(57)【要約】  複数の個別の電解質膜を含む燃料電池のロール品サブアセンブリが記載される。１つ以上の第１のサブガスケットが、個別の電解質膜に取り付けられる。第１のサブガスケットのそれぞれが、少なくとも１つの開口部を有し、第１のサブガスケットは、個別の電解質膜の中心領域が第１のサブガスケットの開口部を通って露出されるように構成される。第２のサブガスケットは、複数の開口部を有するウェブを備える。第２のサブガスケットウェブは、個別の電解質膜の中心領域が第２のサブガスケットウェブの開口部を通って露出されるように、１つ以上の第１のサブガスケットに取り付けられる。第２のサブガスケットウェブは、電解質膜に面するサブガスケット表面上にほとんど又は全く接着剤を有さなくてもよい。
2013515348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のロール品サブアセンブリであって、
各々が中心領域を備える、複数の個別の電解質膜と、
前記個別の電解質膜に取り付けられる１つ以上の第１のサブガスケットであって、前記第１のサブガスケットのそれぞれが、少なくとも１つの開口部を有し、前記第１のサブガスケットは、前記個別の電解質膜の前記中心領域が前記第１のサブガスケットの前記開口部を通って露出されるように構成される、第１のサブガスケットと、
複数の開口部を有するウェブを備える第２のサブガスケットであって、前記第２のサブガスケットのウェブが、前記個別の電解質膜の中心領域が前記第２のサブガスケットのウェブの前記開口部を通って露出されるように構成される、第２のサブガスケットと、
を備える、燃料電池のロール品サブアセンブリ。
【請求項２】
前記１つ以上の第１のサブガスケットのそれぞれが、前記電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を有する第１のサブガスケット層を備え、前記第１のサブガスケットが、前記第１のサブガスケット表面上に配置される第１の接着層を有し、
前記第２のサブガスケットが、前記電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を有する第２のサブガスケット層を備え、第２の接着層が、前記第２のサブガスケット表面の相当部分上には配置されない、請求項１に記載のロール品サブアセンブリ。
【請求項３】
前記第１のサブガスケットのそれぞれの前記第１の接着層が、前記第２のサブガスケット表面に取り付けられる、請求項２に記載のロール品サブアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のサブガスケットのそれぞれが、前記電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を有する第１のサブガスケット層を備え、前記第１のサブガスケットのそれぞれが、前記第１のサブガスケット表面上に配置される第１の接着層を有し、
前記第２のサブガスケットが、前記電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を有する第２のサブガスケット層を備え、前記第２のサブガスケットが、前記第２のサブガスケット表面上に配置される第２の接着層を有する、請求項１に記載のロール品サブアセンブリ。
【請求項５】
前記１つ以上の第１のサブガスケットが、複数の開口部を有するウェブを備えた１つの第１のサブガスケットである、請求項１に記載のロール品サブアセンブリ。
【請求項６】
前記個別の電解質膜のうちの少なくとも幾つかが、触媒コーティングされた膜である、請求項１に記載のロール品アセンブリ。
【請求項７】
前記個別の電解質膜の前記中心領域にわたって配置されるガス拡散層又は触媒コーティングされたガス拡散層を更に備える、請求項１に記載のロール品アセンブリ。
【請求項８】
前記１つ以上の第１のサブガスケットのそれぞれが、個々の電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を有する第１のサブガスケット層を備え、前記１つ以上の第１のサブガスケットのそれぞれが、前記第１のサブガスケット表面上に配置される第１の接着層を有し、
前記第２のサブガスケットが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を有する第２のサブガスケット層を備え、第２の接着層が、前記第２のサブガスケット表面上に配置されない、請求項１に記載のロール品サブアセンブリ。
【請求項９】
燃料電池のロール品サブアセンブリであって、
各々が中心領域を備える、複数の個別の電解質膜と、
前記複数の個別の電解質膜に取り付けられるサブガスケットウェブであって、複数の開口部を有し、前記個別の電解質膜の前記中心領域が前記サブガスケットウェブの前記開口部を通って露出されるように構成される、サブガスケットウェブと、を備える、燃料電池のロール品サブアセンブリ。
【請求項１０】
前記サブガスケットウェブがラダーウェブを備える、請求項９に記載の燃料電池のロール品アセンブリ。
【請求項１１】
燃料電池のサブアセンブリであって、
電解質膜と、
前記電解質膜に接着して取り付けられる第１のサブガスケットであって、前記電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面と、前記第１のサブガスケット表面上に配置される第１の接着層と、を有する、第１のサブガスケットと、
前記電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を有する第２のサブガスケットであって、前記第２のサブガスケット表面の相当部分上に第２の接着層を含まない、第２のサブガスケットと、を備える、燃料電池のサブアセンブリ。
【請求項１２】
前記第２のサブガスケットが、前記第２のサブガスケット表面上に接着剤を有さない、請求項１１に記載の燃料電池のサブアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の接着層が、前記第２のガスケット表面と接触している、請求項１１に記載の燃料電池のサブアセンブリ。
【請求項１４】
前記第２のサブガスケットが、前記電解質膜に接着して取り付けられず、前記第１の接着層によって前記第１のサブガスケットに接着して取り付けられる、請求項１１に記載の燃料電池のサブアセンブリ。
【請求項１５】
燃料電池のロール品サブアセンブリであって、
各々が中心領域を備える、複数の個別の電解質膜と、
前記個別の電解質膜に接着して取り付けられる１つ以上の第１のサブガスケットであって、それぞれが、少なくとも１つの開口部を有し、前記個別の電解質膜の前記中心領域が前記第１のサブガスケットの前記開口部を通って露出されるように構成される、第１のサブガスケットと、
複数の開口部を有するウェブを備える第２のサブガスケットであって、前記第２のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜の前記中心領域の第２の表面が前記第２のサブガスケットウェブの前記開口部を通って露出されるように配置され、接着層が、前記第２のサブガスケット表面の相当部分上に配置されない、第２のサブガスケットと、
を備える、燃料電池のロール品サブアセンブリ。
【請求項１６】
前記第１のサブガスケットのそれぞれの前記第１の接着層が、前記第２のサブガスケット表面と接触している、請求項１５に記載の燃料電池のロール品サブアセンブリ。
【請求項１７】
前記１つ以上の第１のサブガスケットが、複数の開口部を有するウェブを備える、請求項１５に記載の燃料電池のロール品サブアセンブリ。
【請求項１８】
前記電解質膜が、触媒コーティングされた膜を備える、請求項１５に記載の燃料電池のロール品アセンブリ。
【請求項１９】
前記個別の電解質膜の前記中心領域にわたって配置されるガス拡散層又は触媒コーティングされたガス拡散層を更に備える、請求項１５に記載の燃料電池のロール品アセンブリ。
【請求項２０】
燃料電池のロール品サブアセンブリを作製する自動ロールツーロール法であって、
複数の開口部を有する細長い第１のサブガスケットウェブと、各々が中心領域を備える複数の個別の電解質膜との間で相対運動を行う工程と、
それぞれの電解質膜の中心領域が前記第１のサブガスケットウェブの開口部と整合配置されるように、前記個別の電解質膜を前記第１のサブガスケットウェブと整合配置する工程と、
前記個別の電解質膜を前記第１のサブガスケットウェブに取り付ける工程と、
を含む、自動ロールツーロール法。
【請求項２１】
前記第１のサブガスケットウェブが、再配置可能な接着性キャリアウェブ上に配置される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のサブガスケットウェブに取り付けられる前記個別の電解質膜を有する前記第１のサブガスケットウェブを、複数の個別のサブガスケット付膜に切断する工程と、
複数の開口部を有する第２のサブガスケットウェブと、前記複数の個別のサブガスケット付膜との間で相対運動を行う工程と、
それぞれの電解質膜の中心領域が前記第２のサブガスケットウェブの開口部と整合配置されるように、前記個別のサブガスケット付膜を前記第２のサブガスケットウェブと整合配置する工程と、
前記個別のサブガスケット付膜を前記第２のサブガスケットウェブに取り付ける工程と、
を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２のサブガスケットウェブが、再配置可能な接着性キャリアウェブ上に配置される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を含み、第１の接着層が、第１のサブガスケット表面上に配置され、
前記第２のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を含み、前記第２のサブガスケット表面の相当部分が、第２の接着層を含まない、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を含み、第１の接着層が、第１のサブガスケット表面上に配置され、
前記第２のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を含み、前記第２のサブガスケット表面が、第２の接着層を含まない、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
複数の開口部を有する第２のサブガスケットウェブと、前記第１のサブガスケットウェブに取り付けられる前記個別の電解質膜を有する前記第１のサブガスケットウェブとの間で相対運動を行う工程と、
それぞれの電解質膜の中心領域が、前記第２のサブガスケットウェブの開口部と整合配置されるように、前記第２のサブガスケットウェブを、前記第１のサブガスケットウェブに取り付けられる前記個別の電解質膜を有する前記第１のサブガスケットウェブと整合配置する工程と、
前記第１のサブガスケットウェブに取り付けられる前記個別の電解質膜を有する前記第１のサブガスケットウェブを、前記第２のサブガスケットウェブに取り付ける工程と、
を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面を含み、第１の接着層が第１のサブガスケット表面上に配置され、
前記第２のサブガスケットウェブが、前記個別の電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を含み、前記第２のサブガスケット表面が第２の接着層を含まない、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のサブガスケットウェブ及び前記第２のサブガスケットウェブのうちの一方又は両方が、再配置可能なキャリアウェブ上に配置される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
電解質膜ウェブを移動させて、回転ダイと接触させる工程と、
前記回転ダイを用いて、前記電解質膜ウェブを前記個別の電解質膜に切断する工程と、
を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記回転ダイが回転真空ダイを備え、前記回転真空ダイは、前記回転ダイの表面上に前記個別の電解質膜を保持し、かつ、前記個別の電解質膜を移動させて前記第１のサブガスケットウェブに接触させる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記回転ダイが、
円筒状コアと、
複数のダイキャビティ及び前記ダイキャビティ間の間隙を画定する、前記円筒状コア上のダイブレードと、
前記ダイキャビティ内に配置される、複数の柔軟なダイキャビティインサートと、
を備える、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー省により授与された協力協定ＤＥ−ＦＧ３６−０７ＧＯ１７００６の下で米国政府の支援によりなされたものである。政府は本発明に対し特定の権利を有する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００９年１２月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／２８９０３６号の利益を主張し、その開示内容の全体を参照として本明細書に援用する。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、広くは、燃料電池のサブアセンブリ及び燃料電池のサブアセンブリの製造のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００４】
燃料電池は、水素燃料と空気からの酸素を化合して、電気と熱と水を生成する電気化学デバイスである。燃料電池が燃焼を利用しないため、燃料電池は、有害な流出物をほとんど生成しない。燃料電池は、水素燃料と酸素を直接電気に変換し、そして例えば、内燃機関の発電機よりも非常に高効率で稼動することができる。
【０００５】
典型的な燃料電池電力システムは、電力セクションを含み、燃料電池の１つ以上のスタックが、その電力セクション内に設けられる。燃料電池電力システムの効率は、個別の燃料電池内、及びスタックの隣接した燃料電池間の種々の接触及び密閉界面の一体性にある程度依存する。
【０００６】
サブガスケットは、燃料電池の活動領域を密封し、かつ電解質膜に寸法安定性を提供するために、燃料電池の電解質膜の上に配置され得る。加圧下で、スタック中の燃料電池成分の端は、燃料電池の破損を引き起こし得る膜への局所応力集中を引き起こし得る。サブガスケットは、この破損機構の発生を減少させるために、膜に支持体を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態は、複数の個別の電解質膜を有する燃料電池のロール品サブアセンブリを含む。１つ以上の第１のサブガスケットは、個別の電解質膜に取り付けられる。第１のサブガスケットのそれぞれは、少なくとも１つの開口部を有し、第１のサブガスケットは、個別の電解質膜の中心領域の第１の表面が第１のサブガスケットの開口部を通って露出されるように構成される。第２のサブガスケットは、複数の開口部を有するウェブを備える。第２のサブガスケットウェブは、個別の電解質膜の中心領域の第２の表面が第２のサブガスケットウェブの開口部を通って露出されるように構成される。
【０００８】
他の実施形態は、複数の個別の電解質膜に取り付けられる複数の開口部を有するサブガスケットウェブを含む燃料電池のロール品サブアセンブリを含む。サブガスケットウェブは、個別の電解質膜の中心領域の表面がサブガスケットウェブの開口部を通って露出されるように構成される。
【０００９】
幾つかの実施形態は、電解質膜に接着して取り付けられる第１のサブガスケットを有する電解質膜を含む燃料電池アセンブリを含む。第１のサブガスケットは、電解質膜に向かって方向付けられる第１のサブガスケット表面と、第１のサブガスケット表面上に配置される第１の接着層とを有する。燃料電池アセンブリは、電解質膜に向かって方向付けられる第２のサブガスケット表面を有する第２のサブガスケットを含む。第２のサブガスケットは、第２のサブガスケット表面の相当部分上に第２の接着層を含まない。
【００１０】
燃料電池のロール品サブアセンブリは、各々が中心領域を有する複数の個別の電解質膜を含む。１つ以上の第１のサブガスケットは、個別の電解質膜に接着して取り付けられ、第１のサブガスケットのそれぞれは、少なくとも１つの開口部を有する。第１のサブガスケットは、個別の電解質膜の中心領域が第１のサブガスケットの開口部を通って露出されるように構成される。燃料電池のロール品アセンブリは、複数の開口部を有するウェブを備える第２のサブガスケットも含む。第２のサブガスケットウェブは、個別の電解質膜の中心領域の第２の表面が第２のサブガスケットウェブの開口部を通って露出されるように構成される。接着層は、第２のサブガスケット表面の相当部分上に配置されない。
【００１１】
燃料電池のロール品サブアセンブリを作製する自動ロールツーロール法は、複数の開口部を有する細長い第１のサブガスケットウェブと、複数の個別の電解質膜との間で相対運動を行う工程を含む。それぞれの電解質膜の中心領域が第１のサブガスケットウェブの開口部と整合配置されるように、個別の電解質膜を第１のサブガスケットウェブと整合配置する。個別の電解質膜は、第１のサブガスケットウェブに取り付けられる。
【００１２】
一実施例に従って、第１のサブガスケットウェブが、複数の個別のサブガスケット付膜に切断され得る。それぞれの電解質膜の中心領域が第２のサブガスケットウェブの開口部と整合配置されるように、複数の開口部を有する第２のサブガスケットウェブが複数の個別のサブガスケット付膜と整合配置する。個別のサブガスケット付膜が、第２のサブガスケットウェブに取り付けられる。
【００１３】
別の実施例に従って、複数の開口部を有する第２のサブガスケットウェブは、第１のサブガスケットウェブに取り付けられる個別の電解質膜を有する前記第１のサブガスケットウェブに、整合配置され、かつ、取り付けられ得る。
【００１４】
上記の課題を解決するための手段は、本発明の各実施形態又はあらゆる実施を説明しようとは意図していない。本発明の利点及び効果、並びに本発明に対する更なる理解は、以下に記載する発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を添付図面と併せて参照することによって明らかになり、理解するに至るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】典型的な燃料電池及びその基本動作の描写。
【図２Ａ】スリフトされた電解質膜並びに片面接着性サブガスケットを組み込む燃料電池のサブアセンブリの平面図及び断面図。
【図２Ｂ】スリフトされた電解質膜並びに片面接着性サブガスケットを組み込む燃料電池のサブアセンブリの平面図及び断面図。
【図２Ｃ】スリフトされた電解質膜並びに片面接着性サブガスケットを組み込む燃料電池のサブアセンブリの平面図及び断面図。
【図２Ｄ】図２Ａのサブガスケット付膜及び触媒コーティングされたガス拡散層を組み込む５層膜電極アセンブリの断面図。
【図２Ｅ】少なくとも１つのサブガスケット層の相当部分に接着剤がない、種々のサブガスケット付電解質膜の図示。
【図２Ｆ】少なくとも１つのサブガスケット層の相当部分に接着剤がない、種々のサブガスケット付電解質膜の図示。
【図２Ｇ】少なくとも１つのサブガスケット層の相当部分に接着剤がない、種々のサブガスケット付電解質膜の図示。
【図２Ｈ】サブガスケット層のうちの少なくとも１つの一部が膜移動を減少させる表面処理を含む、サブガスケット付電解質膜の図示。
【図３Ａ】片面接着性サブガスケットを有するスリフトされ触媒コーティングされた膜の断面図。
【図３Ｂ】図３Ａのサブガスケット付の触媒コーティングされた膜を組み込む５層ＭＥＡの断面図。
【図３Ｃ】半分サブガスケット付のＣＣＭを組み込むＭＥＡの図示。
【図４】燃料電池のサブアセンブリウェブを備えた燃料電池のロール品の図示。
【図５Ａ】多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの平面図。
【図５Ｂ】多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブのｙ方向断面図。
【図５Ｃ】多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブのｘ方向断面図。
【図５Ｄ】図５Ａ燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの平面図。
【図５Ｅ】図５Ａ燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブのｙ方向断面図。
【図５Ｆ】図５Ａ燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブのｘ方向断面図。
【図５Ｇ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの平面図。
【図５Ｈ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの断面図。
【図５Ｉ】図５Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの平面図。
【図５Ｊ】図５Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの断面図。
【図６Ａ】ＣＣＭがｘ方向及びｙ方向にスリフトする、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図６Ｂ】ＣＣＭがｘ方向及びｙ方向にスリフトする、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図６Ｃ】ＣＣＭがｘ方向及びｙ方向にスリフトする、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図６Ｄ】図６Ａの燃料電池のサブアセンブリウェブを用いて形成される５層ＭＥＡウェブの図示。
【図６Ｅ】図６Ａの燃料電池のサブアセンブリウェブを用いて形成される５層ＭＥＡウェブの図示。
【図６Ｆ】図６Ａの燃料電池のサブアセンブリウェブを用いて形成される５層ＭＥＡウェブの図示。
【図６Ｇ】個別のＣＣＭを有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの平面図。
【図６Ｈ】個別のＣＣＭを有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの断面図。
【図６Ｉ】図６Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの平面図。
【図６Ｊ】図６Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの断面図。
【図７Ａ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｂ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｃ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｄ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｅ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｆ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットでスリフトするｘ方向及びｙ方向の電解質膜を含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図７Ｇ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの平面図。
【図７Ｈ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別の第１のサブガスケットを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの断面図。
【図７Ｉ】図７Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの平面図。
【図７Ｊ】図７Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの断面図。
【図８Ａ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｂ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｃ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｄ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｅ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｆ】第１及び第２のサブガスケット層の両方の上に接着剤を有するサブガスケットとスリフトするｘ方向及びｙ方向のＣＣＭを含む、燃料電池のサブアセンブリウェブの図示。
【図８Ｇ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別のＣＣＭを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの平面図。
【図８Ｈ】個別の電解質膜を有する多数の連結された燃料電池のサブアセンブリ、並びに個別のＣＣＭを備えた燃料電池のサブアセンブリウェブの断面図。
【図８Ｉ】図８Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの平面図。
【図８Ｊ】図８Ｇの燃料電池のサブアセンブリウェブを組み込む５層ＭＥＡウェブの断面図。
【図９】サブガスケット付燃料電池のサブアセンブリウェブの製造のためのプロセスを図示する、プロセスフローチャート。
【図１０Ａ】サブガスケット付膜ウェブ、個別のサブガスケット付膜、５層ＭＥＡウェブ、個別の５層ＭＥＡ、並びに種々の中間燃料電池のサブアセンブリを含む、ｘ及びｙ方向にスリフトされた燃料電池のサブアセンブリを製造するように構成されるロールツーロール系システムの種々のサブシステムの図示。
【図１０Ｂ】サブガスケット付膜ウェブ、個別のサブガスケット付膜、５層ＭＥＡウェブ、個別の５層ＭＥＡ、並びに種々の中間燃料電池のサブアセンブリを含む、ｘ及びｙ方向にスリフトされた燃料電池のサブアセンブリを製造するように構成されるロールツーロール系システムの種々のサブシステムの図示。
【図１０Ｃ】サブガスケット付膜ウェブ、個別のサブガスケット付膜、５層ＭＥＡウェブ、個別の５層ＭＥＡ、並びに種々の中間燃料電池のサブアセンブリを含む、ｘ及びｙ方向にスリフトされた燃料電池のサブアセンブリを製造するように構成されるロールツーロール系システムの種々のサブシステムの図示。
【図１０Ｄ】サブガスケット付膜ウェブ、個別のサブガスケット付膜、５層ＭＥＡウェブ、個別の５層ＭＥＡ、並びに種々の中間燃料電池のサブアセンブリを含む、ｘ及びｙ方向にスリフトされた燃料電池のサブアセンブリを製造するように構成されるロールツーロール系システムの種々のサブシステムの図示。
【図１１Ａ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｂ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｃ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｄ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｅ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｆ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｇ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｈ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｉ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｊ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｋ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｌ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｍ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１１Ｎ】図１０Ａ〜１０Ｄのサブシステムによって製造される入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図。
【図１２Ａ】前処理した電解質膜の任意のサブシステムの図示。
【図１２Ｂ】前処理した電解質膜の任意のサブシステムの図示。
【図１３Ａ】発泡真空ダイローラーの断面図。
【図１３Ｂ】発泡真空ダイローラーの実施形態及び発泡真空ダイローラーを作製するプロセス。
【図１４】温度試験前の両面接着性サブガスケットを有する試料ＭＥＡ構造の図示。
【図１５】温度試験後の図１５のＭＥＡ構造の図示。
【図１６】温度試験前の膜上に片面接着性サブガスケットを組み込むＭＥＡ構造の図示。
【図１７】温度試験後の図１８のＭＥＡ構造の図示。
【００１６】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は一例として図面に示しており、また詳しく説明することにする。ただし、本発明は記載される特定の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、付随する請求項によって定義される本発明の範囲内に入る修正、等価物、及び代替物すべてを網羅することを意図するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示した実施形態の以下の説明において、その一部を生成させ、実例として示される添付図面、発明を実施できる種々の実施形態を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく実施形態を利用することができ、また、構造的変更を行なってもよいことを理解されたい。
【００１８】
燃料電池１１０（サブガスケット、ガスケット、又はシール無し）の基本成分が、図１に示される。動作中、水素燃料Ｈ２は、燃料電池１１０の陽極部分の中に導入され、第１の流量プレート１１２を通り過ぎ、ガス拡散層（ＧＤＬ）１１４を通過する。触媒層１１５の表面上で、水素燃料は、水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）に分けられる。
【００１９】
電解質膜１１６は、水素イオン又は陽子及び水のみを電解質膜１１６を通して燃料電池１１０の陰極触媒層１１３へと通過させる。電子は、電解質膜１１６を通過することができず、その代わりに、電流の形状で外部電子回路を貫流する。この電流は、電動モータ等の電気負荷１１７を給電することができるか、あるいは充電式電池等のエネルギー蓄積デバイスに移動させられ得る。
【００２０】
酸素Ｏ２は、第２の流れ場プレート１１９を通って、かつ燃料電池１１０の陰極側において、第２のＧＤＬ  １１８を通って流動する。陰極触媒層１１３の表面上で、酸素、陽子、及び電子が結合して、水（Ｈ２Ｏ）及び熱を生成する。
【００２１】
図１に示される燃料電池１１０等の個別の燃料電池は、幾つかの他の燃料電池と結合され、燃料電池スタックを形成し得る。スタック内の燃料電池の数によってスタックの総電圧が決まり、電池のそれぞれの表面積によって総電流が決まる。所定の燃料電池スタックで発生する総電力は、総スタック電圧と総電流を乗じることによって求めることができる。
【００２２】
燃料電池スタックは、密封構造である。サブガスケット、ガスケット、及び／又はシールは、典型的には、電解質膜の活動領域周囲の周りに配置される。触媒は、膜の表面上、ＧＤＬ上に設けられてもよく、又は部分的にＧＤＬ上に、部分的に膜上に設けられてもよい。サブガスケット及び／又はガスケットは、電解質膜の一方若しくは両方の表面の上に、電解質膜の一方若しくは両方の表面にわたって、又は電解質膜の一方若しくは両方の表面の周囲に、及び／又はＧＤＬの一方若しくは両方の表面の上に、及び／又はＧＤＬに面した流量プレートの一方若しくは両方の表面の上に設置され得る。
【００２３】
ＭＥＡ及び／又は燃料電池の他のサブアセンブリの大量生産は、この科学技術をより広範囲の用途に組み込むことを可能にする程度まで燃料電池発電の費用を削減するために必要とされている。大量生産に加えて、成分の費用削減は、最終製品の全体の費用も減少させる。電解質膜は、ＭＥＡの比較的高価な成分のうちの１つであり、概して、ロール品燃料電池のサブアセンブリを形成するために使用される電解質膜の量を減少させ、それによって、燃料電池スタックの費用を減少させることが望ましい。ＭＥＡにおいて使用される電解質膜の量を減少させるための技術は、本明細書で「膜スリフティング（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｔｈｒｉｆｔｉｎｇ）」と称される。
【００２４】
本明細書で議論される幾つかの実施形態は、膜スリフトされた燃料電池のサブアセンブリウェブ、並びにスリフトされた燃料電池のサブアセンブリウェブを作製するためのプロセス及びシステムを図示する。膜スリフティングは、例えば、燃料電池のサブアセンブリロール品製品の全体の費用を減少させるために、膜材料を保存する製造プロセスを含む。
【００２５】
幾つかの実施形態は、第１と第２の半分のサブガスケットとの間に配置される電解質膜又は触媒コーティングされた膜（ＣＣＭ）を含むサブガスケット付燃料電池のサブアセンブリを図示する。第１の半分のサブガスケットは、電解質膜に向かって方向付けられる第１の表面を有し、第２の半分のサブガスケットは、電解質膜に向かって方向付けられる第２の表面を有する。第１及び第２の半分のガスケット表面のうちの少なくとも１つは、接着層を有する。第１及び第２の半分のガスケット表面のうちの少なくとも１つの相当部分に、接着層が無い。接着層が無いサブガスケット表面の「相当部分」とは、サブガスケット表面の少なくとも２５％、又はサブガスケット表面の少なくとも５０％を意味するか、あるいはサブガスケット表面のほぼすべてに接着層が無い。接着層を有する第１の半分のガスケット及び接着剤を有さない第２の半分のガスケットを有するＭＥＡにおいて、第２の半分のガスケットは、第１の半分のサブガスケットの接着層を介して、第１の半分のサブガスケットに接着して取り付けられ、接着剤によって膜に取り付けられない。
【００２６】
幾つかの適用において、電解質膜に面した表面上に接着剤を有する第１の半分のサブガスケット、及び接着層を有さない電解質膜に面した表面の相当部分又はすべてを有する第２の半分のサブガスケットを備えたサブガスケットは、サブガスケット付燃料電池のサブアセンブリの安定性を改善する。例えば、８０℃を超える温度及び加圧下で、電解質膜は、接着層が両方のサブガスケット層の表面上に存在するにもかかわらず、電解質膜の押出し又は転位によりサブガスケットに対して移動させられ得る。この現象に関する任意の特定の理論によって拘束されることを望むことなく、より高い温度において、サブガスケット層及び膜の界面に存在する接着剤はわずかにより潤滑になり、圧力が適用されるときに、膜が転位し、及び／又は押出されることを可能にすることが１つの説明である。しかしながら、少なくとも１つのサブガスケット表面の相当部分に接着剤が無いとき、他のサブガスケット表面の相当部分が接着剤を含むにもかかわらず、膜の転位及び／又は押出しは減少される。減少した電解質膜の転位及び／又は押出しは、接着剤を有さない電解質膜とサブガスケット層との間の増加した摩擦によるものであり得る。
【００２７】
図２Ａは、燃料電池のサブアセンブリ２０１の平面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ、線Ａ−Ａ’及びＢ−Ｂ’を通って取り込まれた燃料電池のサブアセンブリ２０１の断面図である。サブアセンブリ２０１は、電解質膜２１０、並びに第１及び第２の半分のサブガスケット２３０、２４０を備えたサブガスケット２２０を備える。半分のサブガスケット２３０、２４０は、電解質膜２１０の周囲に配置され、電解質膜２１０の中心部分が開口部２３３、２４３を通って露出される「枠」の形態を有する。矩形枠形状の半分のサブガスケットが図２Ａに示されるが、半分のサブガスケットは、任意の形状、例えば、円形、五角形、六角形等をとり得る。加えて、それぞれの半分のサブガスケット２３０、２４０は、１つの連続層であり得るか、あるいは電解質膜の周囲の周りに構成される幾つかの断片を含み得る。半分のサブガスケット２３０、２４０のそれぞれは、１つ以上の層を含み得る。
【００２８】
第１の半分のサブガスケット２３０は、第２の半分のサブガスケット２４０と同一の寸法又は異なる寸法であり得る。図２Ａ〜２Ｃに示されるように、第１の半分のサブガスケット及び第２の半分のサブガスケットが同一の寸法である場合、第１の半分のサブガスケット２３０の端２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄは、第２の半分のサブガスケット２４０の対応する端２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄと整合配置する。しかしながら、第１の半分のサブガスケット及び第２の半分のサブガスケットが同一の寸法ではない場合、第１の半分のサブガスケットの１つ以上の端は、第２の半分のサブガスケットの対応する端と整合配置しない。
【００２９】
第１の半分のサブガスケット開口部２３３は、第２の半分のサブガスケット開口部２４３と同一の寸法又は異なる寸法であり得る。図２Ａ〜２Ｃは、第１の半分のサブガスケット２３０の開口部２３３が第２の半分のサブガスケット２４０の開口部２４３よりも小さい実施例を図示する。第１の半分のサブガスケット開口部２３３が第２の半分のサブガスケット開口部２４３よりも小さい場合、第１の半分のサブガスケット開口部端２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄの１つ以上は、第２の半分のサブガスケット開口部端２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの対応する端と整合配置しない。幾つかの構造では、第１の半分のサブガスケット開口部は、第２の半分のサブガスケット開口部と同一の寸法であり、その場合、第１及び第２の半分のサブガスケットの開口部端が整合配置する。
【００３０】
第１の半分のサブガスケット２３０は、電解質膜２１０に向かって方向付けられる第１の表面２３１を有する。例えば、感圧接着剤（ＰＳＡ）又は他の種類を備えた接着層２５０は、第１の表面２３１上に配置される。第２の半分のサブガスケットは、電解質膜２１０に向かって方向付けられる第２の表面２４１を有する。第２の半分のサブガスケット２４０の第２の表面２４１の相当部分に、接着剤がないか、あるいは第２の表面２４１全体に接着剤がない。接着剤は、膜に向かって方向付けられる第１及び第２のガスケット表面のうちの少なくとも１つの相当部分が接着剤を含まない限り、第２のガスケット表面上に存在し得る。接着剤を有さない相当部分は、温度及び圧力が燃料電池動作と関連する間、膜の位置安定性のために、サブガスケット表面と膜との間の摩擦を促進する。第２の半分のサブガスケットの第２の表面２４１に接着層がないが、第１の半分のサブガスケットの第１の表面２３１上に配置される接着層２５０を介して、第１の半分のサブガスケットに接着して取り付けられる。第２の半分のサブガスケットは、膜に接着して取り付けられない。
【００３１】
電解質膜２１０は、ｘ方向及びｙ方向に「スリフトされ」、これは、電解質膜が半分のサブガスケット２３０、２４０の下を部分的にのみ延在することを意味する。本明細書で使用される膜スリフティングは、電解質膜のｘ及び／又はｙ方向の寸法を減少させながら、燃料電池のサブアセンブリを形成するために使用される電解質膜の量を減少させることを指す。
【００３２】
図２Ｄは、図２Ａ〜２Ｃと関連してより詳細に説明されるサブガスケット付電解質膜２０１、及びＧＤＬ  ２６２、２６３上に配置される触媒層２１２、２１３を備える触媒コーティングされたＧＤＬを含む、サブガスケット付５層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）２０２の断面図である。
【００３３】
図２Ｅは、サブガスケット２６０及び膜２１０の一部を図示する。サブガスケットは、第１及び第２の半分のサブガスケット２６４、２６５を含む。第１及び第２の半分のサブガスケット２６４、２６５は、膜２１０に向かって方向付けられる第１及び第２のサブガスケット表面２６６、２６７を有する。この例において、第１の表面２６６は、第１の接着層２６８で実質的に被覆される。第２の表面２６７は、第２の接着層２６９を有する。しかしながら、第２の半分のサブガスケット表面２６７の相当部分２６１は、接着層を有さない。
【００３４】
幾つかの実施形態では、第１の半分のサブガスケット表面は、第１の半分のサブガスケット表面の大部分又はすべてにわたって接着剤を有し、第２の半分のサブガスケット表面に、接着剤を有さない。図２Ｆは、膜２１０にわたって配置される第１及び第２の半分のサブガスケット２７１、２７２を有するサブガスケット２７０を図示する。第１及び第２の半分のサブガスケット２７１、２７２は、それぞれ、膜２１０に向かって方向付けられる第１及び第２のサブガスケット表面２７３、２７４を有する。接着層２７５は、第１の半分のサブガスケット表面２７３の大部分にわたって配置される。第２のサブガスケット表面２７４に、接着剤が無い。
【００３５】
幾つかの実施形態では、両方のサブガスケット表面が、接着剤があるいくらかの部分を有し、両方のサブガスケット表面が接着剤を有さない相当部分を有する。図２Ｇは、膜２１０にわたって配置される第１及び第２の半分のサブガスケット２８１、２８２を有するサブガスケット２８０を図示する。第１及び第２の半分のサブガスケット２８１、２８２は、それぞれ、膜２１０に向かって方向付けられる第１及び第２のサブガスケット表面２８３、２８４を有する。第１のサブガスケット表面２８３の１つ以上の部分は、接着層２８５を有する。第２のサブガスケット表面２８４の１つ以上の部分は、接着層２８６を有する。第１のサブガスケット表面２８３の相当部分２８７は、接着剤を有さない。第２のサブガスケット表面２８４の相当部分２８８は、接着剤を有さない。図２Ｆ及び図２Ｇに図示される構造等の幾つかのサブガスケット付膜構造について、半分のサブガスケット間の界面及び／又はそれぞれのサブガスケット層と膜との間の界面の少なくともいくらかの部分において、接着剤は、いずれのサブガスケット表面にも存在しない。
【００３６】
幾つかの実施形態では、半分のサブガスケットのうちの少なくとも１つは、第１と第２の半分のサブガスケットとの間の膜移動の量を減少させる表面処理を含む。例えば、表面処理は、膜に面する第１と第２のサブガスケット表面との間の摩擦を増加させ得、及び／又はサブガスケット表面と膜との間の摩擦を増加させ得る。例示の表面処理には、例えば、コロナ、プラズマ処理、プライマ、膜に面するサブガスケットの一方若しくは両方の表面上のミクロ構造の存在、及び／又は膜に面するサブガスケットの一方若しくは両方の表面の粗面化、並びに／又は他の処理が含まれ得る。表面処理は、膜又はプラスチックサブガスケットへの接着剤の接着を増加させるために、サブガスケットの反対側上にも付加され得る。
【００３７】
図２Ｈは、膜に面する第２の半分のサブガスケットの表面の少なくとも一部が、摩擦を増加させ、及び／又は膜移動の量を減少させる表面処理を有するサブガスケット付膜を図示する。サブガスケット２９０は、膜２１０にわたって配置される第１及び第２の半分のサブガスケット２９１、２９２を含む。第１及び第２の半分のサブガスケット２９１、２９２は、それぞれ、膜２１０に向かって方向付けられる第１及び第２のサブガスケット表面２９３、２９４を有する。第１のサブガスケット表面２９３の１つ以上の部分は、接着層２９５を有する。第２のサブガスケット表面２９４の相当部分２９６に、接着剤が無い。サブガスケット表面２９３、２９４の一方又は両方は、膜移動を減少させる表面処理２９７を含む。例えば、表面処理は、膜と第２の半分のサブガスケットの表面２９４との間の摩擦を増加させ得る。表面処理２９７は、サブガスケット表面２９３、２９４のほぼすべてにわたって、又はサブガスケット表面の一部のみに存在し得る。
【００３８】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリ３０１及び３０２の断面図である。サブアセンブリ３０１は、サブガスケット付ＣＣＭであり、サブアセンブリ３０２は、サブガスケット付５層ＭＥＡである。サブアセンブリ３０１及び３０２は、サブガスケット３２０間に配置される触媒コーティングされた膜（ＣＣＭ）３１１を含む。ＣＣＭ  ３１１は、電解質膜３１０及び触媒層３１２、３１３を含む。サブガスケット３２０は、接着剤３５０を有する第１の半分のサブガスケット３３０、及び接着剤が無い第２の半分のサブガスケット３４０を含む。半分のサブガスケット３３０、３４０は、部分、すなわち、ＣＣＭ  ３１１の中心領域が開口部３３３、３４３を通って露出される枠の形態を有する周囲サブガスケットである。サブアセンブリ３０２は、追加のＧＤＬ  ３６２、３６３がサブガスケット付ＣＣＭ  ３０１のいずれかの側面上に配置されるサブアセンブリ３０１を含む。図３Ａ及び図３Ｂの断面図に図示されるように、ＣＣＭの幅は、ＧＤＬの幅よりも小さくあり得る。他の実施例では、ＣＣＭの幅は、ＧＤＬの幅よりも大きくあり得るか、あるいはＣＣＭ及びＧＤＬは、実質的に同等の幅を有し得る。ＧＤＬは、好適な接着剤を用いて接着され得るか、あるいはサブガスケット付ＣＣＭに熱的に接合される。
【００３９】
幾つかの実施例では、図３Ｃに示されるＭＥＡ  ３０３によって図示されるように、電解質膜又はＣＣＭは、半分のサブガスケットのみのサブガスケットを付けられてもよい。この例示の実施例では、ＭＥＡ  ３０３は、電解質膜３１０並びに第１及び第２の触媒層３１３、３１３を備えるＣＣＭ  ３１１を含む。第１の半分のサブガスケット３３０は、接着層３５０を有する。いずれの第２の半分のサブガスケットもこれらの実施例において使用されない。ＭＥＡは、半分ガスケット付のＣＣＭ上に取り付けられるＧＤＬ  ３６２、３６３も含む。
【００４０】
図４に図示されるように、燃料電池のサブアセンブリ４０１（例えば、図２〜３に図示されるサブアセンブリ）は、複数の連結されたサブアセンブリのロール品ウェブ４００として製造され得る。本明細書で議論され、かつ図４に図示される「ウェブ」は、そのｙ軸線寸法をはるかに超えるｘ軸線寸法を有し、かつロールとして処理及び保存されるのに十分な可撓性を有する物品である。ロール品ウェブ４００は、例えば、半分又は完全にサブガスケット付の膜又はＣＣＭ、５層ＭＥＡ、及び／又は他の燃料電池のサブアセンブリ４０１等の多数の半分サブガスケット付か、あるいは完全にサブガスケット付の燃料電池のサブアセンブリ４０１を含み得る。複数の燃料電池のサブアセンブリ４０１は、ウェブ４００のｘ軸線に沿って配置され得、複数の燃料電池のサブアセンブリ４０１は、ウェブ４００のｙ軸線を横切って配置され得る。ロール品ウェブ４００は、必要に応じて、適切なライナー材料でローラー４０２に巻きつけられ得、巻かれた形態で販売され得る。燃料電池のサブアセンブリロール品ウェブ４００の形成後、ウェブ４００は、個別の燃料電池のサブアセンブリ４０１、例えば、ＭＥＡに切断される。次に、個別のＭＥＡは、燃料電池スタックに組み立てられ得る。
【００４１】
ロール品燃料電池のサブアセンブリウェブは、本発明の実施形態に従ってｘ方向及びｙ方向の両方にスリフトされる電解質膜及び／又はＣＣＭを含み得る。ｙ方向の膜スリフティングは、膜ウェブ又はＣＣＭウェブであり得る膜のｙ方向（クロスウェブ方向）の幅の減少を引き起こす。以下の実施例に図示されるように、ロール品燃料電池のサブアセンブリウェブのｘ方向（ダウンウェブ方向）の膜スリフティングは、燃料電池のサブアセンブリウェブの複数の燃料電池のサブアセンブリを形成するために、複数の個別の電解質膜又はＣＣＭの使用を引き起こす。
【００４２】
図５Ａ〜５Ｃは、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備える燃料電池のサブアセンブリウェブ５００を図示し、そのサブアセンブリ５０３Ａ、５０３Ｂ、５０３Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ５００は、巻かれていない状態で、平面図（図５Ａ）、線Ｇ−Ｇ’に沿った断面図（図５Ｂ）、及び線Ｈ−Ｈ’に沿った断面図（図５Ｃ）に図示される。この実施例では、複数の個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃが使用される。サブガスケット５２０は、第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ５３０、５４０を備える。第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ５３０、５４０は、電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃの中心部分が開口部５３３、５４３を通って露出される連続ラダーの形態を有する。接着層５５０は、個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃに面する第１の半分のサブガスケットウェブ５３０の表面５３１上に配置される。接着剤は、個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃに面する第２の半分のサブガスケットウェブ５４０の表面５４１の相当部分上に配置されない。
【００４３】
図５Ｂの断面図で見ることができるように、膜材料が隣接した燃料電池のサブアセンブリ５０３Ａ、５０３Ｂ、５０３Ｃの間の領域５０４内に保存されるため、個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃの使用は、ｘ方向の膜スリフティングを提供する。個別の膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃの使用は、図５Ｃの断面図によって図示されるように、ｙ方向の膜スリフティングも提供する。個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃがサブガスケット５２０の下をｙ方向に部分的にのみ延在するため、個別の電解質膜５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃのそれぞれは、燃料電池のサブアセンブリウェブ５００の側面に沿った領域５０５で膜材料を保存する。
【００４４】
ｘ方向及び／又はｙ方向の膜スリフティングは、燃料電池アセンブリウェブ中の隣接した燃料電池アセンブリ間の領域内に膜材料を保存し、及び／又は燃料電池アセンブリウェブの側面に沿った領域内に膜材料を保存する。これらの領域において、電解質膜は、製造プロセス中の燃料電池のサブアセンブリウェブ５００の優れた構造安定性、並びに燃料電池スタック中での動作時の燃料電池のサブアセンブリ５０３Ａ、５０３Ｂ、５０３Ｂの優れた安定性及び密封性能を達成するのに必要な程度にサブガスケットの下を延在する。
【００４５】
図５Ｄ、図５Ｅ、及び図５Ｆは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリウェブ５００上に、ＧＤＬ  ５６２Ａ、５６３Ａ、５６２Ｂ、５６３Ｂ、５６２Ｃ、５６３Ｃ及び触媒コーティング５６４Ａ、５６５Ａ、５６４Ｂ、５６５Ｂ、５６４Ｃ、５６５Ｃを備える触媒コーティングされたＧＤＬを取り付けることによって形成される、５層ＭＥＡウェブ５０２の平面図、ｙ方向断面図、及びｘ方向断面図を図示する。
【００４６】
幾つかの実施形態では、上述の第１の半分のサブガスケットウェブは、図５Ｇ及び図５Ｈに図示されるように、複数の個別の第１の半分のサブガスケット５９３Ａ、５９３Ｂ、５９３Ｃによって置き換えられ得る。図５Ｇ及び５Ｈは、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備える燃料電池のサブアセンブリウェブ５９０を図示し、そのサブアセンブリ５９１Ａ、５９１Ｂ、５９１Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ５９０は、巻かれていない状態で、平面図（図５Ｇ）及び線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図（図５Ｈ）に図示される。この実施例では、複数の個別の電解質膜５９２Ａ、５９２Ｂ、５９２Ｃが使用される。燃料電池のサブアセンブリウェブ５９０は、幾つかの個別の第１の半分のサブガスケット５９３Ａ、５９３Ｂ、５９３Ｃを含み、それぞれ、電解質膜５９２Ａ、５９２Ｂ、５９２Ｃの中心部分がそこを通って露出される開口部５９８Ａ、５９８Ｂ、５９８Ｃを有する。個別の第１の半分のサブガスケット５９３Ａ、５９３Ｂ、５９３Ｃのそれぞれは、個別の電解質膜５９２Ａ、５９２Ｂ、５９２Ｃに面する第１の半分のサブガスケット表面５９４Ａ、５９４Ｂ、５９４Ｃ上に配置される接着層５９５Ａ、５９５Ｂ、５９５Ｃを含む。燃料電池のサブアセンブリウェブは、電解質膜５９２Ａ、５９２Ｂ、５９２Ｃの中心部分がそこを通って露出される幾つかの開口部５９９を含む、第２の半分のサブガスケットウェブ５９６を含む。接着剤は、個別の電解質膜５９２Ａ、５９２Ｂ、５９２Ｃに面する第２の半分のサブガスケットウェブ５９６の表面５９７の相当部分上に配置されない。
【００４７】
図５Ｉ及び図５Ｊは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリウェブ５９０上に、ＧＤＬ  ５６２Ａ、５６３Ａ、５６２Ｂ、５６３Ｂ、５６２Ｃ、５６３Ｃ及び触媒コーティング５６４Ａ、５６５Ａ、５６４Ｂ、５６５Ｂ、５６４Ｃ、５６５Ｃを備える触媒コーティングされたＧＤＬを取り付けることによって形成される、５層ＭＥＡウェブ５７５の平面図及びｙ方向断面図を図示する。
【００４８】
図６Ａ〜６Ｃは、ＣＣＭがｘ方向及びｙ方向にスリフトする、燃料電池のサブアセンブリウェブ６００を図示する。燃料電池のサブアセンブリウェブ６００は、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備え、そのサブアセンブリ６０３Ａ、６０３Ｂ、６０３Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ６００は、巻かれていない状態で、平面図（図６Ａ）、線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図（図６Ｂ）、及び線Ｊ−Ｊ’断面図断面図（図６Ｃ）に図示される。この実施例では、複数の個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃが使用される。個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃは、触媒層６１２Ａ、６１３Ａ、６１２Ｂ、６１３Ｂ、６１２Ｃ、６１３Ｃを有する個別の電解質膜６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃを含む。
【００４９】
サブガスケット６２０は、第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ６３０、６４０を備える。第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ６３０、６４０は、ＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃの中心部分が開口部６３３、６４３を通って露出される連続ラダーの形態を有する。接着層６５０は、個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃに面する第１の半分のサブガスケットウェブ６３０の表面６３１上に配置される。第２の半分のサブガスケットウェブ６４０の相当部分は、個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃに面する表面６４１上に接着剤を有さず、例えば、表面６４１は、接着剤を有さない。図６Ｄ、６Ｅ、及び６Ｆは、ＧＤＬ  ６６２Ａ、６６３Ａ、６６２Ｂ、６６３Ｂ、６６２Ｃ、６６３Ｃの取り付け後に、燃料電池のサブアセンブリウェブ６００を用いて形成される５層ＭＥＡウェブ６０２を図示する。
【００５０】
図６Ｇ及び６Ｈは、図６Ａ〜６Ｆに図示される第１のサブガスケットウェブの代わりに、個別の第１の半分のサブガスケット６９３Ａ、６９３Ｂ、６９３Ｃを有する燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０を図示する。燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０は、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備え、そのサブアセンブリ６９１Ａ、６９１Ｂ、６９１Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０は、巻かれていない状態で、平面図（図６Ｇ）、及び線Ｄ−Ｄ’に沿った断面図（図６Ｈ）に図示される。この実施例では、複数の個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃが使用される。個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃは、触媒層６１２Ａ、６１３Ａ、６１２Ｂ、６１３Ｂ、６１２Ｃ、６１３Ｃを有する個別の電解質膜６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃを含む。
【００５１】
燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０は、幾つかの個別の第１の半分のサブガスケット６９３Ａ、６９３Ｂ、６９３Ｃを含み、それぞれ、ＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃの中心部分がそこを通って露出される開口部６９８Ａ、６９８Ｂ、６９８Ｃを有する。個別の第１の半分のサブガスケット６９３Ａ、６９３Ｂ、６９３Ｃのそれぞれは、個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃに面する第１の半分のサブガスケット６９３Ａ、６９３Ｂ、６９３Ｃの表面６９４Ａ、６９４Ｂ、６９４Ｃ上に配置される接着層６９５Ａ、６９５Ｂ、６９５Ｃを含む。燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０は、個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃの中心部分がそこを通って露出される幾つかの開口部６９９を有するウェブである、第２の半分のサブガスケットウェブ６９６を含む。個別のＣＣＭ  ６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃに面する第２の半分のサブガスケットウェブ６９６の表面６９７の相当部分は、接着剤を有さない。
【００５２】
図６Ｉ及び図６Ｊは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリウェブ６９０上にＧＤＬ  ６６２Ａ、６６３Ａ、６６２Ｂ、６６３Ｂ、６６２Ｃ、６６３Ｃを取り付けることによって形成される、５層ＭＥＡウェブ６７５の平面図及びｙ方向断面図を図示する。
【００５３】
片面接着剤を有するサブガスケットの使用は、先に議論されたように、幾つかの適用において望ましくあり得る。他の適用において、ｘ方向及びｙ方向の両方にスリフトされた膜と共に使用される両方のサブガスケット層上に接着剤を有するサブガスケットを含めるのは有用であり得る。図７Ａ〜７Ｊ及び図８Ａ〜８Ｊは、ｘ方向及びｙ方向の膜スリフティングを含む燃料電池のサブアセンブリウェブを図示し、サブガスケットは、第１及び第２の半分のサブガスケットの両方上に接着剤を有する。
【００５４】
図７Ａ〜７Ｆに図示される燃料電池のサブアセンブリウェブ７００及び５層ＭＥＡウェブ７０２は、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備え、そのサブアセンブリ７０３Ａ、７０３Ｂ、７０３Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ７００及びＭＥＡウェブ７０２は、巻かれていない状態で、平面図（それぞれ、図７Ａ及び図７Ｄ）、線Ｋ−Ｋ’に沿った断面図（それぞれ、図７Ｂ及び図７Ｅ）、並びに線Ｌ−Ｌ’に沿った断面図（それぞれ、図７Ｃ及び図７Ｆ）に示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ７００は、複数の個別の電解質膜７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃを使用する。サブガスケット７２０は、第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ７３０、７４０を備える。第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ７３０、７４０のそれぞれは、個別の電解質膜７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃの中心部分が開口部７３３、７４３を通って露出される連続ラダーの形態を有する。
【００５５】
接着層７５３は、電解質膜７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃに向かって方向付けられる第１の半分のサブガスケットウェブ７３０の表面７３１上に配置される。接着層７５４は、電解質膜７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃに向かって方向付けられる第２の半分のサブガスケットウェブ７４０の表面７４１上に配置される。図７Ｄ、７Ｅ、及び７Ｆは、それぞれ、触媒コーティングされたＧＤＬの取り付け後に燃料電池のサブアセンブリウェブ７００を用いて形成される、５層ＭＥＡウェブ７０２の平面図、ｙ方向断面図、及びｘ方向断面図を図示する。触媒コーティングされたＧＤＬは、触媒コーティング７６４Ａ、７６５Ａ、７６４Ｂ、７６５Ｂ、７６４Ｃ、７６５Ｃを有するＧＤＬ  ７６２Ａ、７６３Ａ、７６２Ｂ、７６３Ｂ、７６２Ｃ、７６３Ｃを含む。
【００５６】
幾つかの実施形態では、図７Ａ〜７Ｆと関連して議論される第１の半分のサブガスケットウェブは、図７Ｇ及び７Ｈに図示されるように、複数の個別の第１のサブガスケット７９３Ａ、７９３Ｂ、７９３Ｃによって置き換えられ得る。図７Ｇ及び図７Ｈは、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備える燃料電池のサブアセンブリウェブ７９０を図示し、そのサブアセンブリ７９１Ａ、７９１Ｂ、７９１Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ７９０は、巻かれていない状態で、平面図（図７Ｇ）及び線Ｄ−Ｄ’に沿った断面図（図７Ｈ）に示される。この実施例では、複数の個別の電解質膜７９２Ａ、７９２Ｂ、７９２Ｃが使用される。燃料電池のサブアセンブリウェブ７９０は、幾つかの個別の第１の半分のサブガスケット７９３Ａ、７９３Ｂ、７９３Ｃを含み、それぞれ、電解質膜７９２Ａ、７９２Ｂ、７９２Ｃの中心部分がそこを通って露出される開口部７９８Ａ、７９８Ｂ、７９８Ｃを有する。個別の第１の半分のサブガスケット７９３Ａ、７９３Ｂ、７９３Ｃのそれぞれは、個別の電解質膜７９２Ａ、７９２Ｂ、７９２Ｃに面する第１の半分のサブガスケットの表面７９４Ａ、７９４Ｂ、７９４Ｃ上に配置される接着層７９５Ａ、７９５Ｂ、７９５Ｃを含む。燃料電池のサブアセンブリウェブは、電解質膜７９２Ａ、７９２Ｂ、７９２Ｃの中心部分がそこを通って露出される幾つかの開口部７９９を含む、第２の半分のサブガスケットウェブ７９６を含む。個別の電解質膜７９２Ａ、７９２Ｂ、７９２Ｃに面する第２の半分のサブガスケットウェブ７９６の表面７９７上に配置される接着層７８５が存在する。
【００５７】
図７Ｉ及び図７Ｊは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリウェブ７９０上に、ＧＤＬ  ７６２Ａ、７６３Ａ、７６２Ｂ、７６３Ｂ、７６２Ｃ、７６３Ｃ及び触媒コーティング７６４Ａ、７６５Ａ、７６４Ｂ、７６５Ｂ、７６４Ｃ、７６５Ｃを備える触媒コーティングされたＧＤＬを取り付けることによって形成される、５層ＭＥＡウェブの平面図及びｙ方向断面図を図示する。
【００５８】
図８Ａ〜８Ｆに図示される燃料電池のサブアセンブリウェブ８００は、サブアセンブリウェブ８００が、図７Ａ〜７Ｆのような触媒コーティングが無い個別の電解質膜というよりはむしろ、個別のＣＣＭを含むことを除いて、燃料電池のサブアセンブリウェブ７００に類似している。図８Ａ〜８Ｃは、連結された燃料電池のサブアセンブリ８０３Ａ、８０３Ｂ、８０３Ｃを図示する。燃料電池のサブアセンブリウェブ８００、８０２は、巻かれていない状態で、平面図（それぞれ、図８Ａ及び図８Ｄ）、線Ｍ−Ｍ’に沿った断面図（それぞれ、図８Ｂ及び図８Ｅ）、並びに線Ｎ−Ｎ’に沿った断面図（それぞれ、図８Ｃ及び図８Ｆ）に図示される。この実施例では、複数の個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃが使用される。個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃは、触媒層８１２Ａ、８１３Ａ、８１２Ｂ、８１３Ｂ、８１２Ｃ、８１３Ｃを有する個別の電解質膜８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃを備える。サブガスケット８２０は、第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ８３０、８４０を備える。第１及び第２の半分のサブガスケットウェブ８３０、８４０のそれぞれは、個別の電解質膜８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃの中心部分が開口部８３３、８４３を通って露出される連続ラダーの形態を有する。
【００５９】
接着層８５３は、ＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃに向かって方向付けられる第１のサブガスケットウェブ８３０の表面８３１上に配置される。接着層８５４は、ＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃに向かって方向付けられる第２の半分のサブガスケットウェブ８４０の表面８４１上に配置される。図８Ｄ、図８Ｅ、及び図８Ｆは、燃料電池のサブアセンブリウェブ８００及びＧＤＬ  ８６２Ａ、８６３Ａ、８６２Ｂ、８６３Ｂ、８６２Ｃ、８６３Ｃを含む５層ＭＥＡウェブ８０２を図示する。
【００６０】
図８Ｇ及び図８Ｈは、図８Ａ〜８Ｆに図示される第１の半分のサブガスケットウェブの代わりに、個別の第１の半分のサブガスケット８９３Ａ、８９３Ｂ、８９３Ｃを有する燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０を図示する。燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０は、多数の連結された燃料電池のサブアセンブリを備え、そのうちのサブアセンブリ８９１Ａ、８９１Ｂ、８９１Ｃが示される。燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０は、巻かれていない状態で、平面図（図８Ｇ）、及び線Ｅ−Ｅ’に沿った断面図（図８Ｈ）に図示される。この実施例では、複数の個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃが使用される。個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃは、触媒層８１２Ａ、８１３Ａ、８１２Ｂ、８１３Ｂ、８１２Ｃ、８１３Ｃを有する個別の電解質膜８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃを含む。
【００６１】
燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０は、幾つかの個別の第１の半分のサブガスケット８９３Ａ、８９３Ｂ、８９３Ｃを含み、それぞれ、個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃの中心部分がそこを通って露出される開口部８９８Ａ、８９８Ｂ、８９８Ｃを有する。個別の第１の半分のサブガスケット８９３Ａ、８９３Ｂ、８９３Ｃのそれぞれは、個別の電解質膜８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃに面する第１の半分のサブガスケット８９３Ａ、８９３Ｂ、８９３Ｃの表面８９４Ａ、８９４Ｂ、８９４Ｃ上に配置される接着層８９５Ａ、８９５Ｂ、８９５Ｃを含む。燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０は、個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃの中心部分がそこを通って露出される幾つかの開口部８９９を有する、第２の半分のサブガスケットウェブ８９６を含む。個別のＣＣＭ  ８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃに面する第２の半分のサブガスケットウェブ８９６の表面８９７は、接着層８８５を含む。
【００６２】
図８Ｉ及び図８Ｊは、それぞれ、燃料電池のサブアセンブリウェブ８９０上に、ＧＤＬ  ８６２Ａ、８６３Ａ、８６２Ｂ、８６３Ｂ、８６２Ｃ、８６３Ｃを取り付けることによって形成される５層ＭＥＡウェブ８７５の平面図及びｙ方向断面図を図示する。
【００６３】
本明細書に記載のサブガスケットは、水、水素、及び／又は酸素の存在下で、十分に薄く、十分に強力で、かつ燃料電池環境、すなわち、６０〜１２０℃の温度に十分に適合する剛性ポリマー材料を含む、種々の種類のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリイミド、及び／又は他の同様の材料等のポリマー材料を備え得る。一実施例では、サブガスケット材料は、約０．０１２５ｍｍを超える厚さを有する。一実施形態では、サブガスケット材料は、約０．１ｍｍの厚さを有するＰＥＮである。サブガスケットは、任意で、一方又は両方の外面に接着されるガスケット又はシールを有し得る。ガスケット材料には、熱硬化したエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）エラストマーリブ等のミクロ構造エラストマーリブが含まれ得る。第１及び第２の半分のサブガスケットは、同一の特性を有する必要はない。半分のサブガスケットの特性は、成分の取り扱い又は燃料電池動作を促進するように選択され得る。例えば、ある特定の実施形態では、第１の半分のサブガスケットは、第２の半分のサブガスケットとは異なる厚さを有し得、及び／又は第１の半分のサブガスケットは、第２の半分のサブガスケットの材料とは異なる１つ以上の材料を備え得る。
【００６４】
サブガスケットの材料及び接着層は、接着層がサブガスケット表面に接着するように選択される。接着層（使用される場合）の厚さは、約０．００５〜約０．０５ｍｍであり得る。接着層は、感圧接着剤（ＰＳＡ）、加熱活性化接着剤、紫外線活性化接着剤、又は他の種類の接着剤を備え得る。例えば、接着剤層は、アクリル系ＰＳＡ、ゴム系接着剤、エチレン無水マレイン酸共重合体、１−オクテンとエチレン又はプロピレンとの共重合体などのオレフィン系接着剤、ニトリル系接着剤、エポキシ系接着剤、及びウレタン系接着剤のいずれかを含んでよい。他の実施形態において、接着剤層は、Ｔｈｅｒｍｏｂｏｎｄ  ８４５（マレイン酸ポリエチレン系）又はＴｈｅｒｍｏｂｏｎｄ  ５８３（ニトリルゴム系）などの加熱活性化接着剤を含んでもよい。
【００６５】
接着剤は、高い粘着を有する架橋接着剤を備え得る。例えば接着剤は、加水分解に安定であり、かつ燃料電池スタック内で圧縮されるときに、クリープ抵抗性であるよう製剤化されたアクリレート感圧接着剤であり得る。接着剤及びサブガスケット層、例えば、ＰＥＮ層は、剥離ライナーで巻かれ、その後、本明細書に記載のサブガスケット付燃料電池のサブアセンブリを形成するために使用され得る。
【００６６】
本発明の実施において、いずれかの適した電解質膜が使用されてもよい。有用なＰＥＭの厚さは約２００μｍから約１μｍの間の範囲である。式：ＦＳＯ２−ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ（ＣＦ３）−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２に従ったテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）のコポリマー及びコモノマーが既知であり、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅの商標名ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）で、スルホン酸形態、すなわち、ＨＳＯ３−に加水分解されるＦＳＯ２−末端基を有する形態で販売されている。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は、燃料電池での使用のためのポリマー電解質膜の作製において一般的に使用される。また、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）コモノマーとの、式：ＦＳＯ２−ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２に従うコポリマーと、が知られており、スルホン酸の形態で、すなわち、ＨＳＯ３−に加水分解されたＦＳＯ２−末端基を有して、燃料電池に使用するためのポリマー電解質膜の作製に使用されている。最も好ましいものは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）のコポリマー類及びＨＳＯ３−に加水分解されたＦＳＯ２−末端基を有する、ＦＳＯ２−ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２である。
【００６７】
幾つかの実施形態においては、触媒層は、塩化白金酸の還元等の湿式化学的方法によって、より大きな炭素粒子の上にコーティングされたＰｔ又はＰｔ合金を含んでもよい。この形態の触媒は、アイオノマー結合剤及び／又は溶媒と共に分散されて、膜、剥離ライナー、又はＧＤＬのいずれかに塗布されるインク、ペースト、又は分散系を形成する。
【００６８】
幾つかの実施形態においては、触媒層は、粒子を担持するナノ構造化担持成分、又は触媒材料のナノ構造化薄膜（ＮＳＴＦ）を含んでもよい。ナノ構造化触媒層は、担持体としての炭素粒子を含まず、したがって、触媒粒子の高密度分散を形成する、電解質膜の非常に薄い表面層に組み込まれてもよい。ナノ構造薄膜（ＮＳＴＦ）触媒層を使用することで、触媒利用率を、分散法によって形成された触媒層と比べて非常に高くすることができ、炭素支持体が存在しないことにより、高電圧及び高温での浸食に対する更なる耐性がもたらされる。いくつかの実施において、ＣＣＭの触媒表面積は、ミクロ構造機構を有する電解質膜を使用することによって、更に拡張されてもよい。ＮＳＴＦ触媒層は、触媒材料の針状ナノ構造化担持体上への真空蒸着によって形成されてもよい、細長いナノスケールの粒子を含む。本発明での使用に適したナノ構造化担持体は、Ｃ．Ｉ．顔料レッド（C. I. PIGMENT RED）１４９（ペリレンレッド）等の有機顔料のウィスカーを含んでもよい。結晶性ウィスカーは、実質的に均一であるが、同一ではない断面、及び高い長さ対幅比率を有する。ナノ構造化担持体ウィスカーは、触媒作用に適しており、ウィスカーに、複数の触媒部位として働くことができる、微細なナノスケールの表面構造を付与する、コーティング材料でコーティングされる。ある特定の実施例では、ナノ構造支持体ウィスカーは、継続的な螺旋転位の成長を介して拡張され得る。ナノ構造支持体要素の長さを拡張することにより、触媒作用のための表面積を増加させることが可能となる。
【００６９】
ナノ構造支持体ウィスカーは、ナノ構造薄膜触媒層を形成するために、触媒材料でコーティングされる。１つの実施によると、触媒材料は、白金族金属等の金属を含む。一実施形態においては、触媒コーティングされたナノ構造化担持成分は、触媒コーティングされた膜を形成するために、電解質膜の表面に転写されてもよい。別の実施形態において、触媒被覆ナノ構造支持体要素は、ＧＤＬ表面上に形成されてもよい。
【００７０】
ＧＤＬは、反応ガスを通過させる一方、電極から電流を回収することができる、いずれかの材料であってよく、典型的に、織られた、又は不織の炭素繊維紙又は布である。ＧＤＬは、ガス状反応物質及び水蒸気の触媒及び膜への多孔質アクセスを提供し、また、外部負荷に電力を供給するために、触媒層で生成される電流を回収する。
【００７１】
ＧＤＬは、微多孔性層（ＭＰＬ）及び電極裏材層（ＥＢＬ）を含んでもよく、ＭＰＬは触媒層とＥＢＬとの間に設けられる。ＥＢＬは、炭素繊維構造体（例えば、織布及び不織布炭素繊維構造体）など、任意の好適な導電性多孔性基材であってよい。市販の炭素繊維構造の実施例には、Ｂａｌｌａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｌｏｗｅｌｌ，ＭＡの商品名「ＡｖＣａｒｂ  Ｐ５０」炭素繊維紙、ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍ，Ｉｎｃ．，Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡから入手され得る「Ｔｏｒａｙ」炭素紙が含まれる。ＥＢＬは、疎水性を増すように又は付与するように処理されてもよい。例えば、ＥＢＬは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）など、高度にフッ素化されたポリマーで処理されてもよい。
【００７２】
ＥＢＬ類の炭素繊維構造体は、一般に粗く多孔質の表面を有しており、触媒層と低結合性接着を示す。接合接着力を増加させるために、微多孔性層がＥＢＬの表面にコーティングされてもよい。これはＥＢＬの粗くかつ多孔性の表面を滑らかにし、いくつかの種類の触媒層との接合接着力が高められる。
【００７３】
燃料電池のサブアセンブリウェブ、例えば、図５Ａ〜５Ｃ、図５Ｇ、図５Ｈ、図６Ａ〜６Ｃ、図６Ｇ、図６Ｈ、図７Ａ〜７Ｃ、図７Ｇ、図７Ｈ、図８Ａ〜８Ｃ、図８Ｇ、図８Ｈに図示される燃料電池のサブアセンブリウェブ５００、５９０、６００、６９０、７００、７９０、８００、８９０は、ロールツーロール製造プロセスを用いて作製され得る。図５Ｄ〜５Ｆ、図５Ｉ、図５Ｊ、図６Ｄ〜６Ｆ、図６Ｉ、図６Ｊ、図７Ｄ〜７Ｆ、図７Ｉ、図７Ｊ、図８Ｄ〜８Ｆ、図８Ｉ、図８Ｊに図示される５層ＭＥＡサブアセンブリウェブ５０２、５７５、６０２、６７５、７０２、７７５、８０２、８７５を形成するためのＧＤＬの取り付けも、ロールツーロールプロセスにおいて実行され得る。
【００７４】
サブガスケット付燃料電池のサブアセンブリウェブ、例えば、サブガスケット付電解質膜ウェブ、サブガスケット付ＣＣＭウェブ、及び／又はサブガスケット付５層ＭＥＡウェブの製造のためのロールツーロールプロセスのフローチャートが、図９に図示される。図９は、ＣＣＭを組み込む５層ＭＥＡウェブの製造を図示する。ＣＣＭというよりはむしろ、触媒コーティングされたＧＤＬを用いて５層ＭＥＡサブアセンブリウェブを形成するために、同様のプロセスが使用され得ることを理解されたい。
【００７５】
任意で、連続ＣＣＭウェブは、電解質膜への陽極及び陰極触媒の積層によって形成される（９１０）。触媒コーティングが無い電解質膜ウェブが、ＭＥＡを形成するために触媒コーティングされたＧＤＬと共に使用される場合、プロセスのこの部分は排除され得る。膜ウェブは、第１の半分のサブガスケットラダーウェブ上に配置される第１の接着層に接着される個別の膜に切断される（９２０）。第１の半分のサブガスケットラダーウェブへの個別の膜の積層は、個別の電解質膜を有する半分ガスケット付のウェブを形成する。電解質膜に向かって方向付けられる表面上に配置される接着剤がほとんど又は全く無い第２の半分のサブガスケットラダーウェブは、半分サブガスケット付の個別の膜ウェブに取り付けられる（９３０）。第２の半分のサブガスケットラダーウェブは、第１の半分のサブガスケットウェブ上に配置される接着層によって半分サブガスケット付のウェブに接着される。任意で、ＧＤＬは、５層ＭＥＡウェブを形成するために、サブガスケット付膜ウェブに取り付けられる（９４０）。サブガスケット付膜ウェブがＣＣＭウェブではない場合に、ＧＤＬは、触媒層を含む。５層ＭＥＡウェブは、個別の５層ＭＥＡを形成するために切断され得る。
【００７６】
図１０Ａ〜１０Ｄは、半分サブガスケット付の個別の膜ウェブ、完全にサブガスケット付の個別の膜ウェブ、個別のサブガスケット付膜、５層ＭＥＡウェブ、個別の５層ＭＥＡ、及び種々の中間燃料電池のサブアセンブリを含む、ｘ及びｙ方向にスリフトされた燃料電池のサブアセンブリを製造するように構成されるロールツーロール系システム種々のサブシステムを図示する。燃料電池のサブアセンブリ、例えば、複数の個別の電解質膜又はＣＣＭを有する完全に若しくは半分サブガスケット付のウェブ及び／又は５層ＭＥＡウェブは、図４によって図示されるロール品として製造され得る。ロールツーロール系システムは、ロール系アプローチを用いて少なくとも幾つかのプロセスを実施するように構成されるが、すべてのサブシステムがロール系である必要はなく、並びに／又はすべての入力成分、出力成分、及び／若しくは中間成分が、ロールに巻きつけられる、及び／若しくはロールから解かれる必要はない。図１０Ａ〜１０Ｄに図示される製造プロセスと関連して、入力、中間、及び／若しくは出力サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリの幾つかのｘ方向（ダウンウェブ）の断面図は、中間サブアセンブリウェブ又はサブアセンブリの構造においての理解を援助するために、図１１Ａ〜１１Ｎに示される。
【００７７】
図１０Ａは、ＣＣＭウェブ１００５を製造するように構成されるサブシステム１０００を図示する。仮のキャリアウェブ上に配置されるか、あるいはコーティングされる陰極及び陽極触媒層１００２、１００３は、積層体ロール１００８及び１００９によって電解質膜ウェブ１００１上に積層される。キャリアウェブ１０９５、１０９６は、ＣＣＭウェブ１００５を形成するために、ダックビルピーラ１００７によって剥離される。ＣＣＭウェブ１００５の断面図は、図１１Ａに示される。ＣＣＭウェブ１００５は、電解質膜１１０２の１つの表面上に配置される陽極触媒１１０１、及び電解質膜１１０２の反対側の表面上に配置される陰極触媒１１０３を有する電解質膜１１０２を含む。サブシステム１０００によって製造されるＣＣＭウェブ１００５は、第１の半分のサブガスケットの取り付けのために、図１０Ｂに図示されるサブシステム１０１０に入力される。あるいは、触媒層が無い電解質ウェブは、サブシステム１０１０に入力される。
【００７８】
サブシステム１０１０は、膜ウェブ１００５（又は触媒が無い電極膜）を個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂに切断するために、アンビルロール１０１１及び発泡真空ダイ１０１２を使用する。膜ウェブ１００５は、アンビルロール１０１１と発泡真空ダイ１０１２との間を通過するときに、個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂに切断される。発泡真空ダイ１０１２のより詳細な図が、図１３Ａ及び１３Ｂに図示される。
【００７９】
切断前に、膜ウェブは、より均一の切断を達成する条件下で膜ウェブ１００５をダイ１０１２に提供するために、任意で前処理され得る。膜前処理選択は、図１２Ａ及び１２Ｂに図示される。例えば、１つの前処理動作（図１２Ａ）は、テープで包むか、あるいは同様の方法によって形成され得る、前処理ローラー１２０１のいずれかの側面上にバンパー１２０３を有する前処理ローラー１２０１の使用を伴う。バンパー１２０３を有する前処理ローラー１２０１の動作は、より繰り返し可能な切断を達成するために、切断動作の前に膜ウェブ１００５をわずかに広げることである。あるいは、又は更に、図１２Ｂに図示されるように、膜ウェブ１００５は、水分を減少させ、及び／又は切断動作前に膜ウェブ１００５をわずかに縮ませるために、例えば、強制空気加熱装置又は他の種類の加熱装置１２０２によってわずかに加熱され得る。
【００８０】
膜切断プロセスからのスクラップ膜ラダー１００４は処分される。スクラップ膜ラダー１００４の平面図が、図１１Ｂに示される。膜材料の利用率を減少させることによって費用削減を達成するために、真空ダイ１０１２が構成され得、切断プロセスは、スクラップ膜ラダー１００４の格の厚さｄ１、及び／又は格の側面ｄ２が、１／８インチ（０．３１ｃｍ）未満であり得るか、あるいは幾つかの実施例では、切断プロセスを慎重に制御して、０インチ（０ｃｍ）にまでも減少させられ得るように制御される。個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂは、それが積層ローラー１０１３に向かって回転するときに、真空によってダイ１０１２上で保持される。
【００８１】
図１１Ｃの断面図によって図示されるように、第１の半分のサブガスケットウェブ１０１６は、第１のサブガスケット層１１０６及び剥離ライナー１１０８を有する接着層１１０７を含む。第１の半分のサブガスケットウェブ１０１６は、キャリアウェブ１１０５、例えば、再配置付け可能な接着剤を有するキャリアウェブ上のサブシステム１０１０に入力される。幾つかの実施例では、真空ベルトは、（キャリアウェブを含む）第１の半分のサブガスケットウェブをサブシステム１０１０移送するために使用され得る。再配置可能な接着剤を有するキャリアウェブは、第１の半分のサブガスケットウェブ１０１６を支持及び安定化する助けとなる。再配置可能なキャリアウェブは、キャリアウェブが第１の半分のサブガスケットウェブ（又は他の作業製品）から容易に除去され得、かつ接着剤がキャリアウェブ上に留まるように、十分に低い接着性粘着特性を有する接着剤を含むウェブである。幾つかの実施例では、キャリアウェブは、１ミル（２５．４μｍ）のプラスチック又は紙フィルムであり、フィルムの表面上に０．５ミル（１２．７μｍ）の低粘着接着剤を有する。
【００８２】
図１０Ｂに戻って、第１の半分のサブガスケットウェブ１０１６がアンビルロール１０１５とサブガスケットダイロール１０１４との間を移動するとき、ダイロール１０１４は、キャリアウェブを無傷にしたままで、第１のサブガスケットウェブ開口部を画定する第１のサブガスケットウェブ１０１６中に開口部切断を作製する。第１の半分のサブガスケット材料、接着剤、及び接着性剥離ライナーは、最初に、開口部スラグとして開口部内に保持される。開口部スラグ１１０９を製造する切断動作後の第１のサブガスケットウェブ１０１７の断面図が、図１１Ｄに示される。開口部スラグ１１０９（サブガスケット開口部内に残っている切り取りサブガスケット材料、接着剤、及び接着性ライナー）は、最初に定位置に残されるが、第１の半分のサブガスケットウェブの開口部を露呈するために最終的に除去される。
【００８３】
接着性剥離ライナーラダー１０１８は、ローラー１０１９で除去され、キャリアウェブ上に、（無傷のままの開口部スラグを有し、接着性剥離ライナーラダーを差し引いた）第１の半分のサブガスケットウェブ１０２０を残す。接着性剥離ライナーラダー１０１８が、図１１Ｅの平面図に示される。無傷のままの開口部スラグ１１０９を有し、接着性剥離ライナーラダー１０１８を差し引いた、第１の半分のサブガスケットウェブ１０２０の断面図が図１１Ｆに示される。第１の半分のサブガスケットウェブ１０２０は、キャリアウェブ１１０５上に存在し、第１の半分のサブガスケット層１１０６及び接着層１１０７を含む。接着性ライナー１１０８の一部は、接着層１１０７上に留まる。接着層１１０７の表面１１０７ａ、１１０７ｂの部分が露出される。図１１Ｆに図示されるように、接着性剥離ライナー１１０８の一部は、開口部スラグ１１０９の領域内の接着層１１０７上に保持される。個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂ、及び（無傷のままの開口部スラグを有し、接着性剥離ライナーラダーを差し引いた）第１の半分のサブガスケットウェブ１０２０は、積層体ロール１０１３でまとめられる。
【００８４】
発泡真空ダイ１０１２（図１３Ａ及び図１３Ｂでより詳細に図示される）は、膜を保持し、かつ製造プロセス中の損傷から保護するために、ダイ１０１２の複数のダイキャビティ内に多孔質の柔軟な材料、例えば、発泡体を含む。サブガスケットウェブ１０２１への個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂの取り付け中、発泡体が複数のダイキャビティ間の間隙（図１３の１３１５を参照のこと）内の発泡真空ダイ１０１２上に存在しないことが望ましい。サブガスケットウェブ１０２０内の開口部間の間隙が積層体ロール１０１３と整合配置されるときに、発泡真空ダイ１０１２及びアンビルロール１０１１が停止させられる一方で、間隙１３１５内のダイ上に材料が存在することにより、少しの１０１３、１０１２を通って第１の半分のサブガスケットウェブ１０２０を前進させることが可能になる。発泡真空ダイ１０１２は、個別の膜がサブガスケットウェブ１０２０内の開口部に検知されるときに、回線速度を復旧させる。プロセス制御モジュール１０９９は、図１０Ａ〜１０Ｅに図示されるサブシステムの動作を制御するように構成される１つ以上のセンサ及び回路を含む。例えば、プロセス制御モジュール１０９９は、別のプロセスの速度に対して１つのプロセスの速度を調整し、かつ／あるいは燃料電池のサブアセンブリの製造において使用される１つ以上のウェブのダウンウェブ位置を制御するように構成される、センサ及び回路を含み得る。更に、プロセス制御モジュール１０９９は、１つ以上のウェブのクロスウェブ位置を制御するために、センサ及び回路を含み得る。ダウンウェブ及び／又はクロスウェブ位置の制御は、燃料電池のサブアセンブリウェブ及び／又は成分の適切な整合配置を促進する。
【００８５】
積層ローラー１０１３での第１のサブガスケットウェブ１０２０内の開口部切断との関連で個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂの整合配置を制御するために、サブガスケットダイ１０１４上のセンサを使用して、個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂを切断する発泡真空ダイ１０１２を始動又は停止させる。剥離ライナーラダー１０１８の除去によって露出される第１のサブガスケットウェブ１０２０上の感圧接着剤は、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５を形成するために、第１のサブガスケットウェブ１０２０を個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂに接着させる。この段階で、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５は、開口部スラグを保持する。個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂは、個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂの中心表面領域が、開口部スラグの接着性剥離ライナーによって接着剤から保護されている状態で、個別の膜１０２１ａ、１０２１ｂの周囲表面領域で第１のサブガスケットウェブ１０２０に接着される。
【００８６】
キャリアウェブ１１０５上の（開口部スラグを保持した）半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５の断面図が、図１１Ｇに示される。半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５は、第１のサブガスケット層１１０６及び接着層１１０７を含む。接着性ライナー１１０８の一部は、接着剤１１０７上に留まる。接着層１１０７の表面１１１７の部分がこの時点で膜１０２１ａに取り付けられる。プロセスのこの段階で、開口部スラグ１１０９が保持される。
【００８７】
図１０Ｃは、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５を個別の半分サブガスケット付の膜に切断し、かつ第２のサブガスケットウェブを個別の半分サブガスケット付の膜に取り付けるように構成されるサブシステム１０３０を図示する。サブシステム１０３０のプロセスは、サブガスケット付膜ウェブを個別のサブガスケット付膜に切断した後に、第１のサブガスケット枠よりも大きい寸法を有する第２のサブガスケット枠を有するサブガスケット付膜を製造するために使用され得る。
【００８８】
（開口部スラグを保持した）半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５は、サブシステム１０３０に入力される。開口部スラグ１１０９及び再配置可能なキャリアウェブ１１０５は、ローラー１０２６で除去され、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８を残す。開口部スラグ１１０９及び再配置可能なキャリアウェブ１１０５（併せて１０２７と称される）及び半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８の断面図が、それぞれ、図１１Ｈ及び図１１Ｉに図示される。図１１Ｈに示される開口部スラグ１１０９及びキャリアウェブ１１０５（併せて１０２７と称される）の除去は、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８を残す。半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８は、図１１Ｉの断面図及び図１１Ｊの平面図によって図示される。半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８は、接着剤１１０７で個別の膜１０２１ａ〜１０２１ｄの周囲表面領域に接着される第１のサブガスケットラダーウェブ１１０６のラダー構造によって共に保持される複数の個別の膜（図１１Ｉに示される１０２１ａ及び図１１Ｊに示される１０２１ａ〜１０２１ｄ）を備える。
【００８９】
個別の半分サブガスケット付の膜１０３５は、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８がパターン化アンビルロール１０３１と真空ダイ１０３２との間を通過するときに、半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２８から切断される。切断の際に残されたスクラップサブガスケットラダー１０３６は処分される。個別の半分サブガスケット付の膜１０３５ａ、１０３５ｂは、真空ダイ１０３２によって発泡体積層体ロール１０３３に運ばれる。
【００９０】
（接着層が無い）第２の半分のサブガスケットウェブ１０４１は、第２のキャリアウェブ、例えば、再配置可能な接着剤を有するキャリアウェブ上のサブシステム１０３０に入力される。第２の半分のサブガスケットウェブ１０４１及びキャリアウェブ１１１０の断面図は、図１１Ｋの断面図に図示される。開口部切断は、それがダイとアンビルローラー１０４３、１０４４との間を通過するときに、第２のガスケットウェブ１０４１内に作製され、開口部スラグを形成する。開口部スラグを形成する第２の半ガスケット材料の切断部分は、第２のキャリアウェブ１１１０上の定位置に残される。キャリアウェブ１１１０上の（開口部スラグ１１１１が定位置にある状態の）第２のサブガスケットウェブ１０４２断面図は、図１１Ｌの断面図に図示される。
【００９１】
第２の半分のサブガスケットウェブ１０４２は、第２のキャリアウェブ上に配置される完全にサブガスケット付の膜ウェブ１０４５を形成するために、積層ローラー１０３３において個別の半分サブガスケット付の膜１０３５に積層される。キャリアウェブ１１１０上の完全にサブガスケット付の膜ウェブ１０４５の断面図は、図１１Ｍに図示される。完全にサブガスケット付の膜ウェブ１０４５は、無傷のままの開口部スラグ１１１１を有する第２の半分のサブガスケットウェブ１０４１を含む。個別の膜１０２１ａを含む個別の半分サブガスケット付の膜ウェブ１０３５は、個別の第１の半分のサブガスケット１１０６ａ上に配置される接着層１１０７ａによって第２の半分のサブガスケットウェブ１０４１に接着される。第２のキャリアウェブ１１１０及び開口部スラグ１１１１は、サブガスケット付の個別の膜ウェブを露呈するために除去される。サブガスケット付の個別の膜ウェブは、個別の第１の半分のサブガスケット及び第２の半分のサブガスケットウェブのサブガスケットを付けたスリフトされた個別の電解質膜を含む。個別の第１の半分のサブガスケットは、個別の第１の半分のサブガスケット上に配置される接着層によって、第２の半分のサブガスケットウェブ及び個別の膜に接着される。第２の半分のサブガスケットウェブは、電解質膜に面する表面上に接着剤をほとんど又は全く有し得ない。サブシステム１０３０のプロセスは、サブガスケット付膜ウェブを個別のサブガスケット付膜に切断した後に、第１のサブガスケット枠よりも大きい第２のサブガスケット枠を有するサブガスケット付膜を製造するために使用され得る。１つの個別のサブガスケット付膜１０４９ａは、図１１Ｎの断面図によって図示される。個別のサブガスケット付膜１０４９ａは、膜１０２１ａ、接着層１１０７ａを有する第１の半分のサブガスケット１１０６ａ、及び接着層が無い第２の半分のサブガスケット１０４１ａを含む。第１及び第２の半分のサブガスケット１１０６ａ、１０４１ａが、必ずしも同一の寸法ではなく、例えば、第１の半分のサブガスケット１１０６ａは、図１１Ｎに示されるように、第２の半分のサブガスケット１０４１ａよりも小さくあり得ることに留意する。
【００９２】
図１０Ｄは、図１１Ｇによって図示されるサブガスケット付膜ウェブ１０２５を検知し、かつそれを図１１Ｋに図示される半分サブガスケット付のウェブ１０４２に取り付けるように構成される代替サブシステム１０５０を図示する。図１０Ｄのサブシステム１０５０は、例えば、図１０Ｃのサブシステム１０３０の代わりに使用され得る。サブシステム１０５０のプロセスは、サブガスケット付膜ウェブを個別のサブガスケット付膜に切断した後に、第１のサブガスケット外周囲と同一の寸法の第２のサブガスケットの外周囲を有するサブガスケット付膜を製造するために使用され得る。
【００９３】
（図１１Ｇの断面図に図示される）（無傷のままの開口部スラグを有する）半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５は、サブシステム１０５０に入力される。開口部スラグ及び再配置可能なキャリアウェブ１０２７は、ローラー１０５１で除去される。開口部スラグ及び再配置可能なキャリアウェブ１０２７の断面図が、図１１Ｈに図示される。
【００９４】
（接着層があるか、あるいは接着層が無い）第２のサブガスケットウェブ１０４１は、キャリアウェブ、例えば、再配置可能な接着剤を有するキャリアウェブ上のサブシステム１０５０に入力される。第２のサブガスケットウェブ１０４１及びキャリアウェブ１１１０の断面図が、図１１Ｋに図示される。開口部切断は、第２のサブガスケットウェブ１０４１がダイとアンビルローラー１０５３、１０５４との間を通過するときに、第２のサブガスケットウェブ１０４１内で作製される。接着層が使用される場合、接着層の剥離ライナーラダーは、ローラー１０５７で剥ぎ取られる。開口部スラグを形成する第２のガスケットウェブ材料は、キャリアウェブ上の定位置に残される。開口部スラグが定位置１０４２にある状態のキャリアウェブ上の第２のサブガスケットウェブ１０４１の断面図が、図１１Ｌに図示される。
【００９５】
半分サブガスケット付の膜ウェブ１０２５は、これらの成分がロール１０５１と発泡体又はゴム積層体ロール１０５８との間を通過するときに、開口部スラグ１１１１が依然として定位置にある状態で、キャリアウェブ１１１０上に存在する第２のサブガスケットウェブ１０４２に積層される。サブシステム１０５０によって製造されるサブガスケット付膜ウェブ１０４５の断面図が、図１１Ｍに図示される。
【００９６】
図１０Ｅに図示されるサブシステム１０６０は、ＧＤＬをサブガスケット付膜ウェブに取り付けるために使用され得る。触媒が無い電解質膜が使用される場合、この工程で使用されるＧＤＬは、触媒コーティングされ得る。ＣＣＭ膜が使用される場合、この工程で取り付けられるＧＤＬは、触媒層を必要としなくてもよい。第１のＧＤＬウェブ１０６１は、サブシステム１０６０に入力され、接着剤１０６２は、ローラー１０６３でＧＤＬウェブ１０６１に任意で接着される。接着剤は、例えば、両面粘着性移動接着剤、分注液、又は熱活性型接着剤であり得る。接着層は、例えば、接着剤がＧＤＬの幅全域に塗布されるとき、ＧＤＬウェブ１０６１上に多孔質の導電性層を形成し得る。第１の接着性ＧＤＬウェブ１０６７（接着剤１０６２を第１のＧＤＬウェブ１０６１に加える）は、第１の接着剤ＧＤＬウェブ１０６７がダイとアンビルローラー１０６４、１０６５との間を通過するときに、個別の接着剤ＧＤＬ  １０６６ａ、１０６６ｂに切断される。個別の接着剤ＧＤＬ  １０６６ａ、１０６６ｂは、例えば、真空ベルト又はキャリアウェブ上の積層体ロール１０８１、１０８２に移送される。
【００９７】
第２のＧＤＬウェブ１０７１は、サブシステム１０６０に入力され、接着剤層１０７２は、ローラー１０７３でＧＤＬウェブ１０７１に接着される。接着剤は、例えば、両面粘着性テープ、分注液、又は熱活性型接着剤であり得る。接着層は、ＧＤＬウェブ１０７１上に多孔質の導電性層を形成する。第２の接着剤ＧＤＬウェブ１０６８（接着剤１０７２を有するＧＤＬウェブ１０７１）は、第２の接着剤ＧＤＬウェブ１０６８がダイとアンビルローラー１０７４、１０７５との間を通過するときに、個別の接着剤ＧＤＬ  １０７６ａ、１０７６ｂに切断される。個別の接着剤ＧＤＬ  １０７６ａ、１０７６ｂは、真空ベルト又はキャリアウェブ上の積層体ロール１０８１、１０８２に移送され得る。
【００９８】
サブガスケット付ＣＣＭ又は電解質膜ウェブ１０８５、例えば、図１０と関連して説明されるサブガスケット付ＣＣＭ又は電解質膜ウェブは、サブシステム１０６０に入力される。開口部スラグを有する第２のキャリアウェブは、ロール１０８８で剥離される。幾つかの実施例では、ロール１０８８は、角度を成す剥離バーによって置き換えられ得る。個別の接着剤ＧＤＬ  １０６６ａ、１０６６ｂ、１０７６ａ、１０７６ｂは、個別のＧＤＬ  １０６６ａ、１０６６ｂ、１０７６ａ、１０７６ｂ及び電解質膜１０８５が、サブガスケット付５層ＭＥＡウェブ１０８６を形成するために積層ローラー１０８１、１０８２の間を通過するときに、サブガスケット付ＣＣＭ又は電解質膜１０８５に積層される。サブガスケット付５層ＭＥＡウェブ１０８６は、ロールに巻き付けられ得るか、あるいは例えば、シーターナイフ１０８７によって、個別の５層ＭＥＡ  １０８９に切断される。
【００９９】
図１０Ａ〜１０Ｅに図示されるプロセス制御モジュール１０９９は、種々の燃料電池のサブアセンブリ層間に適切な整合配置を確保するために、燃料電池のサブアセンブリ成分の相対速度及び位置を制御するためのセンサ並びに制御電子装置を含む。例えば、プロセス制御モジュール１０９９は、膜ウェブ１０８５のクロスウェブ位置を制御するために、膜ウェブ１０８５の端を感知する１つ以上のセンサを含み得る。幾つかの実施例では、膜ウェブ１０８５上に配置され、及び／又は膜ウェブの層のうちの１つ以上における切り取りを通って整合配置される基準は、他の燃料電池のサブアセンブリ成分に対して膜ウェブのダウンウェブ位置を制御するために、プロセス制御モジュールのセンサによって感知され得る。例えば、感知される基準は、膜ウェブ１０８５上の第１及び第２の個別の接着剤ＧＤＬ  １０６６、１０７６の配置を制御するために使用され得る。
【０１００】
発泡真空ダイ１０１２（図１０Ｂを参照のこと）は、ＣＣＭ又は電解質膜ウェブを個別のＣＣＭ又は個別の電解質膜に切断するために使用され、図１３Ａの断面図及び図１３Ｂの分解組立図により詳細に図示される。発泡真空ダイ１０１２は、幾つかのダイキャビティ１３１６及びダイキャビティ１３１６間の間隙１３１５を有する円筒状コアを備える。真空は、コア１３１０内の穴１３１１を通って複数のダイキャビティ１３１６内に適用される。インサート１３２０は、複数のダイキャビティ内に配置される。インサート１３２０は、材料の厚さを通って、かつ材料内の横方向の両方において真空の適用を促進する発泡材で作製され得る。コア１３１０内の穴１３１１を介して、かつ複数のダイキャビティインサート１３２０を通って適用される真空は、発泡真空ダイの表面上に個別の電解質膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃを保持する。発泡体インサート１３２０は、１つ又は幾つかの多孔質層を含み得る。発泡体インサート１３２０の材料は、製造プロセス中の損傷から個別の電解質膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃを保護するのに十分に柔軟である。
【０１０１】
発泡真空ダイ１０１２は、コア１３１０の表面から外側にかつ発泡体インサート１３２０の表面１３２１の直下に延在する１つ以上のブレード１３１２を含む。ブレード１３１２は、発泡真空ダイ１０１２がその軸線周囲を回転するときに、膜ウェブ１３２３（又は他の種類のウェブ）を個別の膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃに切断するように構成される。発泡体インサート１３２０は、膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃを取り付けるときに、ダイブレード１３１２がサブガスケットウェブ１０２０に刻み目を入れることを回避するのに十分な圧縮性を提供しながら、サブガスケットウェブへの膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃの接着取り付けを可能にするために、個別の膜１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃに十分な圧力を適用する。
【０１０２】
図１３Ｂは、発泡真空ダイ１０１２及び発泡真空ダイを準備するためのプロセスを図示する。真空ダイ１０１２は、回転可能なコア１３１０の表面から外側に延在する、約０．０５７インチ（０．１４４ｃｍ）の高さを有する１つ以上のダイブレード１３１２を有する回転可能なコア１３１０を含む。ダイブレード１３１２の構成は、複数のダイキャビティ１３１６及びダイキャビティ１３１６間の間隙１３１５を画定する。少なくとも複数のダイキャビティ１３１６内で、回転可能なコア１３１０は、コア１３１０の外面１３１９への真空の適用を促進するために、回転可能なコア１３１０の外面１３１９を通って延在する穴１３１１で穿孔される。
【０１０３】
多層インサート１３２０は、複数のダイキャビティ１３１６内に配置される。複数のダイキャビティ１３１６間の間隙１３１５は、インサートを有さない。インサート１３２０を形成するために、最初に、３．５ミル（８９μｍ）のＰＥＴテープ層１３５１がダイキャビティ１３１６内のコア１３１０の外面１３１９に適用され、続いて、接着層１３５２を有する０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）の発泡体及び６ミル（１５２．４μｍ）の接着層１３５３が適用される。６ミル（１５２．４μｍ）の両面粘着性接着層１３５３は、最初に、剥離ライナ−（図示されず）を含む。ＰＥＴテープ１３５１、発泡体１３５２、及び接着層１３５３を備えるインサート内層の取り付け後、穴１３６１、１３６２、１３６３は、インサート１３２０の外面への真空の移動を促進するために、インサート内層１３５１、１３５２、１３５３のそれぞれの中に融解する。剥離ライナ−の除去後、平面を通るか、あるいは平面中の多孔質の通気性材料１３５４の外層は、接着剤１３５３を介して発泡体１３５２に接着される。
【０１０４】
片面接着性サブガスケット及び両面接着性サブガスケットを有する電解質膜を備えるＭＥＡが製造かつ温度試験された。図１４は、試験前に両面接着性サブガスケットを有する試料ＭＥＡ構造を図示する。サブガスケットの端は、約１／８インチ（０．３１ｃｍ）だけ膜の端と重なる。
【０１０５】
図１５は、９０℃で２０時間の温度試験後の図１５のＭＥＡ構造を図示する。加熱試験中、膜は移動させられて、２つのサブガスケット間の接着剤−接着剤界面を通って突出するように見られ得る。ＭＥＡのガスケット領域は、密封目的のためにハードストップに圧縮された。温度及び水を吸収する電解質膜の能力と合わせたガスケット領域内の圧力は、膜が、この意図した境界を越えて滑り、かつ押出されるのに十分な程度の潤滑を引き起こすように見られた。この境界を越える膜押出しは、ガスケット構造、圧縮システム、及びガスケット領域に適用される圧力に応じて起こる場合もあり、あるいは起こらない場合もある。
【０１０６】
図１６は、膜上に片面接着性サブガスケットを組み込むＭＥＡ構造を図示する。サブガスケットは、約１／８インチ（０．３１ｃｍ）だけ膜の端と重なる。この構造では、第１のサブガスケット層は、第１のサブガスケット層を、接着剤を含まない第２のサブガスケット層に接合させる接着剤を含む。
【０１０７】
図１７は、９０℃で２０時間の温度試験後の図１６のＭＥＡ構造を図示する。試験後、片面接着性サブガスケットを用いたＭＥＡは、膜の押出しをほとんど又は全く示さず、図１５で証言される問題への解決策を提供する。
【０１０８】
本発明の様々な実施形態の上述の説明を、例証及び説明の目的で提示してきた。それは、包括的であることも、開示されたまさにその形態に本発明を限定することも意図していない。以上の教示を考慮すれば、多くの修正形態及び変形形態が可能である。例えば、添付の図面を参照して記載される様々な回転式固着プロセスは、例えば、当該技術分野において既知であるようなステップアンドリピート圧縮プロセスの使用によって等、代わりに非回転式方法及び装置を使用して達成することができる。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ添付の「特許請求の範囲」によって限定されるものとする。
【図１】
2013515348.tif 000003
【図２Ａ】
2013515348.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2013515348.tif 000029
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
2013515348.tif 000033
【図６Ｉ】
2013515348.tif 000034
【図６Ｊ】
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【図７Ａ】
2013515348.tif 000036
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１１Ｊ】
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【図１１Ｋ】
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【図１１Ｌ】
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【図１１Ｍ】
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【図１１Ｎ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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