JPH10513005A

JPH10513005A - 繊維補強膜を持つ表面レプリカ燃料電池

Info

Publication number: JPH10513005A
Application number: JP9512784A
Authority: JP
Inventors: ホッカデイ，ロバート，ジー．
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: MX9802189A; KR19990063647A; BR9610655A; CN1148822C; CA2232309A1; EP0852070A1; IL123358A; TR199800520T1; JP3717523B2; AU705731B2; AU7019696A; EP0852070A4; US5631099A; WO1997011503A1; CA2232309C; PL325823A1; HK1015960A1; IL123358A0; KR100435614B1; CN1197551A

Abstract

(57)【要約】コンパクトな表面レプリカ燃料電池は繊維補強多孔中心膜（３）および２個の多孔外部膜（２３，３１）を持つ。薄層フイルム触媒および金属電極材料がイオンあるいは光線衝撃、腐食、および真空蒸着などの各種の技術を用いて中心膜の両側に蒸着される。化合物燃料のために２種の触媒が蒸着される。第一触媒（１３）は内部面レプリカ電極（９）を形成する。第二触媒は水素が電極および電解質（２１）から拡散する前水素を捕捉するために孔（６５）の内部に配置される。疎水性フイルム（１９）は電解質の配置を制御し電極を強化するために電極フイルム上に蒸着される。触媒面活性領域は触媒フイルムを非電解質基板（４５）から隔離し基板と触媒フイルムとの間の空隙部を電解質で充たすことにより最大化される。燃料電池の非二極性スタックは貫通膜接触子、貫通電池水流、薄層フイルム電極および電極開路を提供するために中心膜上に電池を幾何学的配列で設計することにより中心膜上で構築される。燃料電池は電解質から反応ガスを発生させる電解質電池（セル）として機能する。

Description

【発明の詳細な説明】繊維補強膜を持つ表面レプリカ燃料電池発明の背景燃料電池は電解質，電極および触媒の存在下でガスを反応させることにより化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。触媒および電極は白金あるいは高価な素材である。従って触媒および電極材料をできるだけ少なく使用することが望ましい。燃料電池はしばしば遠隔地で電気を発生させるために使用される。従って燃料電池をできるだけコンパクトで軽量に構築することがきわめて望ましい。大量生産品として経済的に実用可能な燃料電池を生産するために、燃料電池を形成する過程は原材料コスト，製造コストおよび運転性能を最適化するものであることが必要である。１９６１年英国特許８７４，２８３号は非可塑性ポリ塩化ビニルに基づく微小孔構造燃料電池電極を記述している。研究された典型的なポリ塩化ビニルは厚さ０．７６ｍｍできわめて均一な５ミクロンの孔を有していた。表面は銀あるいは金の真空蒸着で被覆された。触媒層は電気溶着を施されるか固着剤に組み込まれた。大気水素５ＫＷまでの電池が形成されたがポリ塩化ビニルの使用により６５ ℃までに制限された。ポリエチレン多孔基板は８０℃まで使用可能であると見做された。繊維マトリックスを持つこわれやすい電極を支持する概念が使用された。ジーメンス社はアスベスト膜に埋め込まれた粉体の多孔層を利用した。アスベスト膜は粉体電極の機械的支持を提供した。腐食多孔バイコールガラス基板が電極を形成するためにタンタルおよび白金フイルムでスパッタ被覆された。電極は触媒を高度利用する燃料電池を形成した。更なる研究によってガラスバイコール基板は実用的でなく、また多孔金属電極は宇宙利用燃料電池に関連して触媒のスパッタ蒸着に何らの利点をももたらさないことが示された。本発明者は腐食核粒子トラック膜（カリフォルニア、プレザントン、ニュークレポア・コーポレイション製造のニュークレポアフィルターなど）を基板として使用し、そのため電極はプラスチックフイルムの靭性を有し正確な孔幾何学配列がマイクロエンジニアリングのために必要とされた。単純な孔モデルを用いることにより電池の出力量が一般に予測できた。試験された最薄電池は公称１０ミクロン厚であった。電池厚の実質的な制約は膜強度，燃料拡散抵抗、および冷却能力であるように見える。最小電池厚は電池抵抗損失を最小化し単位質量比当り出力を最大化する。核粒子トラック誘電フイルムを真空蒸着触媒および電極で被覆するにはいくつかの困難がある。まず第一は真空蒸着フイルムは誘電フイルムへの固着係数が劣っており、運転中にフイルムから分離するということである。第二は誘電フイルムが高温あるいは電解質環境下では運転不能であるということである。第三は直列電池スタックを形成するためには、金属フイルムは電池接触からの機械的損傷あるいは高いフイルム固有抵抗を避けるために導電金属フイルムで厚くする必要がある。非腐食性コンダクタでありプラスチック基板に十分に低い温度で蒸着できる大抵の金属フイルムは金のように触媒フイルムとしては比較的高価である。大量の金属コンダクタの費用が制約因子となる。本発明の電極に有利に組込むことのできる電解質は、イー・アイ・デュポンドヌムールのナフィオンなどのようなペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質である。ナフィオンはニュークレポア膜および拡張ＰＴＦＥマトリックスに吸着される。ペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質つまりプロトン交換膜（ＰＥＭ）はイー・アイ・デュポンから拡張ＰＴＦＥ補強剤として商業的に利用できる。ナフィオンを経由する有効な導電率はニュークレポア膜内で存在することによりもとのナフィオン膜の２０倍以上も増加する。かくしてペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質を構築することにより、導電率は向上し必要とされるポリマー電解質の量およびガス拡散を同時に減少させる。新しい発明はこれを平行電解質（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）として説明する。孔方向に垂直である横方向電解質イオン伝導は平行誘電膜により遮断される。ポリマー電解質で含浸されたマトリックスに燃料電池電極を形成する技術は合衆国特許４，６６６，５７９号で説明されている。ナフィオンをアルコールに溶解する方法は合衆国特許５，０８４，１４４号で説明されている。ＰＥＭ燃料電池の現在の最新技術は合衆国特許５，０８４，１４４号で開示されているように「白金インク」をペルフルオロ化イオン交換ポリマーに蒸着することであった。残る成分のコストが燃料電池のコスト、例えばナフィオン膜のようなペルフルオロ化イオン交換ポリマーのコストより優位を示す点に白金の利用が到達しているということがこの分野の研究者達により認識されてきた。２０ミクロンほどの薄さの膜が製造されており、平方センチ当り３アンペアの電流密度を達成し、単位領域当りより大きな出力を得ることで経費を下げてきた。より薄い電解質フイルムは使用されていないがこれはフイルムがこわれ易くピンホール欠陥が電極の分路を起こすからである。一般の分野での明白な根本的仮定は単位領域当りのコストはフレームおよびガス隔離板のコストに起因して相対的に固定されているということである。次に考慮すべきことは機能性および製造可能性である。湿度管理は多くの燃料電池設計に関して継続するエンジニアリングの関心事である。電解質を循環しない燃料電池はその電解質を脱水する傾向を持つが、それは燃料電池がその環境よりも熱く運転されるからである。それは、燃料電池で最適条件からはるかに離れた運転に電池を導くことがある。燃料電池を再水和する典型的な方法は、冷却コンデンサの排出流の水分を捕捉し、次いで高温気化器を用いて燃料電池の水蒸気圧以上に燃料供給ガスを加湿することである。これは燃料電池の運転に重量と複雑性を加える。一つの解決法は、合衆国特許５，２４２，７６４号で開示されているように中心孔を通じて水を還流することであった。この電解質再循環は電解質水分バランスを制御する高い差圧の必要性を排除し、大きな圧力差に耐える電極および隔離板の支持の必要性を排除する。それは燃料電池をはるかに軽量にさせる。電解質の一部は可動である。可動電解質に関連する問題は横方向水分散の燃料電池運転に必要とされる以上に電解質に追加のスペースが必要とされることである。このスペースの追加サイズは孔を経由する中央流への距離および拡散抵抗に依存する。このスペースは電池抵抗を著しく増加することができる。合衆国特許５，２４２，７６４号は更にそれを経由する水の横方向の動きに適応するためにより高価な電解質を必要とし、電池にコストと重量を加える。可動電解質を持つことにより、もれ，減損および腐食の問題が起こり得る。現在の低温燃料電池スタック（概略で２００℃以下）は電極およびガス隔離隔壁の二極スタッキングを使用する。隔壁は電気伝導およびガス不透過である必要がある。それらは燃料電池電極のように同じ電解質環境下でしばしば存続する必要がある。隔離板は通常燃料および酸化剤ガスの間のガス圧差に耐える必要がある。かくして隔離板は典型的に機械的に強固である。これは黒鉛，塗装ダイヤモンド，白金あるいは金被覆など少なくとも非腐食性金属外部を持つ大量の金属隔離板を使用する必要に導く。高湿度腐食環境下でこれらの隔離板に電気接触（どちらかの側に燃料および酸化剤ならびに電解質および産出水による接触）を行うことにより、腐食および燃料電池寿命の減少が起こり得る。金属で作られる燃料電池スタックの大きな部分を持つことにより、燃料電池スタックは分路が起こる時の悲劇的な電気および爆発破損について高い信頼性を持つ。ガス隔離板のせん断大容量が燃料電池の単位量当り比出力を減少する。最近、直接メタノール電気触媒に対する新触媒が酸性電解質に現れた。これらの触媒はメタノールおよびホルムアルデヒド燃料に関する純白金よりも１０乃至１００倍大きい活性を有している。現時点で従来の方法は電極で触媒の位置の幾何学的差異を持たない典型的な粉末触媒電極を使用することである。直接メタノール改質装置燃料電池は排出される必要のある燃料電池内で生産された二酸化炭素を発生する問題を持つ。排出燃料流は燃料電池によりメタノールおよび水素を使い果たし二酸化炭素で濃縮される。排出ガスは次いで通常残存水素を除去するために燃焼され大気中に放出される。問題は水素およびメタノールの放出がその燃料電池配列のエネルギー不足ということであり、燃料流の二酸化炭素濃度が大きくなればそれだけ燃料電池の性能が低下する。理想的には燃料電池からの排出は未利用のメタノールあるいは水素が存在せず二酸化炭素の量が低いということになるであろう。そこでは排出流燃焼の必要はなくなるであろう。ニッケル基板上の白金触媒を用いる１アンペア／ｃｍ²の電池性能もまたアルカリ電解質で達成された。これらの実験は多孔ニッケル支持構造の上で白金触媒を使用する。アルカリ電池の直面する現在の問題は燃料電池から発生する二酸化炭素は電解質の二酸化炭素の濃度が十分に高ければ電解質内に炭酸塩沈殿物を形成することである。発明の要約この発明は材料の経済的利用および運転の最適化を有するコンパクトな燃料電池を提供する。燃料電池は３個の多孔膜で構成される。最初の中心膜はいずれかの側に形成された電極を持つ。外側の２膜は水調節循環膜である。中心膜にある電極は繊維補強多孔膜の表面の両側に薄層フイルム触媒および金属電極材料を蒸着させることで形成される。不注意による短絡発生の場合には、電池は更に薄層フイルム電極および電池構築を通じての高い金属対絶縁体比を使用することにより埋込み分路開口性を持つ。膜の多孔性および蒸着は高い触媒表面領域を設計することができ、直列電池接続および電極回路のための管を形成する。疎水性フイルムが孔内の電解質の位置を制御し電極を強化するために電極フイルムにわたって蒸着される。コストにもっと有効である金属コンダクタを電極導電性および強度を提供するために蒸着することができる。触媒活性表面領域は触媒フイルムを多孔基板から分離し次いで電解質で介入量を注入することにより最大化される。メタノールなどの化合物燃料に対して、２個の触媒が蒸着される。最初の触媒は内部表面レプリカ電極を形成し（メタノール活性触媒）、第２の触媒は水素が電極および電解質から拡散する前に水素を捕らえるために孔の内部に蒸着される（水素活性メタノール不活性触媒）。燃料電池は燃料ガスを電極の一つにまた酸化剤ガスを他の電極に供給することにより、あるいは電解電池が電解質から反応ガスを発生して運転される。運転中に水はクーラー外部ガスマニホルド表面で捕捉され電極管を経由する流れで再循環することができる。燃料電池の水量を加減するために、多孔外部膜は電池が脱水の時には水分を保持し、電池があまりにも湿潤の場合には水分を流し出す材料で被覆することができる。生成する燃料電池は単位量当り高い比出力を有し触媒および電極材料の効率的な利用を行う。表面レプリカ薄層フイルム技術の主要な利点は腐食核粒子トラックにより形成される均一な孔の正確な幾何学配列の制御であり、真空薄層フイルム蒸着と結合され、この蒸着は液体／ガスのインターフェイスを可能にし、電気管および孔内の触媒位置をナノメートル水準にまで制御する。フイルムレプリカの下側を触媒活性面として利用することにより、第一次蒸着層のすべては内部孔蒸着に関する合衆国特許第４，６７３，６２４で説明されているように何らの外部面触媒を除去する必要もなく電解質と接触させることができる。この発明は速い製造過程を伴い、触媒材料利用の最大化をもたらす。実際的な電解質にわたる薄層フイルム電極を支持する構造と共に、水素に対するパラジウムの選択的透過性などのような薄層電極材料の分子半透過性が電極を経由して反応物質を運び一酸化炭素あるいはメタノールなどの各種の反応物質流を瀘過するのに使用できるという能力が到来する。この発明の正確な位置付けは触媒およびコンダクタの有効な利用を可能にし、従来の燃料電池で見出される不活性量を最小にする。新しい燃料電池電極，電池サイズ，電解質厚および触媒は最適化されリトグラフ技術で生産することができる。粉末繊維技術型燃料電池を上回るこの燃料電池の改良点はよりタフな燃料電池構造、大量生産がより容易であることおよび電池スタック量当りの出力の増加などを含む。この発明の電解質および触媒の正確な位置付けは更により安定した出力産出をもたらす。電解質再循環能力および高価な電極の可能な排他的使用は電池が安定した電解電池として運転されることを可能にする。この発明の燃料電池は単一可撓性薄層上で非二極性直列の電池として生産されている。この電池構造は硬くボルト付け厚プレートスタック構造の従来型燃料電池に比べて前例のない包装機会をもたらす。これら包装上の利点は下記のものを含む： −曲面に一致するよう曲がる薄い機械的に柔軟な電池構造 −異常に自由な型の形状に形成できる構造 −領域を変更することにより非常に小さくあるいは非常に大きく作れる構造。公称１０ミクロン厚の直列電池が包装なしで構築された。３種の安全特性が新しい燃料電池に組込まれる。まず加圧燃料電池に対する急激な減圧の危険性が小さな口径孔および管を経由する液流を制限することで減少される。反応物質貯蔵タンクおよびガスマニホルドは毛管および孔で充たすことができる。急激な破損の場合、ガス流は小さな口径流路内で粘性抵抗により制限される。固型ポリマー電解質燃料電池に対する水再循環の第２の安全特性は高い差圧電池運転が電解質を横切る水のイオン抵抗に対抗する必要がもはやないということである。これは加圧燃料電池を持つ必要性を排除し従って破損の危険も少なくする。この発明の第３の安全特性は、新燃料電池の金属容量に対する高い絶縁材の比率が悲劇的な内部電気短絡を防止することであり、もしそれが破裂および反応物質の急激な混合あるいは単純な電気放電加熱に導かれる場合にはかなり大きい爆発の危険となり得る。新しい発明において、ガス隔離板は除去することができまた高価な固型ポリマー電解質の利用は劇的に増加することができる。フレームは実質的には大したものではなく費用も少ない。それは単位領域で仮定されるコストを消失させ、主要なコストを材料コストから製造コストに転化する。この新しい発明において電解質は不動にされる。新しい燃料電池は局所的な水管理のよりコンパクトな配列で孔を経由する電池を通じて漏れ水を戻すという概念を促進し全システム運転を単純化する。この燃料電池において電解質は可動あるいは不動にすることができ、電解抵抗を必要とされるだけ最小化することができる。新しい発明においては、電解質を腐食核粒子トラック膜（ニュークレポア膜フィルター）などのような平行多孔誘電材料に充填することにより孔方向に垂直である横方向電解質イオン伝導は遮断される。もし電解質が膜の外表面から除去されると、電解質は均一の多孔基板を持つ有効な電池隔離を形成するのに使用される単一方向導電性を電解質膜に与える。単一膜上で同質電解質を持つ非二極性直列電池でこの平行電解質能がないと、隣接電池に分路電流が存在するであろう。この発明の電池隔離を形成するも一つの選択肢は、電極隔離に伴う電解質で非孔性誘電、電気隔離を形成することである。電池隔離のこれらの方法の両方は単一膜上の有効な非二極性直列電池を生成するのに使用される。新燃料電池の流通および電気管の短い距離は電気抵抗、水再循環抵抗を減少し、また内部電解質水循環を高める。通常の電気および流通管を使用することにより、電池は単純化され水流抵抗は減少し電極に沿ってオーム電位によりやや控えめに加速される。この燃料電池において、ガス電池隔離板は非二極性スタッキングにより除去される。電極は薄い。絶縁材対比金属量は低く電気分路抵抗および軽量システムを結果として生じる。新しい燃料電池は電極内で直接化合物燃料を改質することにより、また水素が単純かつ効率的に電極から拡散する前にその水素を利用することにより排出および不十分な問題を解決する新しい電極を持つ。二酸化炭素および一酸化炭素中毒は燃料を濾過するために電極をガス拡散に対し半透過性にし、一方水素が膜を横切って拡散する前に水素を利用することにより新しい電極で解決することができる。液状電解質は更にこれら小規模な新電極上で循環することができ、外部水捕捉水循環面の低い温度は電極の内側よりも電池の外側に沈殿物を形成させる傾向がある。もし電解質が頻繁に循環されまたもし大気と共に適切な電解質交換が行われる場合には二酸化炭素は電解質から拡散できる。熱勾配に伴う周期的熱循環は同じく沈殿物を除去することができる。電池のパージ操作あるいは周期的電池電圧反転は一酸化炭素などの触媒毒を除去するために使用することができる。この発明は電極の形成，非二極性直列スタック電極，構造の不可欠部分としての欠陥除去，局所水回収および水制御，多重触媒／幾何学的燃料化学量論的制御，半透過膜ガス隔離，燃料電池を横切る平衡圧運転および正確な電池形成方法などの最新技術の新しい方法をもたらす。この発明の新しくユニークな特徴は以下のものを含む。 −燃料電池用多孔面の複製。 −燃料電池電極を形成するための多孔面の複製および基板表面からの意図的な隔離。 −レプリカ電極用基板面を構築するための核粒子あるいはフォトン衝撃。 −望ましい物性を得るための薄層フイルム蒸着塗装の濃縮／微小構造の制御。 −燃料電池アセンブリーを折り込むための繊維マトリックスの使用。 −レプリカフイルムの繊維マトリックスへの付着を強化し高めるための誘電およびプラスチックフイルムの使用。 −電解質の表面張力および位置の制御のための真空蒸着フイルムの使用。 −レプリカ電極に可撓性を与えるための升型ルーパー面の意図的な複製。 −単一膜基板での燃料電池の形成。 −貫通孔および隔離ギャップを持つ単一膜への非二極性電池の形成。一放射線損傷を持つ非二極性電池の形成。 −共通の膜に非二極性直列に隣接する電池間で横方向イオン伝導を遮断する平行電解質の使用。 −電解質を保持し循環させるための多孔外面の使用。 −疎水性，親水性あるいは吸湿性の領域を持ち面の孔はガス流路を開口し外面が吸湿性である多孔外面の使用。 −同一要素として水流貫通孔および電気管を持つこと。 −貴金属の薄層フイルムを最適大量コンダクタとして使用すること。 −分路切断性を誘導するための電池全体の高い金属対絶縁材料比を維持すること。 −電極の小さな金属フィンガの溶断作用。 −電解のための電池の可逆性。 −電極の微小構造内での幾何学的隔離多重触媒。 −薄層フイルム燃料電池電極の選択的透過性を反応物質の分子フィルターとして使用すること。 −不純物を排出し反応物質を保持するために燃料電池の選択的透過性を使用すること。 −燃料電池と共に使用される急激な圧変化流量減速多孔材料。 −プラスチック基板の部分的除去は電池を構造的に完全に保全し、分子拡散を遮断し電解質導電性を高めるのに役立つ。燃料電池装置は酸素側および水素側を持つ第一中心繊維補強膜を含む。電極は膜の水素側および酸素側に位置する。各電極は中心膜に蒸着された第一触媒フイルム層，触媒フイルム層上に蒸着された金属フイルム層、および金属フイルム層上に位置する疎水性フイルム層を含む。触媒フイルム層は空隙部により中心膜から隔離される。電解質は触媒フイルム層および中心膜の間の空隙部に注入される。燃料電池は更に水素側電極上に位置する第一水循環調節膜，第一水循環調節膜上に位置し水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、および燃料マニホルドと第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口を含む。第二水循環調節膜は酸素側電極の下部に位置する。酸素ガスマニホルドは第二水循環調節膜の下部に位置し酸素側電極にシールされる。酸化剤ガス入口は酸化剤ガスを酸素ガスマニホルドと第二水循環調節膜の間の領域に送達する酸素ガスマニホルドに接続される。燃料電池は更に水素電極に接続される第一電気接触子，酸素電極に接続する第二電気接触子、および電池の外端部に伸張しそれと接続されるシーリングリムを含む。中心膜は望ましくはプラスチック材料で含浸された繊維マトリックスであり膜全体に広がる小孔および貫通流路を持つ。張出し出っ張り（ｏｖｅｒｈａｎｇｌｅｄｇｅｓ）が膜の水素側および酸素側に形成される。繊維マトリックスは多孔紙，開口電池発泡体，拡張ＰＴＦＥおよび他の網状マトリックス材料よりなるグループから選択された材料から作られる絶縁繊維マトリックスである。膜のプラスチック材料は望ましくはポリカーボネートプラスチックあるいはペルフルオロ化イオン交換ポリマーである。選択肢として、中心膜はアルミニウムなどの着脱自在の固体で含浸された繊維マトリックスであることができる。中心膜は膜全体に広がる孔および貫通流路を持つ。電極は薄層フイルム電極であり、各電極の触媒フイルムは実質上中心膜の全体の外表面を覆いまた孔および貫通流路の内表面を部分的に覆う。中心膜は更に膜の水素側および酸素側に張出し出っ張り、またこの張出し出っ張りの下部の電極および電解質の開口部を含む。この出っ張りを電解質から遊離させるために、イオンミリングおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性フイルムの蒸着を出っ張りに蒸着することができる。一つの実施例において、張出し出っ張りの代りに、中心膜がペルフルオロ化イオン交換ポリマーなどのような固型電解質で含浸された均一平行多孔性誘電膜である場合のように、電池開路は電池隔離を形成するために電解質および電極の表面が清浄化されている。イオンミリングあるいはレーザーアブレーションは電解質および金属蒸着の表面を清浄化するために使用することができる。触媒の蒸着および金属蒸着物のマスキングは電池隔離を清浄に保つように使用することができる。電池隔離区域のＰＴＦＥフイルム蒸着物はこれらの領域を水および電解質から清浄化するために使用することができる。この実施例で電池貫通接触子はそれが小さい燃料電池に実用的である場合には電極金属蒸着物を電極を貫通させることにより、あるいは膜端部の周りに金属を蒸着させることにより作られる。イオンミリングあるいはレーザー穴あけは貫通接触子孔を清浄化あるいは形成するために使用される。電極の金属フイルム層は金，白金，パラジウム，ルテニウム，黒鉛，ホウ素塗装ダイアモンド，超硬合金および電気伝導超硬合金化合物よりなるグループから選択される大量金属材料から作られる。各金属フイルム層は貫通流路の内部表面を覆い、また下部にある触媒フイルム層で電気接触子を作る大量金属接触フイルム層である。電極は燃料および酸化ガスに浸透される。一つの実施例において、膜の水素側の金属フイルム層は半透性であり、膜の酸素側の金属フイルム層は透過性である。疎水性フイルム層は望ましくはＰＴＦＥで作られており約３００ナノメートルの厚さを持つ。望ましくは中心膜の水素側に位置する疎水性フイルムは中心膜の酸素側に位置する疎水性フイルムよりも疎水性が少ない。親水性面被覆が空隙部に電解質注入できるように膜の水素側にある親水性フイルムに適用することができる。化合物燃料用として、第二触媒フイルム層が水素側電極上に位置付けられる。水素側電極は第一ギャップにより第一水循環調節膜から隔離され、酸素側電極は第二ギャップにより第二水循環調節膜から隔離される。第一および第二ギャップは小さく約１０−５０ミクロンの大きさである。第一水循環調節調節膜および第二水循環調節膜は繊維で補強される。透過膜が二酸化炭素および他の排出物ならびに不純物を通過するために燃料マニホルド内に置かれる。燃料マニホルドおよび酸素マニホルドはにかわあるいは溶接でシールされる。第一および第二電気接触子はそれぞれマニホルドの電極への接続の外側で電極に接続される。第一および第二電気接触子は過剰加熱なしで接触子を電極に融合できるように小さな微小溶接突起部により各自それぞれの電極に接続される。各接触子は電気負荷に接続するためのリボン端部および電極へ接続するための実質的な平坦部を持つ金属被覆プラスチック接触子パッドを含む。高圧燃料電池アセンブリは第一圧壁構造，第二圧壁構造および第一ならびに第二圧壁構造の間に挟まれた燃料電池スタックを含む。このスタックは少なくとも１個の燃料電池を持つ。高強度の繊維が圧壁構造の周りでラップされる。連絡管継手は第一および第二圧壁に配置される。継手は受入れガスラインおよび水ラインのための開口部を持つ。第一高強度発泡体キャップが燃料電池スタックおよび第一周壁構造の間に置かれる。第二高強度発泡体キャップが燃料電池スタックおよび第二周壁構造の間に置かれる。各キャップは燃料電池スタックの電気接触子電極に調和する接続電気被覆を持つ。これらのものおよびこの発明の更なる他の目的および特徴は請求の範囲および図面と共に前記および継続する文書による明細書を含む開示で明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図１は新しい燃料電池に使用されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図２はパターンおよび厚みマスクを通じて照射されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図３は貫通膜スロットおよび張出し出っ張りを明らかにする照射後の腐食プラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図４は円筒電気孔の損傷トラックのパターンを持つ照射プラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図５は腐食された電極孔を持つプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図６は燃料および酸化ガス用に触媒フイルム蒸着で被覆されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図７は膜にある孔の詳細を示す図６の電極の拡大図である。図８は金属コンダクタフイルム蒸着物で被覆されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図９はプラスチックフイルム蒸着物で被覆されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図１０は基板から表面被覆物を隔離するために部分的に腐食されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図１１は電解質を注入されたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図１２は燃料電池スタックおよび水再循環アセンブリを形成する２個の多孔コンデンサに挟まれたプラスチック含浸繊維マトリックス膜の断面図である。図１３はガス流マニホルドを持つ燃料電池スタックアセンブリの断面図である。図１４は大気酸化剤電池配列にある燃料電池スタックアセンブリの断面図である。図１５および図１６は図１４の微小溶接接触子パッドの拡大図である。図１７は加圧燃料および酸化剤ガスで燃料電池を運転する球体圧力容器を持つ燃料電池スタックアセンブリの断面図である。望ましい実施例の詳細な説明図１−１７は燃料電池構成部分の断面図である。すべての燃料電池構成部分をたやすく示し広範囲な寸法に適応できるように、構成部分は一定の率で縮尺して線が引かれておらず、お互いに不均合となっている。図１−１７は燃料電池１の段階的な展開を示す。一般に図で示されるように、燃料電池１は水素側５および酸素側７を有する第一中心繊維補強膜３を持つ。図８−１７で示される電極９，１１は膜３の水素側５および酸素側７に位置する。各電極９，１１は中心膜３に蒸着された第一触媒フイルム層１３を持つ。触媒フイルム層１３は空隙部１５により中心膜３から隔離される。各電極９，１１は更に触媒フイルム層１５上に蒸着された金属フイルム層１７および金属フイルム層１７上に位置する疎水性フイルム層１９を含む。電解質２１は触媒フイルム層１３および中心膜３の間の空隙部１５に注入される。第一水循環調節膜２３は水素側電極９の上に位置する。燃料流路フローマニホルド２５は第一水循環調節膜２３の上に位置し水素側電極９にシールされる。燃料入口２７は燃料マニホルド２５および第一水循環調節膜２３の間の領域２９に燃料を送達するために燃料マニホルド２５に接続される。第二水循環調節膜３１は酸素側電極１１の下部に位置する。酸素ガスマニホルド３３は第二水循環調節膜３１の下部に位置し酸素側電極１１にシールされる。酸化剤ガス入口９７は酸素ガスマニホルド３３および第二水循環調節膜３１の間の領域３７に酸化剤ガスを送達するために酸素ガスマニホルド３３に接続される。第一電気接触子３９は水素電極９に接続され、また第二電気接触子４１は酸素電極１１に接続される。シーリングリム４３は周囲に拡張し電池１の外端部に接続される。図１を引用して、中心膜３は望ましくは粒子トラック感受性プラスチック基板４７で含浸された不活性繊維の電気絶縁マトリックス４５である。図１３で示されるように、プラスチック基板４７はそこにガスマニホルド２５，３３およびシール面４３を形成することができる。絶縁繊維マトリックス４５は約１０ミクロン厚の多孔紙であることができ、それはプラスチック基板４７で個別につなぎ合わされる。繊維マトリックス４５に関する可能性のある他の材料は開口電池発泡体および拡張ＰＴＦＥなどの網状マトリックス材料である。一つの実施例において、トラック感受性プラスチック基板４７はペルフルオロ化イオン交換ポリマーでマトリックス４５を含浸あるいは被覆する。も一つの実施例において、トラック感受性プラスチック基板４７はアルミニウムなどの着脱自在固体でマトリックス４５を含浸あるいは被覆する。導電性マトリックスは単一電極が形成される時にのみ使用される。図２で示されるように、組合せ基板４７および図１のマトリックス４５は荷電粒子で照射される。この粒子はプラスチック基板４７で腐食トラックを形成するのに適した核分裂片あるいはα粒子である。この腐食トラックは図３で示される貫通流路５１および張出し出っ張り５３を形成する。一つの実施例において、プラスチック基板４７はペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質であり、基板４７を照射する荷電粒子５４は衝撃の下で直接孔に分解するイオンである。図２は膜３の正確な衝撃を可能にするための膜の上に位置する多重層状マスク５５を示す。荷電粒子の発生源角方向およびマスクされた基板上のマスク５５の厚みを制御することにより、粒子トラックのパターンおよび深さが制御される。マスク５５の厚みはいくつかのマスク層の蒸着により制御される。マスク５５の最薄部５７は貫通流路を照射するために使用される。マスク５５の第二最薄部５８は電池間の電気開路を形成するために後で使用される張出し出っ張り５３を照射するために使用される。マスク５５の最厚部５９はマスク５５を貫通し膜３の基板４７に影響を与えることから照射を遮断する。内部薄層はシャドーマスクである。図３で示されるように、マスクは除去され、照射トラックは貫通流路５１および張出し出っ張り５３を作り出すために腐食される。図４で示されるように、膜３の基板４７はより小さな電極孔を形成するために荷電粒子５４で第二回照射を受ける。図５は腐食後基板４７のより小さな電極孔を示す。一連の照射および腐食は、大きな活性面領域が電極に必要とされる場合にはより大きなガス流路孔およびより小さな孔のより密な母集団を形成するために使用される。孔６１の角および深さは張出し出っ張り５３の下塗りなしで金属コンダクタ被覆を後でより良く貫通させるように制御される。図５で示されるように、小孔６１は膜３の基板４７で腐食される。固型ポリマー電解質２１は図１１で示されるように後でやるよりもこの段階の後で溶液蒸着により腐食粒子トラック小孔６１に加えられる。膜３は続く真空蒸着段階で十分に乾燥される。図６および７は膜３に適用される触媒材料被覆層１３を示す。被覆層１３は外面を被覆し小孔６１および貫通流路５１の内表面を部分的に被覆する。触媒材料被覆層１３の蒸着方法は真空蒸着およびイオンミリングを含む。典型的には１ナノメートル厚の白金フイルムが孔６１の最適位置に蒸着される。蒸着技術は触媒の非常に有効な使用を助長し張出し出っ張り５３を清浄に保つ。各種の触媒および微小構造が触媒フイルム被覆層１３で創り出すことができる。綿毛状フイルムが真空圧を高めてフイルムを濃縮するか低温での濃縮を通じることにより被覆層１３で創り出される。図７で示されるように、被覆物は繊維マトリックス４５を遮り、孔６５は被覆層１３で形成される。図面内で膜３の酸素側７は下部で示され、水素側５は膜３の上部に位置する。図８は膜３の触媒被覆物１３上に蒸着される適切な大量金属コンダクタフイルム１７を示す。一つの実施例において、コンダクタは金で作られ約１０ナノメートルの厚みを持つ。大量金属コンダクタフイルム１７は貫通流路５１の表面を覆い触媒被覆物１３を持つ電気接触子で作る。フイルム１７は張出し出っ張り５３の陰影部に位置する膜３の領域を覆わない。シャドーイングは角制御真空蒸着源を用いて達成される。大量金属コンダクタフイルム１７の候補材料は金，白金，パラジウム．ルテニウム，黒鉛，ホウ素塗装ダイアモンド，超硬合金および電気伝導金属化合物を含む。フイルム１７の厚みおよび電池の平均電気経路の長さは固有抵抗を最小化し電気短絡が電池を横切り生じる際にいい溶断作用を保証する絶縁材対低金属比を維持することにより最適化される。経済的には電池間の最適電気経路長は薄い金電極を用いる場合にはセンチメートルの桁にある。膜３の水素側５に位置する大量金属コンダクタフイルム１７は更に触媒および反応物に対する半透性隔膜として役立つ。一つの実施例は直接メタノール消費燃料電池配列にあり、ここではメタノール燃料はペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質内で白金／ルテニウム触媒の触媒作用により水素および二酸化炭素にされる。孔６１および貫通流路５１が高い割合（直径／長さ比）でパラジウム金属壁を持つ場合には、多くの産出水素は孔を通じておよび水素を利用する際により有効である触媒被覆物１３に対する流路壁を通じて拡散される。その配列は燃料電池１を通じてメタノールの拡散および損失を制限し高価な触媒の使用を最適化する。も一つの実施例において、薄い大量金属コンダクタフイルム１７は半透性であり、一次触媒被覆物１３への燃料ガスを燃料流内の一酸化炭素あるいは二酸化炭素などの毒から濾過する。フイルム１７の真空蒸着および被覆物１３で連結された粒子トラック孔６１の正確で均一な孔幾何学形状は孔全体の拡散性を均一なものにしより最適化し易くさせる。図９で示されるように、大量コンダクタフイルム１７は約３００ナノメートルの厚みを持つプラズマ重合ＰＴＦＥ（テフロン）フイルムなどの疎水性フイルム１９および２０で被覆されている。フイルム１９は水素側金属コンダクタフイルムで蒸着され、またフイルム２０は酸素側金属コンダクタフイルムで蒸着される。フイルム１９，２０は電極９，１１に疎水性隔壁を形成し図１１および１２で示されるようにこれにより新月（メニスカス）の位置を制御し、また大量金属コンダクタフイルム１７を持つ合成フイルムを形成する。フイルム１９および２０は水素側および酸素側にある。水素電極フイルム９に蒸着されたフイルム１９はフイルム２０よりも疎水性を少なくすることができ、電池に電解質を注入できるように着脱自在親水性面被覆物を持つことができる。フイルム１９，２０の表面は酸素電極１１で最大の角をまた水素電極９で最小の角を持つ水接触角の勾配を作るために水の界面張力を調節するよう修飾することができる。プラスチックおよび金属合成物は破損故障に耐性である強靭なフイルムを形成する。密集詰め込み升形ルーバー状波形腐食粒子トラック面を複製する電極９，１１は幾何学的に二次元フイルムである。その升形ルーバー状面は電極９，１１の屈曲および拡張能力を高め、あるいは電解質２１および繊維マトリックス４５を収縮させる。図１０で示されるように、膜３の基板４７は空隙部１５を形成するために腐食され、図１１で示されるように電解質２１が加えられた時に電解質２１に露出される触媒被覆物１３の高い内部面領域を得る。基板４７は完全に腐食してしまう必要はない。部分的に腐食された基板４７は膜強度を十分に助長し、固型ポリマー電解質２１の導電性を高め、電池内で使用される電解質２１の量を減少し、脱水中に電解質寸法収縮を減少し、隣接する電池間の横方向の電流を遮断し、ガスの分散阻止を改善する。図１１で示されるように、ペルフルオロ化イオン交換ポリマー電解質などの電解質２１は水素電極側５の電解触媒フイルム１３の間の空隙部１５に流れる。水素電極９を第二触媒を用いることなどでその孔６３に疎水性入口を与えるように後で処理することは可能である。イオンミリングおよびＰＴＦＥ蒸着は腐食あるいは電解質蒸着後に疎水性面１９，２０を清浄化できる固型ポリマー電解質を用いることなどで使用することができる。張出し出っ張り５３はイオンミリングにより清浄化でき、プラズマ重合フイルム１１０，１１１の蒸着は張出し出っ張り５３を電解質および流水から清浄にしておくために出っ張りに蒸着される。それは電解質２１が電池１に含浸される後にガス電解質境界を定義するであろう。繊維マトリックス４５が拡張ＰＴＦＥである場合には、マトリックス４５は内部面が親水性になるように化学的前処理される。電解質２１は更に貫通流路５１への充填に役立つ。貫通流路５１は電気的に中性であり、それによって電池水均衡を維持するために電池流の方向とは逆の方向へ水を流すことを可能にする。図１２は熱除去濃縮面膜２３，３１で組み立てられた電池膜３および電極９，１１を示す。電池内の水均衡は電極コンダクタフイルム１７から濃縮面２３，３１への温度勾配により基本的に制御される。電池繊維マトリックス４５およびコンデンサ繊維６７から濃縮面３１へ通じる熱伝導は燃料電池１の出力密度限界を典型的に定義する。それぞれの濃縮面２３および３１ならびに電極９，１１の間のギャップ６９，７１は電池の水保持を均衡させるために最小化する必要がある。ギャップ６９，７１が小さく形成された場合（１０ −５０ミクロン）には、電池は図１３で示されるマニホルド２５，３３の反応ガスの温度および湿度近くで運転する。ギャップ６９，７１が大きい場合には、電池は反応ガス以上の上昇温度で運転し、性能は電解質２１からの乾燥および反応物の拡散割合により限定される。電池の電解質２１の水均衡は電池の酸素側７から水を集めることにより維持され、水を大量金属被覆貫通孔５１を経由して吐出し、電池１の水素あるいは燃料側５の電解質２１に水を分配する。表面が蒸気圧減少電解質あるいは表面被覆物７３，７５で被覆される時、湿気は水和面から脱水面への蒸発および濃縮により電池のミクロン寸法ガスギャップを容易に横断する。電池内の水サイクルは以下の通りである：Ａ）水は電池電解質２１を横断し電池の酸素側７に押し出される。Ｂ）過剰水蒸気は疎水性フイルム１９により取り込まれる新月面からの電解質２１から蒸発し、この水蒸発は燃料電池からの廃熱を運び去る。Ｃ）水蒸気のいくらかはコンデンサ膜表面３１で濃縮し、それは図１３で示されるようにマニホルド３３を経由する酸化剤ガス流で冷却される。Ｄ）濃縮水はコンデンサ３１の表面を横切り貫通孔５１へ移動する。Ｅ）流水は貫通口６１および５１を通じて流れあるいは拡散しそれは電池電解質２１と比較してそれに伴う電位を殆ど持たないので、孔が電解質で充たされると水に対する最小イオン抗力抵抗を生じる。Ｆ）電池の水素側５の水は水素側濃縮面２３に流出し、拡散し、あるいは蒸発することににより貫通口５１に排出する。Ｇ）水は液体流あるいは拡散により濃縮面２３を横切り流れる。またＨ）水のサイクルは水が繊維に沿って流れあるいは蒸発および脱水電池電解質２１に濃縮することにより完成する。電池１の過剰水分は酸化剤および燃料電池流ガスへ蒸発させることによりそれぞれ酸素および水素コンデンサ面３１および２３の外表面から除去される。水蒸気圧および水保持率は脱水時に吸湿性であり水和性に充足性であるコンデンサ表面にある水の蒸気圧により制御される。コンデンサ表面は電解質あるいは類似のフイルムで被覆されることにより水保持率を制御する。過剰水分は燃料電池の期待される用途および燃料電池用途の予想される環境に依存し各種の位置に除去される。もし電池がシールされた再充電可能電池であるならば、コンデンサ膜２３，３１は電池の水貯水池となり得る。空気吸入電池においては過剰水分は大気に排出される。シールされた加圧電池では、燃料および酸化剤ガス流はこのガス流が使い果される前に電池の外縁部の間の複数流路にガスマニホルド２５，３３で流される。複数流路の過剰熱および過剰水分は電池の縁部に運ばれ、加圧壁を通じて周辺部でくり返して熱交換を行う。濃縮面２３，３１は図１３で示されるように燃料および酸化剤ガス流マニホルド２５，３３、あるいは電池スタック膜の構成部分である。図１３で示されるように、濃縮面膜２３，３１は繊維６７で補強される。繊維６７は濃縮水が水出口から吐出できるように、腐食に露出される。濃縮面２３，３１は電極フイルムの最上部に横たわる。流路２９，３７は反応物質を運び、産物を除去し熱の除去を高める。図１４−１６は組立てられた大気燃料電池１の断面図解図である。電池壁，燃料ガスマニホルド，コンデンサ面および電池スタックは電池スタックの外縁部にシールされる。望ましくは、シーリングは溶接あるいは膠付けによるものである。燃料ガスは入口管２７を経由してガスマニホルド２５に加えられる。燃料供給から不活性ガスあるいは産物ガスを除去するために、ガスは燃料電池スタックを経由してあるいは燃料ガスへの浸透性が低い半透性膜２８を経由して拡散する。電池スタック電極アセンブリは非二極性スタックを形成するため電池膜３の貫通流路５１を通じて組立てる。正極出力接触子３９および負極出力接触子４１は燃料からのガスシールを越えてより乾燥した環境に位置する。望ましい実施例において、シーリング面は電池電極かあるいは外縁部のいずれかに蒸着されたシリコンゴムあるいはテフロンなどのようなゴム状物質である。電池１は一緒に膠付けられるかもしくはもとの基板プラスチックでシールされる。図１５および１６で示されるように、この発明の一つの実施例において、電池間および電池の外表面にある電気接触子３９，４１は微小溶接接触子−小髪状受け台７５を持つ。薄層フイルム燃料電池電極９，１１からの外部電荷と接触するために、微小溶接接触子パッドが従来の電線あるいは大量金属面への転換を行うために使用される。図１５は溶断（ヒューズ）前の微小溶接接触子３９，４１を示す。図１６は溶断後の微小溶接接触子３９，４１を示す。接触子３９，４１の微小溶接溶断は、薄層フイルム電極９，１１間の分配高温溶断接触子３９，４１がプラスチック基板４７を過剰に加熱せず層剥離なしに作られるようにする。燃料電池１のアセンブリーにある接触子パッド７７の溶断はパッド７７が一緒に加圧されている間にそれを通じて電気パルスを送ることにより行われる。望ましい実施例において、接触子パッド７７はプラスチック被覆電線に移行する金属被覆プラスチックである。望ましくは、接触子パッド７７はリボン７９として電荷に継続する。電池は一度組立てられると、大きな電流バーストが接触子３９，４１を通じて流れ毛髪状受け台７５を溶解し、これにより接触子を一緒に溶接する。注意深いバイパス流路設計および電池スタッキングを通じて反応ガスが冷却ガスとして使用される。反応ガスは消費される前に電池コンデンサ面を通過して流れる。それは電池の内部から電池の外表面への高い熱移転率および水蒸気の動きを可能にする。図１４で示される外縁部シール４３は電極のガス漏れからのシーリング，熱交換面への燃料電池環境の提供，水の濃縮および電気接触子の膜への提供を含むいくつかの目的に役立つ。高圧燃料電池アセンブリー８１が図１７で示される。燃料電池スタック８３は２個の圧力壁半球８５，８７の間で挟まれる。スタック８３は圧力壁８５，８７を補強し、圧力壁８５，８７を一緒に引張るために高強度繊維８９で包まれる。ガス管，水管、および電気接続点のための着脱自在連絡管継手９１，９３が圧力壁半球８５，８７の平端部に位置を占める。継手９１，９３は継手９１，９３の開口部９５，９７を経由して通過する入口および出口ガスおよび水流管を持つ。図１７で示されるアセンブリ構造８１はシステム嵩を減少させ電池壁浸透数を最小にすることで漏れの危険を少なくする。キャップ９９，１０１は燃料および酸化剤の大きなすき間の量を持たないように、また電極９，１１の平坦な支持面のために高強力発泡体で充填される。キャップ９９，１０１は更に安全な反応物質貯水池として役立つ。キャップ９９，１０１は燃料電池スタック８３の電気接触子電極９，１１に整合する接続電気被覆物１０３，１０５を持つ。燃料電池スタック８３の冷却を高めるために、ガスマニホルド１０７，１０９を通る流路はガス反応物質の消費の前に燃料電池スタック８３の中心部を通過するように作られる。この発明は特異な実施例を引用して説明されてきたが、この発明を一部修飾しまた変更を加えたものは以下の請求の範囲で定義されるこの発明の範囲から逸脱することなく構築することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年８月２２日【補正内容】請求の範囲１．一つの燃料電池装置であって、以下のものすなわち酸素側および水素側を持つ第一中心繊維補強膜、膜の水素側および酸素側に位置する電極、更に各電極は中心膜に蒸着された第一触媒フイルム層、空隙部により中心膜から隔離された触媒フイルム層、触媒フイルム層にわたり蒸着された金属フイルム層、および金属フイルム層上に位置する疎水性フイルム層を含み、中心膜を通じて触媒フイルム層の間の空隙部に配設された電解質、水素側電極上に位置する第一水循環調節膜、第一水循環調節膜の上部に位置し水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドと第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に位置する第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に位置し酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸化剤ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外縁部のまわりに拡張しそれと接続されたシーリングリムを含むことを特徴とする燃料電池装置。２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜が更にプラスチック材料で含浸された繊維マトリックスを含み、また更に膜を通じて拡張する小孔および貫通路ならびに膜の水素側および酸素側の張出し出っ張りを含むことを特徴とする装置。３．請求の範囲第２項記載の装置であって、ここで繊維マトリックスが多孔紙，開口電池発泡体，拡張ＰＴＦＥおよびその他網状マトリックス材料よりなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする装置。４．請求の範囲第２項記載の装置であって、ここでプラスチック材料がペルフルオロ化イオン交換ポリマーであることを特徴とする装置。５．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜が更に着脱自在固体で含浸された繊維マトリックスを含むことを特徴とする装置。６．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで膜が膜全体に拡がる孔および貫通流路を持ち、ここで電極が薄フイルム電極であり、またここで各電極の触媒フイルムが中心膜の全外表面を事実上覆いまた孔および貫通流路の内表面を部分的に覆うことを特徴とする装置。７．請求の範囲第６項記載の装置であって、ここで膜が膜の水素側および酸素側にある張出し出っ張りを含み、更に張出し出っ張りにより遮蔽される電極内の開口部を含むことを特徴とする装置。８．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで金属フイルム層が金，白金，パラジウム，ルテニウム，黒鉛，ホウ素塗装ダイアモンド，超硬合金および電導超硬合金化合物よりなるグループから選択される大量金属材料で作られることを特徴とする装置。９．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に膜を通じて拡張する孔および貫通流路を含み、またここで各金属フイルム層は貫通流路の内表面を覆いまた下部触媒フイルム層に電気接触を行う大量金属コンダクタフイルム層であることを特徴とする装置。１０．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで電極が燃料および酸化剤ガスに透過性であることを特徴とする装置。１１．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで膜の水素側の金属フイルム層が選択的に透過性であり、ここで膜の酸素側の金属フイルム層が選択的に透過性であることを特徴とする装置。１２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで疎水性フイルム層のそれぞれがＰＴＦＥで作られ約３００ナノメートルの厚みを有することを特徴とする装置。１３．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜の水素側に位置する疎水性フイルムが中心膜の酸素側に位置する疎水性フイルムよりも疎水性が低いことを特徴とする装置。１４．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に電解質の空隙部への注入を可能にするために膜の水素側に疎水性フイルムを適用した親水性表面被覆物を含むことを特徴とする装置。１５．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に水素側電極にわたり位置する第二の触媒フイルム層を含むことを特徴とする装置。１６．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで水素側電極が第一ギャップにより第一水循環調節膜から隔離され、ここで酸素側電極が第二ギャップにより第二水循環調節膜から隔離され、またここで第一および第二ギャップが小さな約１０−５０ミクロンの桁であることを特徴とする装置。１７．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一水循環調節膜および第二水循環調節膜が繊維で補強されることを特徴とする装置。１８．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に二酸化炭素および他の排出産物ならびに不純物を通過させるために燃料マニホルド内に透過膜位置を含むことを特徴とする装置。１９．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで燃料マニホルドおよび酸素ガスマニホルドが膠あるいは溶接によりシールされることを特徴とする装置。２０．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二電気接触子がマニホルドの電極への接続の外側でそれぞれの電極に接続されることを特徴とする装置。２１．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二電気接触子が接触子の電極への溶断を可能にするために小さい微小溶接突出部によりそのそれぞれの電極に接続されることを特徴とする装置。２２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二接触子がそれぞれ電荷への接続のためのリボン末端部および電極への接続のための事実上平坦部を持つ金属被覆プラスチック接触子パッドを含むことを特徴とする装置。２３．一つの燃料電池アセンブリであって、第一圧力壁構造、第二圧力壁構造、第一および第二圧力壁構造の間に挟まれた燃料電池スタック、このスタックは少なくとも１個の燃料電池を持ち、圧力壁構造の周りを包まれた繊維、第一および第二圧力壁構造に位置する連絡管継手、この継手はガス管および水管を受け入れる開口部を持ち、燃料電池スタックおよび第一周辺壁構造の間に位置する第一発泡体キャップ、燃料電池スタックおよび第二周辺壁構造の間に位置する第二発泡体キャップ、ここで各キャップは燃料電池スタックの電気接触電極に整合する相電気被覆を持つこれらのものを含むことを特徴とする高圧燃料電池アセンブリ。２４．請求の範囲第２３項記載のアセンブリであって、ここで燃料スタックの少なくとも１個の燃料電池が、酸素側および水素側を持つ第一中心繊維補強膜、膜の水素側および酸素側に位置する電極を含み、各電極は更に中心膜に蒸着された第一触媒フイルム層、空隙部により中心膜から隔離された触媒フイルム層を含み、燃料電池は更に触媒フイルム層にわたり蒸着された金属フイルム層、および金属フイルム層に蒸着された疎水性フイルム層、触媒フイルム層および中心膜の間の空隙部に位置する電解質、水素側電極の上部に位置する第一水循環調節膜、第一水循環調節膜上に位置し水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドおよび第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に位置する第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に位置し酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸素ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外縁部の周りに拡張しそれに接続されたシーリングリムを含むことを特徴とするアセンブリ。２５．表面レプリカ燃料電池を作る一つの方法であって、以下の段階すなわち、繊維マトリックスをプラスチックで含浸させて基板を構築し、基板内に腐食トラックを形成し、基板の腐食トラックから貫通流路および張出し出っ張りを腐食し、基板全体に電解質孔を形成し、基板および基板の電解質孔の内部の一部を触媒材料で被覆し、触媒のコンダクタフイルムを蒸着しこれにより基板の最上部にある第一電極および基板の底部にある第二電極を蒸着し、第一および第二電極上に疎水性フイルムを蒸着し、触媒が基板に接触する基板からプラスチックを腐食することにより基板のプラスチックから触媒材料を隔離し、基板の最上部側から空隙部および貫通流路へ電解質を流入させ、第一電極の上部に上部多孔膜を配置し、第二電極の下部に下部多孔膜を配置し、上部多孔膜の上部に燃料ガスマニホルドを配置し、下部多孔膜の下部に酸化剤ガスマニホルドを配置し、基板，マニホルド，膜および電極の外縁部の周りにシールを接続し、その外表面をシールしシール外表面の電極に接触子を接続する段階よりなる表面レプリカ燃料電池を作る方法。２６．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に疎水性フイルムを蒸着する段階の後で電極，繊維，貫通孔および最上部出っ張りの外表面に親水性被覆物を装着させることを含むことを特徴とする方法。２７．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板全体に電極孔を形成する段階が更に荷電粒子で基板を照射し照射により形成される孔を腐食することを含むことを特徴とする方法。２８．請求の範囲第２７項記載の方法であって、更に少なくとも１回基板を照射し孔を腐食する段階を反復することよりなることを特徴とする方法。２９．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板に腐食トラックを形成する段階が更に各種の厚みを持つマスクで基板をマスクし荷電粒子でマスクに衝撃を与える段階を含み、またここで衝撃段階が更に貫通流路を創り出すためにマスクの最薄部に衝撃を与え、また張出し出っ張りを創り出すためにマスクの中間の厚みの部分に衝撃を与えることを含むことを特徴とする方法。３０．請求の範囲第２５項記載の方法であって、空隙部および貫通流路に電解質を流入させる段階が基板全体に電極孔を形成する段階の後に、しかし基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階よりも前に実施されることを特徴とする方法。３１．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階が更に触媒材料被覆物に大量金属コンダクタフイルムを適用する段階を含むことを特徴とする方法。３２．請求の範囲第３１項記載の方法であって、ここで基板の電極孔の内部を触媒材料で被覆する段階が更に張出し出っ張りを被覆しないことを含み、またここで触媒材料被覆物上に大量金属コンダクタフイルムを適用する段階が更に張出し出っ張りの陰影部にある基板を被覆しないことを含むことを特徴とする方法。３３．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階が真空蒸着およびイオンミリングよりなるグループから選択される技術に少なくとも基づいて選択された技術により実施されることを特徴とする方法。３４．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に電解質の電池への注入を可能にするために第一電極上に親水性被覆物を着脱自在に配置することよりなることを特徴とする方法。３５．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に繊維マトリックスをプラスチックで含浸させる段階の前に繊維マトリックスを前処理することを含むことを特徴とする方法。３６．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に水分捕捉親和性を増加するために上部および下部多孔膜のコンデンサ表面に固型ポリマー電解質の表面被覆を適用することを含むことを特徴とする方法。３７．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に基板の最上部のより小さな孔の内表面に選択的触媒層を蒸着させることを含むことを特徴とする方法。３８．一つの燃料電池装置であって、以下のものすなわち酸素側および水素側を持つ中心膜、この膜は膜全体に平行化された孔を持つ多孔誘電膜であり、中心膜上および全体への固型電解質被覆物、中心膜の水素側および酸素側に配置された電極、各電極は更に中心膜を被覆する電解質に蒸着された第一触媒フイルム層、触媒フイルム層に蒸着された金属フイルム層、金属フイルム層に配置された疎水性フイルム層を含み、水素側電極上に配置された第一水循環調節膜、第一水循環調節膜上に配置され水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドおよび第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に配置された第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に配置され酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸化剤ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外端部の周りに拡張しそれに接続されたシーリングリムを含むことを特徴とする燃料電池装置。３９．請求の範囲第３８項記載の装置であって、更に誘電性基板の表面から固型電解質を除去あるいは排除し、および触媒フイルム層および金属フイルム層を除去あるいは排除することにより産出される電池隔離を含むことを特徴とする装置。４０．請求の範囲第３８項記載の装置であって、更に金属フイルム蒸着により固型ポリマー電解質で被覆された多孔誘電膜を通じてあるいは多孔誘電膜端部の周辺で行われる隣接電池間の電池相互接続を含むことを特徴とする装置。４１．請求の範囲第３８項記載の装置であって、ここで固型電解質がポリマー材料で作られることを特徴とする装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｒ 8/24 8/24 Ｒ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．一つの燃料電池装置であって、以下のものすなわち酸素側および水素側を持つ第一中心繊維補強膜、膜の水素側および酸素側に位置する電極、更に各電極は中心膜に蒸着された第一触媒フイルム層、空隙部により中心膜から隔離された触媒フイルム層、触媒フイルム層にわたり蒸着された金属フイルム層、および金属フイルム層上に位置する疎水性フイルム層を含み、触媒フイルム層および中心膜の間の空隙部に配設された電解質、水素側電極上に位置する第一水循環調節膜、第一水循環調節膜の上部に位置し水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドと第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に位置する第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に位置し酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸化剤ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外縁部のまわりに拡張しそれと接続されたシーリングリムを含むことを特徴とする燃料電池装置。２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜が更にプラスチック材料で含浸された繊維マトリックスを含みまた更に膜を通じて拡張する小孔および貫通路ならびに膜の水素側および酸素側の張出し出っ張りを含むことを特徴とする装置。３．請求の範囲第２項記載の装置であって、ここで繊維マトリックスが多孔紙，開口電池発泡体，拡張ＰＴＦＥおよびその他網状マトリックス材料よりなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする装置。４．請求の範囲第２項記載の装置であって、ここでプラスチック材料がペルフルオロ化イオン交換ポリマーであることを特徴とする装置。５．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜が更に着脱自在固体で含浸された繊維マトリックスを含むことを特徴とする装置。６．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで膜が膜全体に拡がる孔および貫通流路を持ち、ここで電極が薄フイルム電極であり、またここで各電極の触媒フイルムが中心膜の全外表面を事実上覆いまた孔および貫通流路の内表面を部分的に覆うことを特徴とする装置。７．請求の範囲第６項記載の装置であって、ここで膜が膜の水素側および酸素側にある張出し出っ張りを含み、更に張出し出っ張りにより遮蔽される電極内の開口部を含むことを特徴とする装置。８．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで金属フイルム層が金，白金，パラジウム，ルテニウム，黒鉛，ホウ素塗装ダイアモンド，超硬合金および電導超硬合金化合物よりなるグループから選択される大量金属材料で作られることを特徴とする装置。９．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に膜を通じて拡張する孔および貫通流路を含み、またここで各金属フイルム層は貫通流路の内表面を覆いまた下部触媒フイルム層に電気接触を行う大量金属コンダクタフイルム層であることを特徴とする装置。１０．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで電極が燃料および酸化剤ガスに透過性であることを特徴とする装置。１１．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで膜の水素側の金属フイルム層が半透性であり、ここで膜の酸素側の金属フイルム層が透過性であることを特徴とする装置。１２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで疎水性フイルム層のそれぞれがＰＴＦＥで作られ約３００ナノメートルの厚みを有することを特徴とする装置。１３．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで中心膜の水素側に位置する疎水性フイルムが中心膜の酸素側に位置する疎水性フイルムよりも疎水性が低いことを特徴とする装置。１４．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に電解質の空隙部への注入を可能にするために膜の水素側に疎水性フイルムを適用した親水性表面被覆物を含むことを特徴とする装置。１５．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に水素側電極にわたり位置する第二の触媒フイルム層を含むことを特徴とする装置。１６．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで水素側電極が第一ギャップにより第一水循環調節膜から隔離され、ここで酸素側電極が第二ギャップにより第二水循環調節膜から隔離され、またここで第一および第二ギャップが小さな約１０−５０ミクロンの桁であることを特徴とする装置。１７．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一水循環調節膜および第二水循環調節膜が繊維で補強されることを特徴とする装置。１８．請求の範囲第１項記載の装置であって、更に二酸化炭素および他の排出産物ならびに不純物を通過させるために燃料マニホルド内に透過膜位置を含むことを特徴とする装置。１９．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで燃料マニホルドおよび酸素ガスマニホルドが膠あるいは溶接によりシールされることを特徴とする装置。２０．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二電気接触子がマニホルドの電極への接続の外側でそれぞれの電極に接続されることを特徴とする装置。２１．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二電気接触子が過度の加熱なしで接触子の電極への溶断を可能にするために小さい微小溶接突出部によりそのそれぞれの電極に接続されることを特徴とする装置。２２．請求の範囲第１項記載の装置であって、ここで第一および第二接触子がそれぞれ電荷への接続のためのリボン末端部および電極への接続のための事実上平坦部を持つ金属被覆プラスチック接触子パッドを含むことを特徴とする装置。２３．一つの高圧燃料電池アセンブリであって、第一圧力壁構造、第二圧力壁構造、第一および第二圧力壁構造の間に挟まれた燃料電池スタック、このスタックは少なくとも１個の燃料電池を持ち、圧力壁構造の周りを包まれた高強度繊維、第一および第二圧力壁構造に位置する連絡管継手、この継手はガス管および水管を受け入れる開口部を持ち、燃料電池スタックおよび第一周辺壁構造の間に位置する第一高強度発泡体キャップ、燃料電池スタックおよび第二周辺壁構造の間に位置する第二高強度発泡体キャップ、ここで各キャップは燃料電池スタックの電気接触電極に整合する相電気被覆を持つこれらのものを含むことを特徴とする高圧燃料電池アセンブリ。２４．請求の範囲第２３項記載のアセンブリであって、ここで燃料スタックの少なくとも１個の燃料電池が、酸素側および水素側を持つ第一中心繊維補強膜、膜の水素側および酸素側に位置する電極を含み、各電極は更に中心膜に蒸着された第一触媒フイルム層、空隙部により中心膜から隔離された触媒フイルム層を含み、燃料電池は更に触媒フイルム層にわたり蒸着された金属フイルム層、および金属フイルム層に蒸着された疎水性フイルム層、触媒フイルム層および中心膜の間の空隙部に位置する電解質、水素側電極の上部に位置する第一水循環調節膜、第一水循環調節膜上に位置し水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドおよび第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に位置する第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に位置し酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸素ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外縁部の周りに拡張しそれに接続されたシーリングリムを含むことを特徴とするアセンブリ。２５．コンパクトな表面レプリカ燃料電池を作る一つの方法であって、以下の段階すなわち、繊維マトリックスをプラスチックで含浸させて基板を構築し、基板内に腐食トラックを形成し、基板の腐食トラックから貫通流路および張出し出っ張りを腐食し、基板全体に電解質孔を形成し、基板および基板の電解質孔の内部の一部を触媒材料で被覆し、触媒のコンダクタフイルムを蒸着しこれにより基板の最上部にある第一電極および基板の底部にある第二電極を蒸着し、第一および第二電極上に疎水性フイルムを蒸着し、触媒が基板に接触する基板からプラスチックを腐食することにより基板のプラスチックから触媒材料を隔離し、基板の最上部側から空隙部および貫通流路へ電解質を流入させ、第一電極の上部に上部多孔膜を配置し、第二電極の下部に下部多孔膜を配置し、上部多孔膜の上部に燃料ガスマニホルドを配置し、下部多孔膜の下部に酸化剤ガスマニホルドを配置し、基板，マニホルド，膜および電極の外縁部の周りにシールを接続し、その外表面をシールしシール外表面の電極に接触子を接続する段階よりなるコンパクトな表面レプリカ燃料電池を作る方法。２６．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に疎水性フイルムを蒸着する段階の後で電極，繊維，貫通孔および最上部出っ張りの外表面に親水性被覆物を装着させることを含むことを特徴とする方法。２７．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板全体に電極孔を形成する段階が更に荷電粒子で基板を照射し照射により形成される小口径孔を腐食することを含むことを特徴とする方法。２８．請求の範囲第２７項記載の方法であって、更に少なくとも１回基板を照射し小口径孔を腐食する段階を反復することよりなることを特徴とする方法。２９．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板に腐食トラックを形成する段階が更に各種の厚みを持つマスクで基板をマスクし荷電粒子でマスクに衝撃を与える段階を含み、またここで衝撃段階が更に貫通流路を創り出すためにマスクの最薄部に衝撃を与え、また張出し出っ張りを創り出すためにマスクの中間の厚みの部分に衝撃を与えることを含むことを特徴とする方法。３０．請求の範囲第２５項記載の方法であって、空隙部および貫通流路に電解質を流入させる段階が基板全体に電極孔を形成する段階の後に、しかし基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階よりも前に実施されることを特徴とする方法。３１．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階が更に触媒材料被覆物に大量金属コンダクタフイルムを適用する段階を含むことを特徴とする方法。３２．請求の範囲第３１項記載の方法であって、ここで基板の電極孔の内部を触媒材料で被覆する段階が更に張出し出っ張りを被覆しないことを含み、またここで触媒材料被覆物上に大量金属コンダクタフイルムを適用する段階が更に張出し出っ張りの陰影部にある基板を被覆しないことを含むことを特徴とする方法。３３．請求の範囲第２５項記載の方法であって、ここで基板の最上部の第一電極および基板の最下部の第二電極を蒸着する段階が真空蒸着およびイオンミリングよりなるグループから選択される技術に少なくとも基づいて選択された技術により実施されることを特徴とする方法。３４．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に電解質の電池への注入を可能にするために第一電極上に親水性被覆物を着脱自在に配置することよりなることを特徴とする方法。３５．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に繊維マトリックスをプラスチックで含浸させる段階の前に繊維マトリックスを前処理することを含むことを特徴とする方法。３６．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に水分捕捉親和性を増加するために上部および下部多孔膜のコンデンサ表面に固型ポリマー電解質の表面被璽を適用することを含むことを特徴とする方法。３７．請求の範囲第２５項記載の方法であって、更に基板の最上部のより小さな孔の内表面に選択的触媒層を蒸着させることを含むことを特徴とする方法。３８．一つの燃料電池装置であって、以下のものすなわち酸素側および水素側を持つ中心膜、この膜は膜全体に平行化された孔を持つ多孔誘電膜であり、中心膜に位置し被覆された固型電解質、中心膜の水素側および酸素側に配置された電極、各電極は更に中心膜を被覆する電解質に蒸着された第一触媒フイルム層、触媒フイルム層に蒸着された金属フイルム層、金属フイルム層に配置された疎水性フイルム層を含み、水素側電極上に配置された第一水循環調節膜、第一水循環調節膜上に配置され水素側電極にシールされた燃料流路フローマニホルド、燃料マニホルドおよび第一水循環調節膜の間の領域に燃料を送達する燃料マニホルドに接続された燃料入口、酸素側電極の下部に配置された第二水循環調節膜、第二水循環調節膜の下部に配置され酸素側電極にシールされた酸化剤ガスマニホルド、酸化剤ガスマニホルドおよび第二水循環調節膜の間の領域に酸化剤ガスを送達する酸化剤ガスマニホルドに接続された酸化剤ガス入口、水素電極に接続された第一電気接触子および酸素電極に接続された第二電気接触子、および電池の外端部の周りに拡張しそれに接続されたシーリングリムを含むことを特徴とする燃料電池装置。３９．請求の範囲第３８項記載の装置であって、更に誘電性基板の表面から固型電解質を除去あるいは排除し、および触媒フイルム層および金属フイルム層を除去あるいは排除することにより産出される電池隔離を含むことを特徴とする装置。４０．請求の範囲第３８項記載の装置であって、更に金属フイルム蒸着により固型ポリマー電解質で被覆された多孔誘電膜を通じてあるいは多孔誘電膜端部の周辺で行われる電池相互接続を含むことを特徴とする装置。