(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の製造方法であって、
ａ）燃料セルプレートに流路を設けるステップと、
ｂ）複数の前記燃料セルプレートを接合してセルスタックアセンブリを形成させるステップと、
ｃ）前記ステップｂ）の実行後、前記セルスタックアセンブリに遮断板を取付け、前記流路を少なくとも部分的に遮断するステップと、
を備え、
前記遮断板は、一対の支持部材と、該一対の支持部材の間に延在するとともに互いに間隔を介して平行に配置された複数の遮断部材と、を含み、前記遮断部材は、前記流路の各々の流路幅に比べて小さい遮断幅を有しており、
前記ステップｃ）が、前記遮断板を、前記セルスタックアセンブリの外周部に取付けることを含む、製造方法。
【請求項２】
前記ステップａ）が、前記燃料セルプレートの外周の縁部へと延在する流路を形成させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ステップａ）が、前記燃料セルプレートの前記縁部へと延在する複数の平行な流路を形成させることを含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ステップａ）が、前記燃料セルプレートの両側の縁部へと前記流路を形成させることを含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ステップａ）が、前記流路をガングミリングすることを含むことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
ｄ）前記セルスタックアセンブリに外部マニホルドを固定するステップを備えることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ステップｄ）が、前記遮断板と前記外部マニホルドとの間にマニホルドキャビティを設けることを含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記ステップｃ）が、前記遮断板を前記燃料セルプレートに取付けるように前記セルスタックアセンブリの外側の前記縁部にシーラントを適用することを含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項９】
前記燃料セルプレートが、多孔質板であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップｃ）が、前記流路の両側に配置された２つの前記遮断板を有する交互にかみ合わされた流れ場を提供することを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１１】
縁部を備えた外周部を有し、前記縁部へと延在する複数の流路を含んだプレートと、
前記複数の流路を少なくとも部分的に遮断するように前記プレートの前記縁部に固定された遮断板と、
を備え、
前記遮断板は、一対の支持部材と、該一対の支持部材の間に延在するとともに互いに間隔を介して平行に配置された複数の遮断部材と、を含み、前記遮断部材は、前記流路の各々の流路幅に比べて小さい遮断幅を有する、燃料電池。
【請求項１２】
半数の、反応物質入口が遮断されていない流路を少なくとも部分的に遮断するように燃料セルアセンブリの反応物質出口に取付けられた第２の遮断板を備え、前記遮断板が、前記反応物質入口において半数の流路を少なくとも部分的に遮断することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記遮断板を前記プレートに接着するシーラントを備えることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料セルプレートに関する。特に本発明は、例えば多孔質バイポーラプレートに用いられる流れ場構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
効率的かつ費用対効果の高い燃料電池が望まれる。燃料電池バイポーラプレートは一般にかなり高価なコンポーネントである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
バイポーラプレートが高価である一つの理由は、バイポーラプレートが複雑な流れ場形状を用いることであり、その形状は時間のかかる高価なエンドミル削りの研削作業によって作成される。流路が直線状である場合、ガングミリングなどのやや安価な研削作業が利用される。こうしたプレートは費用対効果がより大きいが、燃料セル電極への反応物の質量輸送が不十分であるため、燃料電池の運転中においてはこれらのプレートもまた効率が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
燃料電池用プレートの製造方法が、燃料セルプレートに流路を設けるステップを含む。複数の燃料セルプレートが接合されて、セルスタックアセンブリを形成する。燃料セルプレートに遮断板が取付けられ、流路を少なくとも部分的に遮断するように配置される。複数のプレートがセルスタックアセンブリに配置された後、遮断板が燃料セルプレートに取付けられる。
【０００５】
結果として得られた燃料電池が、縁部を備えた外周部を有する燃料セルプレートを提供する。燃料セルプレートは、縁部へと延在する複数の流路を含む。流路を少なくとも部分的に遮断するように遮断板が燃料セルプレートに縁部で固定される。このように、安価な燃料セルプレートが用いられてもよく、遮断板が、終端された流路を形成するように構成され、その遮断板は、交互にかみ合わされた流れ場を提供するように用いられる。
【０００６】
検討する際に、添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより本発明の開示をさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一例の燃料電池の概略図。
【図２】一例の燃料セルプレートの正面図。
【図３】遮断板を備えた燃料セルスタックの部分断面図。
【図４】４Ａ〜４Ｂは、それぞれ、一例の遮断板を備えた一例のセルスタックアセンブリの斜視図および側面図。
【図５】５Ａ〜５Ｂは、それぞれ、別の例の遮断板を備えたセルスタックアセンブリの斜視図および側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
燃料電池１０を図１に概略的に示す。燃料電池１０は、互いに連結された複数のセル１４を備えたセルスタックアセンブリ１２を含む。各セル１４は、アノードプレート２２とカソードプレート２４との間に配置されたユニット化電極アセンブリ（ＵＥＡ）２１を含む。一例では、アノードおよびカソードプレート２２，２４はバイポーラである。ＵＥＡ２１はプロトン交換膜（ＰＥＭ）１６の両側に配置された触媒層１８を含む。ガス拡散層（ＧＤＬ）２０が各触媒層１８に隣接する。
【０００９】
各アノードおよびカソードプレート２２，２４は、それぞれ、アノードおよびカソード流路２６，２８を含む。燃料源３０がアノード流路２６と流体連通するとともにアノード流路２６に燃料を供給する。酸化剤源３２がカソード流路２８と流体的に接続されるとともにカソード流路２８に酸化剤を供給する。
【００１０】
カソードプレート２４を図２に概略的に示す。カソードプレートを示すが、本記載はアノードプレートにも関連し、アノードプレートにも使用することができる。カソードプレート２４は、セルスタックアセンブリ１２に配置されたときに平板の外表面を画定する外周部３４を有する。アノード流路２８は、この例では互いに平行な通路を備えるとともに、対向する縁部３６の間で直線方向に延在しており、その縁部では、それらの通路が端部３８で終端する。必要に応じてその他の通路形状が用いられてもよい。
【００１１】
一例では、カソードプレート２４は、黒鉛材料から構成された多孔質バイポーラプレートによって提供される。カソードプレート２４は、多孔質グラファイトのフラットシートを用いて製造され、カソード流路２８を提供するように例えば押出し成形またはガングミリングされる。このように、カソードプレート２４は安価に製造される。
【００１２】
直線状に延在する流路は、ある運転条件時には、最高の燃料電池効率を提供しない場合がある。したがって、流れ場全体に亘る酸化剤の一様な分布を促進するように、複数の端部３８の少なくとも一部においてカソード流路２８を少なくとも部分的に遮断することが望ましい。図３を参照すると、外周部３４の縁部３６に遮断板４０が、この例では恒久的に取付けられており、必要に応じて対向する両方の縁部３６に取付けてもよい。一例では、セルスタックアセンブリ１２の外側に遮断板４０を接着し、その外表面のあらゆるばらつきを吸収するように、シーラント４２が用いられる。一例では、シーラント４２は、セルスタックアセンブリ１２のコンポーネントの間に軸方向に設けられるのではなく、外周部３４の、セルスタックアセンブリ１２の外側の位置に設けられる。このシーラントは、燃料電池で用いるのに適切な種類のものである。
【００１３】
遮断部材４０は、ＮＥＭＡ  Ｇ−シリーズのフェノール樹脂材料などの、フェノール積層品から構成されうる。遮断板４０は、図３に示すように外部マニホルドを提供するようにセルスタックアセンブリ１２上に固定されたマニホルド４４と一体化されてもよい。マニホルド４４は、構造体４６に対してシール４８で固定される。マニホルド４４とセルスタックアセンブリ１２との間に酸化剤を収容するマニホルドキャビティ４５が設けられる。遮断板４０は一つまたは複数のリブ５０によってマニホルド４４に連結されてもよく、セルスタックアセンブリ１２上に単一の構造体として取付けられるようにそれらのリブ５０がマニホルド４４および遮断板４０と一体的に形成されてもよい。
【００１４】
図４Ａ〜４Ｂを参照すると、遮断板４０がカソード流路２８の端部３８を部分的に遮断した配置が示される。この例では、遮断板４０が支持部材５２を含むとともに、それらの間に複数の遮断部材５４が延在している。遮断部材５４は互いに平行であるとともに、間隔５６を提供する。端部３８の一例の領域は幅０．８〜１．２ｍｍ（０．０３〜０．０５インチ）、高さ０．４〜０．６４ｍｍ（０．０２〜０．０３インチ）である。遮断部材５４により遮断幅６０がもたらされる。端部３８により、例えば遮断幅６０よりも大きい流路幅５８がもたらされる。図４Ｂに示されるように、端部３８の一部だけが遮断される。
【００１５】
もう一つの配置を図５Ａ〜５Ｂに示す。同様の参照符号は同様の要素を示す。セルスタックアセンブリ１１２はカソード流路２８の複数の端部３８を完全に遮断する遮断板１４０を含む。シーラントがそれらの端部３８の周りを密封する。遮断部材１５４が端部３８を遮蔽するように流路幅１５８は遮断幅１６０よりも小さい。図５Ｂは遮断流路６２と非遮断流路６４の交互の列を示し、それにより交互にかみ合わされた（inter-digitated）流れ場を提供する。流れ場の一方の端部が開放され、流れ場の他方の端部が閉鎖されて、交互にかみ合わされた配置を提供するように遮断板１４０が流れ場の両端に設けられる。必要に応じてその他の流れ場配置を用いてもよい。
【００１６】
結果として得られた燃料セルにより、縁部を備えた外周部を有するバイポーラプレートが提供される。プレートは、縁部へと延在する流路を含む。一つの遮断板が燃料セルアセンブリの反応物質入口側に縁部で固定されて、複数の入口流路の半数に流れ遮断を少なくとも部分的に生じさせる。第２の遮断板が燃料セルアセンブリの反応物質出口側に取付けられて、複数の出口流路の半数に流れ遮断を生じさせる。流路の半数が反応物質入口側のみに流れ遮断を有し、流路の半数が反応物質出口側のみで遮断されるように、遮断板が設計、配置される。このように、燃料電池性能を向上させるように示された、交互にかみ合わされた流れ場を提供する安価な燃料電池流れ場設計がもたらされる。
【００１７】
実施例について記載したが、特許請求の範囲内である程度の変更が行われうることが当業者にとって理解されるであろう。そのため、本発明の真の範囲および意義を画定するために以下の特許請求の範囲を検討すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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