, 본 명세서에서는 애노드측을 제 1 전극층, 캐소드측을 제 2 전극층으로 가정한다.)에서는, 산소와 수소 이온의 반응이 일어나 물이 생성되기 때문에, 이러한 전극 반응에 따른 설계를 하는 것이 바람직하다. 특히, 낮은 작동 온도, 높은 전류 밀도 및 높은 가스 이용률의 운전 조건에서는, 특히 물이 생성되는 공기극(空氣極)에 있어서 수증기의 응축에 의한 전극 다공체의 플러딩(flooding) 현상이 일어나기 쉽다. 따라서 장기에 걸쳐 연료 전지의 안정적인 특성을 얻기 위해서는, 플러딩 현상이 일어나지 않도록 전극의 발수성을 확보하는 것이 유효하다.
촉매로는, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 은, 니켈, 철, 구리, 코발트 및 몰리브덴에서 선택되는 적어도 1종의 금속, 또는 그 산화물을 사용할 수 있으며, 이런 촉매를 카본 블랙 등에 미리 담지시킨 것도 사용할 수 있다.
전극층(2, 3)의 두께는 얇게 할수록 전체의 박형화에 유효하지만, 전극 반응, 강도, 핸들링성 등을 고려하면, 1 ~ 500 ㎛가 바람직하고, 100 ~ 300 ㎛가 보다 바람직하다. 전극층(2, 3)과 고체 고분자 전해질층(1)은, 미리 접착, 융착 또는 도포 형성 등을 수행하여 적층 일체화 해두어도 좋지만, 단순히 적층 배치되어 있는 것만으로도 좋다. 이와 같은 적층체는, 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly ： MEA)로서 입수할 수도 있어, 이것을 사용해도 좋다.
본 발명에서는, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)의 외형이 고체 고분자 전해질층(1)의 외형보다 작은 것이어도 좋지만, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)의 외형과 고체 고분자 전해질층(1)의 외형이 같은 것이 바람직하다. 전극층의 외형과 고체 고분자 전해질층의 외형이 같다면, 전극판과 고체 고분자 전해질의 적층체를 펀칭하여 고체 고분자 전해질·전극·접합체를 제조할 수 있어 양산 효과에 의해 해당 접합체의 코스트를 저감할 수 있다. 또, 전극층의 외주보다 금속층의 외주가 내측에 형성되어 있어서, 전극층의 외주 및 고체 고분자 전해질층의 외주를 보다 확실히 봉지할 수 있다.
애노드측 전극층(2)의 표면에는 애노드측 제 1 금속층(4)이 배치되고, 캐소드측 전극층(3)의 표면에는 캐소드측의 제 2 금속층(5)이 배치된다(본 명세서에서는, 애노드측을 제 1 금속층, 캐소드측을 제2 금속층이라고 가정한다). 제 1 금속층(4)은, 제 1 전극층(2)을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지지만, 본 실시 형태에서는, 애노드측 금속층(4)에는 연료 가스 등을 공급하기 위한 개구(4a)가 설치되어 있는 예를 나타낸다.
제 1 금속층(4)의 노출부는, 애노드측 전극층(2)이 노출 가능하다면, 그 개수, 형상, 크기, 형성 위치 등은 어느 것이어도 좋다. 애노드측 금속층(4)의 개구(4a)는, 예를 들면 규칙적 또는 랜덤으로 복수의 원형 구멍이나 슬릿 등을 설치하거나, 또는 금속 메시에 의해서 개구(4a)를 설치하거나, 제 1 금속층(4)을 반원형 전극과 같은 형상으로 하여 애노드측 전극층(2)을 노출시켜도 좋다. 개구(4a) 부분의 면적이 차지하는 비율(개구율)은, 전극과의 접촉 면적과 가스의 공급 면적의 밸런스 등의 관점에서, 10 ~ 50 %가 바람직하고, 15 ~ 30 %가 보다 바람직하다.
또, 캐소드측의 제 2 금속층(5)은, 제 2 전극층(3)을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지지만, 본 실시 형태에서는, 캐소드측 금속층(5)에 공기 중의 산소를 공급(자연 흡기)하기 위한 다수의 개구(5a)가 설치되어 있는 예를 나타낸다. 개구(5a)는, 캐소드측 전극층(3)이 노출 가능하다면, 그 개수, 형상, 크기, 형성 위치 등은 어느 것이어도 좋다. 캐소드측 금속층(5)의 개구(5a)는, 예를 들면, 규칙적 또는 랜덤으로 복수의 원형 구멍이나 슬릿 등을 설치하거나, 또는 금속 메시에 의하여 개구(5a)를 설치하거나, 제 2 금속층(5)을 반원형 전극과 같은 형상으로 하여 캐소드측 전극층(3)을 노출시켜도 좋다. 개구(5a) 부분의 면적이 차지하는 비율(개구율)은, 전극과의 접촉 면적과 가스의 공급 면적의 밸런스 등의 관점에서, 10 ~ 50 %가 바람직하고, 15 ~ 30 %가 보다 바람직하다.
금속층(4, 5)으로는, 전극 반응에 악영향이 없는 것이라면 어떤 금속도 사용할 수 있고, 예를 들면 스테인리스 판, 니켈, 구리, 구리 합금 등을 들 수 있다. 단, 도전성, 코스트, 형상 부여성, 가압을 위한 강도 등의 관점에서, 구리, 구리 합금, 스테인리스 판 등이 바람직하다. 또, 상기의 금속에 금도금 등의 금속 도금을 실시한 것이라도 좋다.
또한, 금속층(4, 5)의 두께는, 얇게 할수록 전체의 박형화에 유효하지만, 도전성, 코스트, 중량, 형상 부여성, 가압을 위한 강도 등을 고려하면, 10 ~ 1000 ㎛가 바람직하고, 50 ~ 200 ㎛가 보다 바람직하다.
본 발명에서는 전극층(2, 3)과 금속층(4, 5)을 양호하게 수지로 일체화하는 관점에서, 제 1 전극층(2)의 외주보다 제 1 금속층(4)의 외주가 내측에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 제 2 전극층(3)의 외주보다 제 2 금속층(5)의 외주가 내측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 아울러, 제 1 전극층(2)의 외주보다 제 1 금속층(4)의 외주가 외측에 형성되고 있어도 좋고, 제 2 전극층(3)의 외주보다 제 2 금속층(5)의 외주가 외측에 형성되어 있어도 좋다.
금속층(4) 및 금속층(5)은, 적어도 일부가 수지로부터 노출됨으로써, 그 부분을 전극으로 하여 전기를 외부로 꺼낼 수 있다. 이를 위해서, 수지 성형체(6)에 대하여, 금속층(4) 및 금속층(5)을 일부 노출시킨 단자부를 설치해도 좋지만, 본 발명에서는, 금속층(4) 및 금속층(5)이, 단위 셀의 전극이 되는 돌출부(4b, 5b)를 구비하고, 이것이 수지 성형체(6)로부터 외부로 나와 있는 것이 바람직하다. 이 돌출부(4b, 5b)는, 인서트 성형을 수행할 때에, 금속층(4, 5) 등 (적층물 L)을 성형틀 내에 보유하기 위해서도 이용될 수 있다.
금속층(4) 및 금속층(5)의 형성이나 개구(5a, 4a)의 형성은, 프레스 가공(프레스 블랭킹 가공)을 이용하여 수행할 수 있다. 또, 금속층(4) 및 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)에는, 수지의 유동이나 밀착성을 양호하게 하는 목적으로, 인서트 성형되는 부분에 관통공을 설치해도 좋다. 아울러, 접속이나 고정을 양호하게 수행하기 위해서, 돌출부(4b, 5b)의 노출된 부분에 관통공을 설치해도 좋다.
본 발명의 연료 전지는, 도 1에 도시한 것처럼, 이상과 같은 각 층(1 ~ 5)을 인서트 성형한 수지 성형체(6)로 일체화되어 있다. 본 발명에서는, 제 1 도전층 및/또는 제 2 도전층의 전면(全面) 또는 대략 전면을 수지 성형체(6)로 덮는 것이 바람직하고, 제 1 도전층 및 제 2 도전층의 전면 또는 대략 전면을 수지 성형체(6)로 덮는 것이 더욱 바람직하다. 그 경우, 후술하는 것처럼, 수지 성형체(6)는 부분적으로 예비 성형체를 포함하는 것이어도 좋다. 수지 성형체(6)는, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지는 것이 바람직하고, 이 공급부는, 제 1 금속층(4) 또는 제 2 금속층(5)의 노출부에 대응하는 위치에 설치된 개구(6a)인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 상기 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)이 개구(6a)로부터 노출되도록, 상기 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 수지 성형체(6)에 의해 인서트 성형하여 일체화되어 있는 예를 나타낸다.
본 발명에서는, 금속층(4, 5)의 노출부에 상당하는 개구(4a, 5a)의 크기가 수지 성형체(6)의 개구(6a)의 크기보다 커도 좋고, 같은 크기여도 좋고, 작아도 좋다. 다만, 제 1 금속층(4) 및/또는 제 2 금속층(5)의 노출부의 크기와 개구(6a)의 크기가 거의 같아지도록, 수지 성형체(6)가 성형되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로 각각의 개구(6a)의 면적은, 각각의 노출부 면적의 60 ~ 150 %가 바람직하고, 80 ~ 130 %가 더욱 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 금속층(4, 5)의 노출부에 상당하는 개구(4a, 5a)의 크기가, 수지 성형체(6)의 개구(6a)의 크기보다 작은 경우의 예를 나타낸다. 이에 따라 금속층(4, 5)의 개구(4a, 5a) 주위에 대하여, 수지 성형체(6)의 개구(6a)에 상당하는 부분을 이용하여, 성형 시에 가압할 수 있다(도 2(c) 참조).
수지 성형체(6)의 재질로는, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 내열성 수지 등을 들 수 있지만, 열가소성 수지, 열경화성 수지가 바람직하다. 또한, 열가소성 수지로는 폴리카보네이트 수지, ABS 수지, 액정 폴리머, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴 수지, 불소 수지, 폴리에스테르, 폴리아미드 등을 들 수 있다. 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지 또는 열경화성 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 성형틀 내에서의 수지의 유동성, 강도, 용융 온도 등의 관점에서 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴 수지가 바람직하고, 이것들은 애플리케이션에 따라 선택하는 것이 가능하다.
수지 성형체(6)로는, 열가소성 엘라스토머나 고무 등의 수지 엘라스토머를 사용하는 것도 가능하다. 그 경우, 다른 재료에도 가요성이 있는 것을 사용함으로써, 연료 전지 전체를 가요성으로 하는 것이 가능하다.
수지 성형체(6)의 전체 두께로는, 수지에 의한 일체화의 강도나 금속층을 가압하는 압력, 박형화 등의 관점에서, 0.3 ~ 4 ㎜가 바람직하고 0.5 ~ 2 ㎜가 더욱 바람직하다. 특히, 금속층을 덮는 부분의 수지 성형체(6)의 두께로는, 금속층을 가압하는 압력의 관점에서, 0.2 ~ 1.5 ㎜가 바람직하고, 0.3 ~ 1.0 ㎜가 더욱 바람직하다.
수지 성형체(6)의 외형 면적으로는, 수지에 의한 일체화의 강도나 금속층을 가압하는 압력의 관점에서, 고체 고분자 전해질층(1)의 외형 면적의 101 ~ 200 %가 바람직하고, 150 ~ 180 %가 더욱 바람직하다.
본 발명의 연료 전지는, 다음과 같이 하여 연료 등을 공급하여 발전시킬 수 있다. 예를 들면 캐소드측은, 그대로 대기에 개방해 두고, 애노드측에 설치한 공간에 수소 가스 등의 연료를 공급하거나, 애노드측에 설치한 공간 내에서 수소 가스 등의 연료를 발생시킴으로써 발전을 수행할 수 있다. 또, 애노드측 및/또는 캐소드측에 대하여, 유로를 형성하기 위한 유로 형성 부재를 설치하고, 그 유로에 산소 함유 가스나 연료를 공급하는 것도 가능하다. 유로 형성 부재로는, 예를 들면 유로홈(流路構)과 공급구와 배출구를 설치한 판상체나, 스택형 연료 전지의 세퍼레이터와 유사한 구조인 것을 사용할 수 있다. 후자를 사용하면 스택형 연료 전지를 구성할 수 있다.
이상과 같은 연료 전지는, 예를 들면 본 발명의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 연료 전지의 제조 방법은, 도 2(a) ~ (d)에 도시한 것과 같이, 고체 고분자 전해질층(1)과, 그 양측에 배치되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 그들 외측에 배치되는 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치하는 공정을 포함한다. 본 실시 형태에서는, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 부분적으로 노출시키는 노출부(예를 들면 개구(4a, 5a))를 가지는 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)이며, 그 노출부가 성형틀(10)의 볼록부(11a, 12a)에 의해 폐색된 상태로 성형틀(10) 내에 배치되는 예를 도시한다.
또, 본 발명의 연료 전지의 제조 방법은, 상기의 성형틀(10) 내에 수지를 주입함으로써, 적층물(L)을 일체화하는 수지 성형체(6)를 성형하는 공정을 포함한다. 본 실시 형태에서는, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 그 성형틀(10) 내에 수지를 주입함으로써, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지며, 적층물(L)을 일체화하는 수지 성형체(6)를 성형하는 공정을 포함한 예를 도시한다. 즉, 상기 공급부에 상당하는 개구(6a)를 제외하고, 적층물(L)의 거의 전체를 수지 성형체(6)로 덮는 예를 도시한다.
우선, 예를 들면, 도 2(a)에 도시한 것과 같이, 저면에 볼록부(11a)를 가지는 하금형(11)을 준비한다. 본 실시 형태에서는, 성형틀(10)을 분할 구조로 해 분할한 틀 부재의 내면에 볼록부(11a, 12a)를 설치하고, 그 볼록부(11a, 12a)를 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)에 압접시킨 경우의 예를 도시한다. 볼록부(11a)는, 적층물(L) 하측의 제 1 금속층(4)의 개구(4a)를 폐색시키는 크기의 상면을 가지고, 각각의 개구(4a)에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 하금형(11)은, 저면 주위에 측벽을 가지고 있고, 측벽 내면을 따라 상금형(12)을 삽입할 수 있다.
하금형(11, 또는 상금형(12))에는 수지 주입구(11b)가 설치되어 있는데, 주입구(11b)는 복수 설치해도 좋다. 또, 성형 시의 수지의 흐름을 양호하게 하기 위해서, 수지의 소배출구를 1군데 이상 설치해도 좋다.
아울러, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)를, 성형 후에 수지 성형체(6)로부터 노출시키기 위해서, 하금형(11)의 측벽은 분할 구조로 되어 있다(도시 생략). 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치할 때에, 하금형(11)의 측벽에 설치한 직사각형의 절결부(切欠部)에 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)의 위치가 결정되고, 그 돌출부(4b, 5b)를 틀 부재가 누르는 구조로 되어 있다. 이에 의해, 돌출부(4b, 5b)를 수지 성형체(6)로부터 노출시킬 수 있다.
이어서, 예를 들면 도 2(b)에 도시한 것과 같이, 적층물(L)을 하금형(11)의 저면에 배치한다. 그 때, 저면 볼록부(11a)의 상면이, 제 1 금속층(4)의 개구(4a)를 폐색 가능한 위치에 배치된다. 적층물(L)을 배치할 때에는, 각 층의 일부 또는 전부가 일체화되어 있어도 좋고, 일체화되어 있지 않아도 좋다. 또, 일부가 일체화되어 있지 않은 경우, 각 층을 따로 따로 배치해도, 동시에 배치해도 좋다. 배치하는 적층물(L)의 구성은, 전술한 대로이지만, 배치를 수행할 때에, 최종적인 수지 성형체(6) 형상의 일부를 미리 성형한 예비 성형체를 사용하여, 이 예비 성형체를 적층물(L)과 함께 성형틀(10) 내에 배치하는 것도 가능하다(예를 들면 도 4 참조).
이어서, 예를 들면 도 2(c)에 도시한 것과 같이, 하금형(11) 측벽의 내면을 따라서 상금형(12)을 삽입하는데, 상금형(12)의 하면에는 볼록부(12a)가 설치되어 있다. 이 볼록부(12a)는, 적층물(L) 상측의 제 2 금속층(5)의 개구(5a)를 폐색시키는 크기의 상면을 가지고, 각각의 개구(5a)에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 그리고 하금형(11)의 볼록부(11a)와 상금형(12)의 볼록부(12a)로 금속층(4, 5)을 가압한 상태에서, 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치한다. 그 때, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)가 성형틀(10)의 내부 공간에서 외측으로 배치되도록 하여도 좋다.
그 상태에서, 성형틀(10) 내에 수지(「수지」에는 수지의 원료액이나 미경화물을 포함한다)를 주입하지만, 노출부(예를 들면 개구(4a, 5a))가 볼록부(11a)와 볼록부(12a)에 의해 폐색되어 있기 때문에, 도 2(d)에 도시한 것과 같이, 얻어진 성형체에서는 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)이 개구(6a)로부터 노출된다. 또, 수지의 주입에 의하여, 고체 고분자 전해질층(1), 전극층(2, 3), 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을, 인서트 형성에 의해 일체화할 수 있다.
[제 2 실시 형태]
본 발명에 관한 연료 전지의 별도의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 8은, 본 발명의 연료 전지의 일례를 도시한 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 그 Ⅰ-Ⅰ 방향에서 본 단면도, (c)는 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 단면도이다.
본 발명의 연료 전지는, 도 8에 도시한 것과 같이 복수의 단위 셀(C)을 구비하고, 어느 한 쪽의 단위 셀(C1)과 다른 단위 셀(C2)의 도전층끼리 접속부에 의해 전기적으로 접속하고 있다. 이 실시 형태에서는, 단위 셀(C1)의 제 1 도전층(제 1 금속층(4))과 단위 셀(C2)의 제 2 도전층(제 2 금속층(5))을 전기적으로 접속(직렬 접속)하는 예를 도시하지만, 본 발명에서는, 어느 한 쪽의 단위 셀(C1)과 다른 단위 셀(C2)의 도전층 끼리를, 병렬 접속하는 것도 가능하다. 그 경우, 어느 한 쪽의 단위 셀(C1)과 다른 단위 셀(C2)의 제 1 도전층끼리 및 제 2 도전층끼리 전기적으로 접속된다. 물론, 병렬 접속과 직렬 접속을 조합하는 것도 가능하다.
또한, 접속하는 단위 셀(C)의 수로는, 요구되는 전압 또는 전류에 대응하여 설정하는 것이 가능하며, 이 실시 형태에서는 2개의 단위 셀(C)을 접속하는 예를 도시한다.
본 발명에 있어서 각각의 단위 셀(C)은, 고체 고분자 전해질층(1)과, 이 고체 고분자 전해질층(1)의 양측에 설치된 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)과, 이들 전극층(2, 3)의 더욱 외측에 각각 배치된 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 갖는다. 이 실시 형태에서는, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)으로 구성되는 예를 도시한다. 이하, 제 1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서 서술하지만, 다른 부분은 전술한 제 1 실시 형태와 동일하다.
본 발명의 연료 전지는, 도 8에 도시한 것과 같이 어느 한 쪽의 단위 셀(C)과 다른 단위 셀(C)의 도전층 끼리 전기적으로 접속하는 접속부(J)를 구비하고 있는데, 직렬 접속의 경우, 어느 한 쪽의 단위 셀(C)의 제 1 도전층과 다른 단위 셀(C)의 제 2 도전층이 전기적으로 접속된다. 이 실시 형태에서는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀(C)의 한 쪽 제 1 도전층(금속층(4))과, 다른 쪽 제 2 도전층(금속층(5))과, 접속부(J)가, 연속하는 금속판으로 이루어진 금속층으로 형성되어 있는 예를 도시한다.
이 실시 형태에서는 접속부(J)가 중앙에 단차부를 가지는 직사각형으로 되어 있지만, 접속부(J)의 형상은 어느 것이어도 좋고, 또, 부분적으로 수지 성형체(6)의 외부에 돌출하는 형상이어도 좋다. 인서트 형성할 때, 성형틀 내에 적층물의 위치를 고정할 필요가 있어, 위치를 고정할 때에는 접속부(J)가 부분적으로 수지 성형체(6)의 외부에 돌출하는 형상인 것이 바람직하다.
접속부(J)는, 서로 이웃하는 단위 셀(C) 끼리를 직렬로 접속하는 것으로, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)이 일체화된 금속판으로 되어 있다. 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 독립하여 배치하는 대신에, 이 금속판을 사용함으로써 이들을 성형틀 내에 배치하는 것만으로, 단위 셀(C)이 직렬로 접속된 연료 전지를 제조할 수 있다.
금속판은, 도 8(c)에 도시한 것과 같이, 상호 평행한 면내에 인접하여 배치된 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)이, 같은 면내에서 외측으로 각각 연장되어 설치되고, 단차부에 의해서 연결 일체화되어 있다. 이와 같은 단차부는, 금속판을 판금 가공하여 제작할 수 있다.
본 발명의 연료 전지는, 도 8에 도시된 것과 같이, 이상과 같은 단위 셀(C) 및 접속부(J)를 인서트 성형에 의해 일체화한 수지 성형체(6)를 구비하고 있다. 수지 성형체(6)는, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지는 것이 바람직하고, 이 공급부는, 제 1 금속층(4) 또는 제 2 금속층(5)의 노출부에 대응하는 위치에 설치된 개구(6a)인 것이 바람직하다.
이상과 같은 연료 전지는, 예를 들면 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 연료 전지 제조 방법은, 도 2(a) ~ (d)에 도시한 것과 같이 고체 고분자 전해질층(1), 그 양측에 배치되는 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3), 또 그들 외측에 배치되는 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 포함하는 적층물(L)의 복수를, 어느 하나의 적층물(L)과 다른 적층물(L)의 도전층 끼리를 접속부(J)에 의하여 전기적으로 접속한 상태에서 성형틀(10) 내에 배치하는 공정을 포함한다. 직렬 접속의 경우, 서로 이웃하는 적층물(L)의 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층이 접속되고, 병렬 접속의 경우, 서로 이웃하는 적층물(L)의 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 1 도전층이 접속되는 동시에, 한 쪽의 제 2 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층이 접속된다.
이 실시 형태에서는, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 부분적으로 노출시키는 노출부(예를 들면 개구(4a, 5a))를 가지는 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)이며, 그 노출부가 성형틀(10)의 볼록부(11a, 12a)에 의해 폐색된 상태로 성형틀(10) 내에 배치되는 예를 도시한다.
단위 셀(C)을 구성하는 적층물(L)은, 그 복수를 동일 면내에 병설하여도 좋고, 또는 L자형의 2변, 정사각형 또는 직사각형의 2변 ~ 4변, 삼각형의 2변 ~ 3변 등의 각 변에 배치하여도 좋다. 이 실시 형태에서는, 2개의 적층물(L)을 동일 면내에 병설하는 예를 도시한다.
또, 본 발명의 연료 전지의 제조 방법은, 상기의 성형틀(10) 내에 수지를 주입함으로써, 적층물(L) 및 상기 접속부(J)를 일체화하는 수지 성형체(6)를 성형하는 공정을 포함한다. 이 실시 형태에서는, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 그 성형틀(10) 내에 수지를 주입함으로써, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지며, 적층물(L)을 일체화하는 수지 성형체(6)를 성형하는 공정을 포함하는 예를 도시한다. 즉, 상기 공급부에 상당하는 개구(6a)를 제외하고, 적층물(L)의 거의 전체를 수지 성형체(6)로 덮는 예를 도시한다.
우선, 예를 들면 도 2(a)에 도시한 것과 같이, 각각의 단위 셀(C) 형성 영역의 저면에 볼록부(11a)를 가지는 하금형(11)을 준비한다. 이 실시 형태에서는, 성형틀(10)을 분할 구조로 하여 분할한 틀 부재의 내면에 볼록부(11a, 12a)를 설치하고, 그 볼록부(11a, 12a)를 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)에 압접시키는 경우의 예를 도시한다. 볼록부(11a)는 적층물(L) 하측의 제 1 금속층(4)의 개구(4a)를 폐색시키는 크기의 상면을 가지고, 각각의 개구(4a)에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 하금형(11)은 저면 주위에 측벽을 가지고 있고, 측벽 내면을 따라 상금형(12)을 삽입할 수 있다.
하금형(11, 또는 상금형(12))에는, 수지 주입구(11b)가 설치되어 있는데, 주입구(11b)는 복수 설치해도 좋다. 또, 성형 시의 수지의 흐름을 양호하게 하기 위해서, 수지의 소배출구를 1군데 이상 설치해도 좋다.
아울러, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)를, 성형 후에 수지 성형체(6)로부터 노출시키기 위해서, 하금형(11)의 측벽은 분할 구조로 되어 있다(도시 생략). 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치할 때에, 하금형(11)의 측벽에 설치한 직사각형의 절결부에, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)의 위치가 결정 되고, 그 돌출부(4b, 5b)를 틀 부재가 누르는 구조로 되어 있다. 이에 의해, 돌출부(4b, 5b)를 수지 성형체(6)로부터 노출시킬 수 있다.
이어서, 예를 들면 도 2(b)에 도시한 것과 같이, 적층물(L)의 복수를 하금형(11)의 저면에 배치한다. 그 때, 각각의 단위 셀(C) 형성 영역의 저면에 형성된 돌출부(11a)의 상면이, 각각의 적층물(L)의 제 1 금속층(4)의 개구(4a)를 폐색 가능한 위치에 배치된다.
본 발명에서는 서로 이웃하는 적층물(L)의 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층을 접속부(J)에 의하여 전기적으로 접속한 상태에서 성형틀(10) 내에 배치한다. 이 실시 형태에서는, 서로 이웃하는 적층물(L)의 한 쪽의 제 1 도전층(금속층(4))과, 다른 쪽의 제 2 도전층(금속층(5))과, 접속부(J)가, 연속하는 금속판으로 이루어진 금속층으로 형성되어 있는 예를 도시한다.
적층물(L)을 배치할 때에는, 각 층의 일부 또는 전부가 일체화되어 있어도 좋고, 일체화되어 있지 않아도 좋다. 또, 일부가 일체화되어 있지 않은 경우, 각 층을 따로 따로 배치해도, 동시에 배치해도 좋다. 배치하는 적층물(L)의 구성은, 전술한 대로이지만, 배치를 수행할 때에, 최종적인 수지 성형체(6) 형상의 일부를 미리 성형한 예비 성형체를 사용하여, 이 예비 성형체를 적층물(L)과 함께 성형틀(10) 내에 배치하는 것도 가능하다(예를 들면 도 4 참조).
이어서, 예를 들면 도 2(c)에 도시한 것과 같이, 하금형(11) 측벽의 내면을 따라서 상금형(12)을 삽입하는데, 상금형(12)의 각각의 단위 셀(C)을 형성하는 영역의 하면에는 볼록부(12a)가 설치되어 있다. 이 볼록부(12a)는, 적층물(L) 상측의 제 2 금속층(5)의 개구(5a)를 폐색시키는 크기의 상면을 가지고, 각각의 개구(5a)에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 그리고, 하금형(11)의 볼록부(11a)와 상금형(12)의 볼록부(12a)로, 금속층(4, 5)을 가압한 상태에서, 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치한다. 그 때, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)의 돌출부(4b, 5b)가 성형틀(10)의 내부 공간에서 외측으로 배치되도록 하여도 좋다.
그 상태에서, 성형틀(10) 내에 수지(「수지」에는 수지의 원료액이나 미경화물을 포함한다)를 주입하는데, 노출부(예를 들면 개구(4a, 5a))가 볼록부(11a)와 볼록부(12a)에 의해 폐색되어 있기 때문에, 도 2(d)에 도시한 것과 같이, 얻어진 성형체에는 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)이 개구(6a)로부터 노출된다. 또, 수지의 주입의 의하여, 고체 고분자 전해질층(1), 전극층(2, 3), 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 포함하는 적층물(L)의 복수를, 인서트 형성에 의해 일체화할 수 있다.
이 실시 형태에서는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀(C)의 한 쪽의 제 1 도전층과, 다른 쪽의 제 2 도전층과, 상기 접속부가, 연속하는 금속판으로 이루어진 금속층으로 형성되어 있는 예를 도시하지만, 본 발명에 있어서 접속부는, 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층을 전기적으로 접속할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이어도 좋다.
예를 들면 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층을, 별개의 부재로 전기적으로 접속하는 것도 가능하다. 예를 들면, 금속 와이어 등의 부재를 사용하여 땜납 접속하는 것도 가능하다. 또, 접속부를 구성하는 부재와 도전층은, 기계적으로 접촉함으로써 전기적으로 접속되어 있어도 좋다. 예를 들면 금속판 등의 부재를 사용하여 도전층과 접속시키고, 수지 성형체에 의하여 일체화시킴으로써, 한 쪽의 제 1 도전층과 다른 쪽의 제 2 도전층을 전기적으로 접속시키는 것도 가능하다.
이 실시 형태에서는, 복수의 단위 셀(C)이 동일한 면내에 배치되는 예를 도시하지만, 각각의 단위 셀은 입체적으로 배치하는 것도 가능하다. 예를 들면 각각의 단위 셀을, L자형의 2변, 정사각형 또는 직사각형의 2변 ~ 4변, 삼각형의 2변 ~ 3변 등의 각 변에 배치하여도 좋다.
이와 같이 각각의 단위 셀을 입체적으로 배치하는 경우, 인서트 형성 시에 입체적으로 성형하는 방법과, 가요성의 재료를 사용하여 인서트 형성 시에는 평면적으로 성형한 후, 이것을 입체적으로 변형시키는 방법이 있다.
전자의 경우에는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀의 한 쪽의 제 1 도전층과, 다른 쪽의 제 2 도전층과, 상기 접속부가 연속하는 금속판이, 서로 이웃하는 상기 단위 셀의 각도에 대응하여 굴절되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 정사각형(4각 기둥)의 4변에 단위 셀을 배치하는 경우, 상기 금속판은 약 90℃ 각도로 굴절된다.
이와 같은 금속판을 사용하여, 단위 셀을 구성하는 적층물을 4각 기둥의 캐비티(공동, 空洞)를 가지는 성형틀(10) 내의 4변에 각각 배치하고, 각각을 전기적으로 접속한 상태에서 인서트 형성하는 방법에 의하여, 4각 기둥의 4변에 단위 셀이 배치된 연료 전지를 제조할 수 있다.
［별도 실시 형태］
(1) 제 2 실시 형태에서는, 수지 성형체 내에 2개의 단위 셀을 포함하고, 접속부가 수지 성형체의 외부로 돌출하지 않은 연료 전지의 예를 도시했지만, 본 발명에서는, 도 3(a) ~ (c)에 도시한 것과 같이 수지 성형체 내에 3개 이상의 단위 셀을 포함하는 것이어도 좋다. 이 실시 형태에서는, 제 1 금속층(4)과 제 2 금속층(5)과 접속부(J)가 연속하고, 부분적으로 수지 성형체의 외부로 돌출하는 금속판을 사용하여 4개의 단위 셀(C1 ~ C4)을 접속한 예를 도시한다.
각 단위 셀(C1 ~ C4)의 구성은 기본적으로는 전술한 대로이지만, 금속층의 돌출부(4b, 5b)와, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 일체화한 금속판이 상위하다. 이 실시 형태에서는 각 단위 셀(C1 ~ C4)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 금속층의 돌출부(4b, 5b)는 단위 셀(C1)과 단위 셀(C4)에만 설치되어 있다. 즉, 단위 셀(C1)의 제 1 금속층(4)의 돌출부(4b)와, 단위 셀(C4)의 제 2 금속층(5)의 돌출부(5b)만이 존재한다. 금속층의 돌출부(4b, 5b)의 필요성이나 형상 등은 전술한 대로이다.
제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 접속부(J)를 통해 일체화한 금속판은, 서로 이웃하는 단위 셀(C) 끼리를 직렬로 접속하기 위한 부재이다. 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 독립하여 배치하는 대신에 이 금속판을 사용함으로써, 이것을 성형틀(10) 내에 배치하는 것만으로, 단위 셀(C1 ~ C4)이 직렬로 접속된 연료 전지를 제조할 수 있다.
금속판은, 도 3(c)에 도시한 것과 같이, 서로 평행한 면내에 인접해서 배치된 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)이, 동일 면내에서 외측으로 각각 연장되어 설치된 연출부(延出部, 4j, 5j)를 가지고 있어, 연출부(4j, 5j)를 단차부(4s)에 의해서 연결 일체화하고 있다. 이러한 단차부는, 금속판을 판금 가공함으로써 제작할 수 있다. 또, 병렬 접속을 수행하는 경우, 예를 들면 동일 면내에 인접하여 배치된 제 1 금속층(4) 끼리(또는 제 2 금속층(5) 끼리), 연장 설치된 연출부에 의하여 연결 일체화된 금속판을 사용할 수 있다.
(2) 앞의 실시 형태에서는 예비 성형체를 사용하지 않고, 상하 성형틀의 볼록부에 의하여 개구를 형성하는 예를 도시하였지만, 본 발명에서는 도 4에 도시한 것과 같이, 미리 개구(6a)를 형성한 예비 성형체(7)를 사용하고, 한 쪽 성형틀(12)만의 볼록부(12a)에 의하여 개구(6a)를 형성하도록 하여도 좋다. 이와 같은 예비 성형체(7)를 사용함으로써, 적층물(L)을 성형틀(10) 내에 배치할 때의 위치 결정을 용이하게 하고, 수지 성형체(6)의 개구(6a)의 형성을 용이하게 할 수 있다. 아울러, 예비 성형체(7)를 사용하는 경우, 이에 의해 한 쪽의 금속층이 가압되고, 다른 쪽의 금속층은 성형틀의 볼록부에 의하여 가압된다.
우선, 도 4(a)에 도시한 것과 같이 예비 성형체(7)를 미리 성형한다. 예비 성형체(7)는, 수지 성형체(6)의 개구(6a)에 상당하는 개구(7a)를 가지고 있다. 즉, 이 개구(7a)는, 나중에 수지 성형 시에 유지된다. 예비 성형체(7)의 외형은 특별히 한정되지 않지만, 인서트 형성 후의 수지 성형체(6)보다 작고, 고체 고분자 전해질층(1)보다 약간 큰 정도면 좋다.
또, 예비 성형체(7)는, 제 1 금속층(4)의 위치를 결정하기 위한 단차부(7b) 또는 전극층(2, 3) 및 고체 고분자 전해질층(1)의 위치를 결정하기 위한 단차부(7c)를 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 2 금속층(5)의 돌출부(5b)를 지지하기 위한 지지부(7d)를 가지는 것이 바람직하다.
이어서, 도 4(b)에 도시한 것과 같이 예비 성형체(7)를 성형틀(도시 생략) 내에 배치하고, 더욱 제 1 금속층(4)을 단차부(7b)를 따라 위치를 결정하여 배치한다. 이 때, 제 1 금속층(4)의 개구(4a)의 위치는, 예비 성형체(7)의 개구(7a)의 위치와 대략 일치한다.
이어서, 도 4(c) ~ (e)에 도시한 것과 같이 예비 성형체(7)의 단차부(7c)를 따라 제 1 전극층(2), 고체 고분자 전해질층(1) 및 제 2 전극층(3)을, 순차적으로 위치를 결정하여 배치한다. 그 때, 미리 이들이 적층 일체화된 것을 위치 결정하여 배치하여도 좋다. 이 때, 단차부(7c)의 크기에 조금 여유를 둠으로써, 나중에 수지를 주입하였을 때에, 전극층(2, 3)의 외주 및 상기 고체 고분자 전해질층(1)의 외주를 봉지할 수 있다.
이어서, 도 4(f)에 도시한 것과 같이 제 2 금속층(5)을 적층 배치한다. 이 때, 제 2 금속층(5)의 돌출부(5b)는 지지부(7d)에 의해서 지지되고, 또, 제 2 금속층(5)의 개구(5a)가, 상금형(12)의 하면에 설치된 볼록부(12a)의 위치와 대략 일치하도록 배치된다.
이어서, 도 4(g)에 도시한 것과 같이 세트 후의 성형틀 내에 수지를 주입하여, 예비 성형체(7)가 수지 성형체(6)와 일체화된 연료 전지를 성형한다. 그 때, 개구(5a)가 볼록부(12a)에 의해서 폐색되어 있고, 또, 예비 성형체(7)의 개구(7a)가 수지로 막혀있지 않기 때문에, 얻어진 성형체에서는 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)이 개구(6a)로부터 노출된다. 아울러, 예비 성형체(7)에 의해서 한 쪽의 금속층(4)이 가압되고, 다른 쪽의 금속층(5)은 성형틀(10)의 볼록부(12a)에 의하여 가압되기 때문에, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 수지 성형체(6)에 의해 일체화된 구조가 된다.
(3) 앞의 실시 형태에서는, 금속층의 노출부에 상당하는 개구의 크기가, 수지의 개구 크기보다 작은 예를 도시하였지만, 도 5(a)에 도시한 것과 같이 금속층(4, 5)의 개구(4a, 5a)의 크기보다 수지 성형체(6)의 개구(6a) 크기를 작게 하는 것도 가능하다. 이 경우, 개구(4a, 5a)로부터 노출되는 전극층(2, 3)의 일부(예를 들면 주위)가 수지 성형체(6)에 의해 봉지되기 때문에, 수지 성형체(6)와 전극층(2, 3)의 접착력에 의해서, 전극층(2, 3)과 금속층(4, 5)의 밀착성을 높일 수 있다. 개구(4a, 5a)의 크기보다 수지 성형체(6)의 개구(6a) 크기를 작게 하려면, 상면의 크기가 개구(4a, 5a)의 크기보다 작은 볼록부를 형성한 성형틀을 사용하여, 그 돌출부가 전극층(2, 3)과 접촉한 상태에서 수지에 의한 봉지를 수행하면 된다.
상기의 경우, 금속층(4, 5)의 개구(4a, 5a) 주위에 대하여, 수지 성형체(6)의 개구(6a)에 상당하는 부분을 이용하여 성형 시에 가압할 수 없다. 이 때문에, 도 5(b)에 도시한 것과 같이 금속층(4, 5)의 개구(4a, 5a) 이외의 부분을, 예를 들면 별도의 핀을 이용하여 성형 시에 가압함으로써, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 수지 성형체(6)에 의해 일체화할 수 있다. 이와 같은 가압을 수행할 경우, 핀 등을 압접한 부분에 가압용 개구(6b)가 형성된다.
아울러, 도 5(c)에 도시한 것과 같이 발전에 기여하지 않는 관통구(6c)를 수지 성형체(6)에 설치하는 것도 가능하다. 이 관통구(6c)는, 고체 고분자 전해질층(1), 전극층(2, 3) 등에도 관통구를 설치해 두고, 그 구멍보다 작은 관통구(6c)를 설치하여, 그 주위의 수지 성형체(6)에 의해 전극층(2, 3) 등을 일체화한 것이다. 이 관통구(6c)에 의하면, 그 주위의 수지 성형체(6)에 의해서 고체 고분자 전해질층(1), 전극층(2, 3) 및 금속층(4, 5)이 일체화되기 때문에, 전극층(2, 3)과 금속층(4, 5)의 압접력을 높일 수 있다.
이와 같이 발전에 기여하지 않는 관통구(6c)는, 발전을 위한 전극층(2, 3)의 노출부와 함께 설치된다. 또, 관통구(6c) 이외의 부분을, 예를 들면 별도의 핀 등을 이용하여 성형 시에 가압함으로써, 제 1 금속층(4) 및 제 2 금속층(5)을 양측에서 가압한 상태에서, 수지 성형체(6)에 의하여 일체화할 수 있다. 그 경우에도, 핀 등을 압접한 부분에 가압용 개구(6b)가 형성된다.
(4) 앞의 실시 형태에서는, 수소 공급형 연료 전지의 예를 주로 도시하였지만, 본 발명에 이용되는 연료 전지로서는, 연료에 의하여 발전 가능한 연료 전지라면 어느 것이어도 좋고, 예를 들면 메탄올 개질형, 다이렉트 메탄올형, 탄화수소 공급형 등을 들 수 있다. 그 외의 연료를 사용하는 연료 전지도 각종 알려져 있고, 그것들을 어느 것이라도 채용할 수 있다.
그 경우, 각종 연료 전지에 대응한 고체 고분자 전해질층 및 전극층 등이 사용된다. 예를 들면 다이렉트 메탄올형의 경우, 일반적으로는 나피온계에서는 크로스오버 현상이 커서 이것을 억제하기 위해서, 방향족 탄화수소계의 고체 고분자 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 전극층에는 촉매를 2종 혼합(Pt, Ru)하여 사용하는 것이 바람직하다.
(5) 앞의 실시 형태에서는, 제 1 금속층 및/또는 제 2 금속층의 노출부의 크기와, 개구의 크기가 거의 같아지도록, 수지 성형체에 의해 일체화되어 있는 예를 도시하였지만, 본 발명에서는, 도 7(a) ~ (b)에 도시한 것과 같이 한 면에 1개의 큰 개구(6a)를 설치함으로써, 제 1 금속층(4) 및/또는 제 2 금속층(5)의 복수의 노출부의 전수 또는 일부를 노출시키도록 하여도 좋다.
또, 한 면에 2개 이상의 큰 개구(6a)를 설치함으로써, 제 1 금속층(4) 및/또는 제 2 금속층(5)의 복수의 노출부의 반수 또는 그 이하를 노출시키도록 하여도 좋다. 즉, 본 발명에서는 1개의 개구(6a)로부터 2개 이상의 노출부가 노출되도록 성형하여도 좋다.
(6) 앞의 실시 형태에서는, 제 1 도전층 및 제 2 도전층이, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층 및 제 2 금속층으로 이루어진 예를 도시하였지만, 본 발명에서는, 노출부를 갖지 않는 도전층을 제 1 도전층 및/또는 제 2 도전층으로서 사용하는 것도 가능하다. 그 경우, 가스 투과성이나 가스 확산성을 가지는 도전층을 사용할 수 있고, 이러한 도전층으로서는, 예를 들면 다공질 금속층, 다공질 도전성 고분자층, 도전성 고무층, 도전성 섬유층, 도전성 페이스트, 도전성 도료 등을 들 수 있다.
(7) 앞의 실시 형태에서는, 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 수지 성형체의 개구로부터 노출되는 예를 도시하였지만, 본 발명에서는, 수지 성형체의 개구와 제 1 전극층 또는 제 2 전극층의 사이에 다공질층을 개재시켜도 좋다. 다공질층을 개재시키려면, 인서트 성형에 사용하는 적층물로서, 금속층 또는 도전층의 외측에 다공질층을 미리 준비해 두면 좋다. 다공질층과, 금속층 또는 도전층은 미리 접착 등을 하여도 좋지만, 적층 배치만 되어있는 것도 좋다.
다공질층을 형성하는 재료로는, 인서트 성형시의 온도에 견딜 수 있는 다공질막, 부직포, 직물 등을 들 수 있다.
(8) 앞의 실시 형태에서는, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 외부로 노출시키는 개구를 수지 성형체에 설치하는 예를 도시하였지만, 본 발명에서는, 수지 성형체의 내부에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 유로를 설치하는 것도 가능하다. 그 경우, 도전층에 접촉하는 측의 내면에 유로를 설치한 예비 성형체를 이용하여, 전술한 것과 같은 인서트 성형을 수행함으로써, 그 유로에 전극층을 노출시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 대하여 설명한다.
실시예 1
두께 0.2 ㎜의 구리판을 도 1에 도시한 형상(작은 판상부의 장경 31 ㎜, 단경 10 ㎜, 돌출부의 개구 지름 φ 2.0 ㎜ × 22개)에 프레스하고 펀칭하여, 금속층이 되는 구리판을 2장 제작하였다.
또, 도 1에 도시한 형상의 박막 전극 조립체(33 ㎜ × 12 ㎜)는, 하기와 같이 제작하였다. 백금 촉매는 미국 일렉트로켐사 제품의 20 % 백금 담지 카본 촉매(EC－20－PTC)를 사용하였다. 이 백금 촉매와, 카본 블랙(아크조사 케첸 블랙 EC), 폴리불화비닐리덴(카이나)을 각각 75 중량%, 15 중량%, 10 중량%의 비율로 혼합하고, 디메틸폼아미드를 2.5 중량%의 폴리불화비닐리덴 용액이 되는 비율로, 상기 백금 촉매, 카본 블랙, 폴리불화비닐리덴의 혼합물 안에 첨가하고, 유발(乳鉢) 안에서 용해·혼합하여, 촉매 페이스트를 제작하였다. 카본 페이퍼(토레이제 TGP－H－90, 두께 370 ㎛)를 33 ㎜ × 12 ㎜로 절단하고, 이 위에, 상기와 같이 제작한 촉매 페이스트 약 20 ㎎을 스패튤러로 도포하고, 80 ℃의 열풍 순환식 건조기 안에서 건조하였다. 이와 같이 하여 4 ㎎의 촉매 조성물이 담지된 카본 페이퍼를 제작하였다. 백금 담지량은, 0.6 ㎎/㎠이다.
상기와 같이 제작한 백금 촉매 담지 카본 페이퍼와, 고체 고분자 전해질(양이온 교환막)로서 나피온 필름(듀퐁사 제품 nafion 112, 33 ㎜ × 12 ㎜, 두께 50 ㎛)을 사용하고, 그 양면에 금형을 이용하여 135 ℃, 2 MPa의 조건에서 2분간 핫 프레스 하였다. 이렇게 해서 얻어진 박막 전극 조립체를 상기의 구리판 2장의 중앙에 끼워 놓고, 도 2에 도시한 것과 같은 금형을 이용하여, 2장의 구리판의 양측으로부터 압력(1 톤)이 걸리는 상태에서, 금형 내에 배치하였다. 그 상태에서, 수지((주) 프라임 폴리머 제, 폴리프로필렌 수지, J-700GP)를 195 ℃에서 틀 내에 주입하고(사출 압력 400 kgf/㎠2), 냉각한 후에 금형에서 꺼냄으로써, 수지 성형체의 바깥치수 39 ㎜ × 18 ㎜ × 2.1 ㎜ 두께의 연료 전지를 얻었다.
이 연료 전지를 사용하여, 애노드측에 내부 공간을 가지고 캐소드측이 대기 개방되는 평가 지그에 세팅하고, 애노드측의 내부 공간에 수소를 12 ㎖/분으로 공급함으로써 발전을 수행하고, 그 때의 전지 특성을 평가했다. 전지 특성은, 토요 코퍼레이션제 연료 전지 평가 시스템을 이용하여, 전류를 변화시키면서 출력 전압의 변화를 측정하였다. 그 때의 출력 전압의 변화를 도 6에 도시한다. 이 결과로부터, 금속판 끼리를 코킹에 의해 봉지한 연료 전지(비교예 1)와 비교해 출력 전압이 약 20 % 향상하는 것으로 판단되었다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 구리판 대신에 금도금 한 SUS 판을 사용하고, 그 크기를 전극보다 크게 하고(캐소드측 35 ㎜ × 14 ㎜, 애노드측 39 ㎜ × 18 ㎜), 나피온 필름도 카본 페이퍼보다 크게 하고(39 ㎜ × 18 ㎜), 나피온 필름을 개재시켜 단락되지 않도록, SUS 판의 주위를 코킹하여 봉지한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 연료 전지를 제작하고 평가하였다. 그 때의 출력 전압의 변화를 도 6에 도시한다.
1 : 고체 고분자 전해질층 2 : 제 1 전극층
3 : 제 2 전극층 4 : 제 1 금속층(제 1 도전층)
4a : 개구(노출부) 5 : 제 2 금속층(제 2 도전층)
5a : 개구(노출부) 6 : 수지 성형체
6a : 개구 7 : 예비 성형체
7a : 개구 10 : 성형틀
11a : 볼록부 12a : 볼록부
C : 단위 셀 L : 적층물
J : 접속부

Claims (14)

  1. 고체 고분자 전해질층과,
    이 고체 고분자 전해질층의 양측에 설치된 제 1 전극층 및 제 2 전극층과,
    이들 전극층의 더욱 외측에 각각 배치된 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 구비하고,
    이들 각층을 인서트 성형한 수지 성형체로 일체화한 연료 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수지 성형체는, 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지는 연료 전지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 도전층은, 상기 제 1 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층으로 구성되고, 상기 제 2 도전층은, 상기 제 2 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 2 금속층으로 구성되는 연료 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수지 성형체의 공급부는, 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층의 노출부에 대응하는 위치에 설치된 개구인 연료 전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수지 성형체의 개구와, 상기 제 1 전극층 또는 제 2 전극층 사이에는 다공질층이 개재되는 연료 전지.
  6. 청구항 제 1항 기재의 연료 전지를 단위 셀로 하여, 그 단위 셀의 복수가 상기 수지 성형체로 일체화되어 있는 연료 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단위 셀의 복수가 동일 면내에 병설되어 있는 연료 전지.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀의 도전층 끼리 전기적으로 접속시키는 접속부를 가지고, 이 접속부가 상기 수지 성형체로 일체화되어 있는 연료 전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 단위 셀 중 한 쪽의 제 1 도전층과, 다른 쪽의 제 2 도전층과, 상기 접속부가, 연속하는 금속판으로 구성되는 금속층으로 형성되어 있는 연료 전지.
  10. 고체 고분자 전해질층과, 그 양측에 배치되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 이들의 외측에 배치되는 제 1 도전층 및 제 2 도전층의 적층물을 성형틀 내에 배치하는 공정과,
    이 성형틀 내에 수지를 주입함으로써, 상기 적층물을 일체화하는 수지 성형체를 성형하는 공정을 포함하는 연료 전지의 제조 방법.
  11. 고체 고분자 전해질층과, 그 양측에 배치되는 제 1 전극층 및 제 2 전극층과, 이들의 외측에 배치되며 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 부분적으로 노출시키는 노출부를 가지는 제 1 금속층 및 제 2 금속층의 적층물을 성형틀 내에 배치하는 공정과,
    상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층을 양측에서부터 가압한 상태에서, 그 성형틀 내에 수지를 주입함으로써, 제 1 금속층 및 제 2 금속층에 기체 또는 액체를 공급하기 위한 공급부를 가지며, 상기 적층물을 일체화하는 수지 성형체를 성형하는 공정을 포함하는 연료 전지의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 성형틀을 분할 구조로 하여 분할한 틀 부재의 내면에 볼록부를 설치하고, 그 볼록부를 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층에 압접시킨 상태에서, 상기 성형틀 내에 수지를 주입하는 연료 전지의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층의 표면에는 복수의 개구가 설치되어 있고, 상기 분할한 틀 부재에는, 상기 개구보다 약간 큰 상면을 가지는 복수의 볼록부를 상기 복수의 개구에 대응하는 위치에 각각 설치한 연료 전지의 제조 방법.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층물의 복수를, 어느 적층물과 다른 적층물의 도전층 끼리 접속부에 의해 전기적으로 접속한 상태에서 성형틀 내에 배치하는 연료 전지의 제조 방법.
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