专利名称：高分子电解质型燃料电池及高分子电解质型燃料电池用隔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及将多个单位电池在相同方向配置成平面状，将规定的邻接的单位电池之间电连接，将上述多个单位电池串联地连接起来的电解质型燃料电池。进而，本发明涉及作为燃料电池直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用隔板。
背景技术：
最近，从保护地球环境的观点，以及，直接利用氢作为燃料是有利的、能量变换效率高等观点出发，对燃料电池的期望值急剧增高。
到目前为止，已经用于宇宙的开发及海洋的开发，最近，正在开展用作代替汽车发动机的动力源以及家庭用发电装置方面的工作，进行广泛使用的可能性增大。
燃料电池，简单地说，是从一种外部连续地供应燃料(还原剂)和氧气或空气(氧化剂)，使之进行电化学反应提取电能的装置。燃料电池根据其工作温度，使用燃料的种类，以及用途等进行分类，最近以来，一般地主要根据所使用的电解质的种类，大体上分成固体氧化物型燃料电池(SOFC)，熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)，磷酸型燃料电池(PAFC)，高分子电解质型燃料电池(PEFC)，碱性水溶液型燃料电池(AFC)等五种。
这些燃料电池，以由甲烷等生成的氢气作为燃料，但最近，已知作为燃料直接利用甲醇的水溶液的直接甲醇型燃料电池(DMFC)。
在这种燃料电池中，用两种类型的电极夹持高分子膜、进而，用隔板夹持这些构件构成的固体高分子型燃料电池(下面也称作“高分子电解质型燃料电池”，或者“PEFC”Polymer Electrolyte FuelCell)十分引人注目。
这种PEFC，通过在固体高分子膜的两侧配置空气极(氧极)，燃料极(氢极)等电极构成单位电池，用燃料电池用隔板夹持该单位电池的两侧构成。
例如，作为PEFC的结构，可以列举出以下的结构，在厚度20μm～70μm的高分子电解质的两侧成一整体地形成由厚度10μm～20μm的触媒层构成的燃料极与空气极，在触媒层的外侧作为集电材料附加多孔质的支持层(碳素纸，气孔率约80％)，进而，利用兼作氢或氧等反应气体的供应路径的隔板(间隔板)夹持构成。
在上述的PEFC中，为了使燃料(氢)和氧化剂(空气)不直接反应，将它们隔离，并且有必要将在燃料极上生成的氢离子(质子)运送到空气极侧。
在常温(100℃以下)下工作、质子在固体高分子膜中运动的燃料电池中，作为固体高分子膜可以使用作为离子交换基具有磺酸基的全氟化碳磺酸结构的薄膜(厚50μm左右)，可以制成小型电池。
在这种PEFC中，其输出性能为，1～3A/cm2，0.6～2.1V/每个单电池，获得2.1W/cm2的高输出密度。
在这种PEFC中，其结构一般为，通过在固体高分子膜的两侧，分别将配置电极的多个单位电池进行叠层，制成根据所需的目的加大其电动势的堆栈结构(称作PEFC堆)。但是，如便携式式终端等用的燃料电池那样，并不需要太高的电动势，有时要求制成平面型，尽可能薄。
此外，在PEFC中，作为隔板，一般地，使用在一个面上形成将燃料气体供应给相邻的一个单位电池用的燃料气体供应槽，在另一个面上形成向邻接的另一个单位电池供应氧化剂用的氧化剂气体供应槽的结构的隔板。借此，沿隔板面供应燃料气体，氧化剂气体。
作为PEFC隔板，已知有，将石墨板进行切削加工出槽的隔板，将碳在树脂中混练的碳复合物的成型隔板，利用蚀刻等进行槽加工的金属制隔板，将耐腐蚀性的树脂覆盖到金属材料的表面部等的隔板。这些隔板，均根据需要形成燃料气体供应用槽以及/或者氧化剂气体供应用槽。
但是，在作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型燃料电池(DMFC)中，利用备有供应燃料气体用的燃料气体供应用槽的上述现有技术的隔板进行燃料的供应，存在着随着部位的不同变得不均匀的问题。
特别是，在直接甲醇型、将多个单位电池排列配置成平面状，将它们串联地电连接的平面型的情况下，存在问题。
如上所述，近年来，广泛使用燃料电池的可能性增大，在PEFC中，除一般的堆积结构之外，也需要电动势不是很高、平面型的尽可能薄的形式的燃料电池。进而，在直接甲醇型的平面型的PEFC中，不能充分消除因部位的不同燃料供应不均匀的问题，要求对此采取对策。
发明概述因此，本发明的目的是，提供一种具有将设置成平面状的单位电池串联地电连接的结构的燃料电池。
此外，本发明特别提供一种在直接甲醇型并且为平面型的PEFC中，可以消除因部位不同引起的燃料供应不均匀性的问题的燃料电池。
为了达到这样的目的，本发明的高分子电解质型燃料电池，其结构为，在将多个单位电池在相同方向配置成平面状，将规定的邻接的单位电池之间串联地电连接，将上述多个单位电池串联连接起来的电解质型燃料电池中，为了进行前述规定的邻接单位电池之间的电连接，在位于前述规定的邻接的单位电池之间、与各单位电池电绝缘的大致为单位电池的厚度的绝缘部上，至少设置通孔连接部，填充通路连接部，凸出连接部中的一个。
本发明的高分子电解质型燃料电池，在将一个板状高分子电解质膜的一部分作为构成各单位电池的电解质膜，将多个单位电池沿相同的方向配置成平面状，将规定的邻接的单位电池之间串联地电连接，将前述多个单位电池串联连接的高分子电解质型燃料电池中，为了进行前述规定的邻接单位电池之间的电连接，在前述规定的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜上，至少设置通孔连接部，填充通路连接部，凸出连接部中的一个。
根据这样的本发明，可以提供具有将设置成平面状的多个单位电池串联地电连接的结构的燃料电池。即，通过在规定的邻接的单位电池之间设置将各单位电池电绝缘的大致具有单位电池的厚度的绝缘部，或者，通过将一个板状的高分子电解质膜的一部分作为构成各单位电池的电解质薄膜，在单位电池之间配置高分子电解质膜，将多个单位电池指向同一个方向、配置成平面状，将现有的广泛使用的通孔连接，填充通路连接，凸出部连接技术应用于单位电池间的串联的电连接。
此外，本发明的隔板，其结构为，在作为燃料直接采用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，在该板状构件的供应燃料的表面上，形成燃料供应用槽以及将通孔之间连接起来的槽。
此外，在平面型PEFC中，一般地将整体包裹起来，用上述隔板在接触的板状构件与筐体之间，板状构件的通孔部，燃料供应用槽，连接通孔之间的槽分别构成燃料供应用流路。
此外，本发明的隔板，其结构为，在作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个面的盖部，在与前述板状构件的前述盖部接触的表面上形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与盖部之间，前述通孔，前述燃料供应用槽，连接通孔之间的前述槽，分别构成燃料供应用流路。
此外，本发明的隔板，其结构为，在作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，由以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部构成，在该盖部与前述板状构件接触的表面上，形成燃料供应用槽，和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与前述盖部之间，前述板状构件的通孔部，前述盖部的燃料供应用槽，连接通孔之间的槽，分别构成燃料供应用通路。
此外，本发明的隔板，其结构为，在上述隔板中，多个燃料供应用槽或连接通孔之间的槽连接到各通孔上。
此外，本发明的隔板，其结构为，在上述隔板中，板状构件以金属为基体，至少在成为燃料电池的电解质侧的前述基体的表面部上，配置由耐酸性导电性的树脂层等构成的保护层。
此外，本发明的隔板，其结构为，在上述隔板中，前述保护层是利用在树脂中混合有碳粒子、耐腐蚀性金属等的导电材料的电镀液，通过电镀成膜，然后加热固化而形成的，或者是通过电解聚合，构成在由导电性高分子构成的树脂中为了提高导电性含有掺杂剂的状态的膜而形成的。
此外，本发明的高分子电解质型燃料电池，其结构为，在作为燃料直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池中，采用具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，在该板状构件的供应燃料的表面上形成燃料供应用槽，和连接通孔之间的槽的高分子电解质型燃料电池用的隔板，经由该隔板的通孔供应燃料。
此外，本发明的高分子电解质型燃料电池，其结构为，在作为燃料直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池中，采用具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部，在与前述板状构件的前述盖部接触的表面上形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与盖部之间，前述通孔，前述燃料供应用槽，连接通孔之间的前述槽，分别构成燃料供应用流路的高分子电解质型燃料电池用隔板，经由该隔板的通孔，供应燃料。
此外，本发明的高分子电解质型燃料电池，其结构为，在作为燃料直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池中，采用由以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部构成，在该盖部与前述板状构件接触的表面上，形成燃料供应用槽，和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与前述盖部之间，前述板状构件的通孔部，前述盖部的燃料供应用槽，连接通孔之间的槽，分别构成燃料供应用通路的高分子电解质型燃料电池用隔板，经由该隔板的通孔，供应燃料。
本发明的直接甲醇型的平面型的高分子电解质型燃料电池用的隔板，通过这种结构，特别是，在直接甲醇型的、平面型的PEFC中，可以消除因部位不同引起的燃料供应的不均匀性问题。
即，通过设置连接通孔之间的槽，可以消除因燃料供应部位不同造成的不均匀性问题。
特别是，通过在各通孔上连接多个(两个以上)的槽，可以进一步消除因部位不同造成的燃料供应不均匀性问题。
此外，板状构件以金属为基体，通过至少在成为基体的燃料电池的电解质侧的表面部上配置由耐酸性导电性的树脂层等构成的保护层，制成能够实用的结构。
本发明的高分子电解质型燃料电池，通过上述结构，特别是，在直接甲醇型的平面型PEFC中，可以消除因部位不同引起的燃料供应不均匀性的问题。
附图的简单说明
图1、是本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第一个例子的剖面图。
图2、是图1所示的高分子电解质型燃料电池的平面图。
图3(a)～图3(d)、是在第一个例子中将填充型通孔连接部作为表面背面的连接部时的制造工艺图。
图4(a)～图4(d)、是在第一个例子中，将填充型通路连接部作为表面背面的连接部时的制造工艺图。
图5(a)～图5(c)、是在第一个例子中，将凸出连接部作为表面背面的连接部时的制造工艺图。
图6、是本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第二个例子的剖面图。
图7、是图6所示的高分子电解质型燃料电池的平面图。
图8、是本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第三个例子的剖面图。
图9、是图8所示的高分子电解质型燃料电池的平面图。
图10、是本发明的直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用隔板的实施形式的第一个例子的剖面图。
图11、是表示图10所示的隔板的通孔的图示。
图12、是本发明的直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用隔板的实施形式的第二个例子的剖面图。
图13、是本发明的直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用隔板的实施形式的第三个例子的剖面图。
图14、是表示配置图13所示的隔板通孔的板状构件的图示。
图15、是表示图13所示的隔板盖部的图示。
图16、是本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第一个例子的剖面图。
图17、是图16所示的高分子电解质型燃料电池的平面图。
图18(a)～(d)是表示图17所示的高分子电解质型燃料电池的连接部的制造工艺的剖面图。
图19、是表示本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第二个例子的剖面图。
图20、是表示本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第三个例子的剖面图。
实施发明的最佳形式下面，对本发明的实施形式进行说明。
基于图1～9说明本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式例。
在图1～9中，10是单位电池，11是燃料极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，12是空气极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，13是高分子电解质膜，14是绝缘部，16是通孔，20是连接部，21是连接配线，22是表面背面连接部，26、27是配线，31是铜箔，33是镀层，35、36是导电糊剂，41、42是铜箔，45是凸出部，46是接触部，50是单位电池，51是燃料极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，52是空气极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，53是高分子电解质膜，54是绝缘部，60是连接部，61是连接配线，62是表面背面连接部，66、67是配线，70是单位电池，71是燃料极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，72是空气侧隔板(也称作集电体，或者双极板)，73是高分子电解质膜，73A是板状高分子电解质膜，80是连接部，81是连接配线，82是表面背面连接部，86、87是配线。
其中，图3～图5是图1的连接部20附近的图示。
此外，图1是在图2的A1-A2处的剖面图，图6是在图7的B1-B2处的剖面图，图8是图9的C1-C2处的剖面图。
此外，图2中的A3、A4，图7中的B3、B4，图9中的C3、C4，是输出端子部。
首先，基于图1、图2说明本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第一个例子。
第一个例子的高分子电解质型燃料电池，如图1及图2所示，是将多个单位电池10排列配置成平面状，将它们串联地电连接，可输出对应于单位电池的个数(在图2中为4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。此外，在个单位电池10的周围，设置厚度大致与其相同的绝缘部14，将整体制成平面状。即，通过将单位电池嵌入平板状的绝缘部14的挖空部内，将单位电池10和绝缘部14设置成平面状。
本例，在规定的邻接的单位电池之间的位置处，在将各单位电池10电绝缘的绝缘部14上，设置贯通的进行表面背面的连接用的表面背面连接部22。同时，经由连接配线部21将该表面背面连接部22连接到相邻的一个单位电池的燃料极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)11以及另一个单位电池的空气极侧隔板(也称作集电体，或者双极板)12上，将邻接的单位电池之间串联地电连接。
此外，这里，为了易于说明起见，在图2中令单位电池为4个，但也可以为5个以上。
绝缘部14，除用连接部20(连接配线21和表面背面连接部22)连接邻接的单位电池之间之外，相互是绝缘的，这种绝缘部14，只要在处理性能，耐久性方面是优异的，没有特定的限制。作为绝缘部14用的材料，通常使用基板材料，例如，玻璃环氧树脂，聚酰亚胺树脂等。此外，绝缘部14可以只由绝缘物构成，也可以部分地包含导电性的材料。
作为连接部20，通孔连接部，或者填充通路连接部，凸出连接部中的任何一个，设置在绝缘部14中，可以作为现有的配线基板技术的应用将它们形成。
作为单位电池10的燃料极侧隔板11，空气极侧隔板12的材质，优选地，采用导电性、强度、耐腐蚀性等方面能够胜任地、并且与连接配线21的连接性能良好的材料。作为这些材质，通常使用金属材料，例如，采用不锈钢，冷轧钢板，铝等。或者，作为隔板12，以这些金属材料作为基体材料，采用在高分子电解质膜侧的表面上配置耐酸性并且具有导电性的树脂膜的隔板。
下面，对本例的高分子电解质型燃料电池的制造方法的一个例子，基于图3简单说明其处理流程。在该例中，是将连接部20的表面背面连接部22作为填充型的通孔连接部的情况。
首先，在两个面上具有铜箔31的玻璃环氧树脂基板(绝缘部14)上，形成将单位电池嵌入的孔部，将单位电池10以相同的方向嵌入到该孔部内(图3(a))。
其次，利用钻头或激光，开设形成填充型通孔连接部用的通孔16(图3(b))。
其次，进行去污处理及添加触媒处理后，在包含通孔16的表面部在内的整个面上进行化学镀，进而，在化学镀层进行电镀。借此，用镀层33填充通孔16，形成表面背面连接部22，将表面背面导通(图3(c))。
作为化学镀，可以适当地进行化学镀镍，化学镀铜。化学镀，在利用触媒进行活化处理后，用规定的镀液进行。此外，作为电镀，通常进行镀铜。
其次，在整个表面背面上进行抗蚀剂制版，将从抗蚀剂露出的镀层33蚀刻，形成连接配线21，除去抗蚀剂，根据需要进行清洗处理，获得本例的高分子电解质型燃料电池(图3(d))。
蚀刻液，用于可以将镀层33分别选择性地蚀刻成燃料剂侧隔板11，空气极侧隔板12。作为这种蚀刻液，可利用氯化铁液等，可以考虑到隔板的材质与铜配线的蚀刻速度，决定蚀刻条件。
此外，这里，用镀层33填充通孔16，但并不局限于此。例如，也可以是加大通孔16，镀敷后的状态，尽管在通孔16的内壁面上形成镀层33，仍然处于表面背面贯通的状态的普通的通孔连接部。
其次，对本例的高分子电解质型燃料电池的制造方法的一个例子，基于图4简单说明其处理流程。在该例中，是将连接部20的表面背面连接部22作为填充通路连接部的情况。
首先，在玻璃环氧树脂基板(绝缘部140)上形成将单位电池嵌入的孔部，将单位电池10以相同的方向嵌入该孔部(图4(a))，利用钻头或激光在绝缘部14上开设形成填充通路部用的通孔16(图4(b))。
其次，利用丝网印刷等将导电性糊剂以均匀的厚度涂布到玻璃环氧树脂基板的一个面上，通过将吸气器具配置在玻璃环氧树脂基板的背面侧将通孔16内减压，将导电性糊剂35填充到通孔16内(图4(c))。
其次，利用印刷法印刷导电性糊剂36，形成连接配线21，获得本例的高分子电解质型燃料电池(图4(d))。
作为导电性糊剂，可以列举出银糊剂，铜糊剂，金糊剂，钯糊剂，钯-银糊剂等。
其次，对本例的高分子电解质型燃料电池的制造方法的一个例子，基于图5简单说明其处理流程。在该例中，是将连接部20的表面背面连接部22作为凸出连接部的情况。
首先，利用玻璃环氧树脂基板等绝缘基板(绝缘部14)形成嵌入单位电池的孔部，将单位电池10以相同的方向嵌入到该孔部内。其次，准备在绝缘基板(绝缘部14)的一个面上的铜箔41，在另一个面上，准备在绝缘基板(绝缘部14)侧形成导电性凸出部45的铜箔42(图5(a))。将铜箔41和铜箔42叠层到绝缘基板(绝缘部14)上(图5(b))。利用该叠层，凸出部45成为贯通绝缘部14连接到铜箔41上的状态。
凸出部45，可以采用多次印刷导电性糊剂而形成，或者采用金属丝，或者采用将金属丝进一步用导电性糊剂覆盖的材料等。
此外，在制作凸出部时，在获得凸出部的高度同时，将其尖端削得很尖锐。
其次，在整个表面背面上进行抗蚀剂制版，蚀刻从抗蚀剂露出的铜箔41、42，形成连接配线21。其次，除去抗蚀剂，根据需要进行清洗处理，获得本例的高分子电解质型燃料电池(图5(c))。
图3～图5所示的连接部20的形成方法只是例子，本发明并不局限于此。
这样，第一个例子，通过在规定的邻接的单位电池之间设置将个单位电池电绝缘的大致具有和单位电池的厚度相同的厚度的绝缘部14，作为连接部20，可以采用现有技术中广泛使用的通孔连接部，填充通路连接部，凸出连接部等。此外，连接部20的形成，对各单位没有影响，是电稳定的。
其次，基于图6、图7说明本发明的高分子电解质型电池的实施形式的第二个例子。
第二个例子，和第一个例子一样，是将多个单位电池50排列配置成平面状，将它们串联地电连接，可输出对应于单位电池的个数(在图7中是4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。同时，在设置连接部60的单位电池50之间的一部分上，设置以其厚度大致相同的绝缘部54，将整体制成平面状。即，其结构为，用绝缘部54替换设置表面背面连接部62的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜53的一部分。
在第二个例子的情况下，一个平板状的高分子电解质膜53的两侧的，分别多个(在图7中为4个)燃料极侧隔板51，空气极侧隔板52，以分离的状态配置。进而，各单位电池50的燃料极侧隔板51，以与空气极侧隔板52相同的大小，在相同的位置上对向，各单位电池被分离。
由于各单位电池50的方向相同，串联地电连接，所以一定需要表面背面连接部。
在第二个例子的情况下也和第一个例子时的情况一样，在位于规定的邻接的单位电池之间的、将和各单位电池50电绝缘的绝缘部54上，设置贯通的、进行表面背面的连接用的表面背面连接部62。同时，经由连接配线61将该表面背面连接部62将相邻的一个单位电池的燃料极侧隔板51与另一个单位电池的空气极侧隔板52连接，将相邻的单位电池之间电连接。
此外，在这里，为了易于说明，在图7中令单位电池的个数为4个，但也可以在5个以上。
在第二个例子的情况下，各部分(材料与结构)，可以采用和第一个例子相同的部分。
此外，在第二种情况下，与第一个例子一样，作为连接部60，可以在绝缘部54中设置通孔连接部，或者填充通路连接部，凸出连接部任何一种。
此外，包含由通孔连接部，或者填充通路连接部，凸出连接部等构成的表面背面连接部62在内的连接部60的形成，基本上可以和用第一个例子的情况下说明的同样的工艺进行。
在第二个例子的情况下，同样，通过在规定的邻接单位电池之间设置将各单位电池电绝缘的大致具有和单位电池相同厚度的绝缘部54，作为连接部60，和第一个例子的情况一样，可以采用现有技术中广泛使用的通孔连接，填充通路连接，凸出部连接等，进而，连接部60的形成，对各单位电池没有影响，是电稳定的。
其次，基于图8、图9说明本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第三个例子。
第三个例子，将尺寸大于一个单位电池70的尺寸的、一个板状高分子电解质膜73A的一部分作为各单位电池70的电解质膜73，将多个单位电池70以相同的方向配置成平面状。同时，它是一种将规定的邻接的单位电池70之间串联地电连接，将多个单位电池全部串联连接，输出对应于单位电池70的个数(在图9中为4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。在这种高分子电解质型燃料电池中，为了进行规定的邻接的单位电池之间的电连接，在位于前述规定的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜73A上，设置表面背面连接部82。
在第三个例子的情况下，同样，经由连接配线81将表面背面连接部82连接到邻接的一个单位电池70的燃料极侧的隔板71以及另一个单位电池70的空气极侧的隔板72上，将邻接的电池之间进行电连接。
此外，在这里，为了便于说明，在图9中令单位电池的个数为4个，但也可以是个以上。
在第三个例子的情况下，也和第一个例子、第二个例子一样，作为连接部80，在所连接的规定的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜73A上设置通孔连接部或者填充通路连接部，凸出连接部等。
此外，包含由通孔连接部或者填充通路连接部，凸出连接部等构成的表面背面连接部82在内的连接部80的形成，基本上可以用和第一个例子的情况下说明的基本上相同的工艺来进行。
在第三个例子的情况下，将一个板状的高分子电解质膜的一部分作为构成各单位电池的电解质膜，将高分子电解质膜配置在单位电池之间，将多个单位电池以相同的方向配置成平面状，所以，作为连接部80，可以采用现有技术中广泛使用的通孔连接，填充通路连接，凸出连接部等形式。
在上面所述的第一个例子～第三个例子中，将多个单位电池配置成平面状，但，也可以采用将这种结构进一步多层重叠的状态(堆栈状)的形式。
此外，在这种情况下，输出端子部(图2的A3，A4，图7的B3，B4，图9的C3，C4)沿叠层方向的连接，可以采用和现有的堆栈结构相同的方式。
其次，基于图10～图20说明本发明的直接甲醇型、平面型的高分子电解质燃料电池用的隔板以及高分子电解质燃料电池的实施形式的例子。
在图10～图20中，100A、100B、100C是隔板，110、110a是板状构件，111是通孔部，112是槽，112a是燃料供应用槽，120、120a是盖部，122是槽，130是单位电池，132是空气极侧隔板，133是高分子电解质膜，134是绝缘部，136是通孔，140是连接部，141是连接配线，142是表面背面连接部，146、147是配线，151是铜箔，153是镀层，160是单位电池，162是空气极侧隔板，163是高分子电解质膜，164是绝缘部，170是连接部，171是连接配线，172是表面背面连接部，180是单位电池，182是空气极侧隔板，183是高分子电解质膜，183A是板状高分子电解质膜，190是连接部，191是连接配线，192是表面背面连接部。
图11是从图10的点划线看A1、A2侧的图示，图16是图17的B1-B2处的剖面图。图17中，B3，B4是输出端子部。
此外，图18是图16的连接部140附近的图示。
首先，基于图10说明本发明的直接甲醇型的平面型的高分子电解质燃料电池用的隔板的实施形式的第一个例子。
第一个例子，是作为燃料直接使用甲醇的水溶液的直接甲醇型并且为平面型的高分子电解质燃料电池用的燃料供应侧的隔板。如图10所示，隔板100A，在板状构件110上与其表面大致垂直地排列设置多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔111，并且，在供应燃料的表面上形成燃料供应用槽112a，连接通孔之间的槽112。
在本例的情况下，在构成电池的状态，包围整体的筐体(图中未示出)与板状构件110的燃料供应用槽112a、连接通孔之间的槽112的形成面侧接触。借此，在接触的板状构件110与筐体之间，板状构件110的通孔111，燃料供应用槽112a，连接通孔之间的槽112，分别构成燃料供应流路。
板状构件110，以金属为基体，至少，在成为基体的燃料电池的电解质侧的表面上，配置由导电性的树脂层构成的保护层。该保护层，例如，配置在图10、图11中用斜线表示的部位。
板状构件110的材质，为了耐受燃料的使用，只要具有耐酸性，导电性，能够获得足够的强度，没有特别的限制。
板状构件110的金属基体，通过利用机械加工，光刻技术的蚀刻加工，加工成规定的形状。
此外，作为在由金属构成的基体的表面部上配置耐酸性并且具有导电性的树脂膜的方法，可以列举出使用将碳粒子，耐腐蚀性的金属等导电材料混合到树脂中的电镀液，利用电镀形成膜，然后加热固化的方法，或者，通过电解聚合形成在导电性高分子构成的树脂中含有提高导电性的掺杂物的状态的膜的方法等。
电镀，作为电镀形成树脂膜用的电镀液，使用具有电镀性的各种阴离子性或阳离子性的合成高分子树脂，并且，在电镀液中分散有导电材料的状态进行电镀。
此外，在利用电镀形成的树脂膜的树脂本身上没有导电性，但由于在将导电性材料混合到树脂中的状态下形成膜，所以，作为树脂表现出导电性。
作为所使用的阴离子性高分子树脂，可以单独地使用下述树脂或者通过将这些树脂组合作为混合物使用，这些树脂包括丙烯酸树脂，聚酯树脂，马来酸油树脂，聚丁二烯树脂，环氧树脂，聚酰胺树脂，聚酰亚胺树脂等。
进而，也可以和上述阴离子性合成树脂一起同时并用蜜胺树脂，酚醛树脂，氨基甲酸乙酯树脂等交联性树脂。
此外，作为所使用的阳离子性合成高分子树脂，可以单独使用下述树脂或者将它们进行任意组合构成混合物使用，所述树脂为丙烯酸树脂，环氧树脂，氨基甲酸乙酯树脂，聚丁二烯树脂，聚酰胺树脂，聚酰亚胺树脂等。进而，也可以将聚酯树脂，氨基甲酸乙酯树脂等交联性树脂与上述阳离子性合成高分子树脂同时并用。
此外，为赋予上述高分子树脂以粘结性，可以根据需要添加松脂系，萜烯系，石油树脂等赋予粘结性的树脂。
上述高分子树脂，在利用碱性物质或酸性物质中和可溶解于水中的状态，或者在水分散的状态供电镀用。即，用三甲胺，二乙胺，二甲基乙醇胺，二异丙醇胺等胺类，氨，苛性钾等无机碱将阴离子性合成高分子树脂中和。用醋酸，甲酸，丙酸，乳酸等酸将阳离子性合成高分子树脂中和。同时，被中和的、能够溶解于水中的高分子树脂，在水分散性或溶解型，在用水稀释的状态下使用。
在用电镀形成树脂膜的情况下，作为混合入树脂中的导电材料，可以列举出碳粒子，耐腐蚀性的金属等，但只要能够获得具有耐酸性且导电性的树脂层，并不局限于此。
电解聚合，基本上将电极浸渍在作为单体含有芳香族化合物的电解液中通电进行，利用电化学的氧化或还原聚合的方法是众所周知的方法，这里省略其详细说明。
利用电解聚合，可以直接将导电性高分子合成为薄膜状，但在本例中，形成在电解聚合的树脂中含有提高导电性的掺杂剂的状态。
这样，在电解聚合的树脂中，为了制成进而含有提高导电性的掺杂剂的状态，可以采用在电解聚合时，含有掺杂剂的电化学的掺杂，或者，电解聚合后，将利用电解聚合形成的导电性树脂(高分子)浸渍在掺杂剂液体本身中，或者，浸渍在含有掺杂剂分子的溶液中的液相掺杂等方法。
此外，这种掺杂剂，在聚合后将阴极和阳极短路，或外加反相电压，可以脱离或中和，进而，控制电压进行可逆地掺杂、去掺杂而控制掺杂剂的浓度。
在形成采用电解聚合的树脂膜时使用的掺杂剂中，作为给出电子的掺杂型的掺杂剂，可以列举出碱金属，烷基铵离子等，作为夺取电子的受主型掺杂剂，可以列举出卤素类，路易斯酸(Lweis acid)，质子酸，过渡金属卤化物，有机酸等。
其次，基于图12说明本发明的直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用隔板的实施形式的第二个例子。
第二个例子，也和第一个例子一样，是作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型、且平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板。该隔板100B也使用和第一个例子一样的板状构件110。隔板100B，由形成通孔111、燃料供应用槽112a、连接通孔之间的槽112的板状构件110，以及覆盖板状构件110的槽112a与槽112的表面的盖部120构成。同时，板状构件110与盖部120接触，在该板状构件110与盖部120之间，通孔111，燃料供应用槽112a，连接通孔之间的槽112，分别形成燃料供应用流路。
在本例的情况下，盖部120，例如，可以为β不锈钢薄板，但作为盖部120的材质，只要能够耐受燃料的使用，具有规定的强度，没有特定的限制。例如，在用于电连接的情况下，可以用不锈钢，冷轧钢板，铝等金属薄板。
其次，基于图13～图15说明本发明的直接甲醇型的平面型的高分子电解质型燃料电池用的隔板的实施形式的第三个例子。
第三个例子的隔板100C，和第二个例子一样，由排列设置多个与其表面垂直的通孔部111的板状构件110a，以及盖部120a构成。在盖隔板100C中，在与板状构件110a接触的盖部120a的面上，设置燃料供应用槽122a，以及连接通孔之间的槽122。同时，通过板状构件110a与盖部120a接触，在板状构件110a与盖部120a之间，板状构件110a的通孔部111以及盖部120的燃料供应用槽122a，连接通孔之间的槽122，分别形成燃料供应用流路。
板状构件110a，盖部120a，可以使用和第二个例子相同的盖部。
此外，盖部120a的加工，如果基体是金属的话，通常，进行机械加工，蚀刻加工，如果是树脂的话，进行注塑成形，挤压成形，连续自动送进成形，压延成形，压缩成形，铸塑成形等一般成形法，以及切削等机械加工等。
其次，基于图16、图17说明利用本发明的隔板的本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第一个例子。
本例，是使用图12所示的第二个例子的隔板100B的直接甲醇型的平面型的高分子电解质型燃料电池。
该高分子电解质型燃料电池，是一种将多个单位电池130排列配置成平面状将它们串联地电连接，可输出对应于单位电池的个数的(在图17中为4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。同时，在各单位电池130的周围，设置与之厚度大致相同的绝缘部134，将整体制成平面状。即，通过将单位电池130嵌入到平板状的绝缘部134的挖出部，将单位电池130和绝缘部134设置成平面状。此外，在位于规定的邻接的单位电池之间的、将各单位电池电绝缘的绝缘部134上，设置贯通的、进行其表面背面连接用的表面背面连接部142。同时，经由连接配线141，将该表面背面连接部142连接到邻接的一个单位电池的燃料极侧的隔板100B及另一个单位电池的空气极侧的隔板132上，将邻接的单位电池之间串联地电连接。
此外，在这里，为了易于说明，在图17上令单位电池的个数为4个，但也可以是5个以上。
绝缘部134除用连接部140(连接配线141及表面背面连接部142)连接邻接的单位电池之间之外，其它相互绝缘，该绝缘部134，只要在处理性能，耐久性方面优异，没有特定的限制。
绝缘部134只由绝缘物构成，也可以是部分含有导电性物体的结构。作为绝缘部134用的材料，通常，用基板材料，例如，使用玻璃环氧树脂，聚酰亚胺等。
作为连接部140，在绝缘部134中设置通孔连接部，或者，填充通路连接部，凸出连接部中任何一种，但它们也可以作为现有的配线基板技术的应用来形成。
作为单位电池130的空气极侧的隔板132的材质，优选地，在导电性，强度，耐腐蚀性等方面能够胜任使用，并且与连接配线141的连接性能良好。作为它们的材质，通常，采用金属材料，例如，使用不锈钢，冷轧钢板，铝等。
下面，基于图18，对本例的高分子电解质型燃料电池的制造方法的一个例子，简单地地说明其处理流程。在该例中，利用填充型的通孔连接部作为连接部140的表面背面连接部142。
首先，在两个面上具有铜箔151的玻璃环氧树脂基板(绝缘部134)上，形成单位电池嵌入的孔部，将单位电池130以相同的方向嵌入该孔部内(图18(a))。
其次，利用钻头或激光，开设形成填充型通孔连接部用的通孔136(图18(b))。
其次，在进行去污处理及附加触媒处理之后，在包含通孔136的表面部在内的整个面上进行化学镀，进而，在化学镀层上进行电镀。借此，用镀层153填充通孔136，形成表面背面连接部142，表面背面被导通(图18(c))。
作为化学镀，可以适当地进行化学镀镍，化学镀铜。化学镀在用触媒进行活化处理之后，在规定的镀液中进行。此外，作为电镀，通常，进行镀铜。
其次，在整个表面背面上进行抗蚀剂制版，蚀刻从抗蚀剂中露出的镀层153，形成连接配线141，除去抗蚀剂，根据需要进行清洗处理，获得本例的高分子电解质型燃料电池(图18(d))。
蚀刻液，可以将燃料极侧的隔板100B及空气极侧的隔板132加以区别地选择性地蚀刻镀层153的蚀刻液。作为这种蚀刻液，可以利用氯化铁液等，考虑到隔板的材质与铜配线的蚀刻速度，决定蚀刻条件。
此外，这里，用镀层153填充通孔136，但并不局限于此。例如，也可以加大通孔136，制成尽管在通孔136的内壁面上形成镀层153，镀敷后的状态，表面背面仍然处于贯通状态的普通的通孔连接部。
图18所示的连接部140的形成方法只是一个例子，并不局限于此。
此外，这样，通过在规定的邻接的单位电池之间设置将各单位电池电绝缘的厚度大致与单位电池相同的绝缘部134，作为连接部140，除现有的广泛采用的通孔连接之外，还可以采用填充通路连接，凸出连接部等。此外，连接部140的形成对各单位电池没有影响，是电稳定的。
其次，基于图19说明本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第二个例子。
图19所示的第二个例子的分子电解质型燃料电池，采用图12所示的第二个例子的隔板100B。在该第二个例子中，和第一个例子的高分子电解质型燃料电池一样，是将多个单位电池160排列配置成平面状，将它们串联地电连接，可输出对应于单位电池的个数(例如，4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。同时，在设置连接部170的单位电池160之间的一部分上设置与其大致相同厚度的绝缘部164，将整体制成平面状。即，其结构为，用绝缘部164替换设置表面背面连接部172的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜163的一部分。
在这种情况下，分别在一个平面板状的高分子电解质膜163的两侧，多个(例如4个)的燃料极侧的隔板100B与空气极侧隔板162，以分别分离的状态配置。进而，各单位电池160的燃料极侧的隔板100B、空气极侧隔板162大小相同，在相同的位置相互面对，各单位电池被分离。
在本例的情况下，在位于规定的邻接的单位电池之间的将各单位电池160电绝缘的绝缘部164上与第一个例子的高分子电解质型燃料电池的情况一样，设置贯通的进行表面背面的连接用的表面背面连接部172。同时，经由连接配线171，将该表面背面连接部172连接到邻接的一个单位电池的燃料极侧的隔板100B及另一个单位电池的空气极侧的隔板162上，将邻接的单位电池之间电连接。
此外，在这里，为了易于说明，令单位电池数为4个，但也可以是5个以上。
在本例的情况下，各部分(材质及结构)，可以和第一个例子的高分子型燃料电池的情况一样。
其次，基于图20说明本发明的高分子电解质型燃料电池的实施形式的第三个例子。
如图20所示的第三个例子的高分子电解质型燃料电池，采用图12所示的第二个例子的隔板100B。该高分子电解质型燃料电池，将尺寸大于一个单位电池180的尺寸的一个板状高分子电解质膜183A的一部分，作为各单位电池180的电解质膜183，将多个单位电池180以相同的方向配置成平面状。它是一种将规定的邻接的单位电池180之间串联地电连接，将多个单位电池全部串联连接，可输出对应于单位电池个数(例如4个)的电压的高分子电解质型燃料电池。在这种高分子电解质型燃料电池中，为了进行规定的邻接的单位电池之间的电连接，在位于规定的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜183A上，设置表面背面连接部192。
在本例中，经由连接配线191，将该表面背面连接部192连接到邻接的一个单位电池180的燃料极侧的隔板100B及另一个单位电池180的空气极侧的隔板182上，将邻接的单位电池之间电连接。
此外，在这里，为了易于说明，令单位电池数为4个，但也可以是5个以上。
在这种情况下，作为连接部190，在连接的规定的邻接的单位电池之间的高分子电解质膜183A上设置通孔连接部，或者填充通路连接部，凸出连接部等。
在上述例子中，列举了使用图12所示的第二个例子的隔板100B的情况，但同样地，也适宜使用图10所示的第一个例子的隔板100A，图13所示的第三个例子的隔板100C，可以获得直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池。
工业上的可利用性如上所述，根据本发明的高分子电解质型燃料电池，是平面型的适于薄的形式的燃料电池，此外，本发明的隔板，用于直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池，适宜于均匀地供应燃料，使用这种隔板的高分子电解质型燃料电池，也适宜于平面型、薄的形式的燃料电池。
权利要求
1.一种直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用的隔板，在作为燃料直接采用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，其特征为，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，在该板状构件的供应燃料的表面上，形成燃料供应用槽以及将通孔之间连接起来的槽。
2.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，在各通孔上，连接有多个燃料供应用槽或连接通孔之间的槽。
3.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述板状构件以金属为基体，至少在成为燃料电池的电解质侧的前述基体的表面部上，配置由耐酸性、导电性的树脂层等构成的保护层。
4.如权利要求3所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述保护层，是利用在树脂中混合有碳粒子、耐腐蚀性的金属等的导电材料的电镀液，利用电镀成膜，然后加热固化而形成的，或者，利用电解聚合，构成在导电性高分子构成的树脂中含有提高导电性的掺杂剂的状态的膜而形成的。
5.一种直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用的隔板，在作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，其特征为，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部，在与前述板状构件的前述盖部接触的表面上形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与盖部之间，前述通孔，前述燃料供应用槽，连接通孔之间的前述槽，分别构成燃料供应用流路。
6.如权利要求5所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，在各通孔上连接有多个燃料供应槽或连接通孔之间的槽。
7.如权利要求5所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述板状构件以金属为基体，至少在成为燃料电池的电解质侧的前述基体的表面部上，配置由耐酸性，导电性的树脂层等构成的保护层。
8.如权利要求5所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述保护层，是利用在树脂中混合有碳粒子、耐腐蚀性的金属等的导电材料的电镀液，利用电镀成膜，然后加热固化而形成的，或者，利用电解聚合，构成在导电性高分子构成的树脂中含有提高导电性的掺杂剂的状态的膜而形成的。
9.一种直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用的隔板，在作为燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，其特征为，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部构成，在该盖部与前述板状构件接触的表面上，形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与前述盖部之间，前述板状构件的通孔部，前述盖部的燃料供应用槽，连接通孔之间的槽，分别构成燃料供应用通路。
10.如权利要求9所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，多个燃料供应用槽或连接通孔之间的槽连接到各通孔上。
11.如权利要求9所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述板状构件以金属为基体，至少在成为燃料电池的电解质侧的前述基体的表面部上，配置由耐酸性、导电性的树脂层等构成的保护层。
12.如权利要求10所述的高分子电解质型燃料电池用的隔板，前述保护层是利用在树脂中混合有碳粒子、耐腐蚀性金属等的导电材料的电镀液，通过电镀成膜，然后加热固化而形成的，或者是通过电解聚合、构成在由导电性高分子构成的树脂中为了提高导电性含有掺杂剂的状态的膜而形成的。
13.一种高分子电解质型燃料电池，在作为燃料直接采用甲醇水溶液的直接甲醇型、且平面型的高分子电解质型燃料电池中，其特征为，采用具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，在该板状构件的供应燃料的表面上形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽的高分子电解质型燃料电池用的隔板，经由该隔板的通孔，供应燃料。
14.一种高分子电解质型燃料电池，在作为燃料直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型、且平面型的高分子电解质型燃料电池中，其特征为，采用具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部，在与前述板状构件的前述盖部接触的表面上形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与盖部之间，前述通孔，前述燃料供应用槽，连接通孔之间的前述槽，分别构成燃料供应用流路的高分子电解质型燃料电池用隔板，经由该隔板的通孔，供应燃料。
15.一种高分子电解质型燃料电池，在作为燃料直接利用甲醇水溶液的直接甲醇型、且平面型的高分子电解质型燃料电池中，其特征为，采用具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，以及覆盖该板状构件的一个表面的盖部构成，在该盖部与前述板状构件接触的表面上，形成燃料供应用槽和连接通孔之间的槽，在接触的前述板状构件与前述盖部之间，前述板状构件的通孔部，前述盖部的燃料供应用槽，连接通孔之间的槽，分别构成燃料供应用通路的高分子电解质型燃料电池用隔板，经由该隔板的通孔，供应燃料。
全文摘要
一种直接甲醇型的平面型高分子电解质型燃料电池用的隔板，在作为燃料直接采用甲醇水溶液的直接甲醇型且为平面型的高分子电解质型燃料电池用的燃料供应侧的隔板中，其特征为，具有以大致垂直于其表面排列配置的方式设置有多个将燃料供应给燃料电池的电解质侧用的通孔的板状构件，在该板状构件的供应燃料的表面上，形成燃料供应用槽以及将通孔之间连接起来的槽。
文档编号H01M8/10GK1783542SQ20051012851
公开日2006年6月7日 申请日期2002年12月26日 优先权日2001年12月28日
发明者前田高德, 八木裕 申请人:大日本印刷株式会社