专利名称：薄膜电极复合体组件及其制造方法
技术领域：
本发明是关于薄膜电极复合体组件、具有该组件的燃料电池和电子设备以及薄膜电极复合体组件的制造方法。
背景技术：
近年来，开发燃料电池作为电源很盛行。燃料电池具有以气体扩散电极夹持着电解质膜而形成的薄膜电极复合体(也被称为薄膜电极接合体)。例如，如特开2003-68325号公报(段落号码0012～0035，图1及图2)以及特许第2949153号说明书(第3页左栏第46行～第4页右栏第18行，以及图1)所述的，为了有效地从该薄膜电极复合体取得电能，薄膜电极复合体被2个集电板所夹持。
另外，通常，薄膜电极复合体多被使用于固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel CellPEFC)，而在本说明书中，则适用于任意种类的燃料电池，也可以是后述实施方式中所述的DMFC等。
但是，如特开2003-68325号公报、特许第2949153号说明书等所述的，夹持薄膜电极复合体的板状的体集电板的接触面，不是完全的平面，而具有微小的挠曲、起伏、翘曲等凹凸。另外，这种过去的集电板，由于是具有一定程度的厚度的板状，所以有刚性较高、不易挠折的特性。
因此，以这样的集电板夹持薄膜电极复合体时，集电板和薄膜电极复合体的气体扩散电极不能够良好地紧密结合，即存在集电板和气体扩散电极之间产生缝隙的问题。由此，就存在难以基于气体扩散电极间产生的电位差取得电能的问题。
发明内容
因此，本发明的课题就在于提供薄膜电极复合体和集电板良好地紧密结合的薄膜电极复合体组件、具有该组件的燃料电池和电子设备以及薄膜电极复合体组件的制造方法。
作为解决上述课题的手段，本发明提供一种薄膜电极复合体组件，其包括以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的薄膜电极复合体、具有燃料流通的燃料流通孔的阳极集电板、以及具有氧气流通的氧气流通孔的阴极集电板，以上述阳极集电板和上述阴极集电板夹持上述薄膜电极复合体的两面而形成；其特征在于，进一步包括，成为上述阳极集电板的基底的合成树脂制的第1膜，以及，成为上述阴极集电板的基底的合成树脂制的第2膜。
根据这种薄膜电极复合体组件，在阳极侧，通过具有成为阳极集电板的基底(支持体)的合成树脂制的第1膜，能够使阳极集电板变薄成为箔状(膜状)。因此，阳极集电板变得易于挠曲，与构成薄膜电极复合体的阳极侧的气体扩散电极良好地接触，实质接触面积也变大了。另外，通过具有成为基底的第1膜，即便阳极集电板变薄，也能确保操作的便易性。
在阴极侧也是同样的，通过具有合成树脂制的第2膜，能够使阴极集电板变薄、改善挠曲性，且提高阴极集电板和阴极侧的气体扩散电极的紧密接触性。
因此，根据这种薄膜电极复合体组件，能够有效地基于在薄膜电极复合体产生的电位差取出电能。另外，由于阳极集电板以及阴极集电板能够变薄，所以MEA组件即燃料电池的厚度也变薄。进一步，一般地，由于由金属形成的阳极集电板和阴极集电板能够变薄，所以MEA组件即燃料电池也能实现轻量化。
根据本发明，能够提供薄膜电极复合体与集电板良好地紧密结合的薄膜电极复合体组件，具有该组件的燃料电池和电子设备以及薄膜电极复合体组件的制造方法。
本发明的其他的目的、特征以及优点，从关于附图的下面的本发明的实施方式的记载可以明确了解。
图1是关于本实施方式的便携终端的立体图，表示燃料电池的安装情况。
图2是关于本实施方式的燃料电池的立体图。
图3是图2所示的燃料电池的分解立体图。
图4是展开表示图3所示的MEA组件的立体图。
图5是放大表示图4所示的MEA的立体图。
图6是部分地表示图2所示的燃料电池的X-X剖面的图。
图7是进一步放大表示图6所示的X-X剖面的图。
图8是部分地表示图2所示的燃料电池1的Y-Y剖面的图。
图9A是阶段性地表示关于本实施方式的MEA组件3的制造方法的图之一，表示重合作为基底的膜和导电片的工序。
图9B是阶段性地表示关于本实施方式的MEA组件3的制造方法的图之一，表示蚀刻工序。
图10表示集电板片的变形例的立体图。
具体实施例方式
下面，参照图1～图9对实施本发明的一个实施方式进行详细说明。
在参照的附图中，图1是关于本实施方式的便携终端的立体图，表示燃料电池的安装情况。图2是关于本实施方式的燃料电池的立体图。图3是其分解立体图。图4是展开表示图3所示的MEA组件的立体图。图5是放大表示图4所示的MEA的立体图。图6是部分地表示图2所示的燃料电池的X-X剖面的图。图7是进一步放大表示图6所示的X-X剖面的图。图8是部分地表示图2所示的燃料电池的Y-Y剖面的图。图9A以及图9B是阶段性地表示关于本实施方式的MEA组件的制造方法的图，特别地图9A表示重合作为基底的膜和导电片的工序，图9B表示蚀刻工序。
《便携终端》如图1所示，关于本实施方式的便携终端P(电子设备)安装有燃料电池1和向燃料电池1供给燃料的燃料盒(未图示)。作为便携终端P，可以列举例如，笔记本电脑、PDA、手机、电子记事本等。但是，安装有燃料电池1的电子设备，并不限于易于携带的便携终端P，也可以是例如摆放式的家庭用的小型发电装置(电子设备)。
《燃料电池的结构》如图2所示，关于第1实施方式的燃料电池1，是安装于笔记本电脑等超薄型便携终端P中的板状的薄型燃料电池，是以从上述的燃料盒供给的10质量％程度的甲醇水溶液为燃料进行发电的直接甲醇型燃料电池(Direct Methanol Fuel CellDMFC)。
如图3所示，燃料电池1，主要具有将薄膜电极复合体10(Membrane Electrode Assembly以下简称MEA)组件化而成的MEA组件3、燃料容器5、上壳6、下壳7、螺栓9A以及螺帽9B而构成。然后，燃料电池1，通过从上按照上壳6、MEA组件3、燃料容器5、下壳7的顺序组装，螺合螺栓9A和螺帽9B，与燃料容器5的刚性相互作用，MEA组件3被规定的机械压缩力所夹持。另外，符号5c是燃料取入管。
《MEA组件》如图4中展开所示的，MEA组件3主要具有6个MEA10、有6个由夹持各MEA10的阳极集电板23以及阴极集电板26构成的集电板对的集电板片20、分别密封各MEA10的阳极侧的6个环状密封部件31...、分别密封各MEA10的阴极侧的6个环状密封部件32...、以及2个芯部件34，34而构成。
另外，在图4中对1个MEA10进行了分解图示，省略了其他5个MEA10。而且，符号23a是阳极集电板23的燃料流通孔，符号26a是阴极集电板26的空气流通孔。
如图5所示，MEA10由电解质膜11、阳极侧的气体扩散电极12以及阴极侧的气体扩散电极13构成。
(电解质膜)电解质膜11是用于把在阳极侧的气体扩散电极12(燃料极、负极)生成的质子(H+)有选择地输送到阴极侧的气体扩散电极13(空气极、正极)的膜。作为这种电解质膜11，可以从过氟碳砜酸(PFS)类的树脂膜、三氟苯乙烯衍生物的共聚膜、浸渗了磷酸的聚苯并咪唑膜、芳香族聚醚酮砜酸膜、PSSA-PVA(聚苯乙烯砜酸-聚乙烯醇共聚物)、PSSA-EVOH(聚苯乙烯砜酸-乙烯醇共聚物)等中适当选择使用。其中，作为电解质膜11，优选选择由具有含氟的碳砜酸基的离子交换树脂构成的膜，具体地，可以列举美国杜邦公司生产的Nafion(注册商标)。
(阳极侧气体扩散电极)阳极侧的气体扩散电极12，氧化燃料甲醇生成电子和质子，其使用的是例如在碳纸、碳布等导电性部件的一面上，作为催化剂附有白金(Pt)的微粒、铁(Fe)的微粒、镍(Ni)、钴(Co)或钌(Ru)等过渡金属和白金的合金或者氧化物等的微粒的材料。
(阴极侧气体扩散电极)阴极侧的气体扩散电极13，使从阳极侧经由外部电路移动来的电子，和在阳极侧的气体扩散电极12发生后、在电解质膜11中移动到达阴极侧的气体扩散电极13的质子进行反应，后生成水。这种阴极侧的气体扩散电极13，与阳极侧的气体扩散电极12相同，使用的是例如在碳纸的一面上附有白金等的材料。
回到图4继续说明。
集电板片20，基于在6个MEA10发生的电位差，有效地取出电能。关于本实施方式的集电板片20，主要具有成为基底的合成树脂制的膜21(第1膜和第2膜)、配置在该膜21上的6个阳极集电板23以及6个阴极集电板26、连接阳极集电板23和阴极集电板26的第A布线29，29...、阳极侧的取出电极24(负端子)、阴极侧的取出电极27(正端子)而构成。
1个阳极集电板23和1个阴极集电板26构成1个集电板对，集电板片20有6个上述集电板对。并且，阳极集电板23...和阴极集电板26...配置在膜21上的规定位置，使得该集电板片20在折线b、折线b折曲时，能够以6个集电板对分别夹持6个MEA10。(参照图6、图7、图8)另外，6个阳极集电板23、6个阴极集电板26、第A布线29...、阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27，如后述的MEA组件3的制造方法所说明的那样，是从在膜21上用粘合剂粘贴的1张导电性片51(参照图9A以及图9B，第1导电性片和第2导电性片)，对应6个MEA10...的位置，且对应仿照各MEA10的面方向的形状而制作的。因此，相对于过去的板状的集电板，金属量减少，MEA组件3变轻，燃料电池1以及便携终端P也变轻。
(膜)成为基底的膜21(第1膜和第2膜)，由聚酰亚胺、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等合成树脂而形成，具有电绝缘性。另外，如图7所示的，膜21上与MEA10的位置相对应地形成有燃料流通的多个连通孔21a...、流通含有氧气的空气的多个连通孔21b...。
进一步，膜21的厚度，考虑到MEA组件的厚度、即燃料电池1的厚度，优选小于等于50μm。
(阳极集电板、阴极集电板)阳极集电板23...、阴极集电板26...、阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27、第A布线29...，粘接到膜21上，实现一体化。由此，集电板片20的部件数量变少，变得易于操作。
即，即便阳极集电板23...、阴极集电板26...、阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27、第A布线29...很薄，由于其与基底的膜21一体化，所以也易于操作。如此，阳极集电板23...、阴极集电板26...等变薄，不仅能使MEA组件3的变轻，而且阳极集电板23...、阴极集电板26...自身也变得容易挠曲，与MEA10的贴合性也提高，能够有效地取出电能。
第A布线29...，以规定方式连接阳极集电板和阴极集电板，使得上述6个集电板被串联连接，即使得各集电板对所夹持的MEA10...成为串联。而且，如图4所示，展开集电板片20时，由1个阳极集电板23和1个阴极集电板26构成的集电板对是绝缘的，但是沿着折线b、折线b折曲集电板片20，夹持MEA10...，各MEA10...发电时，集电板对即串联相连，获得在6个MEA10...发生的各电位差的和的电位差，能够取得较大电力。
而且，阳极侧的取出电极24，连接在如此被串联连接的集电板对的一个末端，阴极侧的取出电极27连接在另一个末端。另外，阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27，在燃料电池被安装到笔记本电脑等便携终端P上时，能够与外部的负载(笔记本电脑等)侧的端子连接。
在此，如前所述，6个阳极集电板23...、6个阴极集电板26...、第A布线29...、阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27是从具有导电性的1个导电性片51(参照图9A以及图9B)仿照规定部件形状而制作的。因此，阳极集电板23、阴极集电板26，通过第A布线29可靠地保持电连接。
即，过去为了提高电动势而连接多个MEA10...时，必须利用跨接线通过焊锡等连接阳极集电板23和阴极集电板26，这样不仅准备跨接线和焊锡要花费时间，而且由于机械的震动或冲击或者温度变化等，在焊锡连接部产生裂痕、脱落等，有断线的危险。
但是，根据关于本实施方式的MEA组件3，连接阳极集电板23...和阴极集电板26...的第A布线29，由于是从原本1个导电性片51制作而成的连接阳极集线板23...和阴极集线板26...的布线，所以能够实现切实的电连接，进一步，由于机械的震动等而断线的危险也变得极少。由此，具有该MEA组件3的燃料电池1的耐久性也大大提高。
另外，阳极集线板23上，对应MEA10的位置，形成有燃料流通的多个燃料流通孔23a...。另一方面，阴极集线板26上，对应MEA10的位置，形成有空气流通的多个空气流通孔26a...。
而且，如图7所示，燃料流通孔23a的位置，与膜21的连通孔21a和燃料容器5的燃料供给孔5b相对应。空气流通孔26a的位置，与膜21的连通孔21b和上壳6的空气取入孔6a相对应。
阳极集电板23、阴极集电板26、第A布线29、阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27的厚度，即制作其的导电性片51(参照图9A)的厚度，考虑了导电性且考虑了挠曲性，进一步考虑了MEA组件3的厚度(即燃料电池1的厚度)，优选小于等于200μm。这是因为，如果阳极集电板23等的厚度比200μm厚，则阳极集电板23等难于挠曲，阳极集电板23和阳极侧的气体扩散电极12的结合性、阴极集电板26和阴极侧的气体扩散电极13的结合性变差，难以基于在MEA10发生的电动势取出电能。
阳极集电板23、阴极集电板26、第A布线29以及阳极侧的取出电极24、阴极侧的取出电极27，即，制作其的导电性片51，是由具有导电性的金属等形成的。作为具体的金属，可以列举铜、铜合金、钛、钛合金等。
阳极集电板23等由铜或者铜合金形成时，在其表面即MEA10侧进行镀金。该镀金，在作为阻挡层防止由铜或者铜合金构成的阳极集电板23等的电蚀，同时降低各集电板和MEA10的气体扩散电极12、13之间的接触电阻，提高燃料电池1的输出密度。在这种情况下，镀金的厚度，优选为1～5μm的范围内。如果比1μm薄则不能充分改善对电蚀的耐久性，如比5μm厚则电镀的成本会过高。
阳极集电板23等，在由钛或者钛合金形成时，相对于上述由铜或者铜合金形成的阳极集电板23，能够大幅度地防止电蚀。不过，在这种情况，也可以向阳极集电板23等的表面(MEA10侧)进行镀金。进行这种镀金时，镀金的厚度，优选小于等于1μm。
环状密封部件31，如图5、图7所示，配置成环绕构成各MEA10的阳极侧的气体扩散电极12的整个外周。而且，环状密封部件32，分别配置成环绕MEA10的阴极侧的气体扩散电极13的整个外周。因此，在阳极侧，从燃料容器5经由燃料供给孔5b、连通孔21a、燃料流通孔23a的顺序，向阳极侧的气体扩散电极12供给的燃料就变得难于从阳极侧的气体扩散电极12的边缘泄漏。另一方面，在阴极侧，跨越的燃料和生成的水，变得难于从阴极侧的气体扩散电极13的边缘泄漏。
另外，在集电板片20为折叠状态时，阳极侧的环状密封部件31，与电解质膜11和阳极集电板23相接触。阳极侧的气体扩散电极12，配置在环状密封部件31的中空部。
另一方面，阴极侧的环状密封部件32，与电解质膜11和阴极集电板26相接触。阴极侧的气体扩散电极13，配置在环状密封部件32的中空部。
因此，即便例如，在运送燃料电池1时施加了震动等，相对于电解质膜11，阳极侧的气体扩散电极12以及阴极侧的气体扩散电集13被限制在MEA10的面方向上，可以防止气体扩散电极12和气体扩散电极13不间隔电解质膜11而接触(或者接近)、发生短路，能够提高发电效率。
不过，也可以不接触阳极侧的环状密封部件31、阴极侧的环状密封部件32，通过螺栓9A和螺帽9B进行规定的固定，而固定环状密封部件31、32的位置。
另外，这种环状密封部件31、32，可以使用由例如，乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(ethylene propylene diene methyleneEPDM)形成的部件、或者在其他的高分子材料的表面涂布液状填密材料的部件。
芯部件34，如图4、图8所示，是外形为圆柱状的部件，其直径为与MEA10加上阳极集电板23以及阴极集电板26的厚度相同的程度。因此，沿芯部件34被折曲、对置的阳极集电板23和阴极集电板26之间，较容易确保与上述厚度相对应的间隔，进一步，也不会产生局部的压力较高的部位，易于夹持MEA10。
另外，由于芯部件34的外周面是曲面，所以集电板片20易于沿该外周面折曲。即，集电板片20的第A布线29上不产生折痕，而变得不易断线。
<燃料容器>
如图3、图6以及图7所示，燃料容器5，是在安装燃料电池的便携终端P上从暂时贮留另外安装的燃料盒(1次燃料容器)供给的燃料(例如，10质量％甲醇水溶液)、同时向MEA10供给该被供给的燃料的2次燃料容器。燃料容器5外形是板状，内部有燃料室5a。并且，具有从外部与燃料室5a连通、与6个MEA10对应形成的多个燃料供给孔5b、5b...。另外，燃料容器5中，设有连接到上述燃料盒、向燃料室5a取入燃料的燃料取入管5c。
<上壳、下壳>
如图3所示，上壳6以及下壳7，起到燃料电池的框体的作用的同时，也作为MEA组件3以及燃料容器5的保护罩发挥作用，另外也是用于夹持MEA组件3和燃料容器5、在紧密结合状态下进行保持的部件。其中，与MEA组件3的阴极侧对应的上壳6上，形成有多个空气取入孔6a，用于向MEA10的阴极侧的气体扩散电极13供给空气。
因此，根据这种具有MEA组件3的燃料电池1，由于能够使阳极集电板23...、阴极集电板26...和MEA10...紧密结合，所以能够有效地从各MEA10取得电能。另外，阳极集电板23、阴极集电板26能够做的较薄，进一步，由于这些集电板是对应MEA10的形状而制作的，所以MEA组件3、即燃料电池1以及便携终端P可以实现轻量化。
进一步，根据这样的把规定数量的MEA10组件化(单元化)了的MEA组件3，能够容易地根据安装燃料电池的便携终端P的需要电源输出，组合多个MEA组件3。另外，相对于燃料容器5等，构成MEA10的电解质膜11、气体扩散电极12、13是容易劣化的部件，只更换这种MEA组件3也变得容易。
《燃料电池的动作》下面，对关于本实施方式的燃料电池1的动作进行说明。
首先，对燃料电池的阳极侧进行说明。
10质量％程度的甲醇水溶液等的燃料，从外部的燃料盒经由燃料取入管5c，被导入燃料容器5的燃料室5a。被导入的燃料，经由燃料容器5的燃料供给孔5b、膜21的连通孔21a、阳极侧集电板23的燃料流通孔23a，被导入MEA10的阳极侧气体扩散电极12。
在气体扩散电极12，如下式(1)所示，在附有的白金等催化剂存在下，甲醇和水进行反应，生成质子(H+)、二氧化碳(CO2)、电子(e-)。质子(H+)在电解质膜11中以浓度梯度为驱动力向阴极侧移动。电子(e-)从取出电极24被取出。
...(1)接着，对燃料电池1的阴极侧进行说明。
从外部经由空气取入孔6a、连通孔21b、空气流通孔26a，空气被引导到MEA10的阴极侧气体扩散电极13。
在气体扩散电极13，如下式(2)所示，空气中的氧、从电解质膜11中移动而来的质子(H+)、经由具有负载的外部电路的电子(e-)进行反应，生成水。
...(2)在此，如上所述，由于阳极集电板23和气体扩散电极12、阴极集电板26和气体扩散电极13，分别良好地接触，所以能够基于各MEA10处产生的电位差，良好有效地取出电能。
另外，6个MEA10，通过第A布线29，可靠地进行电连接，所以在MEA10...串联连接的本实施方式的情况下，能够实现较大的起电压。
《燃料电池的制造方法》接着，对关于第1实施方式的燃料电池1的制造方法进行说明。
关于第1实施方式的燃料电池1的制造方法，包括制造MEA组件3的组件制造步骤，以及使用该MEA组件3组装燃料电池1的燃料电池组装步骤。
<MEA组件制造步骤>
首先，对MEA组件制造步骤进行说明。
MEA组件制造步骤，主要具有，向成为基底的膜21上粘贴具有导电性的金属制导电性片51(第1导电性片和第2导电性片)的第1工序、利用光刻法对导电性片51进行规定的形状制作(图案形成)的第2工序、以及把6个MEA10配置在规定位置上并折曲集电板片20的第3工序。
如图9A所示，在合成树脂制的膜21上面(一面)，使用粘合剂重合、粘贴金属箔等导电性片51。
接着，如图9B所示，通过光刻法，对导电性片51进行蚀刻，形成阳极集电板23...、阴极集电板26...、第A布线29...、取出电极24、27。即，通过蚀刻，去除导电性片51的不需要部分。
与夹持的MEA10...对应地形成阳极集电板23...、阴极集电板26...的位置。将第A布线29...布线形成为，使得阳极集电板23和阴极集电板26分别夹持MEA10时，6个MEA10成为串联。换言之，第A布线29...从导电性片51形成为，使得由1个阳极集线板23和1个阴极集线板26的集电板对成为串联。取出电极24、27，由导电性片51形成为分别连接到串联排列的上述集电板对的两个末端。
另外，对于蚀刻具体地进行说明。在导电性片51的上面，薄膜状地涂布光刻胶(感光性树脂)。其后，使用形成规定的照相掩模图案的光掩模和水银灯等光源，使涂布的光刻胶曝光。其后，利用显影液进行显影，除去不需要的光刻胶后，用药液(冲洗液)洗净。然后，用HF(氟酸)等除去(蚀刻)没有光刻胶的导电性片51的部分后，用纯水洗净。最后，通过利用H2SO4/H2O2等只去除光刻胶，能够同时形成阳极集电板23...、阴极集电板26...、第A布线29...、取出电极24、27。
在此，在上述光掩模，形成与阳极集电板23...、阴极集电板26...、第A布线29...、取出电极24、27相对应的照相掩模图案。该照相掩模图案，与使用的光刻胶(感光性树脂)的种类、即正型或负型相对应，使其黑白颠倒。
如此，从1个导电性片51形成阳极集电板23...、阴极集电板26...第A布线29...、取出电极24、27，所以能够可靠地实现电连接。
接着，利用合适的开孔装置进行打孔，形成燃料流通的连通孔21a、燃料流通孔23a，空气流通的连通孔21b、空气流通孔26a(参照图4)。在此，由于阳极集电板23以及阴极集电板26连接，所以完全没有连通孔21a和燃料流通孔23a、连通孔21b和空气流通孔26a错位的危险。
不过，进行打孔的时间并不限于此时，在第1工序前进行打孔也可以。即，也可以将形成连通孔21a以及连通孔21b的膜21、和形成燃料流通孔23a以及空气流通孔26a的导电性片51进行重合。
然后，在阳极集电板23的上面的规定位置，用粘接剂固定环状密封部件31。在该环状密封部件31的中空部嵌入气体扩散电极12后，在环状密封部件31的上面涂布粘接剂，在其上面放上电解质膜11，使环状密封部件31和电解质膜11粘接。
之后，在电解质膜11的上面的规定位置，用粘接剂固定环状密封部件32。接着，在该环状密封部件32的中空部嵌入气体扩散电极13。
对于6个阳极集电板23分别进行这样的操作。
其后，在折线b、b处配置芯部件34、34，在各环状密封部件32的上面涂布粘接剂后，沿芯部件34、34折曲配置有阴极集电板26...的集电板片20的两端部，使各阴极集电板26...与对应的环状密封部件32粘接。此时，集电板片20，沿芯部件34、34的周面圆滑地被折曲。这样，MEA组件3被制造完成。
另外，优选在阳极集电板23的上面配置各部件时，使用具有定位针的工具，提高位置精度。另外，优选芯部件34，沿折线b、b用粘接剂固定到膜21上，用某种工具将芯部件和膜21进行相对固定、折曲时，防止芯部件34错位。
<燃料电池组装步骤>
接着，参照图3说明燃料电池组装步骤。
在上述MEA组件制造步骤中制作的MEA组件3的下方配置燃料容器5，进而在其下方配置下壳7。然后，在MEA组件3的上方配置上壳6。然后，边使上壳6的空气取入孔6a、连通孔21b、空气流通孔26a、燃料流通孔23a、连通孔21a和燃料容器的燃料供给孔5b位置高精度地重合在相同轴线上，边螺合螺栓9A和螺帽9B，使上壳6和下壳7夹持MEA组件3和燃料容器5。如此，燃料电池1制造完成。
以上是对本发明的优选的实施方式举一例进行了说明，本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当的更改。
在上述实施方式中，作为在成为基底的膜21上固定导电性片51的方法，采用的是利用粘接剂的粘接方法，但在本发明中，不限于此，也可以预先把膜21和导电性膜51的接触面进行粗糙化，利用锚定效果进行固定。如此利用锚定效果进行固定，则不必担心燃料向粘接剂的渗浸、以及粘接剂向外部的渗染等。
在上述实施方式中，连接阳极集电板23和阴极集电板26，使得6个MEA10串联连接，但也可以连接阳极集电板23和阴极集电板26，使得6个MEA10并联连接。
在这种MEA10并联连接的情况下，如图10所示，集电板片可以是分别为阳极侧集电板片40A和阴极侧集电板片40B。
集电板片40A具有成为基底的膜41、配置在膜41上的规定位置上的6个阳极集电板23...、连接阳极集电板23...的第B布线43而构成。另一方面，集电板片40B具有成为基底的膜42、配置在膜42上面上的6个阴极集电板26...、连接阴极极集电板26...的第C布线44而构成。第B布线43连接阳极集电板23...，第C布线44连接阴极集电板26...，使得由6个阳极集电板23...和6个阴极集电板26...所夹持的6个MEA10...成为并联。
换言之，在并联的情况下，在阳极侧，从1个取出电极分支地布置第B布线43，在各末端上分别连接有各阳极集电板23。在阴极侧也是同样，从1个取出电极分支地布置第C布线44，在各末端上分别连接有各阴极集电板26。
即，在上述实施方式中，由于串联连接6个MEA10...，所以在1个膜21上配置阳极集电板23...和阴极集电板26...，跨越折线b、b地布置第A布线29...，但在并联连接的情况下，也可以是分别的膜41、42。
另外，如此地并联连接的情况下，膜41、42上分别贴有导电性片(第1导电性片、第2导电性片)。
而且，并联连接MEA10时，如此在分别的膜41、42上分别贴附导电性片后，进行规定的图案形成的方法之外，也可以如图9A所示，在1个膜21上粘贴1个导电性片51(第1导电性片以及第2导电性片)，从该1个导电性片形成阳极集电板以及阴极集电板后，再折曲膜21。
另外，也可以在1个膜21上分别粘贴2个导电性片(阳极集电板用导电性片(第1导电性片)和阴极集电板用导电性片(第2导电性片))后，从其形成阳极集电板以及阴极集电板后，再折曲膜21。
采用这种折曲方法，1个膜21兼作阳极集电板和阴极集电板的基底，则制作成的集电板片成为1体，部件数量变少，变得易于处理。
在上述实施方式中，MEA10的阳极侧和阴极侧都配置了环状密封部件31、32，但由于燃料甲醇较易泄露的是阳极侧(如果考虑到跨越，也从阴极侧泄漏)，所以也可以省略阴极侧的环状密封部件32。
在上述实施方式中，对有6个MEA10的MEA组件3进行了说明，但MEA10的数目并不限于此，可以自由地进行适当改变，例如也可以是1个MEA10。如此改变MEA10的数量时，阳极集电板23以及阴极集电板26的数量、燃料容器5的大小等也应进行相应的改变。
在上述实施方式中，以燃料电池1作为DMFC的情况进行了说明，但燃料电池的种类并不限于此，例如也可以是PEFC等。
在上述实施方式的MEA组件3的制造步骤中，如图9A以及图9B所示，在成为基底的膜21的上面贴附导电性片51后，利用光刻法，制作阳极集电板23...、阴极集电板26...、第A布线29...等，但也可以例如，利用冲压法(也称为冲切法)从导电性片51形成阳极集电板23...、阴极集电板26...、第A布线29...、取出电极24、27后，再把其贴附到膜21上。在此，冲压法，就是把与阳极集电板23...、阴极集电板26...等对应的模具，以规定压力按压到导电性片51上，冲出阳极集电板23...、阴极集电板26...等的方法。
另外，并联连接上述MEA10的情况下，也是同样的。
在上述实施方式中，通过在如图4所示的折线b、b分别配置芯部件34、34，易于在对置的阳极集电板23和阴极集电板26之间确保规定间隔，但也可以不配置芯部件34、34，作为衬垫，使用具有与6个MEA10...对应的6个开口部的膜(以下称为衬垫膜)。
进一步进行说明，使该衬垫膜对应集电板片20的6个阳极集电板23...而配置，在衬垫膜的上述6个开口部分别配置MEA10以及环状密封部件31、32后，在折线b、b处折叠集电板片20，使其一体化即可。使用这种衬垫膜，能够可靠地防止阳极集电板23...、阴极集电板26...、取出电极24、27、第A布线29...的不必要的接触。
上述记述是对于实施方式而进行的，但本发明并不限于此，本行业的技术人员应该明白可以在本发明的主旨和所附的权利要求的范围内进行各种更改以及修正。
权利要求
1.一种薄膜电极复合体组件，包括以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的薄膜电极复合体，具有燃料流通的燃料流通孔的阳极集电板，以及具有氧气流通的氧气流通孔的阴极集电板，用上述阳极集电板和上述阴极集电板夹持上述薄膜电极复合体的两面而形成；其特征在于，进一步包括成为上述阳极集电板的基底的合成树脂制的第1膜，以及，成为上述阴极集电板的基底的合成树脂制的第2膜。
2.根据权利要求1所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板以及上述阴极集电板是对应于上述薄膜电极复合体的形状而形成的。
3.根据权利要求2所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板是从第1导电性片利用光刻法或者冲压法而形成的；上述阴极集电板是从第2导电性片利用光刻法或者冲压法而形成的。
4.根据权利要求3所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述第1膜和第2膜是同一膜，该组件是通过折曲该同一膜，用上述阳极集电板和阴极集电板夹持上述薄膜电极复合体而形成的。
5.根据权利要求4所述的薄膜电极复合体组件，其中，具有多个上述薄膜电极复合体，与该薄膜电极复合体的形状相对应而分别形成的多个所述阳极集电板和所述多个阴极集电板，以及连接上述多个阳极集电板和上述多个阴极集电板、使得上述多个薄膜电极复合体成为串联的第A布线；上述第1导电性片和上述第2导电性片是同一导电性片；上述多个阳极集电板、上述多个阴极集电板和上述第A布线，是从上述同一导电性片形成的。
6.根据权利要求3或4所述的薄膜电极复合体组件，其中，具有多个上述薄膜电极复合体，与该薄膜电极复合体的形状相对应而分别形成的多个所述阳极集电板和所述多个阴极集电板，以及为使得上述多个薄膜电极复合体成为并联而连接上述多个阳极集电板的第B布线和连接上述多个阴极集电板的第C布线；上述第B布线，是从上述第1导电性片形成的，上述第C布线，是从上述第2导电性片形成的。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板和上述第1膜、上述阴极集电板和上述第2膜分别粘接在一起。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板以及上述阴极集电板，由铜或者铜合金形成，且在上述薄膜电极复合体侧进行了镀金。
9.根据权利要求1～7中任意一项所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板以及上述阴极集电板，由钛或者钛合金形成。
10.根据权利要求9所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述阳极集电板以及上述阴极集电板的上述薄膜电极复合体侧进行了镀金。
11.根据权利要求1～10中任意一项所述的薄膜电极复合体组件，其中，上述电解质膜的至少一侧具有包围上述气体扩散电极的环状密封部件。
12.一种燃料电池，其特征在于，具有根据权利要求1～11中任意一项所述的薄膜电极复合体组件，以及，对上述薄膜电极复合体组件的阳极侧供给燃料的燃料容器。
13.一种电子设备，其特征在于，搭载有根据权利要求12所述的燃料电池。
14.一种薄膜电极复合体组件的制造方法，其特征在于，具有在合成树脂制的第1膜上重合第1导电性片、在合成树脂制的第2膜上重合第2导电性片的第1工序；利用光刻法，由上述第1导电性片形成阳极集电板、由上述第2导电性片形成阴极集电板的第2工序；以及，用上述阳极集电板和上述阴极集电板来夹持薄膜电极复合体的第3工序，其中，上述薄膜电极复合体是以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的。
15.一种薄膜电极复合体组件的制造方法，其特征在于，具有在合成树脂制的膜上重合导电性片的第1工序；利用光刻法，从上述导电性片形成阳极集电板和阴极集电板的第2工序；以及，通过折曲上述膜，用上述阳极集电板和上述阴极集电板来夹持薄膜电极复合体的第3工序，其中，上述薄膜电极复合体是以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的。
16.根据权利要求15所述的薄膜电极复合体组件的制造方法，其中，在上述第2工序中，在形成多个阳极集电板和多个阴极集电板的同时，由上述导电性片形成串联连接该多个阳极集电板和该多个阴极集电板的第A布线；在上述第3工序中，用上述多个阳极集电板和上述多个阴极集电板，夹持多个上述薄膜电极复合体。
17.根据权利要求14或者15所述的薄膜电极复合体组件的制造方法，其中，在上述第2工序中，在形成多个阳极集电板和多个阴极集电板的同时，分别从对应的导电性片形成并联连接上述多个阳极集电板的第B布线、和并联连接上述多个阴极集电板的第C布线；在上述第3工序中，用上述多个阳极集电板和上述多个阴极集电板，夹持多个上述薄膜电极复合体。
18.一种薄膜电极复合体组件的制造方法，其特征在于，具有把第1导电性片制作成规定的形状来形成阳极集电板，把第2导电性片制作成规定的形状来形成阴极集电板的第1工序；在合成树脂制的第1膜上重合上述阳极集电板、在合成树脂制的第2膜上重合上述阴极集电板的第2工序；以及，用上述阳极集电板和上述阴极集电板来夹持薄膜电极复合体的第3工序，其中，上述薄膜电极复合体是以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的。
19.一种薄膜电极复合体组件的制造方法，其特征在于，具有把第1导电性片制作成规定的形状来形成阳极集电板、把第2导电性片制作成规定的形状来形成阴极集电板的第1工序；把上述阳极集电板和上述阴极集电板重合到合成树脂制的膜的规定位置上的第2工序；以及，通过折曲上述膜，用上述阳极集电板和上述阴极集电板来夹持薄膜电极复合体的第3工序，其中，上述薄膜电极复合体是以气体扩散电极夹持电解质膜的两面而形成的。
20.根据权利要求19所述的薄膜电极复合体组件的制造方法，其中，上述第1工序中的上述第1导电性片和上述第2导电性片是同一导电性片，由该同一导电性片形成多个阳极集电板和多个阴极集电板，并且形成串联连接该多个阳极集电板和该多个阴极集电板的第A布线；在上述第3工序中，用上述多个阳极集电板和上述多个阴极集电板，夹持多个上述薄膜电极复合体。
21.根据权利要求18或者19所述的薄膜电极复合体组件的制造方法，其中，在上述第1工序中，在形成多个阳极集电板和多个阴极集电板的同时，分别从对应的导电性片形成并联连接上述多个阳极集电板的第B布线、和并联连接上述多个阴极集电板的第C布线；在上述第3工序中，用上述多个阳极集电板和上述多个阴极集电板，夹持多个上述薄膜电极复合体。
全文摘要
根据本发明，提供一种薄膜电极复合体组件，其包括以气体扩散电极(12、13)夹持电解质膜(11)的两面而形成的薄膜电极复合体(10)、具有燃料流通的燃料流通孔(23a)的阳极集电板(23)、以及具有氧气流通的空气流通孔(26a)的阴极集电板(26)，以阳极集电板(23)和阴极集电板(26)夹持薄膜电极复合体(10)的两面而形成；其进一步包括，成为阳极集电板(23)的基底、阴极集电板(26)的基底的合成树脂制的膜(21)(第1膜和第2膜)。
文档编号H01M4/86GK1722501SQ20051008330
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者河野龙治, 永田达也, 北野诚, 清藤雅宏, 中川和彦 申请人:株式会社日立制作所, 日立电线株式会社