JP4432346B2

JP4432346B2 - FUEL CELL, FUEL CELL MANUFACTURING METHOD, ELECTRONIC DEVICE HAVING FUEL CELL, AND AUTOMOBILE WITH FUEL CELL

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Publication number: JP4432346B2
Application number: JP2003099627A
Authority: JP
Inventors: 周平山田; 満栗林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP2004311075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、異なる種類の反応ガスをそれぞれの電極に供給し、供給された反応ガスに基づく反応により発電を行う燃料電池、その燃料電池の製造方法、燃料電池を備えた電子機器及び燃料電池を備えた自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イオンを通す性質を持つ電解質を、電子を通す性質を持つ多孔質の電極で挟んだ燃料電池が存在する。この燃料電池の中には、水素又はアルコール等を燃料として発電するものが存在する。このような燃料電池のうち、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池では、一方の電極に水素を含む第１の反応ガスを供給し、他方の電極に酸素を含む第２の反応ガスを供給し、第１の反応ガスに含まれている水素と第２の反応ガスに含まれている酸素とに基づく反応により発電が行われる。
【０００３】
燃料電池においては、反応を促す触媒として白金を用いた反応層を形成している場合が多い。この反応層は、ガス拡散層を構成するカーボン上に塩化白金酸溶液、或いは、白金を担持した白金担持カーボンを分散させた溶液を吹き付けスプレーを用いて噴霧等することにより形成されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９８８６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池の出力密度を高くし、特性の良い燃料電池を製造するためには、触媒を均一に、かつ、所定量を所定の位置に正確に塗布して反応層を形成する必要がある。しかし、スプレーを用いて白金担持カーボンを分散させた溶液を噴霧する等の場合、均一に塗布することや、所定の位置に所定量を正確に塗布することが困難である。
【０００６】
また、燃料電池の出力密度を高くするためには、供給された反応ガスが反応層で反応する際に電子及びイオンの授受が効率的に行われる必要がある。即ち、反応層と電解質膜との接触面積を広くし、反応により発生したイオンが、電解質膜を介して対極の電極へ効率的に移動し、反応が行われるようにする必要がある。しかし、スプレーを用いて反応層を形成した場合、形成される反応層は平面的になるため、反応層と電解質膜との接触面積を広げるには限界がある。
【０００７】
この発明の課題は、反応層と電解質膜との接触面積を広くした出力密度の高い燃料電池、出力密度の高い燃料電池を容易に製造することができる燃料電池の製造方法、出力密度の高い燃料電池を備える電子機器及び出力密度の高い燃料電池を備える自動車を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料電池は、第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路が形成された第１の基板と、前記第１の基板側に形成された第１の集電層と、前記第１の基板側に形成された第１のガス拡散層と、前記第１の基板側に形成された第１の反応層と、第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路が形成された第２の基板と、前記第２の基板側に形成された第２の集電層と、前記第２の基板側に形成された第２のガス拡散層と、前記第２の基板側に形成された第２の反応層と、前記第１の反応層と前記第２の反応層との間に形成された電解質膜とを備える燃料電池であって、前記第１の反応層及び前記第２の反応層の内の少なくとも何れか一方が、多層構造であることを特徴とする。
【０００９】
この燃料電池によれば、第１の反応層及び第２の反応層の内の少なくとも何れか一方が多層構造になっている。従って、電解質膜と反応層との接触面積を広くすることができ、供給された反応ガスが反応する際に電子及びイオンの授受が効率的に行われ、燃料電池の出力密度を高くすることができる。
【００１０】
また、この発明に係る燃料電池は、前記多層構造が前記電解質膜と前記第１の反応層とを交互に積層させた構造又は前記電解質膜と前記第２の反応層とを交互に積層させた構造であることを特徴とする。この燃料電池によれば、電解質膜と反応層とを交互に積層させた多層構造となっているため、反応層と電解質膜との接触面積が広く、燃料電池の出力密度を高くすることができる。
【００１１】
また、この発明に係る燃料電池は、少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層及び電解質膜が基板間に形成されてなる燃料電池であって、前記反応層が多層構造を有することを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池は、前記多層構造が前記電解質膜と前記反応層のうちの１層とを交互に積層させた構造であることを特徴とする。
【００１２】
この燃料電池によれば、反応層が多層構造に、例えば、電解質膜と反応層を交互に積層させた多層構造になっている。従って、反応層と電解質膜との接触面積が広く、供給された反応ガスが反応する際に電子及びイオンの授受が効率的に行われ、燃料電池の出力密度を高くすることができる。
【００１３】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を、第１の基板に形成する第１のガス流路形成工程と、第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、第１ガス拡散層を形成する第１のガス拡散層形成工程と、第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、電解質膜を形成する電解質膜形成工程と、第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、第２のガス拡散層を形成する第２のガス拡散層形成工程と、第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路を、第２の基板に形成する第２のガス流路形成工程とを含む燃料電池の製造方法において、前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて多層構造の反応層を形成することを特徴とする。
【００１４】
この燃料電池の製造方法によれば、第１の反応層形成工程及び第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて多層構造の反応層を形成している。従って、吐出装置を用いることにより、反応層と電解質膜との接触面積を広くした多層構造の反応層を容易に形成することができる。
【００１５】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記第１の反応層形成工程において、前記電解質膜形成工程において形成される電解質膜と前記第１の反応層とを交互に積層させることによって多層構造の反応層を形成し、前記第２の反応層形成工程において、前記電解質膜形成工程において形成される電解質膜と前記第２の反応層とを交互に積層させることによって多層構造の反応層を形成することを特徴とする。
【００１６】
この燃料電池の製造方法によれば、電解質膜と反応層とを積層させることによって、多層構造の反応層を形成している。即ち、吐出装置を用いることにより、電解質膜と反応層とを交互に積層させることができ、容易に多層構造の反応層を形成することができる。
【００１７】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、ガス流路が形成された一対の基板間に、少なくとも１層の集電層、少なくとも１層のガス拡散層、少なくとも１層の反応層及び電解質膜が形成されてなる燃料電池の製造方法であって、前記ガス流路内に配置する支持部材、前記集電層、前記ガス拡散層、前記反応層及び前記電解質膜のうち少なくとも１つを形成する工程において吐出装置を用いることを特徴とする。また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記支持部材上に前記集電層を形成し、前記集電層上に前記ガス拡散層を形成し、前記ガス拡散層上に前記反応層を形成し、前記反応層上に前記電解質膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
この燃料電池の製造方法によれば、例えば、吐出装置を用いて反応層と電解質膜とを交互に積層させることによって、多層構造の燃料電池を容易に形成することができる。従って、出力密度を向上させた燃料電池を容易に製造することができる。
【００１９】
また、この発明に係る電子機器は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。また、この発明に係る電子機器は、請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。この電子機器によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００２０】
また、この発明に係る自動車は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。また、この発明に係る自動車は、請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源として備えることを特徴とする。この自動車によれば、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。図１は、実施の形態に係る燃料電池の製造工程を実行する燃料電池製造ラインの構成の一例を示す図である。この図１に示すように、燃料電池製造ラインは、各工程においてそれぞれ用いられる吐出装置２０ａ〜２０ｋ、吐出装置２０ａ〜２０ｉを接続するベルトコンベアＢＣ１、吐出装置２０ｊ、２０ｋを接続するベルトコンベアＢＣ２、ベルトコンベアＢＣ１、ＢＣ２を駆動させる駆動装置５８、燃料電池の組み立てを行う組立装置６０及び燃料電池製造ライン全体の制御を行う制御装置５６により構成されている。
【００２２】
吐出装置２０ａ〜２０ｉは、ベルトコンベアＢＣ１に沿って所定の間隔で一列に配置されており、吐出装置２０ｊ、２０ｋはベルトコンベアＢＣ２に沿って所定の間隔で一列に配置されている。また、制御装置５６は、各吐出装置２０ａ〜２０ｋ、駆動装置５８及び組立装置６０に接続されている。制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１を駆動させ、燃料電池の基板（以下、単に「基板」とする。）を各吐出装置２０ａ〜２０ｉに搬送して各吐出装置２０ａ〜２０ｉにおける処理を行う。同様に、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ２を駆動させ、基板を吐出装置２０ｊ、２０ｋに搬送してこの吐出装置２０ｊ、２０ｋにおける処理を行う。また、組立装置６０においては、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１及びベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板により燃料電池の組み立てを行う。
【００２３】
この燃料電池製造ラインにおいては、吐出装置２０ａにおいて基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｂにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われ、吐出装置２０ｃにおいて、集電層を支持するための支持用カーボンを塗布する処理が行われる。また、吐出装置２０ｄにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｅにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｆにおいて、電解質膜と反応層とを交互に積層させた多層構造の反応層を形成する処理及び電解質膜を形成する処理が行われる。更に、吐出装置２０ｇにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｈにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｉにおいて、支持用カーボンを塗布する処理が行われる。
【００２４】
また、吐出装置２０ｊにおいて、基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｋにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われる。なお、吐出装置２０ａ〜２０ｉにおいて第１の基板に対して処理を施す場合には、吐出装置２０ｊ、２０ｋにおいては、第２の基板に対してガス流路を形成する処理が施される。
【００２５】
図２は、この発明の実施の形態に係る燃料電池を製造する際に用いられるインクジェット式の吐出装置２０ａの構成の概略を示す図である。この吐出装置２０ａは、基板上に吐出物を吐出するインクジェットヘッド２２を備えている。このインクジェットヘッド２２は、ヘッド本体２４及び吐出物を吐出する多数のノズルが形成されているノズル形成面２６を備えている。このノズル形成面２６のノズルから吐出物、即ち、反応ガスを供給するためのガス流路を基板上に形成する際に、基板に塗布されるレジスト溶液が吐出される。また、吐出装置２０ａは、基板を載置するテーブル２８を備えている。このテーブル２８は、所定の方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設置されている。また、テーブル２８は、図中矢印で示すようにＸ軸に沿った方向に移動することにより、ベルトコンベアＢＣ１により搬送される基板をテーブル２８上に載置して吐出装置２０ａ内に取り込む。
【００２６】
また、インクジェットヘッド２２には、ノズル形成面２６に形成されているノズルから吐出される吐出物であるレジスト溶液を収容しているタンク３０が接続されている。即ち、タンク３０とインクジェットヘッド２２とは、吐出物を搬送する吐出物搬送管３２によって接続されている。また、この吐出物搬送管３２は、吐出物搬送管３２の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手３２ａとヘッド部気泡排除弁３２ｂとを備えている。このヘッド部気泡排除弁３２ｂは、後述する吸引キャップ４０により、インクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引する場合に用いられる。即ち、吸引キャップ４０によりインクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁３２ｂを閉状態にし、タンク３０側から吐出物が流入しない状態にする。そして、吸引キャップ４０で吸引すると、吸引される吐出物の流速が上がり、インクジェットヘッド２２内の気泡が速やかに排出されることになる。
【００２７】
また、吐出装置２０ａは、タンク３０内に収容されている吐出物の収容量、即ち、タンク３０内に収容されているレジスト溶液の液面３４ａの高さを制御するための液面制御センサ３６を備えている。この液面制御センサ３６は、インクジェットヘッド２２が備えるノズル形成面２６の先端部２６ａとタンク３０内の液面３４ａとの高さの差ｈ（以下、水頭値という）を所定の範囲内に保つ制御を行う。液面３４ａの高さを制御することで、タンク３０内の吐出物３４が所定の範囲内の圧力でインクジェットヘッド２２に送られることになる。そして、所定の範囲内の圧力で吐出物３４を送ることで、インクジェットヘッド２２から安定的に吐出物３４を吐出することができる。
【００２８】
また、インクジェットヘッド２２のノズル形成面２６に対向して一定の距離を隔てて、インクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物を吸引する吸引キャップ４０が配置されている。この吸引キャップ４０は、図２中に矢印で示すＺ軸に沿った方向に移動可能に構成されており、ノズル形成面２６に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面２６に密着し、ノズル形成面２６との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。なお、吸引キャップ４０によるインクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物の吸引は、インクジェットヘッド２２が吐出物３４を吐出をしていない状態、例えば、インクジェットヘッド２２が、退避位置等に退避しており、テーブル２８が破線で示す位置に退避しているときに行われる。
【００２９】
また、この吸引キャップ４０の下方には、流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ４２、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ４４及びチューブポンプ等からなる吸引ポンプ４６が配置されている。また、この吸引ポンプ４６等で吸引され、流路を搬送されてきた吐出物３４は、廃液タンク４８内に収容される。
【００３０】
なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ及び吐出装置２０ｇ〜２０ｋの構成は、吐出装置２０ａと同様の構成であるため説明を省略するが、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ及び吐出装置２０ｇ〜２０ｋの各構成には、吐出装置２０ａの説明において各構成に用いたのと同一の符号を用いる。なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｅ及び吐出装置２０ｇ〜２０ｋにそれぞれ備えられているタンク３０には、各吐出装置２０ｂ〜２０ｅ及び吐出装置２０ｇ〜２０ｋにおいて行われる所定の処理に必要な吐出物が収容されている。例えば、吐出装置２０ｂ及び吐出装置２０ｋのタンク３０には、ガス流路を形成する際に行われるエッチング用の吐出物が、吐出装置２０ｃ及び吐出装置２０ｉのタンク３０には、支持用カーボンを形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｄ及び吐出装置２０ｈのタンク３０には、集電層を形成するための吐出物が、吐出装置２０ｅ及び吐出装置２０ｇのタンク３０には、ガス拡散層を形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｊのタンク３０には、吐出装置２０ａのタンク３０に収容されている基板に対してガス流路を形成するための吐出物と同様の吐出物が収容されている。
【００３１】
図３は、吐出装置２０ｆが備えるインクジェットヘッド及びタンクを説明するための図である。この図３に示すように、吐出装置２０ｆは、吐出装置２０ａが備えるインクジェットヘッド２２及びタンク３０と同様のインクジェットヘッド及びタンクをそれぞれ２つずつ備えている。吐出装置２０ｆにおいては、電解質膜と反応層とを交互に積層させることによって多層構造の反応層を形成する処理及び電解質膜を形成する処理が行われる。従って、反応層を形成するための吐出物を収容している第１のタンク３０ａ及び第１のタンク３０ａに収容されている吐出物を吐出する第１のインクジェットヘッド２２ａ、電解質膜を形成するための吐出物を収容している第２のタンク３０ｂ及び第２のタンク３０ｂに収容されている吐出物を吐出する第２のインクジェットヘッド２２ｂを備えている。
【００３２】
第１のインクジェットヘッド２２ａは、この第１のインクジェットヘッド２２ａのヘッド本体２４ａのノズル形成面２７ａに形成されているノズル（第１のノズル）から吐出される吐出物を収容している第１のタンク３０ａと接続されている。また、第２のインクジェットヘッド２２ｂは、この第２のインクジェットヘッド２２ｂのヘッド本体２４ｂのノズル形成面２７ｂに形成されているノズル（第２のノズル）から吐出される吐出物を収容している第２のタンク３０ｂと接続されている。
【００３３】
次に、図４のフローチャート及び図面を参照して、実施の形態に係る吐出装置２０ａ〜２０ｋを用いた燃料電池の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、基板に反応ガスを供給するためのガス流路を形成する（ステップＳ１０）。即ち、まず、図５（ａ）に示すように矩形平板形状であって、例えば、シリコン素材の基板（第１の基板）２をベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ａまで搬送する。ベルトコンベアＢＣ１により搬送された基板２は、吐出装置２０ａのテーブル２８上に載置され、吐出装置２０ａ内に取り込まれる。吐出装置２０ａにおいては、ノズル形成面２６のノズルを介してタンク３０内に収容されているレジスト溶液を吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の所定の位置に塗布する。ここで、レジスト溶液は、図５（ｂ）に示すように、図中、手前方向から奥に向かって所定の間隔をおいて直線状に塗布される。即ち、基板２において、例えば、水素を含有する第１の反応ガスを供給するためのガス流路（第１のガス流路）を形成する部分を残して、それ以外の部分に対してのみレジスト溶液が塗布される。
【００３５】
次に、所定の位置にレジスト溶液が塗布された基板２（図５（ｂ）参照）は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｂまで搬送され、吐出装置２０ｂのテーブル２８上に載置されて吐出装置２０ｂ内に取り込まれる。吐出装置２０ｂにおいては、タンク３０内に収容されているガス流路を形成するために行われるエッチング用の溶液、例えば、フッ酸水溶液をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の全体に塗布する。
【００３６】
ここで、基板２には、ガス流路を形成する部分以外の部分にレジスト溶液が塗布されているため、レジスト溶液が塗布されていない部分がフッ酸水溶液によりエッチングされ、図６（ａ）に示すように、ガス流路が形成される。即ち、基板２の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状のガス流路が形成される。また、図６（ａ）に示すようにガス流路が形成された基板２は、図示しない洗浄装置においてレジストの洗浄が行われ、レジストが取り除かれる（図６（ｂ）参照）。そして、ガス流路が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃへと搬送される。
【００３７】
次に、ステップＳ１０において基板２に形成されたガス流路が、集電層及びガス拡散層により塞がれるのを防止すべく、集電層を支持する支持用カーボン（第１の支持部材）をガス流路内に塗布する（ステップＳ１１）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｃ内に取り込む。吐出装置２０ｃにおいては、タンク３０内に収容されている支持用カーボン４をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、基板２に形成されているガス流路内に塗布する。ここで、支持用カーボン４として、所定の大きさ、例えば、直径１〜５ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。即ち、集電層及びガス拡散層によりガス流路が塞がれることを防止すると共に、反応ガスがガス流路内を確実に流れることができるように、支持用カーボン４として所定の大きさの多孔質カーボンが用いられる。
【００３８】
図７は、支持用カーボン４が塗布された基板２の端面図である。この図７に示すように、支持用カーボン４がガス流路内に塗布されることにより、基板２上に形成される集電層のガス流路内への落下が防止される。なお、支持用カーボン４が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄへと搬送される。
【００３９】
次に、基板２上に、反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための集電層（第１の集電層）を形成する（ステップＳ１２）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｄ内に取り込む。吐出装置２０ｄにおいては、タンク３０内に収容されている集電層６を形成する材料、例えば、銅等の導電性物質をノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８上に載置されている基板２上に吐出する。この時、導電性物質は、ガス流路に供給された反応ガスの拡散を妨げることがない形状に、例えば、網目形状等になるように吐出され集電層６が形成される。
【００４０】
図８は、集電層６が形成された基板２の端面図である。この図８に示すように、集電層６は、基板２上に形成されているガス流路内の支持用カーボン４により支持され、ガス流路内への落下が防止されている。なお、集電層６が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅへと搬送される。
【００４１】
次に、ステップＳ１２において形成された集電層６の上に、基板２に形成されたガス流路を介して供給される反応ガスを拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１３）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｅ内に取り込む。吐出装置２０ｅにおいては、タンク３０内に収容されているガス拡散層８を形成するための材料、例えば、カーボンを集電層６上にノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、ガス流路を介して供給された反応ガス（第１の反応ガス）を拡散させるためのガス拡散層８を形成する。
【００４２】
図９は、ガス拡散層８が形成された基板２の端面図である。この図９に示すように、例えば、電極としての機能も有するカーボンを集電層６上に吐出し、反応ガスを拡散させるためのガス拡散層８が形成される。ここで、ガス拡散層８を構成するカーボンとしては、ガス流路を介して供給された反応ガスを十分に拡散させることができる程度の大きさであって、かつ、多孔質のカーボンが用いられる。例えば、支持用カーボン４よりも小さく、直径０．１〜１ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。なお、ガス拡散層８が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆへと搬送される。
【００４３】
次に、ステップＳ１３において形成されたガス拡散層８の上に多層構造の反応層を形成する（ステップＳ１４）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｆ内に取り込む。次に、吐出装置２０ｆにおいては、図１０に示すように多層構造の反応層１０を形成する。即ち、第１のタンク３０ａに収容されている反応層を形成する材料、例えば、触媒である白金を担持した多孔質のカーボン（白金担持カーボン）を含む溶液を第１のノズルを介して図１０において１０ａで示す部分に吐出して反応層の第１層が形成される。ここで、白金担持カーボンを含む溶液には、溶液中で白金担持カーボンが凝集等することを防止するための分散剤が付与されている。次に、第１のタンク３０ａに収容されている白金担持カーボンを含む溶液を反応層第２層の１０ａで示す部分に吐出する。次に、第２のタンク３０ｂに収容されている電解質膜を形成する材料、例えば、パーフルオロカーボン、スルホン酸ポリマー（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））を含む溶液（電解質膜形成材料）を、第２のノズルを介して吐出する。ここで、電解質膜形成材料は、白金担持カーボンを含む溶液が吐出されていない部分、即ち、１０ａで示す部分以外の部分に対してのみ吐出され、反応層の第２層が形成される。
【００４４】
次に、第１のタンク３０ａに収容されている白金担持カーボンを含む溶液を、反応層の第２層と異なるパターンで第２層の上に第１のノズルを介して吐出する。即ち、図１０において１０ｂで示す部分に白金担持カーボンを含む溶液を吐出する。次に、反応層の第２層を形成する場合と同様に、第２のタンク３０ｂに収容されている電解質膜形成材料を白金担持カーボンを含む溶液が吐出されていない部分、即ち、１０ｂで示す部分以外の部分に対してのみ吐出し、反応層の第３層を形成する。以下、反応層の第２層と同様のパターンで第４層を形成し、第３層と同様のパターンで第５層を形成し、多層構造の反応層（第１の反応層）を形成する。なお、白金担持カーボンを含む溶液に付与されている分散剤は、反応層が形成された後に、例えば、窒素雰囲気中で２００℃に基板２を加熱することにより除去される。
【００４５】
図１１は、反応層１０が形成された基板２の端面図である。この図１１に示すように、ガス拡散層８の上に反応層１０が形成される。なお、反応層１０は、図１０に示すような多層構造であるが、図１１においては模式的に反応層１０を示す。また、以下の図においても反応層は、図１１と同様に示すものとする。
【００４６】
次に、ステップＳ１４において形成された反応層１０上にイオン交換膜等の電解質膜を形成する（ステップＳ１５）。即ち、吐出装置２０ｆの第２のタンク３０ｂに収容されている電解質膜形成材料を第２のノズルを介して反応層１０上に吐出し、所定の膜厚を有する電解質膜を形成する。図１２は、電解質膜１２が形成された基板２の端面図である。この図１２に示すように、反応層１０の上に所定の厚さを有する電解質膜１２が形成される。
【００４７】
次に、ステップＳ１５において形成された電解質膜１２上に反応層（第２の反応層）を形成する（ステップＳ１６）。即ち、吐出装置２０ｆにおいて、ステップＳ１４において行われた処理と同様の処理により白金担持カーボンを吐出し、多層構造の反応層１０´を形成する。例えば、第１の反応層が４層構造の反応層となっている場合には、第１の反応層と対称となる４層構造の反応層を構成する。また、第１の反応層と第２の反応層とでは、積層させる層の数を異ならせても構わない。なお、白金担持カーボンを含む溶液に付与されている分散剤は、反応層が形成された後に、例えば、窒素雰囲気中で２００℃に基板２を加熱することにより除去される。その後、第１の反応層、電解質膜及び第２の反応層が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１に移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送される。
【００４８】
図１３は、電解質膜１２上に反応層１０´が形成された基板２の端面図である。この図１３に示すように、電解質膜１２上に白金担持カーボンが塗布されることによって、反応層１０´が形成される。ここで、反応層１０´は、第２の反応ガス、例えば、酸素を含有する反応ガスに基づいて反応する層である。
【００４９】
次に、ステップＳ１６において形成された反応層１０´上に第２の反応ガスを拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１７）。即ち、反応層１０´が形成された基板２は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送され、吐出装置２０ｇにおいて、吐出装置２０ｅにおいて行われた処理と同様の処理により所定の粒径の多孔質のカーボンが塗布され、ガス拡散層８´が形成される。
【００５０】
図１４は、反応層１０´上にガス拡散層８´が形成された基板２の端面図である。この図１４に示すように、反応層１０´上に多孔質のカーボンが塗布されることによって、ガス拡散層８´が形成される。
【００５１】
次に、ステップＳ１７において形成されたガス拡散層８´上に集電層（第２の集電層）を形成し（ステップＳ１８）、集電層上にこの集電層を支持するための支持用カーボン（第２の支持部材）を塗布する（ステップＳ１９）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｈ内に取り込み、吐出装置２０ｄにおいて行われた処理と同様の処理により、集電層６´がガス拡散層８´上に形成される。また、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｉまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｉ内に取り込み、吐出装置２０ｃにおいて行われた処理と同様の処理により、支持用カーボン４´が塗布される。なお、支持用カーボン４´が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、組立装置６０へと搬送される。
【００５２】
図１５は、ガス拡散層８´上に集電層６´及び支持用カーボン４´が形成された基板２の端面図である。この図１５に示すように、上述のステップＳ１８の処理により集電層６´が形成され、上述のステップＳ１９の処理により支持用カーボン４´が塗布される。ここで、支持用カーボン４´は、支持用カーボン４と同様に、即ち、基板２に形成されているガス流路に沿って塗布される。
【００５３】
次に、ステップＳ１９において支持用カーボンが塗布された基板（第１の基板）上にガス流路が形成された基板（第２の基板）を配置することによって燃料電池を組み立てる（ステップＳ２０）。即ち、組立装置６０において、ベルトコンベアＢＣ１を介して搬入された基板２（第１の基板）上にベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板２´（第２の基板）を配置することにより、燃料電池の組立を行う。ここで、基板２´には、上述のステップＳ１０〜ステップＳ１９における処理とは別に、第２のガス流路が形成されている。即ち、吐出装置２０ｊ及び吐出装置２０ｋにおいて、吐出装置２０ａ及び吐出装置２０ｂにより行われる処理と同様の処理により、第２のガス流路が形成されている。従って、基板２に形成されている一方の側面から他方の側面へと延びる断面コ字形状のガス流路と、基板２´に形成されている断面コ字形状のガス流路とが平行になるように基板２´を配置して燃料電池の組立を行い、燃料電池の製造を完了する。
【００５４】
図１６は、完成した燃料電池の端面図である。この図１６に示すように、第２のガス流路が形成された基板（第２の基板）２´を支持用カーボン４´が塗布された基板２の所定の位置に配置することによって、第１の基板に形成された第１のガス流路を介して第１の反応ガスを供給し、第２の基板に形成された第２のガス流路を介して第２の反応ガスを供給する燃料電池の製造が完了する。本実施の形態では、第１の基板２と第２の基板２´のガス流路は平行となっているが、ガス流路が直交するように第２の基板２´を配置するのが一般的である。
【００５５】
なお、吐出装置を用いることによって製造された小型の燃料電池は、電子機器、特に携帯用電子機器、例えば、携帯電話等に電力供給源として組み込むことができる。
【００５６】
この実施の形態に係る燃料電池によれば、電解質膜形成材料と白金担持カーボンを含む溶液とを交互に積層させた多層構造の反応層を形成している。従って、反応層と電解質膜との接触面積が大きくなっており、燃料電池の出力密度を高くすることができる。また、多層構造の反応層を構成する反応層の第１層と第２層とを異なるパターンで形成しているため、反応層と電解質膜との接触面積をより大きくすることができ、より一層、燃料電池の出力密度を高くすることができる。
【００５７】
また、この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、２つのインクジェットヘッドを備える吐出装置用いて電解質膜形成材料と白金担持カーボンを含む溶液とを交互に吐出することにより、多層構造の反応層を形成して燃料電池を製造している。従って、白金担持カーボンを含む溶液を均一、かつ、正確な位置に塗布することができ、容易に多層構造の反応層を形成することができる。そのため、予め設計された通りの量の白金（触媒）を所定の位置に正確に吐出し、出力密度が高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００５８】
なお、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、５層構造の反応層を形成しているが、２層以上の構造の反応層であればよく、例えば、３層構造や６層構造の反応層を形成するようにしてもよい。また、多層構造として形成される反応層の形状は、電解質膜と反応層との接触面積を広くすることができる形状であれば、いかなる形状であってもよい。
【００５９】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、第１の反応層及び第２の反応層のそれぞれを形成した後に、基板２を加熱することによって分散剤を除去しているが、全ての燃料電池の製造工程を経た後に分散剤を除去するようにしてもよい。即ち、基板２´を所定の位置に配置し、燃料電池を製造する全ての工程を経た後に、製造された燃料電池を、例えば、窒素雰囲気中で２００℃に加熱することにより分散剤を除去するようにしてもよい。
【００６０】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、白金担持カーボンを含む溶液を塗布することにより反応層を形成しているが、例えば、塩化白金酸溶液を塗布することにより反応層を形成するようにしてもよい。この場合には、まず、白金（触媒）を担持するためのカーボンを塗布し、その後、塩化白金酸溶液を塗布することによって、反応層が形成される。
【００６１】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、小型の燃料電池を製造しているが、複数の燃料電池を積層させることによって大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。即ち、図１７に示すように、製造された燃料電池の基板２´の裏面に、更にガス流路を形成し、ガス流路が形成された基板２´の裏面上に、上述の燃料電池の製造方法における製造工程と同様にしてガス拡散層、反応層、電解質膜等を形成して小型の燃料電池を積層させることによって、大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。このように、大型の燃料電池が製造された場合には、例えば、電気自動車の電力供給源として用いることができ、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーの自動車を提供することができる。
【００６２】
この発明に係る燃料電池によれば、第１の反応層及び第２の反応層の少なくとも何れか一方が多層構造となっている。従って、反応層と電解質膜とが接触している面積が多く、燃料電池の出力密度を高くすることができる。
【００６３】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法によれば、第１の反応層形成工程及び第２の反応層形成工程の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて多層構造の反応層を形成している。即ち、吐出装置を用いることによって、反応層を形成する材料を均一に、かつ、所定量を所定の位置に塗布することができると共に、電解質膜を形成する材料を反応層上に吐出することによって容易に電解質膜を形成することができる。そのため、反応層と電解質膜との接触面積を広くした出力密度の高い燃料電池を容易に製造することができる。
【００６４】
この発明に係る電子機器によれば、この発明に係る燃料電池又はこの発明に係る燃料電池の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源としている。また、この発明に係る自動車によれば、この発明に係る燃料電池又はこの発明に係る燃料電池の製造方法により製造された燃料電池を電力供給源としている。従って、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーを電力供給源として備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る燃料電池の製造ラインの一例を示す図である。
【図２】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図３】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図４】実施の形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートである。
【図５】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する図である。
【図６】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する図である。
【図７】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図８】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図９】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１０】実施の形態に係る多層構造の反応層を説明する図である。
【図１１】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１２】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１３】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１４】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１５】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１６】実施の形態に係る燃料電池の基板の端面図である。
【図１７】実施の形態に係る燃料電池を積層させた大型燃料電池の図。
【符号の説明】
２、２´…基板、４、４´…支持用カーボン、６、６´…集電層、８、８´…ガス拡散層、１０、１０´…反応層、１２…電解質膜、２０ａ〜２０ｋ…吐出装置、ＢＣ１、ＢＣ２…ベルトコンベア。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a fuel cell that supplies different types of reaction gas to each electrode and generates power by a reaction based on the supplied reaction gas, a method of manufacturing the fuel cell, an electronic device including the fuel cell, and a fuel cell. It relates to the equipped car.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a fuel cell in which an electrolyte having a property of passing ions is sandwiched between porous electrodes having a property of passing electrons. Some fuel cells generate electricity using hydrogen or alcohol as fuel. Among such fuel cells, for example, in a fuel cell using hydrogen as a fuel, a first reaction gas containing hydrogen is supplied to one electrode, and a second reaction gas containing oxygen is supplied to the other electrode. Electricity is generated by a reaction based on hydrogen contained in the first reaction gas and oxygen contained in the second reaction gas.
[0003]
In a fuel cell, a reaction layer using platinum as a catalyst for promoting a reaction is often formed. This reaction layer is formed by spraying a chloroplatinic acid solution or a solution in which platinum-supported carbon carrying platinum is dispersed on the carbon constituting the gas diffusion layer using a spray (Patent) Reference 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-298860 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to increase the output density of a fuel cell and to manufacture a fuel cell with good characteristics, it is necessary to form a reaction layer by uniformly applying a catalyst in a predetermined amount at a predetermined position. . However, when spraying a solution in which platinum-supported carbon is dispersed using a spray, it is difficult to uniformly apply or to apply a predetermined amount accurately at a predetermined position.
[0006]
Further, in order to increase the output density of the fuel cell, it is necessary to efficiently exchange electrons and ions when the supplied reaction gas reacts in the reaction layer. That is, it is necessary to increase the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane so that ions generated by the reaction can be efficiently transferred to the counter electrode through the electrolyte membrane and the reaction can be performed. However, when the reaction layer is formed using a spray, the formed reaction layer becomes planar, and there is a limit in increasing the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane.
[0007]
An object of the present invention is to provide a fuel cell having a high output density with a wide contact area between a reaction layer and an electrolyte membrane, a method for manufacturing a fuel cell capable of easily manufacturing a fuel cell having a high output density, and a fuel having a high output density. An object is to provide an automobile including an electronic device including a battery and a fuel cell having a high output density.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A fuel cell according to the present invention includes a first substrate on which a first gas flow path for supplying a first reaction gas is formed, and a first current collecting layer formed on the first substrate side A first gas diffusion layer formed on the first substrate side, a first reaction layer formed on the first substrate side, and a second for supplying a second reaction gas A second substrate on which a gas flow path is formed; a second current collecting layer formed on the second substrate side; a second gas diffusion layer formed on the second substrate side; A fuel cell comprising: a second reaction layer formed on a second substrate side; and an electrolyte membrane formed between the first reaction layer and the second reaction layer, At least one of the reaction layer and the second reaction layer has a multilayer structure.
[0009]
According to this fuel cell, at least one of the first reaction layer and the second reaction layer has a multilayer structure. Accordingly, the contact area between the electrolyte membrane and the reaction layer can be increased, and when the supplied reaction gas reacts, electrons and ions are efficiently exchanged, and the output density of the fuel cell can be increased. it can.
[0010]
Further, in the fuel cell according to the present invention, the multilayer structure has a structure in which the electrolyte membrane and the first reaction layer are alternately laminated, or the electrolyte membrane and the second reaction layer are alternately laminated. It is a structure. According to this fuel cell, since it has a multilayer structure in which the electrolyte membrane and the reaction layer are alternately laminated, the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane is wide, and the output density of the fuel cell can be increased. .
[0011]
The fuel cell according to the present invention is a fuel cell in which at least one current collecting layer, at least one gas diffusion layer, at least one reaction layer, and an electrolyte membrane are formed between substrates, The reaction layer has a multilayer structure. In the fuel cell according to the present invention, the multilayer structure is a structure in which the electrolyte membrane and one of the reaction layers are alternately stacked.
[0012]
According to this fuel cell, the reaction layer has a multilayer structure, for example, a multilayer structure in which an electrolyte membrane and a reaction layer are alternately stacked. Therefore, the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane is wide, and when the supplied reaction gas reacts, electrons and ions are exchanged efficiently, and the output density of the fuel cell can be increased.
[0013]
Further, the fuel cell manufacturing method according to the present invention includes a first gas flow path forming step of forming a first gas flow path for supplying a first reaction gas on a first substrate, The first current collecting layer forming step for forming the current collecting layer, the first gas diffusion layer forming step for forming the first gas diffusion layer, and the first reaction layer forming step for forming the first reaction layer An electrolyte membrane forming step for forming an electrolyte membrane; a second current collecting layer forming step for forming a second current collecting layer; and a second gas diffusion layer forming step for forming a second gas diffusion layer; A second reaction layer forming step for forming a second reaction layer, and a second gas channel formation for forming a second gas channel for supplying the second reaction gas on the second substrate. In the method of manufacturing a fuel cell including a process, at least one of the first reaction layer formation step and the second reaction layer formation step It is characterized by forming a reaction layer of a multilayer structure using the ejection device.
[0014]
According to this fuel cell manufacturing method, at least one of the first reaction layer forming step and the second reaction layer forming step forms a reaction layer having a multilayer structure using a discharge device. Therefore, a reaction layer having a multilayer structure with a wide contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane can be easily formed by using the discharge device.
[0015]
In the fuel cell manufacturing method according to the present invention, in the first reaction layer forming step, the electrolyte membrane formed in the electrolyte membrane forming step and the first reaction layer are alternately stacked. Forming a reaction layer having a structure, and in the second reaction layer formation step, the reaction layer having a multilayer structure is formed by alternately laminating the electrolyte film formed in the electrolyte membrane formation step and the second reaction layer. It is characterized by forming.
[0016]
According to this method of manufacturing a fuel cell, a reaction layer having a multilayer structure is formed by laminating an electrolyte membrane and a reaction layer. That is, by using the discharge device, the electrolyte membrane and the reaction layer can be alternately laminated, and a reaction layer having a multilayer structure can be easily formed.
[0017]
The method of manufacturing a fuel cell according to the present invention includes at least one current collecting layer, at least one gas diffusion layer, at least one reaction layer, and an electrolyte between a pair of substrates on which gas flow paths are formed. A fuel cell manufacturing method in which a membrane is formed, wherein at least one of a support member, a current collecting layer, a gas diffusion layer, a reaction layer, and an electrolyte membrane disposed in the gas flow path is formed. In this step, a discharge device is used. Further, in the fuel cell manufacturing method according to the present invention, the current collecting layer is formed on the support member, the gas diffusion layer is formed on the current collecting layer, and the reaction layer is formed on the gas diffusion layer. And forming the electrolyte membrane on the reaction layer.
[0018]
According to this method of manufacturing a fuel cell, for example, a fuel cell having a multilayer structure can be easily formed by alternately stacking reaction layers and electrolyte membranes using a discharge device. Therefore, a fuel cell with improved power density can be easily manufactured.
[0019]
An electronic apparatus according to the present invention includes the fuel cell according to any one of claims 1 to 4 as a power supply source. An electronic apparatus according to the present invention includes a fuel cell manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 5 to 8 as a power supply source. According to this electronic apparatus, it is possible to provide clean energy appropriately considering the global environment as a power supply source.
[0020]
An automobile according to the present invention includes the fuel cell according to any one of claims 1 to 4 as a power supply source. An automobile according to the present invention includes a fuel cell manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 5 to 8 as a power supply source. According to this automobile, clean energy appropriately taking into account the global environment can be provided as a power supply source.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A method for manufacturing a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell production line that performs a fuel cell production process according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell production line includes a discharge device 20a-20k used in each process, a belt conveyor BC1 connecting the discharge devices 20a-20i, a belt conveyor BC2 connecting the discharge devices 20j, 20k, The driving device 58 drives the belt conveyors BC1 and BC2, the assembling device 60 that assembles the fuel cell, and the control device 56 that controls the entire fuel cell production line.
[0022]
The discharge devices 20a to 20i are arranged in a line at a predetermined interval along the belt conveyor BC1, and the discharge devices 20j and 20k are arranged in a line at a predetermined interval along the belt conveyor BC2. The control device 56 is connected to each of the discharge devices 20a to 20k, the drive device 58, and the assembly device 60. The belt conveyor BC1 is driven based on the control signal from the control device 56, and the fuel cell substrate (hereinafter simply referred to as "substrate") is conveyed to each of the discharge devices 20a to 20i, and in each of the discharge devices 20a to 20i. Process. Similarly, the belt conveyor BC2 is driven based on a control signal from the control device 56, the substrate is conveyed to the discharge devices 20j and 20k, and processing in the discharge devices 20j and 20k is performed. Further, in the assembling apparatus 60, the fuel cell is assembled by the substrates carried in via the belt conveyor BC1 and the belt conveyor BC2 based on the control signal from the control apparatus 56.
[0023]
In this fuel cell production line, a process of applying a resist solution for forming a gas flow path to the substrate is performed in the discharge device 20a, and an etching process for forming the gas flow path is performed in the discharge device 20b. In the discharge device 20c, a process of applying a supporting carbon for supporting the current collecting layer is performed. In addition, a process for forming a current collecting layer is performed in the discharge device 20d, a process for forming a gas diffusion layer is performed in the discharge device 20e, and an electrolyte film and a reaction layer are alternately stacked in the discharge device 20f. A process for forming a reaction layer having a multilayer structure and a process for forming an electrolyte membrane are performed. Further, a process for forming a gas diffusion layer is performed in the discharge device 20g, a process for forming a current collecting layer is performed in the discharge device 20h, and a process of applying support carbon is performed in the discharge device 20i.
[0024]
Further, in the discharge device 20j, a process of applying a resist solution for forming a gas flow path to the substrate is performed, and in the discharge apparatus 20k, an etching process for forming the gas flow path is performed. When processing is performed on the first substrate in the discharge devices 20a to 20i, the discharge devices 20j and 20k perform processing for forming a gas flow path on the second substrate.
[0025]
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of an ink jet type ejection device 20a used when manufacturing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The ejection device 20a includes an inkjet head 22 that ejects an ejected material onto a substrate. The ink jet head 22 includes a head main body 24 and a nozzle forming surface 26 on which a large number of nozzles for discharging discharged matter are formed. When a discharge channel, that is, a gas flow path for supplying a reaction gas is formed on the substrate from the nozzle of the nozzle forming surface 26, a resist solution applied to the substrate is discharged. Further, the ejection device 20a includes a table 28 on which a substrate is placed. The table 28 is installed to be movable in a predetermined direction, for example, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Further, the table 28 moves in the direction along the X axis as indicated by an arrow in the drawing, so that the substrate conveyed by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20a.
[0026]
The ink jet head 22 is connected to a tank 30 containing a resist solution that is a discharge product discharged from a nozzle formed on the nozzle forming surface 26. In other words, the tank 30 and the inkjet head 22 are connected by a discharge material transport pipe 32 that transports the discharge material. In addition, the discharge material transport pipe 32 includes a discharge material flow path portion ground joint 32a and a head portion bubble elimination valve 32b for preventing charging in the flow path of the discharge material transport pipe 32. This head part bubble elimination valve 32b is used when suctioning the discharged substance in the inkjet head 22 with the suction cap 40 mentioned later. That is, when sucking the discharged material in the ink jet head 22 by the suction cap 40, the head part bubble elimination valve 32b is closed so that the discharged material does not flow from the tank 30 side. Then, when suction is performed with the suction cap 40, the flow rate of the suctioned product is increased, and the bubbles in the inkjet head 22 are quickly discharged.
[0027]
In addition, the discharge device 20a has a liquid level control sensor 36 for controlling the amount of discharged material stored in the tank 30, that is, the height of the liquid level 34a of the resist solution stored in the tank 30. It has. The liquid level control sensor 36 keeps the height difference h (hereinafter referred to as the water head value) between the tip end portion 26a of the nozzle forming surface 26 of the inkjet head 22 and the liquid level 34a in the tank 30 within a predetermined range. Take control. By controlling the height of the liquid level 34a, the discharge 34 in the tank 30 is sent to the inkjet head 22 with a pressure within a predetermined range. Then, the ejected material 34 can be stably ejected from the inkjet head 22 by sending the ejected material 34 at a pressure within a predetermined range.
[0028]
In addition, a suction cap 40 that sucks the ejected matter in the nozzles of the inkjet head 22 is disposed at a certain distance from the nozzle formation surface 26 of the inkjet head 22. The suction cap 40 is configured to be movable in the direction along the Z axis indicated by an arrow in FIG. 2, and is in close contact with the nozzle forming surface 26 so as to surround a plurality of nozzles formed on the nozzle forming surface 26. In addition, a sealed space is formed between the nozzle forming surface 26 and the nozzle can be blocked from outside air. In addition, the suction of the ejected matter in the nozzle of the inkjet head 22 by the suction cap 40 is in a state where the inkjet head 22 is not ejecting the ejected material 34, for example, the inkjet head 22 is retracted to a retracted position or the like. This is performed when the table 28 is retracted to a position indicated by a broken line.
[0029]
A flow path is provided below the suction cap 40, and a suction valve 42, a suction pressure detection sensor 44 for detecting a suction abnormality, and a suction pump 46 including a tube pump are disposed in the flow path. Has been. Further, the discharge 34 sucked by the suction pump 46 and transported through the flow path is accommodated in a waste liquid tank 48.
[0030]
The configurations of the ejection devices 20b to 20e and the ejection devices 20g to 20k are the same as those of the ejection device 20a, and thus the description thereof will be omitted. However, the configurations of the ejection devices 20b to 20e and the ejection devices 20g to 20k include In the description of the discharge device 20a, the same reference numerals as those used for the respective components are used. In addition, the tank 30 provided in each of the discharge devices 20b to 20e and the discharge devices 20g to 20k contains discharges necessary for a predetermined process performed in each of the discharge devices 20b to 20e and the discharge devices 20g to 20k. ing. For example, the discharge material for etching performed when forming the gas flow path is formed in the tank 30 of the discharge device 20b and the discharge device 20k, and the supporting carbon is formed in the tank 30 of the discharge device 20c and the discharge device 20i. Each discharge is stored. Further, a discharge material for forming a current collecting layer is formed in the tank 30 of the discharge device 20d and the discharge device 20h, and a discharge material for forming a gas diffusion layer is formed in the tank 30 of the discharge device 20e and the discharge device 20g. Each is housed. In addition, the tank 30 of the discharge device 20j stores the same discharge material as the discharge material for forming a gas flow path with respect to the substrate stored in the tank 30 of the discharge device 20a.
[0031]
FIG. 3 is a view for explaining an ink jet head and a tank provided in the ejection device 20f. As shown in FIG. 3, the ejection device 20f includes two inkjet heads and two tanks similar to the inkjet head 22 and the tank 30 provided in the ejection device 20a. In the discharge device 20f, a process of forming a multilayered reaction layer and a process of forming an electrolyte film are performed by alternately laminating an electrolyte film and a reaction layer. Accordingly, the first tank 30a containing the discharge for forming the reaction layer, the first inkjet head 22a for discharging the discharge stored in the first tank 30a, and the electrolyte membrane are formed. The second tank 30b containing the discharged material and the second ink jet head 22b for discharging the discharged material stored in the second tank 30b are provided.
[0032]
The first ink-jet head 22a contains a discharge material discharged from a nozzle (first nozzle) formed on the nozzle forming surface 27a of the head main body 24a of the first ink-jet head 22a. It is connected to the tank 30a. In addition, the second inkjet head 22b accommodates a discharge material that is discharged from a nozzle (second nozzle) formed on the nozzle forming surface 27b of the head body 24b of the second inkjet head 22b. 2 tank 30b.
[0033]
Next, a method for manufacturing a fuel cell using the discharge devices 20a to 20k according to the embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and the drawings.
[0034]
First, a gas flow path for supplying a reaction gas to the substrate is formed (step S10). That is, first, as shown in FIG. 5A, a rectangular flat plate shape, for example, a silicon substrate (first substrate) 2 is conveyed to the discharge device 20a by the belt conveyor BC1. The board | substrate 2 conveyed by belt conveyor BC1 is mounted on the table 28 of the discharge apparatus 20a, and is taken in in the discharge apparatus 20a. In the discharge device 20 a, the resist solution stored in the tank 30 is discharged through the nozzles of the nozzle formation surface 26 and applied to a predetermined position on the upper surface of the substrate 2 placed on the table 28. Here, as shown in FIG. 5B, the resist solution is applied in a straight line at a predetermined interval from the front side to the back side in the drawing. That is, in the substrate 2, for example, a portion that forms a gas flow path (first gas flow path) for supplying a first reaction gas containing hydrogen is left, and only the other portions are resisted. The solution is applied.
[0035]
Next, the substrate 2 (see FIG. 5B) on which the resist solution is applied at a predetermined position is conveyed to the discharge device 20b by the belt conveyor BC1, and is placed on the table 28 of the discharge device 20b to be discharged. 20b. In the discharge device 20b, an etching solution, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution that is used to form the gas flow path accommodated in the tank 30 is discharged through the nozzles of the nozzle forming surface 26, and is then placed on the table 28. It is applied to the entire top surface of the substrate 2 placed on
[0036]
Here, since the resist solution is applied to the substrate 2 at a portion other than the portion that forms the gas flow path, the portion where the resist solution is not applied is etched with the hydrofluoric acid aqueous solution, as shown in FIG. As shown, a gas flow path is formed. That is, a gas flow path having a U-shaped cross section extending from one side surface of the substrate 2 to the other side surface is formed. Further, as shown in FIG. 6A, the substrate 2 on which the gas flow path is formed is cleaned with a resist in a cleaning device (not shown), and the resist is removed (see FIG. 6B). And the board | substrate 2 in which the gas flow path was formed is moved to the belt conveyor BC1 from the table 28, and is conveyed by the belt conveyor BC1 to the discharge apparatus 20c.
[0037]
Next, in order to prevent the gas flow path formed in the substrate 2 in step S10 from being blocked by the current collecting layer and the gas diffusion layer, the supporting carbon (first supporting member) that supports the current collecting layer. Is applied in the gas flow path (step S11). That is, first, the substrate 2 conveyed to the discharge device 20c by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20c. In the discharge device 20 c, the supporting carbon 4 accommodated in the tank 30 is discharged through the nozzles on the nozzle forming surface 26 and applied to the gas flow path formed on the substrate 2. Here, as the supporting carbon 4, porous carbon having a predetermined size, for example, a particle diameter of about 1 to 5 microns in diameter is used. That is, the supporting carbon 4 has a predetermined size so that the gas flow path is not blocked by the current collecting layer and the gas diffusion layer, and the reaction gas can flow reliably in the gas flow path. Porous carbon is used.
[0038]
FIG. 7 is an end view of the substrate 2 to which the supporting carbon 4 is applied. As shown in FIG. 7, when the supporting carbon 4 is applied in the gas flow path, the current collecting layer formed on the substrate 2 is prevented from falling into the gas flow path. The substrate 2 coated with the supporting carbon 4 is transferred from the table 28 to the belt conveyor BC1 and is conveyed to the discharge device 20d by the belt conveyor BC1.
[0039]
Next, a current collecting layer (first current collecting layer) for collecting electrons generated by the reaction of the reaction gas is formed on the substrate 2 (step S12). That is, first, the substrate 2 conveyed to the discharge device 20d by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20d. In the discharge device 20d, a material for forming the current collecting layer 6 accommodated in the tank 30, for example, a conductive substance such as copper, is placed on the table 28 via the nozzles of the nozzle forming surface 26. Discharge onto the substrate 2. At this time, the conductive material is discharged into a shape that does not hinder diffusion of the reaction gas supplied to the gas flow path, for example, a mesh shape, and the current collecting layer 6 is formed.
[0040]
FIG. 8 is an end view of the substrate 2 on which the current collecting layer 6 is formed. As shown in FIG. 8, the current collecting layer 6 is supported by the supporting carbon 4 in the gas flow path formed on the substrate 2, and is prevented from falling into the gas flow path. In addition, the board | substrate 2 in which the current collection layer 6 was formed is moved to the belt conveyor BC1 from the table 28, and is conveyed by the belt conveyor BC1 to the discharge apparatus 20e.
[0041]
Next, a gas diffusion layer for diffusing the reaction gas supplied through the gas flow path formed in the substrate 2 is formed on the current collecting layer 6 formed in step S12 (step S13). That is, first, the substrate 2 conveyed to the discharge device 20e by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20e. In the discharge device 20e, a material for forming the gas diffusion layer 8 accommodated in the tank 30, for example, carbon is discharged onto the current collecting layer 6 through the nozzles of the nozzle forming surface 26, and a gas flow path. A gas diffusion layer 8 is formed for diffusing the reaction gas (first reaction gas) supplied via.
[0042]
FIG. 9 is an end view of the substrate 2 on which the gas diffusion layer 8 is formed. As shown in FIG. 9, for example, carbon having a function as an electrode is discharged onto the current collecting layer 6 to form a gas diffusion layer 8 for diffusing the reaction gas. Here, as the carbon constituting the gas diffusion layer 8, porous carbon is used that is large enough to sufficiently diffuse the reaction gas supplied through the gas flow path. . For example, porous carbon which is smaller than the supporting carbon 4 and has a particle diameter of about 0.1 to 1 micron is used. In addition, the board | substrate 2 with which the gas diffusion layer 8 was formed is moved to the belt conveyor BC1 from the table 28, and is conveyed by the belt conveyor BC1 to the discharge apparatus 20f.
[0043]
Next, a reaction layer having a multilayer structure is formed on the gas diffusion layer 8 formed in step S13 (step S14). That is, first, the substrate 2 transported to the discharge device 20f by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20f. Next, in the discharge device 20f, the reaction layer 10 having a multilayer structure is formed as shown in FIG. That is, a solution containing a material forming the reaction layer accommodated in the first tank 30a, for example, porous carbon (platinum-supporting carbon) supporting platinum as a catalyst is passed through the first nozzle in FIG. The first layer of the reaction layer is formed by discharging to the portion indicated by 10a. Here, the solution containing platinum-supporting carbon is provided with a dispersant for preventing the platinum-supporting carbon from aggregating in the solution. Next, a solution containing platinum-carrying carbon contained in the first tank 30a is discharged to the portion indicated by 10a of the second layer of the reaction layer. Next, a material (electrolyte film forming material) containing a material for forming an electrolyte film accommodated in the second tank 30b, for example, a perfluorocarbon and a sulfonic acid polymer (for example, Nafion (registered trademark)) is added to the second tank 30b. It discharges through the nozzle. Here, the electrolyte film forming material is discharged only to the portion where the solution containing platinum-supporting carbon is not discharged, that is, the portion other than the portion indicated by 10a, and the second layer of the reaction layer is formed.
[0044]
Next, a solution containing platinum-supporting carbon contained in the first tank 30a is discharged onto the second layer in a pattern different from the second layer of the reaction layer via the first nozzle. That is, a solution containing platinum-supporting carbon is discharged to a portion indicated by 10b in FIG. Next, as in the case of forming the second layer of the reaction layer, the electrolyte film forming material accommodated in the second tank 30b is indicated by a portion where the solution containing platinum-supported carbon is not discharged, that is, 10b. It discharges only with respect to parts other than a part, and forms the 3rd layer of a reaction layer. Thereafter, the fourth layer is formed in the same pattern as the second layer of the reaction layer, the fifth layer is formed in the same pattern as the third layer, and a reaction layer (first reaction layer) having a multilayer structure is formed. . The dispersant applied to the solution containing platinum-supporting carbon is removed by, for example, heating the substrate 2 to 200 ° C. in a nitrogen atmosphere after the reaction layer is formed.
[0045]
FIG. 11 is an end view of the substrate 2 on which the reaction layer 10 is formed. As shown in FIG. 11, the reaction layer 10 is formed on the gas diffusion layer 8. The reaction layer 10 has a multilayer structure as shown in FIG. 10, but the reaction layer 10 is schematically shown in FIG. In the following figures, the reaction layer is shown in the same manner as in FIG.
[0046]
Next, an electrolyte membrane such as an ion exchange membrane is formed on the reaction layer 10 formed in step S14 (step S15). That is, the electrolyte film forming material accommodated in the second tank 30b of the discharge device 20f is discharged onto the reaction layer 10 through the second nozzle to form an electrolyte film having a predetermined film thickness. FIG. 12 is an end view of the substrate 2 on which the electrolyte membrane 12 is formed. As shown in FIG. 12, an electrolyte membrane 12 having a predetermined thickness is formed on the reaction layer 10.
[0047]
Next, a reaction layer (second reaction layer) is formed on the electrolyte membrane 12 formed in step S15 (step S16). That is, in the discharge device 20f, platinum-supporting carbon is discharged by a process similar to the process performed in step S14 to form a reaction layer 10 ′ having a multilayer structure. For example, when the first reaction layer is a reaction layer having a four-layer structure, a reaction layer having a four-layer structure that is symmetrical with the first reaction layer is formed. In addition, the first reaction layer and the second reaction layer may have different numbers of layers to be stacked. The dispersant applied to the solution containing platinum-supporting carbon is removed by, for example, heating the substrate 2 to 200 ° C. in a nitrogen atmosphere after the reaction layer is formed. Thereafter, the substrate 2 on which the first reaction layer, the electrolyte membrane, and the second reaction layer are formed is transferred from the table 28 to the belt conveyor BC1 and conveyed to the discharge device 20g by the belt conveyor BC1.
[0048]
FIG. 13 is an end view of the substrate 2 on which the reaction layer 10 ′ is formed on the electrolyte membrane 12. As shown in FIG. 13, a reaction layer 10 ′ is formed by applying platinum-supporting carbon on the electrolyte membrane 12. Here, the reaction layer 10 ′ is a layer that reacts based on a second reaction gas, for example, a reaction gas containing oxygen.
[0049]
Next, a gas diffusion layer for diffusing the second reaction gas is formed on the reaction layer 10 ′ formed in step S16 (step S17). That is, the substrate 2 on which the reaction layer 10 ′ is formed is transported to the discharge device 20 g by the belt conveyor BC 1, and the discharge device 20 g is porous with a predetermined particle size by the same process as that performed in the discharge device 20 e. The carbon is applied to form a gas diffusion layer 8 ′.
[0050]
FIG. 14 is an end view of the substrate 2 on which the gas diffusion layer 8 ′ is formed on the reaction layer 10 ′. As shown in FIG. 14, a porous carbon is applied on the reaction layer 10 ′ to form a gas diffusion layer 8 ′.
[0051]
Next, a current collecting layer (second current collecting layer) is formed on the gas diffusion layer 8 'formed in step S17 (step S18), and support for supporting the current collecting layer on the current collecting layer is performed. Carbon for application (second support member) is applied (step S19). That is, the substrate 2 conveyed to the discharge device 20h by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20h, and the current collecting layer 6 is processed by the same process as the process performed in the discharge device 20d. 'Is formed on the gas diffusion layer 8'. In addition, the substrate 2 transported to the discharge device 20i by the belt conveyor BC1 is placed on the table 28 and taken into the discharge device 20i, and the supporting carbon 4 is processed by the same process as the process performed in the discharge device 20c. 'Is applied. The substrate 2 coated with the supporting carbon 4 ′ is transferred from the table 28 to the belt conveyor BC 1 and conveyed to the assembling apparatus 60.
[0052]
FIG. 15 is an end view of the substrate 2 on which the current collecting layer 6 ′ and the supporting carbon 4 ′ are formed on the gas diffusion layer 8 ′. As shown in FIG. 15, the current collecting layer 6 ′ is formed by the process of step S <b> 18 described above, and the supporting carbon 4 ′ is applied by the process of step S <b> 19 described above. Here, the supporting carbon 4 ′ is applied in the same manner as the supporting carbon 4, that is, along the gas flow path formed in the substrate 2.
[0053]
Next, the fuel cell is assembled by placing the substrate (second substrate) on which the gas flow path is formed on the substrate (first substrate) coated with the supporting carbon in step S19 (step S20). That is, in the assembling apparatus 60, by placing the substrate 2 ′ (second substrate) carried in via the belt conveyor BC2 on the substrate 2 (first substrate) carried in via the belt conveyor BC1, Assemble the fuel cell. Here, a second gas flow path is formed on the substrate 2 ′ separately from the processing in the above-described Steps S10 to S19. That is, in the discharge device 20j and the discharge device 20k, the second gas flow path is formed by the same process as the process performed by the discharge device 20a and the discharge device 20b. Therefore, the U-shaped gas channel extending from one side surface to the other side surface formed on the substrate 2 is parallel to the U-shaped gas channel formed on the substrate 2 '. As described above, the substrate 2 'is arranged to assemble the fuel cell, thereby completing the manufacture of the fuel cell.
[0054]
FIG. 16 is an end view of the completed fuel cell. As shown in FIG. 16, the substrate (second substrate) 2 ′ on which the second gas flow path is formed is arranged at a predetermined position on the substrate 2 to which the supporting carbon 4 ′ is applied. A first reaction gas is supplied via a first gas flow path formed on one substrate, and a second reaction gas is supplied via a second gas flow path formed on a second substrate. The production of the fuel cell is completed. In the present embodiment, the gas flow paths of the first substrate 2 and the second substrate 2 ′ are parallel to each other, but the second substrate 2 ′ is generally arranged so that the gas flow paths are orthogonal to each other. Is.
[0055]
Note that a small fuel cell manufactured by using the discharge device can be incorporated as an electric power supply source in an electronic device, particularly a portable electronic device such as a mobile phone.
[0056]
In the fuel cell according to this embodiment, a reaction layer having a multilayer structure is formed by alternately laminating an electrolyte membrane forming material and a solution containing platinum-supporting carbon. Therefore, the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane is large, and the output density of the fuel cell can be increased. In addition, since the first layer and the second layer of the reaction layer constituting the reaction layer having a multilayer structure are formed in different patterns, the contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane can be further increased. The output density of the fuel cell can be increased.
[0057]
In addition, according to the method of manufacturing a fuel cell according to this embodiment, a multilayer structure is formed by alternately discharging an electrolyte film forming material and a solution containing platinum-supporting carbon using a discharge device including two inkjet heads. A fuel cell is manufactured by forming a reaction layer. Therefore, a solution containing platinum-supporting carbon can be applied uniformly and accurately, and a reaction layer having a multilayer structure can be easily formed. Therefore, a fuel cell having a high output density can be easily manufactured by accurately discharging platinum (catalyst) in a predetermined amount to a predetermined position.
[0058]
In the fuel cell manufacturing method according to the above-described embodiment, a reaction layer having a five-layer structure is formed. However, a reaction layer having two or more layers may be used. A reaction layer having a layer structure may be formed. Further, the shape of the reaction layer formed as a multilayer structure may be any shape as long as the contact area between the electrolyte membrane and the reaction layer can be widened.
[0059]
In the fuel cell manufacturing method according to the above-described embodiment, the dispersant is removed by heating the substrate 2 after each of the first reaction layer and the second reaction layer is formed. The dispersant may be removed after all the fuel cell manufacturing steps have been performed. That is, after the substrate 2 'is disposed at a predetermined position and after all the steps of manufacturing the fuel cell, the manufactured fuel cell is heated to, for example, 200 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the dispersant. You may do it.
[0060]
In the fuel cell manufacturing method according to the above-described embodiment, the reaction layer is formed by applying a solution containing platinum-supported carbon. For example, the reaction layer is formed by applying a chloroplatinic acid solution. May be formed. In this case, first, carbon for carrying platinum (catalyst) is applied, and then a chloroplatinic acid solution is applied to form a reaction layer.
[0061]
In the fuel cell manufacturing method according to the above-described embodiment, a small fuel cell is manufactured. However, a large fuel cell may be manufactured by stacking a plurality of fuel cells. That is, as shown in FIG. 17, a gas flow path is further formed on the back surface of the substrate 2 ′ of the manufactured fuel cell, and the above-described fuel cell is formed on the back surface of the substrate 2 ′ on which the gas flow path is formed. A large fuel cell may be manufactured by stacking small fuel cells by forming a gas diffusion layer, a reaction layer, an electrolyte membrane and the like in the same manner as the manufacturing process in the manufacturing method. Thus, when a large-sized fuel cell is manufactured, for example, it can be used as a power supply source of an electric vehicle, and a clean energy vehicle appropriately considering the global environment can be provided.
[0062]
According to the fuel cell of the present invention, at least one of the first reaction layer and the second reaction layer has a multilayer structure. Therefore, the area where the reaction layer and the electrolyte membrane are in contact with each other is large, and the output density of the fuel cell can be increased.
[0063]
According to the fuel cell manufacturing method of the present invention, at least one of the first reaction layer forming step and the second reaction layer forming step forms a reaction layer having a multilayer structure using a discharge device. ing. That is, by using the discharge device, the material for forming the reaction layer can be applied uniformly and in a predetermined amount at a predetermined position, and the material for forming the electrolyte film can be discharged onto the reaction layer. An electrolyte membrane can be easily formed. Therefore, it is possible to easily manufacture a fuel cell having a high output density with a wide contact area between the reaction layer and the electrolyte membrane.
[0064]
According to the electronic device according to the present invention, the fuel cell according to the present invention or the fuel cell manufactured by the method for manufacturing the fuel cell according to the present invention is used as the power supply source. In addition, according to the automobile of the present invention, the fuel cell manufactured by the fuel cell according to the present invention or the fuel cell manufacturing method according to the present invention is used as the power supply source. Accordingly, it is possible to provide clean energy appropriately considering the global environment as a power supply source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a production line for a fuel cell according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of an ink jet type ejection device according to an embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of an ink jet type ejection device according to an embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of a fuel cell manufacturing method according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a gas flow path forming process according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a gas flow path forming process according to the embodiment.
FIG. 7 is an end view of the substrate in the manufacturing process of the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 8 is an end view of the substrate in the process of manufacturing the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 9 is an end view of the substrate in the process of manufacturing the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a reaction layer having a multilayer structure according to an embodiment.
FIG. 11 is an end view of the substrate in the manufacturing process of the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 12 is an end view of the substrate in the manufacturing process of the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 13 is an end view of the substrate in the process of manufacturing the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 14 is an end view of the substrate in the process of manufacturing the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 15 is an end view of the substrate in the process of manufacturing the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 16 is an end view of the substrate of the fuel cell according to the embodiment.
FIG. 17 is a diagram of a large fuel cell in which fuel cells according to an embodiment are stacked.
[Explanation of symbols]
2, 2 '... substrate, 4, 4' ... supporting carbon, 6, 6 '... current collecting layer, 8, 8' ... gas diffusion layer, 10, 10 '... reaction layer, 12 ... electrolyte membrane, 20a-20k ... Discharge device, BC1, BC2 ... Belt conveyor.

Claims

A first substrate on which a first gas flow path for supplying a first reaction gas is formed;
A first current collecting layer laminated on the first substrate;
A first gas diffusion layer laminated on the first current collecting layer;
A first reaction layer including a catalyst laminated on the first gas diffusion layer ;
An electrolyte membrane comprising an electrolyte laminated to the first reaction layer;
A second reaction layer containing a catalyst laminated on the electrolyte membrane;
A second gas diffusion layer laminated on the second reaction layer;
A second current collecting layer laminated on the second gas diffusion layer;
A second substrate laminated on the second current collecting layer and having a second gas flow path for supplying a second reaction gas ,
At least one of the first reaction layer and the second reaction layer has a multilayer structure,
The multilayer structure includes a layer in which the catalyst and the electrolyte are arranged in a first pattern and a layer in which the catalyst and the electrolyte are arranged in a second pattern different from the first pattern. It is a structure,
The fuel cell according to claim 1, wherein the catalysts of adjacent layers in the multilayer structure are in contact with each other.

A first gas flow path forming step of forming a first gas flow path for supplying a first reaction gas on a first substrate;
A second gas flow path forming step of forming a second gas flow path for supplying a second reaction gas on the second substrate;
A first current collecting layer forming step of forming a first current collecting layer on the first substrate;
A first gas diffusion layer forming step of forming a first gas diffusion layer on the first current collecting layer;
A first reaction layer forming step of forming a first reaction layer containing a catalyst on the first gas diffusion layer;
An electrolyte membrane forming step of forming an electrolyte membrane containing an electrolyte on the first reaction layer;
A second reaction layer forming step of forming a second reaction layer containing a catalyst on the electrolyte membrane;
A second gas diffusion layer forming step of forming a second gas diffusion layer on the second reaction layer;
A second current collecting layer forming step of forming a second current collecting layer on the second gas diffusion layer;
A second substrate laminating step of laminating the second substrate on the second current collecting layer,
At least one of the first reaction layer formation step and the second reaction layer formation step is provided with the catalyst and the electrolyte in a first pattern using a discharge device including an inkjet head . Forming a first layer, forming a second layer provided with the catalyst and the electrolyte in a second pattern different from the first pattern on the first layer, and forming a reaction layer having a multilayer structure; A method for producing a fuel cell, characterized by comprising:

An electronic apparatus comprising the fuel cell according to claim 1 as a power supply source.

An automobile comprising the fuel cell according to claim 1 as a power supply source.