(57)【要約】積層燃料電池板（１０）はシート状金属層（１４）を備える。シート状金属層（１４）は膨張黒鉛（１２，１６）の２つの層間で圧縮成型される。シート状金属層は、弾性的支持をもたらし、薄型電池板を形成するのに役立つ。シート状金属層は透過障壁としても機能する。また、膨張黒鉛層の伝導性を高める。機構は黒鉛層内に形成され、配置、シール及び流れ制御の目的で用いられる。
2005522829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学燃料電池用積層黒鉛板であって、
シート状金属からなる中間層とともに圧縮成型された２つの黒鉛層と、
少なくとも前記黒鉛層のうち１つの層に圧縮成型されるとともに反応物質の流れを、前記黒鉛板を横切るように方向付けるフロー・ディレクション機構とからなり、
前記シート状金属からなる中間層は、前記黒鉛材料からなる２つの層の間に配設され、構造的支持部となるとともに、前記黒鉛層間の望ましくない反応物質の流れを防ぐための透過障壁となることを特徴とする電気化学燃料電池用積層黒鉛板。
【請求項２】
前記シート状金属層が、電気的に伝導性を有する金属からなることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項３】
前記電気的に伝導性を有する金属が前記反応物質に対して耐食性を備え、
該反応物質が黒鉛層間を流れることを妨げられることを特徴とする請求項２記載の黒鉛板。
【請求項４】
前記シート状金属層が、ステンレス鋼、チタン、チタン合金及び窒化金属からなる耐食性及び電気的伝導性を備える金属の群から選択される材料からなることを特徴とする請求項３記載の黒鉛板。
【請求項５】
前記黒鉛材料が膨張黒鉛材料を圧縮成型したものであることを特徴とする請求項１記載の黒鉛板。
【請求項６】
前記膨張黒鉛材料が、前記圧縮された黒鉛層の伝導性を減ずる外部からのポリマ材料を含有しないことを特徴とする請求項５記載の黒鉛板。
【請求項７】
位置決め機構が更に前記黒鉛層のうち少なくとも１つの層に圧縮成型され、前記黒鉛板と燃料電池内の隣接板とが整列されることを特徴とする請求項１記載の黒鉛板。
【請求項８】
前記位置決め機構が雄型位置決め機構及び雌型位置決め機構のうち１つを有することを特徴とする請求項７記載の黒鉛板。
【請求項９】
前記位置決め機構が低い密集度で成型されることを特徴とする請求項８記載の黒鉛板。
【請求項１０】
シール材が前記位置決め機構に配設され、前記隣接板とのシール性が向上されることを特徴とする請求項７記載の黒鉛板。
【請求項１１】
前記シール材が絶縁体であり、隣接板間の伝導性を抑制することを特徴とする請求項１０記載の黒鉛板。
【請求項１２】
前記フロー・ディレクション機構が流路を分離する壁構造を備え、
端子領域が前記壁構造の頂部に成型され、前記燃料電池の他の要素とのシール性を改善することを特徴とする請求項１記載の黒鉛板。
【請求項１３】
少なくとも１つの開口部が前記２つの黒鉛層及びシート状の金属層を通じて形成され、前記燃料電池を通るコンジットとして機能し、
膨張黒鉛の２つの層は、前記開口部内で隣接し、開口部内でのシート状金属層の露出を防ぐことを特徴とする請求項１記載の黒鉛板。
【請求項１４】
位置決め機構が前記両黒鉛層に圧縮成型され、雄型と雌型のインターロックを燃料電池の隣接板の間に形成することを特徴とする請求項１３記載の黒鉛板。
【請求項１５】
前記フロー・ディレクション機構が前記両黒鉛層に圧縮成型されることを特徴とする請求項１記載の黒鉛板。
【請求項１６】
前記シート状金属層が変形し、前記両黒鉛層内に形成される前記フロー・ディレクション機構の輪郭に沿うことを特徴とする請求項１５記載の黒鉛板。
【請求項１７】
前記フロー・ディレクション機構が流路を分離する壁構造を備え、
一方の黒鉛層内に形成された流路は、他の黒鉛層に形成された壁構造と整列し、該流路が壁構造に向かって圧縮され、前記黒鉛板の厚さを低減させることを特徴とする請求項１５記載の黒鉛板。
【請求項１８】
前記シート状の金属層は前記黒鉛層の反対側の面に形成される他の流路間で局所的に変形していることを特徴とする請求項１７記載の黒鉛板。
【請求項１９】
燃料電池薄膜を跨ぐ第１及び第２燃料電池板であって、第１及び第２燃料電池板のそれぞれが、２つの黒鉛層間で圧縮成型されたシート状金属層によって形成される第１及び第２燃料電池板と、
該燃料電池板の隣接する黒鉛層内で圧縮成型されてなる位置決め機構からなり、
該位置決め機構が第１及び第２燃料電池板を互いに整列させることを特徴とする電気化学燃料電池アセンブリ。
【請求項２０】
前記隣接する黒鉛層内に圧縮成型されるフロー・ディレクション機構を更に備え、
該フロー・ディレクション機構が反応物質の流れを前記黒鉛板を横切るように方向付けることを特徴とする請求項１９記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２１】
前記フロー・ディレクション機構が流路を分離する壁構造を備え、
端子領域が前記壁構造頂部に圧縮成型され、前記燃料電池薄膜とのシール性を向上させることを特徴とする請求項２０の燃料電池アセンブリ。
【請求項２２】
前記位置決め機構が前記隣接する黒鉛層内に形成された雄型及び雌型位置決め機構を備えることを特徴とする請求項１９記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２３】
前記位置決め機構が低い密集度で成型され、シール能力を向上させることを特徴とする請求項２２記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２４】
シール材が前記位置決め機構の少なくとも１つに配され、前記第１及び第２燃料電池板間のシール性を向上させることを特徴とする請求項２２記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２５】
前記シール材が絶縁体であり、隣接板間の伝導性を抑制することを特徴とする請求項２４記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２６】
前記第１及び第２燃料電池板を通る開口部を備え、
（ａ）前記第１燃料電池板及び第２燃料電池板の開口部がともに各板の２つの黒鉛層及びシート状の金属層を通って形成され、貫通コンジットとして機能し、
（ｂ）各板内の膨張黒鉛の２つの層が前記開口部内で隣接し、前記開口部内での前記シート状の金属層の露出を防ぐことを特徴とする請求項１９記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２７】
前記位置決め機構が前記開口部を囲み、前記燃料電池板間の通路をシールすることを特徴とする請求項２６記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２８】
前記燃料電池板が２極板であるとともに前記離れた黒鉛層内に圧縮成型された位置決め機構を備え、隣接する電池の２極板をインターロックすることを特徴とする請求項１９記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項２９】
積層黒鉛燃料電池板を製造する方法であって、該方法は、
圧縮金型内で積み重ねられた状態でシート状の金属層とともに膨張黒鉛に荷重を加える工程と、
シート状の金属層の反対側において膨張黒鉛を密集させ、前記シート状の金属層の少なくとも１つの外縁を黒鉛層間で包み込み、該２つの黒鉛層を互いにシート状金属層外縁周囲で接続させる工程と、
前記黒鉛層の少なくとも１つに流体流れが前記燃料電池板を横切るようにするフロー・ディレクション機構を成型する工程からなることを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記シート状の金属層に開口部を形成する追加の工程を備え、
前記密集させる工程が膨張黒鉛を密集させ、金属層内に開口部を一線状に整列させ、２つの黒鉛層が前記開口部周囲で互いに接合される工程を備えることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
両黒鉛層を真っ直ぐに貫通する開口部及び前記電池板を通るコンジットを形成するシート状金属層をダイカットする追加の工程を備えることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
前記黒鉛層の少なくとも１つに位置決め機構を成型する追加の工程を備えることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
絶縁性シール材を前記位置決め機構に配する段階を更に備えることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
フロー・ディレクション機構を成型する段階が、少なくとも１つの黒鉛層内の壁構造によって分割される流路を成型する段階を備えることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
前記壁構造頂部に端子領域を成型する工程を更に備え、
該端子領域がシール機能を発揮することを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記流路が両黒鉛層内に成型されることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記シート状の金属層を変形させ、前記黒鉛層の反対側から形成された流路と一致させる工程を更に備えることを特徴とする請求項３６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年４月５日に提出された米国特許出願番号６０／３７０１６５の優先権を主張する。前記米国特許出願とは、以下を参照にして具体化される。
本発明は、電気化学燃料電池板に関する。前記電気化学燃料電池板は、密になった黒鉛からなり、特に、積層構造に圧縮成型された状態にある。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池板は、電気化学燃料電池において様々な機能を有する。前記機能とは、集電器、隣接した燃料電池間の直列の接続、構造的支持部、流体分配器、透過障壁及びコンジットとしての機能である。前記コンジットは、燃料及び酸価反応物質及び液状の反応生成物を伝える。前記電池板は、操作環境と物理的及び化学的に共存でき、反応物質流体の存在するところの高温及び酸性に対する耐性を有する。燃料電池は、しばしば多数（例えば１００或いはそれ以上）の電池板を含み、該電池板は、薄く、軽く、また、高価ではないことが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのような電池板のいくつかは、２極板として用いられ、隣接した電池内の反応を助ける。２極板のうち１方は、1つの電池の陰極反応を支持し、もう１方は、隣接した電池の陽極反応を支持する。２極板の両側とも、伝導性を有し、それら両側の間の直列の電気的な接続を支持する。しかしながら、２極板は、電解質の変化を防ぐために、隣接した電池間の透過障壁を必要とする。
【０００４】
チタンであるような金属は、特に費用が考慮されない場合、燃料電池板に適用される。前記金属板は、流体流動を維持する為の特性を備えるために切り取られ、エッチングされる。材料費に加えて、反応物質のための流動流路を形成をするための前記エッチングは、非常に高い製造費と時間を要する。
【０００５】
射出成型は、燃料電池板の大量生産のための製造費削減の方法の１つとして考えられる。しかしながら、高い伝導性を有するという必要条件を備えた物質は、一般的に、射出成型過程が可能な程度の十分な流動性を有していない。
【０００６】
黒鉛或いは他の炭素成分で充填された圧縮成型された熱可塑性の板もまた、燃料電池板として、良好に製造される。熱可塑性樹脂は、透過障壁をもたらし、炭素充填物は伝導性をもたらす。しかしながら、構造的支持のための必要条件を満たすためには、前記圧縮成型板は、比較的、ぶ厚く、重い傾向がある。
【０００７】
圧縮成型板として、熱可塑性樹脂で含浸された膨張黒鉛のシート状の板が挙げられる。前記膨張黒鉛は、シート状に伸ばされ、樹脂が含浸され、押される。或いは、必要な表面特性を形成するために、成型され圧縮される。このような段階、即ち、樹脂を含浸し、加工する段階は、費用がかかり、結果として得られる膨張黒鉛板は、やはり比較的ぶ厚く、重い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１又はそれ以上の好適な実施例で示される本発明の燃料電池板は、膨張黒鉛材料の２層からなる積層として形成される。前記膨張黒鉛材料は、シート状金属からなる中間層と合わされる。前記膨張黒鉛は、好ましくは、積層燃料電池板の反対側表面において、流路、シール、或いは、位置決め機構を形成するために成型される。前記シート状金属層は、透過障壁を形成し、追加の構造的支持部を備える。前記構造的支持部は、電池板の全体の厚さを抑える。さらに、前記膨張黒鉛層の伝導性は最適化される。これは、前記シート状金属層が、構造的支持部及び透過障壁を備えることにより成し得る。
【０００９】
積層板の構造的な特性は、好ましくは、圧縮成型により形成される。前記圧縮成型過程を実行するにあたり、膨張黒鉛は、シート状に配列され、中間シート状金属層とともに、重ねられる。或いは、膨張黒鉛は、シート状金属層を圧縮金型内に、微粒子形態で配列される。流路、シール及び位置決め機構は、好ましくは、膨張黒鉛層の圧縮成型過程において形成される。成型黒鉛層の厚さ、及び密度は、シール及び他の特性の効果を高めるべく変更可能である。
【００１０】
最も突出した構造は、最も圧縮されていない部分である。これは、好適に位置決め及びシール機能を支持する。さらに柔軟性を有する構造が、圧縮過程において、燃料電池内に備わった場合、該特性は、必然的に起こる変化に対応することにより、シール状態を向上させる。追加のシール、特に流動流路をシールするためのシール能力は、前記シール構造の幅を減らすことにより成し得る。例えば、狭い端子領域が、壁構造の上に形づくられる。前記壁構造は、電池板の内部の流動流路を形成する。
【００１１】
シート状金属層は、膨張黒鉛層間で、透過障壁をもたらし、膨張黒鉛層のための弾性的な支持部として機能する。シート状金属層による両方の機能は、膨張黒鉛層のための必要条件を満たすことを助けるので、膨張黒鉛層は、伝導性であるような他の目的のために最大限に利用される。シート状金属層は、好ましくは、ステンレス鋼或いは、耐食性を有する他の金属によって作られる。前記耐食性を有する他の金属とは、例えば、チタン、チタン合金、窒化金属であり、伝導性を促進し、燃料電池流動体との逆の反応を抑える。しかしながら、膨張黒鉛層が、効果的にシート状金属層を包み込む必要があるという点を考慮すると、様々な他の伝導性構造的材料もまた中間層として挙げられる。積層の燃料電池板を通る開口部を囲むシート状金属の縁部は、該開口部と並ぶ膨張黒鉛間の結合によって包まれうる。同様に、包み込む技術は、積層燃料電池板の外側の縁部にも適用される。これは、黒鉛と金属層を接合するための、より強力な結合を提供する。
【００１２】
シリコン、或いは他のシール材、或いは絶縁体、例えば、ＴＥＦＬＯＮ（商標登録）（ポリテトラフルオロエチレン）及び繊維ガラスは、積層燃料電池層の外側の縁部或いは、積層板の片面又は両面に配される（例えば、スプレー、コーティング、射出成型により）。前記シリコン、或いは他のシール材、或いは絶縁体が配されることにより、個々の積層板は、その中間層の周囲から絶縁され、或いは流動が積層板内、或いは積層板外、或いは積層板間に制限される。同様に、シールもまた、積層燃料電池板の間にある位置決め機構に組み入れられる。これにより、個々の燃料電池板の表面を横切る流動を制限し、或いは、板間のコンジットと沿った流動を制限する。
【００１３】
本発明の積層燃料電池板は、厚さを減少することにおける製造に適している。前記厚さとは、例えば、積層板の反対側における、必要な流路深さの合計より小さな厚さのことである。したがって、積層板の片側の流路は、壁構造で並んでおり、該壁構造は、積層板のもう片側における流路を制限する。また、シート状金属層は、結果として生じる輪郭に沿うように変形する。流路の底部及び圧縮成型による他の構造は、全体の厚さを抑えるために、好ましくは、可能なだけ、シート状金属層に凝縮される。そして、非常に圧縮された底部の高密度により、燃料電池の腐食性環境へのシート状金属層の露出が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び図２により様々に示される典型的な積層２極燃料電池板（１０）が、膨張黒鉛材料の２つの層（１２、１６）と、シート状金属の中間層（１４）から構成されている。２つの膨張黒鉛層（１２、１６）は、シート状金属層（１４）の周りに互いに圧縮成型され、単一の積層体を作成している。
【００１５】
剥離性の黒鉛として言及することもできる膨張黒鉛は、介在部を膨張させるために結晶構造へと挿入される因子として天然黒鉛薄片を扱うことにより形成される。この材料は、オハイオ州クリーブランドにあるUCARカーボン  テクノロジー  コーポレーション（UCAR Carbon Technology Corporation of Cleveland, Ohio）が有する大量の資源から形成される薄片又はカレンダー・シートとして入手することができる。この実施形態に於いて、膨張黒鉛層（１２、１６）の最終的な厚さは、積層２極板（１０）の前表面（２０）と後表面（２２）に形成される流体流路（１８）の所定の深さよりも僅かに厚いことが好ましい。例えば、約0.020インチ（0.5ミリメートル）の流路の深さを有していれば、圧縮成型される膨張黒鉛層（１２、１６）は、約0.024〜0.028インチ（0.6〜0.7ミリメートル）に設定される。
【００１６】
シート状金属層（１４）は、耐食導電性金属で成型されることが好ましく、例えば、ステンレス鋼、チタニウム、チタニウム合金、金属窒化物（例えば、CR−N、Nb−N、Ti−NやV−N）であり、更に、２つの膨張黒鉛層（１２、１６）を補強するための可撓性の構造機構を有している。シート状金属層（１４）が非腐食に形成されることによって、燃料電池が過酷な化学的環境の下にさらされる耐性を有することになる。シート状金属層（１４）が導体性を有して形成されることによって、隣接する燃料電池板間の電気的接続（例えば、直列接続）を補助することができる。シート状金属層（１４）が弾力性を有して形成されることによって、破壊靱性を改善することができ、また、全体的な厚みを最小にして、積層２極板（１０）の全体的な平面形状を維持することができる。例えば、シート状金属（１４）が約0.007インチ（0.2ミリメートル以下）の厚みを有して形成されると、0.020インチの流路を有する積層２極板（１０）の重合した厚みは、0.055インチ（1.4ミリメートル）と同様とすることができる。しかしながら、シート状金属（１４）は、厚みに対して幅広く形成されており、例えば、0.001インチ（.025ミリメートル）〜0.010インチ（.254ミリメートル）の間であり、層としての構造的要求に依存して形成される。
【００１７】
更なる適切な耐食導電性に形成されるには、シート状金属層（１４）が積層２極板（１０）の反対側表面（２０，２２）の間に透過障壁を有することである。積層２極板（１０）の透過障壁は、隣接する燃料電池間に於ける電解質又は他の反応／副産物の物質の交換を防止することができる。反応／副産物が隣接する電池の操作領域間を流動することを可能とする非密閉（非シール）のギャップを有する連続的な形成を有するために、非透過性機能がシート状金属層（１４）に要求される。透過障壁を備えるためにシート状金属層（１４）に依存される程度まで、膨張黒鉛層（１２、１６）は、導電性のために最大限に利用される。例えば、シート状金属層（１４）の分離透過性機能によって、導電性を減少させる樹脂や他の物質が黒鉛へ浸透する又は黒鉛へ被覆させる必要性を未然に防ぐことができる。より強い又は弱い耐食性を有する他の導電性構成を有するシート状金属物質を使用することもできる。また、２つの膨張黒鉛層（１２、１６）の間にあるシート状金属層（１４）の効果的な包み込みに依存する。
【００１８】
図３及び図４では、膨張黒鉛層（１２、１６）内に形成される包み込み及び他の機構の詳細が示されている。積層２極板（１０）を介する開口部（３４）間に於ける断面図を示す図３と、積層２極板（１０）の１つの開口部（３４）及び周面（３６）間に於ける類似する断面図を示す図４に於いて、中間シート状金属層（１４）では、膨張黒鉛層（１２、１４）間に於ける完全に包み込みが行われている。シート状金属層（１４）の一致する開口部（３５）は、２つの膨張黒鉛層（１２、１６）により形成された成型開口部（３４）よりも僅かに大きいサイズを有して、ダイカット又は他の従来方法によって設けられている。このため、２つの黒鉛層（１２、１６）は開口部（３４）と一列となる。類似するように、シート状金属層（１４）の外側周面（３７）は、シート状金属層（１４）の２つの膨張黒鉛層（１２、１６）と独立して結合するために、２つの膨張黒鉛層（１２、１６）により形成される周面（３６）内に全体的に形成されている。２つの膨張黒鉛層（１２、１６）間の結果的な総合的な結合によって、燃料電池の腐食環境へシート状金属層（１４）の縁がさらされることを制限するとともに、層間剥離を防止することができる。
【００１９】
製造工程の観点から、膨張黒鉛層（１２、１６）の開口部（３４）と、シート状金属層（１４）の一致する開口部（３５）は、共にダイカットで形成されている。３つの層（１２、１４、１６）を一緒にダイカットすることは、シート状金属層（１４）のさらされる縁（図示せず）を残すにもかかわらず、ダイカットそれ自体が、２つの黒鉛層（１２、１６）が潤滑剤として機能することになるので、効果的に実行される。もし必要であるなら、シート状金属層（１４）のさらされる縁を、例えば、シリコーン、テフロン（登録商標）（TEFLON）（ポリテトラフルオロエチレン））やファイバーグラス等の保護層で被覆する又は一列に並べておくことができる。
【００２０】
膨張黒鉛層（１２、１６）に内に形成される機構は、インターロックしている雄型及び雌型位置決め機構（２４、２６）を有している。これらの機構（２４、２６）は、圧縮成型操作中に於いて、積層２極板（１０）の前表面（２０）及び後表面（２２）に形成される。位置決め機構（２４、２６）は、隣接する板を一列に並べ且つシールするために、又は、燃料電池内の他の構成要素を捕捉するために使用される。位置決め機構（２４、２６）は、積層２極板（１０）の隣接する周面（３６）を延設し、積層板（１０）を介して開口部（３４）を包囲している。雄型位置決め機構（２４）は、シール（３２）を収容するための凹部（３０）をまたぐ一対の平行な凸部（２８）により形成されている。雄型及び雌型位置決め機構（２４、２６）の密集度及び厚みは、これらのシール及び位置決め機能を高めるために多種多様に設定することができる。例えば、雄型機構（２４）の低い密集度は、雌型機構（２６）と接触する拡大エリアを提供することによって、シール機能を高めることができる。
【００２１】
シール（３２）は、例えば、シリコーン、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）やファイバーグラス等の封止／絶縁物質を圧伸、被覆（コーティング）又は射出成型することにより含まれる多用な方法で凹部（３０）に沿って設置されている。他のシール／絶縁体（３８）が、板周面（３６）を包み込みするU字状の構成が示されている。シール（３２）に類似して設置されるシール／絶縁体（３８）は、積層板（１０）の積み重ね厚みを制限するために、収容部（４０）内で受け取られる。類似するシール／絶縁体は、前表面（２０）、後表面（２２）又は周面（３６）に設置されている。
【００２２】
シート状金属板（１４）は、開口部（３５）を付加するために、切り抜かれ、穿孔され、印を押され、ダイカットされ、又は、その他の機構を取り付けるための操作が行われる。例えば、図１では、積層２極板（１０）の周面（３６）を介してシート状金属板（１４）の縁から突出する電気ピン接続部（４２）が示されている。シート状金属板（１４）の除去又は形削りによって、電気的又は流体的流動を管理する又はシール、位置決め又は組み立て機能を実行するための他の機構を形成するために、膨張黒鉛層をオーバーモールドすることが調整される。
【００２３】
要求される圧縮成型操作を実行するために、膨張黒鉛は、シート状金属層（１４）と一緒に、圧縮成型金型中に粒状形状とされ、又は、シート状金属層（１４）で堆積されて一部を圧縮されたカレンダー・シートとされて負荷が加えられる。積層２極板（１０）の両側面（２０、２２）が互いに形成されているので、開口部（３４）及び周面（３６）を一列に並べる膨張黒鉛が、膨張黒鉛層（１２、１６）と互いに連結する強力な結合を形成することとなる。しかしながら、積層板（１０）の反対側表面（２０、２２）は、例えば、第２成型操作期間中に、滑り出し成型を使用することによって、分離して成型される。
【００２４】
図５及び図６は、燃料電池膜（５６）にまたがる２組の積層２極板（５２、５４）により形成される燃料電池（５０）の局部的構成を示している。各２極板（５２、５４）は、圧縮成型黒鉛とシート状金属の層からなる中間分離層（６２）により形成される陽極電流コレクタ（５８）とカソード電流コネクタ（６０）を含んでいる。流路（６４）は、わずかに圧迫されている壁構造（６６）間に於ける電流コレクタ（５８、６０）内に圧縮成型されている。
【００２５】
壁構造（６６）の頂上部には、燃料電池膜（５６）の反対側に保持し且つシールする狭い端子領域（６８）が設けられている。狭い端子領域（６８）は、周囲に位置する壁構造（６６）よりも劣る圧縮であり、シール機能を高めるとともに、流路（６４）に沿って転送されるガスをより良く制限するために、コンプライアンス方法を提供する。
【００２６】
付加的なシール機能は、雄型及び雌型に位置付けられる機構（７０、７２）により実行される。図７に示される雄型機構（７０）はシールを高めるためのシリコーン（７４）によるコーティングを有し、隣接する２極板（５２、５４）間の電気的絶縁を提供している。シリコーン・コーティング（７４）は、雄型機構（７０）に好適にスプレーされる。しかしながら、雄型機構（７０）、又は、雌型機構（７２）、或いは両方を押出し成型することを含む他の方法によって適用することもできる。代替のコーティング物質としては、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）やファイバーグラスを含む。
【００２７】
図８に於いて、代替的な２極板（８０）が、圧縮成型部（８６）の２つの入口部（８２、８４）の間に配されている。
成型部（８６）内に於いて、２極板（８０）が、シート状金属層（９４）と、シート状金属層（９４）の両側を介して膨張黒鉛から圧縮される２つの黒鉛層（９２，９６）とから形作られている。
【００２８】
黒鉛層（９２）の流路（９８）は、黒鉛層（９６）の壁構造（１０４）に揃えて配置されており、黒鉛層（９６）の流路（１０２）は、黒鉛層（９２）の壁構造（１００）に揃えて配置されている。壁構造（１００、１０４）は、流路よりも（９８、１０２）よりも僅かに幅広くされており、このため、流路（９８，１０２）は、２極板（８０）の全体の厚みを減じるために、壁構造（１００、１０４）の方向へ又は内部に圧縮されている。この圧縮パターンは、省スペース化のために、シート状金属層（９４）を局部的に変形させる。
【００２９】
局部変形部（１０６）は、シート状金属層（９４）の元の板へ影響を代替的に与えるものとして、流路（９８，１０２）の下方輪郭に従っている。しかしながら、局部変形部（１０６）は、透過障壁として、電池間の導電的通路として、且つ、可撓性の補助としての機能含むシート状金属層（１４）の意図された機能を妨害することはない。事実、局部変形部（１０６）は、シート状金属層（１４）を、黒鉛層（９２，９４）との強力な結合を補助することが求められる波形形成へ変形される。
【００３０】
本発明の好適な実施形態は、上述の図面に於いて示される２極板として本発明に係る新燃料電池板が形作られている。しかし、類似する積層構造が、本発明に従って、図９に示される単極板（１１０）へ形を変更することもできる。このような単極板（１１０）は、所望しない反応／副産物が隣接する電池と変換されない間に於いて、燃料電池の１の側面に於ける電気化学的反応の補助を可能とする。
【００３１】
前述の実施形態と同様に、単極板１１０は２層の黒鉛１１２及び１１６からなる。２層の黒鉛１１２及び１１６はシート状の金属層１１４を跨いで配設される。黒鉛層１１２を圧縮成型することにより、流体流路１１８が残りの壁構造１２０の間に形成される。成型により更に黒鉛シール１２が壁構造１２０頂部に形成される。対応する位置決め機構１２４は単極板を同じ燃料電池の他のもう１つの単極板と連結させる。図示されていないが、様々な位置決め機構及びシール部の形態を黒鉛層１１６に形成することが可能であり、これらにより、単極板を隣接する燃料電池と接続させてもよい。
【００３２】
黒鉛層１１２及び１１６はシート状の金属層１１４とともに集電器として機能する。黒鉛層１１６は、隣接する燃料電池と連続的な電気的接続をなすための基礎となる。シート状の金属層１１４は２極板の役割と同様の機能を果たし、単極板の破壊靱性を改善する。また、金属層１１４は透過障壁となり、望ましくない化学反応物質及び副産物の流入出を防ぐ。
【００３３】
積層燃料電池板は好ましくは２層の膨張黒鉛と１層のシート状金属から構成されるが、他の分離板が１層の膨張黒鉛と１層のシート状金属から構成されてもよい。変更形態において、シート状金属の縁部が成型され膨張黒鉛と重ねられ、２つの層間の接合を確実なものとすることが好ましい。可能であるならば、燃料電池板の部分が対称形状とされ、逆向きに配置可能とされることが好ましい。これにより、奇数枚の膨張黒鉛層を補い、厚さを調整可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の積層燃料電池板が、その表面を横切る流体流動流路を備えていることを示す簡略的な平面図である。
【図２】積層板の３つの相互成型層を示した分解斜視図である。
【図３】図１の線３−３を通る拡大断面図であり、２つの相互板コンジット間の中間層を包んでいることを示す。
【図４】同様に図１の４−４を通る拡大断面図であり、積層板の外側の縁部に沿った部分において、中間層が包まれていることを示す。
【図５】１組の２極板と燃料電池薄膜を別々に示す切欠断面図である。
【図６】動作時における２極板と燃料電池薄膜のアセンブリを示す断面図である。
【図７】シール及び電気絶縁体として、シリコンがつけられ、また、対になった位置決め機構表面を示す断面図である。
【図８】変更例である２極板を含む成型された２つの入口部を示した断面図であり、前記成型された２つの入口部においては、金型内の圧縮が、厚さを抑えるために、中間層に局部的なひずみを作り出している状態を示す。
【図９】単極板の１部を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月25日(2004.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学燃料電池用積層黒鉛板であって、
シート状金属からなる中間層とともに圧縮成型された２つの黒鉛層と、
少なくとも前記黒鉛層のうち１つの層に圧縮成型されるとともに反応物質の流れを、前記黒鉛板を横切るように方向付けるフロー・ディレクション機構とからなり、
前記シート状金属からなる中間層は、前記黒鉛材料からなる２つの層の間に配設され、構造的支持部となるとともに、前記黒鉛層間の望ましくない反応物質の流れを防ぐための透過障壁となることを特徴とする電気化学燃料電池用積層黒鉛板。
【請求項２】
前記シート状金属層が、電気的に伝導性を有する金属からなることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項３】
前記黒鉛層が膨張黒鉛を圧縮成型してなることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項４】
少なくとも１つの前記黒鉛層を圧縮成型してなる位置決め機構をさらに備え、
該位置決め機構が、前記積層黒鉛板を燃料電池内の隣接板に整列させることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項５】
前記位置決め機構が、雄型位置決め機構と雌型位置決め機構のうち１つを備えることを特徴とする請求項４記載の積層黒鉛板。
【請求項６】
前記位置決め機構が低い密集度で成型されることを特徴とする請求項５記載の積層黒鉛板。
【請求項７】
前記フロー・ディレクション機構がチャネルを分離する壁構造を備え、
端子機構が前記壁構造の頂部に成型され、
該壁構造の頂部が前記燃料電池の他の部品に対してシール性を向上させることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項８】
前記２つの黒鉛層及びシート状の金属層を貫通するとともに燃料電池を通過するコンジットとして機能する少なくとも１つの開口部を備え、
該開口部内において、前記膨張黒鉛からなる２つの層が隣接し、前記開口部内でのシート状金属層の露出を防ぐことを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項９】
前記フロー・ディレクション機構が前記黒鉛層の両方を圧縮成型してなることを特徴とする請求項１記載の積層黒鉛板。
【請求項１０】
前記フロー・ディレクション機構がチャネルを分離する壁構造を備え、
該チャネルは黒鉛層のうち１つから形成されるとともに他方の黒鉛層の前記壁構造と整列し、
該チャネルが前記壁構造に向かって、前記積層黒鉛板の厚さを低減するように圧縮されてなることを特徴とする請求項９記載の積層黒鉛板。
【国際調査報告】
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2005522829.tif 000013