(57)【要約】  ある例示的な実施形態は、ファブリックの作製および／または使用に関連するデバイス、システムおよび方法を含む。ファブリックは疎水性コーティングを含むことができる。ファブリックは微細孔サブ層を含むことができる。ある例示的な実施形態は、１つまたは複数のガス透過性導電層のためにファブリックを使用するように適合された燃料電池および／または燃料電池構造を含む。
2008524469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
ピッチ繊維を含むファブリックを得て、
前記ファブリックを疎水性材料でコートして、コーテッドファブリックを生成し、
前記コーテッドファブリックからマットを形成し、
前記マットは、微細孔サブ層を備え、
前記処理したファブリックは、５００キロパスカルで加圧した場合、０．２Ω／スクエア未満の面内厚固有抵抗および０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通面積固有抵抗を有し、さらに、２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
マットであって、
疎水性コーティングでコートされたピッチ繊維を含むコーテッドファブリックと、
前記コーテッドファブリックに付着された微細孔ポリマーサブ層と、
を備え、
５００キロパスカルで加圧した場合、０．２Ω／スクエア未満の面内厚固有抵抗および０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通面積固有抵抗を示し、かつ、２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を示すことを特徴とするマット。
【請求項３】
マットであって、
複数のピッチ繊維を含み、
５００キロパスカルで加圧した場合、０．２Ω／スクエア未満の面内厚固有抵抗および０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通面積固有抵抗を示し、かつ、２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を示し、含まれる繊維の長さが、約１ｍｍよりも長いことを特徴とするマット。
【請求項４】
方法であって、
第１の燃料電池において使用可能な一対のガス透過性導電層を作製する工程を含み、
前記一対のガス透過性導電層の各々はピッチ繊維を含むファブリックを有し、
前記一対のガス透過性導電層の各々のガス透過性導電層は、燃料電池の面内電流コレクタとして適用され、
膜電極アセンブリと前記一対のガス透過性導電層の組み合わせは、アノードガス分配層の一端とカソードガス分配層の対向端との間の電圧差が、前記端が約３ｃｍの幅で分離された時に、約０．５ボルトである場合、少なくとも０．２５ａｍｐ／ｃｍ２の燃料電池電流密度が得られるように適用され、
前記ファブリック中に含まれる繊維は、長さが約１ｍｍよりも長いピッチ繊維を含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
さらに前記ファブリックを疎水性材料中に浸漬させる工程を含む方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
さらに前記ファブリックをポリテトラフルオロエチレン分散物に浸漬させる工程を含む方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、
さらに、前記ファブリックを疎水性材料に浸漬させる工程と、
前記ファブリックを乾燥させる工程と、
を含む方法。
【請求項８】
請求項４に記載の方法において、
さらに微細孔サブ層を前記ファブリック上に設ける工程を含む方法。
【請求項９】
請求項４に記載の方法において、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンと２−プロパノールとを含む混合物を前記ファブリックに適用し、微細孔サブ層を形成させる工程を含む方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の方法において、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンと、炭素粒子と、２−プロパノールと、を含む混合物を前記ファブリックにエアブラッシングし、前記第１の燃料電池に備えられる触媒層に隣接するように設けられた前記ファブリックの側に微細孔サブ層を形成させる工程を含む方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の方法において、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンと、炭素粒子と、２−プロパノールと、を含む混合物を前記ファブリックにエアブラッシングし、約１５μｍを超える厚さの微細孔サブ層を形成させる工程を含む方法。
【請求項１２】
請求項４記載の方法において、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンと、炭素粒子と、２−プロパノールと、を含む混合物を前記ファブリックに適用した後、前記ファブリックを焼成させる工程を含む方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の方法において、
さらに、ポリテトラフルオロエチレンと、炭素粒子と、２−プロパノールと、を含む混合物を、織ピッチ繊維を含む前記ファブリックにエアブラッシングし、微細孔サブ層を形成する工程と、
前記ファブリックを、約２５０℃を超える温度で焼成する工程と、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項４に記載の方法において、
さらに、前記ファブリックを加熱しエポキシコーティングを除去する工程を含む方法。
【請求項１５】
前記ファブリックは繻子織で織られている請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファブリックは５０００繊維を含む束から構成される３−ハーネスファブリックである請求項４の方法。
【請求項１７】
前記繊維は紡糸繊維から構成されている請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
前記一対のガス透過性導電層の各々は実質的に平行である請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
前記一対のガス透過性導電層は、第２のガス透過性導電層に実質的に平行な第１のガス透過性導電層を備え、前記第１のガス透過性導電層は、前記第２のガス透過性導電層から膜電極アセンブリにより分離されている請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
請求項４に記載の方法において、
前記一対のガス透過性導電層は、第２のガス透過性導電層に実質的に平行な第１のガス透過性導電層を備え、前記第１のガス透過性導電層は、前記第２のガス透過性導電層に部分的にオーバーラップしていることを特徴とする方法。
【請求項２１】
燃料電池システムであって、
第１のガス透過性導電層と、
第２のガス透過性導電層と、
を備え、
前記第２のガス透過性導電層は前記第１のガス透過性導電層に実質的に平行であり、前記第１のガス透過性導電層は前記第２のガス透過性導電層から、第１の膜電極アセンブリにより分離され、前記第１のガス透過性導電層は、前記第１の膜電極アセンブリのアノードに接着され、前記第２のガス透過性導電層は前記第１の膜電極アセンブリのカソードに接着され、前記第１の膜電極アセンブリは前記第１の膜電極アセンブリの平らな表面に垂直な第１の中心軸を規定し、前記第２のガス透過性導電層は、燃料電池内の面内電流コレクタとして適用され、前記第１の膜電極アセンブリと前記第１のガス透過性導電層と前記第２のガス透過性導電層との組み合わせは、アノードガス分配層の一端とカソードガス分配層の対向端との間の電圧差が、前記端が約３ｃｍの幅だけ分離された時に、約０．５ボルトである場合、前記膜電極アセンブリの少なくとも０．２５ａｍｐ／ｃｍ２の燃料電池密度が得られるように適合された、第１の燃料電池と、
前記第２のガス透過性導電層に直接、電気的に結合された第２の膜電極アセンブリ中に含まれるアノードを備え、前記第２の膜電極アセンブリは、前記第２の膜電極アセンブリに含まれる前記アノードの平らな表面に垂直な第２の中心軸を規定し、前記第１の中心軸は、前記第２の中心軸と実質的に非共線的である、第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池との間の気密シールと、
を備える燃料電池システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２のガス透過性導電層は、第３のガス透過性導電層に接着されるように適用されたタブを備え、前記第３のガス透過性導電層は、前記第２の膜電極アセンブリに含まれる前記アノードに接着され、前記タブは、少なくとも部分的に、前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池との間で前記気密シールを形成する燃料電池システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２のガス透過性導電層のオーバーラップ部分は、第３のガス透過性導電層のオーバーラップ部分に、オーバーラップし、かつ接着されて、導電接着剤を介して気密カップリングを形成し、前記第３のガス透過性導電層は、前記第２の膜電極アセンブリに含まれる前記アノードに接着される燃料電池システム。
【請求項２４】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２のガス透過性導電層は、前記第２の膜電極アセンブリに含まれる前記アノードに接着され、前記第２のガス透過性導電層は前記気密シールを備える燃料電池システム。
【請求項２５】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２のガス透過性導電層は、ｚ−ストリップを介して、前記第２の膜電極アセンブリ電池中に含まれる前記アノードに電気的に結合される燃料電池システム。
【請求項２６】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに前記第１の燃料電池のための冷却剤流を誘導するように適合されたチャネルを少なくとも部分的に規定するシールストリップを備える燃料電池システム。
【請求項２７】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに前記第１の燃料電池により生じた水を第２の燃料電池から分離するように適合されたシールストリップを備える燃料電池システム。
【請求項２８】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに前記燃料電池システムを別の燃料電池システムから分離するように適合されたポリマー支持体を備える燃料電池システム。
【請求項２９】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに前記燃料電池システムを別の燃料電池システムから分離するように適合された波形ポリマー支持体を備える燃料電池システム。
【請求項３０】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに前記第１の燃料電池に電気的に結合され、バスに電気的に結合された電気端子を備える燃料電池システム。
【請求項３１】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムに電気的に結合された電気端子をさらに備え、前記電気端子は、バスに電気的に結合され、前記バスは少なくとも１つの別の燃料電池システムに電気的に結合され、前記燃料電池システムと前記少なくとも１つの他の燃料電池システムの間で並列電気結合が形成されている燃料電池システム。
【請求項３２】
請求項２１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムに電気的に結合された電気端子をさらに備え、前記電気端子は、バスに電気的に結合され、前記バスは少なくとも１つの別の燃料電池システムに電気的に結合され、前記燃料電池システムと前記少なくとも１つの他の燃料電池システムの間で直列電気結合が形成されている燃料電池システム。
【請求項３３】
第１のガス透過性導電層の一部を、第１の燃料電池に関連する第１の膜電極アセンブリに接着する工程であって、前記第１の膜電極アセンブリは前記第１の膜電極アセンブリの平らな表面に垂直な第１の中心軸を規定し、前記第１のガス透過性導電層は、燃料電池中で面内電流コレクタとして適用され、前記第１の膜電極アセンブリと前記第１のガス透過性導電層と第２のガス透過性導電層との組み合わせは、アノードガス分配層の一端とカソードガス分配層の対向端との間の電圧差が、前記端が約３ｃｍの幅だけ分離された時に、約０．５ボルトである場合、前記膜電極アセンブリの少なくとも０．２５ａｍｐ／ｃｍ２の燃料電池電流密度を生成するように適合される工程と、
第２のガス透過性導電層の一部を前記第１の膜電極アセンブリに接着する工程と、
前記第１の燃料電池と第２の燃料電池の間で気密シールを形成する工程であって、前記第２の燃料電池は、第２の膜電極アセンブリを備え、前記第２の膜電極アセンブリは前記第２の膜電極アセンブリの平らな表面に垂直な第２の中心軸を規定し、前記第１の中心軸は、前記第２の中心軸と実質的に平行で、オフセットさせる工程と、
を含む方法。
【請求項３４】
第１の燃料電池と第２の燃料電池の間に界面を備えるシステムであり、
水素を輸送するように適合された、前記第１の燃料電池により備えられる第１のガス透過性導電層と、
水素を輸送するように適合された、前記第２の燃料電池により備えられる第２のガス透過性導電層であって、前記第２のガス透過性導電層のオーバーラップ部分は、導電接着剤を介して、前記第１のガス透過性導電層のオーバーラップ部分に、オーバーラップし、かつ接着されている第２のガス透過性導電層と、
前記第１のガス透過性導電層に隣接し、前記第１のガス透過性導電層の、前記第２のガス透過性導電層の前記オーバーラップ部分とは反対の側に隣接して配置された、膜電極アセンブリと、
を備えるシステム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリによって分離された、第３の膜透過性導電層を備えるシステム。
【請求項３６】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリによって分離された第３の膜透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層の一部に隣接し、前記膜電極アセンブリに隣接する前記第３のガス透過性導電層の側と反対側に配置されたスペーサストリップと、
を備えるシステム。
【請求項３７】
前記第１のガス透過性導電層に電気的に結合された電気端子をさらに備える請求項３４記載のシステム。
【請求項３８】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリにより分離された第３のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層に電気的に結合された電気端子と、
を備えるシステム。
【請求項３９】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリにより分離された第３のガス透過性導電層を備え、
前記第３のガス透過性導電層は酸素流を誘導するように適合されたチャネルを部分的に規定するシステム。
【請求項４０】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリにより分離された第３のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつスペーサにより分離された第４のガス透過性導電層と、
を備えるシステム。
【請求項４１】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリにより分離された第３のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつスペーサにより分離された第４のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層と前記第４のガス透過性導電層との間で規定され、水素流を誘導するチャネルと、
を備えるシステム。
【請求項４２】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつ前記膜電極アセンブリにより分離された第３のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層に対し、実質的に平行であって、かつスペーサにより分離された第４のガス透過性導電層と、
前記第３のガス透過性導電層と前記第４のガス透過性導電層との間で規定され、酸素流を誘導するチャネルと、
を備えるシステム。
【請求項４３】
前記第２の燃料電池は、前記第１の燃料電池に直列に電気的に結合される請求項３４記載のシステム。
【請求項４４】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層により部分的に規定されるカソードと、前記第２のガス透過性導電層により部分的に規定されるアノードとの間の気密相互接続を備えるのシステム。
【請求項４５】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層と前記第２のガス透過性導電層と、を備える複数の非平面ガス透過性導電層を有するシステム。
【請求項４６】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１のガス透過性導電層と前記第２のガス透過性導電層と、を備える複数の平行な非平面ガス透過性導電層を有するシステム。
【請求項４７】
請求項３４に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１の燃料電池と直列に結合された第２の燃料電池を備え、前記第２の燃料電池の第１のガス透過性導電層は、前記第１の燃料電池の前記第１のガス透過性導電層と非平行であるシステム。
【請求項４８】
前記第１のガス透過性導電層の第１の部分は、前記第１のガス透過性導電層の第２の部分と非平行である請求項３４に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第１のガス透過性導電層は、水素流を誘導するように適合された第１のチャネルを部分的に規定し、前記第２のガス透過性導電層は、酸素流を誘導するように適合された第２のチャネルを部分的に規定する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項５０】
請求項３４に記載のシステムにより発生した電流は、前記第１のガス透過性導電層の長さに対応しているシステム。
【請求項５１】
請求項３４に記載のシステムにより発生した電圧は、前記第１の燃料電池を備える、直列に電気的に結合された複数の燃料電池の総数に対応しているシステム。
【請求項５２】
前記膜電極アセンブリは、水素と酸素の間の反応速度を増加させるように適合された触媒を含む請求項３４に記載のシステム。
【請求項５３】
導電接着剤を介して、第１のガス透過性導電層の一部分を第２のガス透過性導電層の一部分に接着し、前記第１のガス透過性導電層と前記第２のガス透過性導電層とは、水素を輸送するように適合され、前記第２のガス透過性導電層の前記部分を前記第１のガス透過性導電層の前記部分とオーバーラップさせる工程と、
膜電極アセンブリを前記第１のガス透過性導電層に隣接して配置し、前記膜電極アセンブリが、前記第２のガス透過性導電層にオーバーラップする前記第１のガス透過性導電層の側と反対側に配置される工程と、
を含む方法。
【請求項５４】
第１の燃料電池と第２の燃料電池とを備える複数の燃料電池を備え、
前記複数の燃料電池は、
第１の水素流を誘導するように適合され、第１のスペーサストリップ、第２のスペーサストリップ、第１の触媒膜ガス透過性層アセンブリ、第２の触媒膜ガス透過性膜アセンブリにより境界が示された、第１のチャネルと、
第２の水素流を誘導するように適合され、第２のスペーサストリップ、第３のスペーサストリップ、第３の触媒膜ガス透過性層アセンブリ、第４の触媒膜ガス透過性膜アセンブリにより境界が示され、前記第２のチャネルと前記第１のチャネルは気密界面を介して分離される、第２のチャネルと、
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池デバイス、システムおよび方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００２】
様々な可能性のある実用的で、有用な実施形態が、ある例示的な実施形態の下記詳細な説明により、添付の例示的な図面を参照すると、より容易に理解される。
【０００３】
本出願は、下記係属中の米国特許仮出願に対し優先権を主張し、これらを参照により本明細書に全体として組み入れる。２００４年１２月２０日に出願された米国特許出願第６０／６３６，８６８号、２００５年１２月１９日に出願された米国特許出願。
【０００４】
定義
下記用語を本明細書で実質的に使用する場合、添付の適宜を適用する。
【０００５】
2-propanol：２−プロパノールー−イソプロピルアルコールまたはイソプロパノール。２−プロパノールに対する化学式はＣＨ３−ＣＨＯＨ−ＣＨ３である。
【０００６】
3-harness:３−ハーネス−横糸を持ち上げ、分離し、これによりシャトルに乗った縦糸が通過することができる織機上の３つの木製または金属製フレーム；３つの横糸を持ち上げ、分離し、これにより縦糸と通過させることにより作製したファブリック。
【０００７】
a:１つ−少なくとも１つ。
【０００８】
activity:アクティビティ−作用、活動、工程、および／またはプロセスもしくはその一部。
【０００９】
adapted to:に適合された−特定の用途または状況に対して適すようにされた、または適応された。
【００１０】
adapter:アダプタ−デバイスまたはシステムの１つまたは複数の要素の異なる部品間の動作適合性を実行するために使用されるデバイス。
【００１１】
adhesive:接着剤−１つの表面に接着する、または表面間の接着を引き起こす物質。
【００１２】
adjacent:隣接する−隣にある、しかし、必ずしも接触していない。
【００１３】
airbrush:エアブラシ−噴霧器により噴霧すること、噴霧器は液体を噴霧するために圧縮空気を使用するように適合されている。
【００１４】
ａｍｐ−電流測定単位。
【００１５】
and/or:および／または−〜と合わせてまたは〜の代わりに、のいずれか。
【００１６】
anode:アノード−酸化が起きる電気化学電池の部位。
【００１７】
apparatus:装置−特定の目的のための器具またはデバイス。
【００１８】
apply:適用する−何かと接触させる、上に置く。
【００１９】
approximately:約、概ね−ほとんど同じ。
【００２０】
associated:関連する−関係する。
【００２１】
bond:接着する−付着する。
【００２２】
bound:境界を示す−程度を限定する。
【００２３】
bundle:束−複数の集合繊維。
【００２４】
bus:バス−複数の回路間の共通接続を形成する導体。
【００２５】
can:できる−少なくともいくつかの実施形態で可能である。
【００２６】
carbon particles:炭素粒子−平均寸法が約１ｎｍ〜１０００μｍの間である複数の炭素片。
【００２７】
carrier:キャリヤ−成分または薬剤を適用または移動させる方法として、活性成分または薬剤に添加される物質。
【００２８】
catalyst:触媒−化学および／または電気化学反応速度を改善するように適合された物質。例えば、燃料電池用の触媒は炭素粒子に担持された白金および／または他の貴金属を含むことができる。
【００２９】
catalyst layer:触媒層−イオンおよび電子を伝導するように適合されたポリマーおよび炭素粒子の混合物を備え、触媒を組み入れた層、この層内で燃料電池反応が起きる。
【００３０】
catalyzed membrane gas permeable layer assembly:触媒膜ガス透過層アセンブリ−第１のガス透過性導電層と第２のガス透過性導電層の間に挟まれた膜電極アセンブルを含むシステム。
【００３１】
cathode:カソード−還元が起きる電気化学電池の部位。
【００３２】
centimeter:センチメートル−１メートルの１００分の１に等しい長さのメートル単位。
【００３３】
centroidal axis中心軸−平面物体の長さおよび幅により規定される面に垂直で、平面物体の中心を通る軸。
【００３４】
channel:チャネル−規定された通路。
【００３５】
coat:コートする−何かを被覆する薄層を適用すること（動詞）。
【００３６】
coated fabric:コーテッドファブリック（被覆繊維）−所望の物質で被覆された複数の繊維。
【００３７】
coil:コイル−実質的に螺旋状の断面を有する構造に巻く、および／または形成すること。
【００３８】
comprising:備える−含むがそれらに限定されない。
【００３９】
connect:接続する−連結するまたは共に固定する。
【００４０】
convey:運搬する−〜を伝送する媒体として機能する。
【００４１】
coolant:冷却剤−物体からの熱エネルギーを伝達するように適合された材料。
【００４２】
corrugated:波形の−折り畳まれて平行な尾根および／または谷とされたもの。
【００４３】
count:総数（カウント）−アイテムの定量数。
【００４４】
coupleable:結合可能な−共に連結、接続および／または結合させることができる。
【００４５】
coupling:カップリング−何らかの方法での結合。
【００４６】
current density:電流密度−所定の面積にわたる電子の流れの定量的測定値。
【００４７】
Darcy:ダルシー−面積単位を有する透過率の単位。１ダルシーは０．９８６９２３μｍ２に等しい。
【００４８】
Darcy permeability:ダルシー透過率−流体の多孔性媒質を通って流れる能力を測定する透過率。透過率はダルシーの法則を用いて規定され、下記のように書くことができる：
ν＝κ△Ｐ／μ△ｘ
式中、
κは媒質の透過率であり、
ｖは媒質を通る表面（またはバルク）流量であり、
μは流体の動的粘性率であり、
△Ｐは適用した圧力差であり、
△ｘは媒質の厚さである。
【００４９】
define:規定する−〜の概略、形態、または構造を確立すること。
【００５０】
degrees centigrade:セ氏度（℃）−水の凝固点と沸点の間の間隔を１００度に分割し、０度が凝固点を示し、１００度が沸点を示す温度測定スケール。
【００５１】
determine:決定する−解明する、獲得する、および／または計算する。
【００５２】
device:デバイス−機械、製品、および／またはその集合体。
【００５３】
direct:誘導する−所定の進路で移動する、またはそれに従うようにする（動詞）。
【００５４】
directly:直接−電流のソースまたはシンクを介在することなく。
【００５５】
dispersion:分散物−液体中の固体粒子の混合物。
【００５６】
dry:乾燥する−液体を除去する。
【００５７】
electrical terminal:電気端子−燃料電池に電気的に結合された、および燃料電池により電力供給されるように適合された電気回路に電気的に結合された導電材料。
【００５８】
electrically conductive:導電性−電気エネルギーを運搬するように適合された。
【００５９】
electrically coupled:電気的に結合された−電気エネルギーを移動させるように適合された様式で接続された。
【００６０】
electrolyte layer:電解質層−イオンを伝導するように適合された、規定された厚さのポリマー系材料。
【００６１】
epoxy coating:エポキシコーティング−物体表面上にあり、架橋ポリマー構造を有する熱硬化性樹脂を含む層。
【００６２】
extrude:押し出し成形−ダイを通して押し出すことにより成形すること。
【００６３】
fabric:ファブリック（織物）−天然または合成繊維を、織り、編み、加圧し、および／またはフェルト化することにより形成した材料。
【００６４】
fabricate:作製する−製造すること。
【００６５】
fiber:繊維−天然または合成フィラメント
【００６６】
flow:流れ−ストリームおよび／カレント（名詞）
【００６７】
fold:折り畳む−曲げること。
【００６８】
form:形成する−何かを発生させ、または存在させる（動詞）。
【００６９】
fuel cell:燃料電池−燃料、例えば水素と酸素の間の化学反応により生成した電気エネルギーを獲得し、および／または運搬する電気化学電池。
【００７０】
gas permeable electrically conductive layer:ガス透過性導電層−水素、酸素、窒素、水蒸気、および液体の水に対して透過性がある、規定された厚さの導電性材料。
【００７１】
gas-tight:気密−酸素および水素に対し実質的に不透過性である。
【００７２】
greater:より大きな−大きさがより大きい。
【００７３】
heat:加熱−熱エネルギーを適用すること。
【００７４】
hydrogen:水素−１つのプロトンと１つの電子を有する各原子により規定される元素。
【００７５】
hydrogen ion:水素イオン−水素原子の核の周りの実質的な専用軌道に電子が存在しないことにより特徴づけられる水素原子；対応する電子が欠乏した単一プロトン。
【００７６】
hydrophobic material:疎水性材料−撥水性材料。
【００７７】
in-plane thickness specific resistivity:面内厚固有抵抗−薄いシート内を流れる電流に対する、Ω又はΩ／平方（スクエア：□）で表される、単位長さあたりのボルトで表された電圧降下の単位幅あたりのＡｍｐで表された電流に対する比率。
【００７８】
install:設置−定位置で接続または設定し、使用の準備をすること。
【００７９】
interconnect:相互接続−２つまたはそれ以上のものの間の接合。
【００８０】
interface:界面−隣接する物体の間の共通の境界を形成する表面。
【００８１】
kilopascal:キロパスカル−１０００単位の圧力。各圧力単位は、１ニュートン／平方メートルに等しい。
【００８２】
lateral axis:横軸−物体の幅に平行で、物体の中心を通ると規定された直線。
【００８３】
length:長さ−最も大きな次元に沿ったものの程度の測定値。
【００８４】
locate:配置する−位置決めすること。
【００８５】
location:位置−どこに何かが物理的に存在するかを実質的に近似した場所。
【００８６】
may:〜してもよい−少なくともいくつかの実施形態で、可能とされ、および／または許可される。
【００８７】
mat:マット−複数の繊維束を含むファブリック。
【００８８】
membrane electrode assembly:膜電極アセンブリ−触媒電解質層間にプロトン電解質膜を備える、水素イオンを伝導するように適合されたサンドイッチ構造。
【００８９】
method:方法−何かを達成するためのプロセス、手順、および／または関連アクティビティの集合。
【００９０】
μｍ(マイクロメートル：ミクロン)−１メートルの１００万分の１に等しい長さの単位。
【００９１】
microporous sub-layer:微細孔サブ層−直径が約１ｎｍ〜約１０００μｍの範囲にある非常に小さな細孔またはチャネルにより特徴づけられる、規定された厚さの材料。
【００９２】
ｍｍ(ミリメータ)−１メートルの１０００分の１に等しい長さのメートル単位。
【００９３】
mixture:混合物−化学的に、互いに結合されず、分離されていることが可能な２つまたはそれ以上の物質の組成物。
【００９４】
molecule:分子−物質の化学的および物理的特性を保持し、２つまたはそれ以上の原子を備える物質の最も小さな粒子。
【００９５】
Non-collinear:非共線的−単一の直線上に存在しない、または単一の直線を通過しない。
【００９６】
non-planar:非平面−実質的に平らな表面内にない、またはそれと関連しない。
【００９７】
not:〜ない−全く〜ない。
【００９８】
offset:オフセット−不十分な距離を超えて分離されている。
【００９９】
Ω−１ボルトの端子間の電位差によって、１アンペアの電流に生ずる導体の抵抗に等しい電気抵抗単位。
【０１００】
Ω per square:Ω／平方（Ω／スクエア）−単位幅あたり１アンペアの電流に、単位長さあたり１ボルトの電位によって発生する導体の抵抗に等しい電気抵抗単位。
【０１０１】
oppose:対向する−〜から反対を向く。
【０１０２】
opposite:対向した−〜から反対を向いた。
【０１０３】
overlap:オーバーラップ−（名詞）重なる、または重ねられた部分もしくは一部。
【０１０４】
overlap:オーバーラップする−（動詞）〜の一部上に延在する、および〜の一部を被覆する。
【０１０５】
oxygen:酸素−８つの陽子および８つの電子を含む各原子により規定される元素。
【０１０６】
pair:対−２つのアイテムの組。
【０１０７】
parallel:平行−交差しない２つまたはそれ以上の真っ直ぐな同一面内の線の、それらに関連する、またはそれらを指定する。
【０１０８】
parallel electrical coupling:並列電気的結合−電流を２つまたはそれ以上の経路に分割する電気回路中の部品の配列。
【０１０９】
partially:部分的に−ある程度；全てではない
【０１１０】
perpendicular:垂直−概ね直角で交差する２つまたはそれ以上の真っ直ぐな同一面内の直または面の、それらに関する、またはそれらを示す。
【０１１１】
pitch fiber:ピッチ繊維−高粘性有機液体から作製した炭素繊維。
【０１１２】
place:配置する−特別な場所または位置に置くこと。
【０１１３】
planar surface:平らな表面−実質的に平らな面により規定される表面。
【０１１４】
plurality:複数−複数の、および／または１を超える状態。
【０１１５】
polymer support:ポリマー支持体−ポリマー材料から構成された多孔質マトリクス、材料は１つまたは複数の燃料電池間の空間を規定するように適合されている。
【０１１６】
polymeric:ポリマーの−１つまたは複数のポリマーを含む。
【０１１７】
polymeric material:ポリマー材料−多くの化学的に結合したより小さな分子から構成される巨大分子から構成される物質。
【０１１８】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）−熱および化学物質に耐性があり、摩擦係数がかなり低い、熱可塑性樹脂（Ｃ２Ｆ４）ｎ。
【０１１９】
protion:部分−より大きな全体より小さな一部。
【０１２０】
predetermined:所定の−前もって設定された。
【０１２１】
proton electrolyte membraneプロトン電解質膜（ＰＥＭ）−プロトン伝導電解質として、ならびに燃料電池のカソードを燃料電池のアノードから分離するバリヤ膜として作用する燃料電池中の電解質層。
【０１２２】
provide:提供する−与えるおよび／または供給すること。
【０１２３】
rate of reaction:反応速度−化学結合または分解がどのような速さで起きるかについての定量的測定値。
【０１２４】
receive:受理する−提供されたおよび／または与えられた何かを受け入れる。
【０１２５】
remove:除去する−取り除くこと。
【０１２６】
repeatedly:繰り返し−何度も；たびたび。
【０１２７】
satin weave:繻子織−複数の横糸の各々が、複数の縦糸の上を行き、その後、縦糸の下を行く織り方。
【０１２８】
seal strip:シールストリップ−冷却剤の流れを誘導するように適合されたチャネルを少なくとも部分的に規定するように適合された材料。
【０１２９】
section:セクション−物体の規定された部分。
【０１３０】
separated:分離された−接触していない。何かで離されている。
【０１３１】
series:直列−１つの電気回路中の構成要素の順々の配列であり、それらの間で電流が分割されない。
【０１３２】
set:組−関連する複数のもの。
【０１３３】
side:側−固体物体の境界を示す表面。
【０１３４】
sinter:焼結−加熱によりコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）塊を形成すること。
【０１３５】
soak:浸す−液体および／または所定の環境に一定時間、浸漬させること。
【０１３６】
spacer strip:スペーサストリップ−液体の水が実質的に透過できず、水素および／または酸素を伝導するように適合されたチャネルを部分的に規定する物質片。
【０１３７】
spun:紡いだ−複数の原料繊維をよって、連続する繊維の組み合わせを形成させる工程を含むプロセスにより製造された。
【０１３８】
square centimeter:平方センチメートル−１センチメートルの長さを有する正方形の面積に等しい決定された面積。
【０１３９】
stretch broken:伸張破断−複数の繊維を破壊点まで伸張させ、これにより、規定した上限までの範囲の長さを有する破断繊維を生成させることにより製造した。
【０１４０】
substantially:実質的に−非常にまたは大いに。
【０１４１】
support:支持する−〜の重量を、とりわけ下から支える。
【０１４２】
system:システム−機構、デバイス、データ、および／または指示の集合、１つまたは複数の特定機能を実行するように設計された集合。
【０１４３】
tab:タブ−比較的小さなストリップまたはアタッチメント。
【０１４４】
temperature:温度−物質の運動エネルギーの測定値。
【０１４５】
therefrom:そこから−ある場所、時間またはものから。
【０１４６】
thickness:厚さ−物体に関連する寸法の定量的測定値。
【０１４７】
through-plane area specific resistance:面貫通面積固有抵抗−単位Ω−ｃｍ２で表され、電流の方向の単位面積および特定の長さにおける導体の電気抵抗。
【０１４８】
usable:使用可能な−使用することができる。
【０１４９】
vapor grown:気相成長された−ガス状物質の凝縮により製造された。
【０１５０】
via:〜を介して−〜により、および／または〜を用いて。
【０１５１】
volts:ボルト−２点間での消費電力が１ワットである時に、１アンペアの定電流を流す導線上の２点間の電位の基本測定量。
【０１５２】
width:幅−ものの一次元に沿った長さの測定値。
【０１５３】
woven:織った−材料のストリップまたはストランドを織り合わせ、および／または織り混ぜることにより構築された。
【０１５４】
yield:生成する−何かを作製すること。
【０１５５】
z-strip:ｚ−ストリップ−第１の燃料電池を第２の燃料電池に電気的に結合させるように適合され、ｚ字（zigzag）断面を有する導電材料。ｚ−ストリップはガス透過性導電層ではない。
【０１５６】
詳細な説明
ある例示的な実施形態は、ファブリックの製造および／使用に関連するデバイス、システムおよび方法を含む。ファブリックは、疎水性コーティングを備えることができる。ファブリックは微細孔サブ層を備えることができる。ある例示的な実施形態は、１つまたは複数のガス透過性導電層のためにファブリックを使用するように適合された燃料電池および／または燃料電池構造を含む。
【０１５７】
ある例示的な実施形態は、燃料電池で使用することができる、ガス透過性導電層として使用するために適合された繊維ファブリックの製造および／または使用を含む。ある例示的な実施形態では、繊維ファブリックは、疎水処理がされ、微細孔サブ層を有する、市販の平織ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維拡散媒質（media）とすることができる。例えば、ＰＡＮ繊維拡散媒質は、ニュージャージー州サマセットＥ−ＴＥＫ社から入手可能なＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックとすることができる。
【０１５８】
ある例示的な実施形態では、繊維ファブリックは、例えば５０μｍの厚さの微細孔サブ層（ＭＳＬ）を有する、厚さを増加させたＰＡＮ（ＩＴＰＮ）炭素布とすることができる。ＩＴＰＮファブリックは、ＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックよりも厚い５−ハーネス繻子織ＰＡＮ繊維拡散媒質とすることができる。
【０１５９】
ある例示的な実施形態では、繊維ファブリックは、特注の一方向ピッチ繊維（ＵＮＩ）とすることができ、これは、繊維中で、約５００、６３４、１０９７、１２００、４０００、５０００，６２３４、７５００、１００００、２３４５６、３５０００、４２０００、４７８７５、５００００、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の量で番号付けされた繊維束から製造された一方向ピッチ繊維から構成された不織繊維マットとすることができる。ある例示的な実施形態は、繊維ファブリックを配向させることができ、そのため、ファブリックの最も高い伝導度の方向が、一次（primary）電流方向に調整される。
【０１６０】
ある例示的な実施形態は、複数の炭素繊維を備えるファブリックを含むことができる。ファブリックは、織ること（weaving）、マット化（matting）、フェルト化（felting）するなどにより形成させることができる。ファブリック中に含まれ、一次電流を流す方向に配向された繊維は、長さが約１ｍｍより大きなピッチ炭素繊維とすることができる。ファブリック中で、横方向（充填方向：fill direction）に含まれる繊維は、導電率に関連しない特性に基づき選択することができる。例えば、ファブリックにおいて、横方向に含まれる繊維は、引っ張り強さ、せん断強さ、および／または任意の他の特性、などに基づき選択することができる。
【０１６１】
ある例示的な実施形態では、繊維ファブリックは、バージニア州チェサピークの三菱化学アメリカ（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｍｅｒｉｃａ）から入手可能な５０００繊維束から構成された、３−ハーネス繻子織ピッチ繊維ファブリックとすることができる、ＭＳＬが適用された粗く織ったピッチ（ＣＷＰＴ）に基づく炭素布ファブリック（例えば、三菱（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ−３ＨＳ）ファブリック）とすることができる。
【０１６２】
ファブリックは、エポキシコーティングおよび／または塗布（サイジング：sizing）を含むことができ、これは熱処理により除去することができる。ファブリックは、押出繊維、延伸繊維、および／または紡糸繊維を含むことができ、繻子織で織ることができる。ファブリック中に含まれる繊維は、長さが、約０．５ｍｍより長くすることができ、約０．５、０．７、１、２、２０．５、５０、７９．７、１９８、２４５．６、４７９、５００、８２３．２、９１２、１０００より大きな、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の、ｍｍで表される長さの繊維を含むことができる。ファブリック中に含まれる繊維は、織り、マット化し、および／またはフェルト化する、などにより形成させることができる。ファブリック中に含まれる繊維は、気相成長されず、押し出されず、かつ／または伸張破断されない。
【０１６３】
ある例示的な実施形態では、ファブリックは、ファブリックを加熱し、エポキシコーティングおよび／またはサイジングを除去することにより、ガス透過性導電層として使用するように適合させることができる。
【０１６４】
ある例示的な実施形態では、疎水性処理および／または微細孔サブ層（ＭＳＬ）をファブリックに適用し、被覆（コーテッド）ファブリックを形成することができる。疎水性処理は分散物とてして適用し、その後、乾燥、硬化、および／または焼結させることができる。微細孔サブ層をコーテッドファブリックに適用し、マットを形成する。微細孔サブ層には、分散、エアーブラッシング、噴霧、ブラッシング、テープ成形、ローリング、ロールコーティング、逆ロールコーティング、ナイフコーティング、スクリーン印刷、および／または真空フィルタリング、などを介して適用することができる。微細孔サブ層は、ファブリックと共に焼結させることができ、これによりファブリックおよび／またはファブリック束を強固にすることができる。
【０１６５】
例えば、ファブリックを疎水性材料に浸漬させ、コーテッドファブリックを形成させることができる。例えば、ファブリックをポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）分散液、フッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）分散液、および／またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）分散液、などに浸漬させることができる。ＰＴＦＥ分散液は約６０％のＰＴＦＥ、約４０％の水、および／または安定性を改善するための界面活性剤を含むことができる。ＰＴＦＥ分散物は、デラウエア州、ウィルミントンのデュポン社（ＤｕＰｏｎｔ，Ｉｎｃ．）から入手可能な「テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）」（登録商標）−３０を含むことができる。ファブリックを疎水性材料に浸漬させた後、ファブリックを乾燥させることができる。
【０１６６】
ＭＳＬは、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン−３０）、炭素粒子、およびキャリヤ、例えば２−プロパノール（ＩＰＡ）の混合物を介して適用される。混合物は、１５、２０．１、１５、４０．８、５０、９８．６、１００、１４４、１５０、１８０、２４５．５、５００μｍおよび／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲を超えるの厚さのＭＳＬを形成するように適用することができる。混合物は、インクを形成するように混合される成分（例えば、１重量％のテフロン３０と、約３重量％の炭素粒子と、約９６重量％のＩＰＡ）を含むことができる。ある例示的な実施形態では、マサチューセッツ州ボストンのカボット社（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．）由来のブルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ−７２Ｒの商標で販売されているものなどの、炭素粒子を入手することができる。微細孔サブ層を形成した後、ファブリックを約１００、２２７．６、２５０、２８９．３、３２７、３３５．９、３５４．３、３５０℃およびそれらの間の任意の値またはサブ範囲を超える温度で乾燥させることができる。ＭＳＬを乾燥させた後、ファブリックを、約２００、２２７．６、２５０、２８９．３、３２７、３３５．９、３５４．３、５００℃およびそれらの間の任意の値またはサブ範囲を超える温度で焼結させることができる。ＭＳＬは、燃料電池に含まれる触媒層に隣接するように適合されたファブリックの側に配置することができる。
【０１６７】
マットは繻子織の複数のピッチ繊維を含むことができる。例えば、改良Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ−３ＨＳファブリックは、約５００ｋＰａで圧縮すると約０．２Ω／平方未満の面内厚固有抵抗および約０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通面積固有抵抗、ならびに約２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を有することができる。燃料電池内で面内コレクタとして使用するのに適合させる場合、膜電極アセンブリと２つのガス透過性導電層との組み合わせを適合させると、アノードガス分布層の一端とカソードガス分布層の対向端との間の電圧差が、前記端を約３ｃｍの幅で分離した時、約０．５ボルトとなる場合、アノードガス分布層、前記膜電極アセンブリの少なくとも０．２２ａｍｐ／ｃｍ２の燃料電池電流密度を得ることができる。
【０１６８】
ある例示的な実施形態は、ＰＡＮ系糸を用いたある織構造の厚さおよび／または繊維密度（繊維／ｃｍ）を増加させることにより、より低い面内抵抗を達成することができる。これにより得られたファブリックは、厚さ増加ＰＡＮ（ＩＴＰＮ）に基づく炭素布シリーズ拡散媒体と呼ぶことができ、これは、燃料電池ガス透過性導電層を作製するように適合させることができる。ＩＴＰＮ織炭素布は、６トウ（ｔｏｗ）を含むより合わせた炭素繊維糸を有することができる。各トウは、約２００ＰＡＮ系炭素繊維を含むことができる。ＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックから作製した相当する布に比べて、ＩＴＰＮ織炭素布で使用した糸のサイズの増加により、ＩＴＰＮ織炭素布は、ＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックに含まれる織構造の厚さの約２〜３倍となり得る。ＩＴＰＮ織炭素布は、５−ハーネス繻子織（５ＨＳ）を含むことができ、これを使用して、縦糸および横糸を配列させることができる。５ＨＳ織により、この中に含まれる糸を、平織ファイブリックで可能であるものより大きな面積にわたり、触媒層と接触させることができる。ＩＴＰＮ系炭素布シリーズ拡散媒質を、ニュージャージー州サマセットのＥ−ＴＥＫ社から、未処理形態で購入することができる。
【０１６９】
ある例示的な実施形態は、より一般的なＰＡＮ系繊維の代わりに、黒鉛化中間層ピッチ繊維を含むことができる。中間層ピッチ系炭素繊維は、１０００繊維またはそれ以上のトウで市販されている。織ピッチ系繊維ファブリックの構造は、ＰＡＮ系糸を含む織構造に比べ、粗くすることができる。中間層ピッチ系炭素繊維は、ＰＡＮ系糸よりも、各繊維においてより低い電気抵抗を有することができる。
【０１７０】
粗く織ったピッチ（ＣＷＰＴ）系炭素布は、バージニア州チェサピークの米国三菱化学社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｉｎｃ．）から得ることができる。ＣＷＰＴはコーティングおよび／またはサイジング、例えば、２％のエポキシサイジングを含むことができ、これは熱処理により除去でき、その後、燃料電池で使用するために適合させたガス透過性導電層を作製する際に使用される。ＣＷＰＴはそれぞれ、２０００繊維の単一トウを含むことができる。ＣＷＰＴ材料の織構成は、２×１の綾織りとすることができ、これは３−ハーネス繻子（３ＨＳ）織として特徴づけることができ、この場合、横トウは、２つの縦トウの上面上を通過し、その後、単一の縦トウ下を通過することができる。
【０１７１】
ある例示的な実施形態では、疎水性ポリマーをガス拡散媒質のバルク構造に添加すると、その水およびガスの輸送特性を増強することができる。ＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックには、すでに適用した疎水性処理を提供することができる。ＩＴＰＮおよびＣＷＰＴガス拡散材料では、バルク処理を適用することができる。ＩＴＰＮおよびＣＷＰＴ拡散材料の各々は、２つの異なる方法で処理することができ、合計４つの例示的実施形態に係るガス拡散器が作製される。処理Ａは、材料をポリマー材料、例えば、ＰＴＦＥでコートし、疎水性を増加させる工程を含むことができる。処理Ｂは、材料をポリマー材料、例えばＰＴＦＥ、とカーボンブラックとでコートする工程を含むことができる。カーボンブラックはバルク抵抗率、特に、面貫通抵抗率を減少させることができる。
【０１７２】
デュポンテフロン（ＤｕＰｏｎｔ  Ｔｅｆｌｏｎ）（ＰＴＦＥ）の均質懸濁液を、拡散媒質の疎水処理のために使用することができる。各拡散材料中のＰＴＦＥ量は、各拡散媒質の元の未処理質量に基づくことができる。未処理拡散媒質質量の約２５重量％に等しいＰＴＦＥの質量を、処理ＡおよびＢの両方に対し、各基材材料に添加することができる。
【０１７３】
処理Ｂは、元の未処理基材質量の約２５重量％に等しいポリマー材料、例えば、ＰＴＦＥならびにカーボンブラックの添加を含むことができる。ポリマー材料およびカーボンブラック処理を合わせた総質量に対し、元の未処理質量の約４０重量％の値を選択することができ、ここで、総質量の６２．５重量％がポリマー材料であり、３７．５重量％がバルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ−７２Ｒカーボンブラックである。
【０１７４】
各処理の適用は、未処理織布を個々の処理に浸漬させる工程を含むことができる。各拡散媒質基材の重量を量り、ＡまたはＢのいずれかの処理にて浸漬させ、乾燥させ（例えば、約１４０℃で約３０分間の処理で、イソプロピルアルコールおよび／または脱イオン水などのキャリヤを蒸発させる）、重量を量り、特別な処理の添加質量を決定した。このプロセスを、所望の質量添加が達成されるまで繰り返すことができる。質量添加量は、キャリヤおよびポリマー材料を含む分散物の希釈レベルおよび／または各材料が浸漬される時間により制御することができる。所望の質量の添加後、文献で見られるプロセスに従い、拡散媒質材料を約１８０℃で約３０分間、約２８０℃で約３０分加熱処理し、および／または約３５０℃で約３０分間焼結させることができる。
【０１７５】
ある例示的な実施形態では、各拡散媒質は、約１分間、処理Ａのための５〜１０重量％のポリマー材料を含む水性懸濁液中に浸漬させることができる。約５重量％のポリマー材料を含む懸濁液を、ＩＴＰＮ材料のために使用することができる。ＩＴＰＮ材料の多孔度が高くなるほど、相対的に、より多くの懸濁液が吸収されるからである。処理Ａのための浸漬プロセスは、各材料に対し１度実施されるのみである。
【０１７６】
処理Ｂを適用するために使用される混合物は、ポリマー材料、例えばＰＴＦＥ、およびカーボンブラック粒子をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散させ、その後、超音波撹拌する工程を含むことができる。分散物に含まれるＩＰＡの量は、ポリマー材料の質量の約５０倍とすることができる。希釈をより多くすると、処理Ｂの適用のための浸漬時間がより長くなる可能性がある。ある例示的な実施形態では、所望の質量は、拡散媒質をカーボンブラック／ＰＴＦＥ／ＩＰＡ懸濁液中に約５分間浸漬し、続いて、約１４０℃で乾燥させることにより達成することができる。ある例示的な実施形態では、浸漬プロセスは、ＰＴＦＥおよびカーボンブラックの所望の濃度が達成させるまで４〜６回繰り返すことができる。
【０１７７】
ある例示的な実施形態では、ガス拡散材料上の微細孔サブ層（ＭＳＬ）はポリマー材料、例えばＰＴＦＥ、およびカーボンブラックを含むことができる。ＭＳＬは、ＰＥＭ燃料電池の性能を増強させるように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、高含有量のポリマー材料を有する厚いＭＳＬは、ＰＥＭ燃料電池において、触媒層にガス透過性導電層を接着させるための平滑で適合する界面を提供することができる。ある例示的な実施形態では、カーボンブラックを含む薄いＭＳＬは、ＭＳＬのかなり低いバルク膜貫通抵抗を提供することができる。ＭＳＬの膜貫通抵抗は燃料電池リボンにおいて影響を与える可能性があるが、面内抵抗は、性能に影響しない。層を、燃料電池リボン中のガス透過性導電層に含まれる低抵抗率基材材料に対し薄くすることができるからである。ある例示的な実施形態では、ＭＳＬ分散物は約１０〜３０重量％のポリマー材料を含むことができる。ある例示的な実施形態では、ファブリックへの約１．２５〜３．０ｍｇ／ｃｍ２の総ＭＳＬ負荷を使用することができる。ある例示的な実施形態は、拡散媒質の総厚の３分の１を構成する負荷を含むことができる。ある例示的な実施形態は、約９０重量％のカーボンブラックと約１０重量％のポリマー材料、例えばＰＴＦＥを含むＭＳＬを備えることができる。
【０１７８】
ＭＳＬは、分散、エアーブラッシング、噴霧、ブラッシング、テープ成形、ローリング、ロールコーティング、逆ロールコーティング、ナイフコーティング、スクリーン印刷、および／または真空フィルタリング、などを介して適用することができる。ＩＴＰＮ材料は、布を作製するために使用することができる、織物（weave）、および５ＨＳ織パターンを構成するために使用される小さな撚糸のために平滑な表面を有することができる。平滑な表面のために、かなり薄いＭＳＬを適用することができる。ある例示的な実施形態では、エアーブラシを使用したＭＳＬの適用により、均一で厚い、平滑な表面が提供され、これはＭＥＡに接着させることができる。ＩＴＰＮ材料のための標的ＭＳＬ負荷は、１．５ｍｇ／ｃｍ２としてもよい。ある例示的な実施形態では、ＭＳＬは、エアブラシを使用してＩＴＰＮ材料上に噴霧することができる。これはこの適用法の簡易性およびこの方法に関連する厚さの均一性による。
【０１７９】
エアブラシを用いたＭＳＬの適用は、かなり均一な厚さおよび負荷のＭＳＬを提供するように適合させることができる。ＩＴＰＮ布など、ＭＳＬが適用される材料が、かなり平滑な表面を有する場合、均一な厚さが望ましい。しかし、平らでない表面を有する材料に均一な厚さのＭＳＬを適用するとＭＰＬが得られる可能性があり、これにより表面のでこぼこに従うことができる。ＣＷＰＴ材料の均一でない表面のために、エアブラシを用いたＭＳＬの適用は望ましくない場合がある。ある例示的な実施形態では、ＭＳＬはテープ成形技術を用いてＣＷＰＴ材料に適用することができる。テープ成形技術は、平滑な表面を適用し、テープ成形が適用される表面のでこぼこを充填するように適合させることができる。ＣＷＰＴ材料に含まれる表面のでこぼこのために、あるＭＳＬ負荷は特定されていない。負荷は特別な拡散媒質の２点間で変動する可能性があるからである。ある例示的な実施形態では、適用したＭＳＬは、ＣＷＰＴ材料の平均厚の約２分の１とすることができる。
【０１８０】
約１０重量％のポリマー材料（例えば、ＰＴＦＥ）と約９０重量％のカーボンブラック（例えば、ブルカンＸＣ−７２Ｒカーボンブラック）の混合物をキャリヤ（例えば、イソプロピルアルコール）中に懸濁させ、ＭＳＬ適用用のインクを生成させることができる。そのような懸濁液を達成するために、ポリマー材料を約１質量部のポリマー材料対３００質量部のキャリヤの比率でキャリヤと混合することができる。３００：１の比は、カーボンブラックをキャリヤ内に懸濁させるように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、ＭＳＬはエアブラシを用いて適用することができる（例えば、ＩＴＰＮ基材に）。ある例示的な実施形態では、ＭＳＬインクを新たに調製した状態で使用することができる。ある例示的な実施形態では、より粘性の懸濁液をテープ成形のために使用することができる。
【０１８１】
ＩＴＰＮ材料では、エアブラシにより、調整可能な空気／インク比を用い、ノズル出口でのインクの流速および噴霧化を増加または減少させることによりインクを適用することができる。エアブラシに関する最適設定は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いるＭＳＬ表面および断面の分析により決定することができる。ＭＳＬインクまたはペーストを拡散媒質上に適用する前に、媒質の厚さを、電子デジタルキャリパーを用いて測定することができ、デジタルスケールを用いて質量を記録することができる。ＭＰＬの適用後、拡散媒質を約１４０℃で乾燥させ、全ての残留キャリヤを蒸発させることができる。その後、拡散媒質を測定し、重量を量ることができる。所望の負荷が達成されるまで、適用プロセスを繰り返すことができる。ＭＳＬ適用が完了すると直ちに、拡散媒質を、約１４０℃で３０分間、２８０℃で３０分間加熱処理し、３５０℃で３０分間焼結させ、層を完全に乾燥させ、ＰＴＦＥ粒子を焼結させる。
【表１】
2008524469.tif 000003
【０１８２】
表１はある例示的なガス拡散媒質の特性をまとめて示したものである。
【表２】
2008524469.tif 000004
【０１８３】
表２は、ある例示的なガス拡散媒質基材の特性をまとめて示したものである。
【表３】
2008524469.tif 000005
【０１８４】
表３は、ある例示的な処理ガス拡散媒質の特性をまとめて示したものである。
【０１８５】
ある例示的な実施形態では、炭素繊維ファブリックは、５００ｋＰａで圧縮すると、０．２Ω／平方未満の面内厚固有抵抗および０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通面積固有抵抗を有し、かつ２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を有することができる。燃料電池中で面内電流コレクタとして使用するのに適合させる場合、膜電極アセンブリと２つのガス透過性導電層の組み合わせを適合させると、約３ｃｍ幅の燃料電池に０．５ボルトを印加した場合、０．２５ａｍｐ／ｃｍ２を超える燃料電池密度が得られる。
【０１８６】
図１は、ある拡散媒質サンプルの面内および面貫通抵抗に対する実施形態の試験に対する結果を示すグラフである。ＣＷＰＴファブリックの実施形態について、ＥＬＡＴ  ＬＴ−１２００Ｗファブリックを使用する実施形態およびＩＴＰＮファブリックを使用する実施形態よりも低い抵抗レベルを有するか試験した。
【０１８７】
図２は、ある例示的な実施形態の拡散媒質の電流密度試験に対する結果を示すグラフである。例示的な実施形態と膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを含む燃料電池の性能を、実験により、圧縮が適用されるが、電気絶縁体（ポリエーテルイミド（ＰＥＩ））から作製されたリボン固定具において決定すると、電流はガス分布層を介して横方向に伝導された。試験は、約３ｃｍの幅の燃料電池で、約８０℃の温度で実施した。アノードは１００％相対湿度の雰囲気中で動作させた。カソードは、５０％相対湿度の雰囲気中で動作させた。燃料電池に２２５立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の水素を供給した。燃料電池には５５０ｓｃｃｍの酸素を供給した。
【０１８８】
ＥＬＡＴを用いた電流収集では、実験結果から０．５Ｖで０．２１ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が示された。疎水処理（処理Ａ）を含むＩＴＰＮ−Ａ材料では、実験結果から０．５Ｖで０．３３ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が示された。炭素粒子も含む疎水処理（処理Ｂ）を含むＩＴＰＮ−Ｂでは、実験結果から０．５Ｖで０．２８ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が示された。ＣＷＰＴについて、実験結果から、疎水処理（処理Ａ）を有するＣＷＰＴでは、０．５Ｖで０．３３ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が示された。炭素粒子も含む疎水処理（処理Ｂ）を有するＣＷＰＴでは、実験結果から０．５Ｖで０．３９ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が示された。
【０１８９】
図３は、システム３０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、燃料電池の一部となるように適用され得る。システム３０００はガス透過性導電層３１００と、第１の触媒電解質層３２００とを備えることができ、ガス透過性導電層３１００は、例えば、接着剤および／またはガス透過性導電層３２００のホットプレスにより、第１の触媒電解質層３２００に接着させることができる。ガス透過性導電層３１００は、かなり低い抵抗率（例えば、表１に含まれるファブリックと同等、またはそれより良好な抵抗率）を有することができる。ガス透過性導電層３１００は、ＰＡＮ繊維、および／またはピッチ繊維を含むことができる。ある例示的な実施形態では、ガス透過性導電層３１００は疎水性コーティングおよび／または微細孔サブ層を含むことができる。第１の触媒電解質層３２００はプロトン電解質膜（ＰＥＭ）３３００に接着させることができる。ＰＥＭ３３００は、第２の触媒電解質層３４００に結合させることができる。ある例示的な実施形態では、第１の触媒電解質層３２００は、燃料電池中でアノードとして機能することができる。ある例示的な実施形態では、第２の触媒電解質層３４００は燃料電池中でカソードとして機能することができる。
【０１９０】
ある例示的な実施形態では、第１の触媒電解質層３２００、ＰＥＭ３３００、および／または第２の触媒電解質層３４００は、スルホン化テトラフルオロエチレンポリマー、例えばナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）、および／またはビフェニルスルホン類（ＢＰＳＨ）、スルホン化ディールスアルダー（Ｄｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ）ポリフェニレン（ＳＤＡＰＰ）、スルホン化炭化水素類などを含むことができる。ナフィオンはデュポン社から入手できる。
【０１９１】
第１の触媒電解質層３２００および／または第２の触媒電解質層３４００は、電子を水素原子から分離するための反応速度および／または水素イオンと酸素分子との間の反応速度を増強させるように適合させた第１の触媒を含むことができ、これは貴金属および／または他の金属、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、銀、銅、ニッケル、および／またはコバルトを含むことができる。
【０１９２】
第１の触媒電解質層３２００と、ＰＥＭ３３００と、第２の触媒電解質層３４００とのアセンブリは、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）３５００内に含有させることができ、これは、デラウェア州ニューキャッスルのイオンパワー（Ｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ）などから市販されており、ナフィオンＮ１１２と指定されている。ナフィオン１１２は、膜の両側で、約０．３ｍｇの炭素担持白金触媒／ｃｍ２の触媒負荷を有することができる。
【０１９３】
ある例示的な実施形態では、ある例示的なマットを使用して作製した燃料電池システムは、スタック内の次の電池に電流および／または電子を収集および／または輸送するのに、バイポーラ板ではなく、ガス透過性導電層に頼ることができる。このように、ある例示的なマットを使用して作製した燃料電池システムは、バイポーラ板を欠くように作製することができる。
【０１９４】
図４はシステム４０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、第１のガス透過性導電層４１００を備えることができる。システム４０００に含まれるガス透過性導電層、例えば、第１のガス透過性導電層４１００は、ＰＡＮ繊維、および／またはピッチ繊維を含むことができる。第１ガス透過性導電層４１００は、第１のアノード４２００に対し、実質的に平行で、かつ、それに隣接して配置でき、および／または接着させることができる。第１のアノード４２００は第１の触媒電解質層とすることができる。第１アノード４２００は、第１ＰＥＭ４３００に対し、実質的に平行で、かつ、それに隣接して配置でき、および／または接着させることができる。第１のＰＥＭ４３００は、第１のガス透過性導電層４１００に隣接して配置された第１のアノード４２００の１つの側とは反対の第１のアノード４２００の側に隣接して配置することができる。第１のＰＥＭ４３００は、第１のカソード４４００に対し、実質的に平行で、かつ、それに隣接して配置でき、および／または接着させることができる。第１のカソード４４００は、第２の触媒電解質層とすることができる。第１のカソード４４００は、第１のアノードに隣接して配置された第１のＰＥＭの１つの側とは反対の第１のＰＥＭ４３００の側に隣接して配置することができる。第１のＭＥＡ４４５０は、第１のアノード４２００と、第１のＰＥＭ４３００と、第１のカソード４４００と、を備えることができる。第１のカソード４４５０は、第２のガス透過性導電層４５００に対し、実質的に平行で、かつ、それに隣接して配置でき、および／または接着させることができる。第２のガス透過性導電層４５００は、第１のＰＥＭ４３００に隣接して配置された第２の触媒電解質層４４００の１つの側とは反対の第１のカソード４４００の側に隣接して配置することができる。システム４０００に含まれるガス透過性導電層、例えば、第１のガス透過性導電層４１００および／または第２のガス透過性導電層４５００は、酸素、液体水、および／または水蒸気を運搬するように適合させることができる。第１のガス透過性導電層４１００、第１のアノード４２００、第１のＰＥＭ４３００、第１のカソード４４００、および第２のガス透過性導電層４５００の各々は、第１の燃料電池に含まれる。
【０１９５】
水素は第１のチャネル４９２０を介して第１の燃料電池に供給することができ、第１のチャネルは水素流を誘導するように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、第１のチャネル４９２０は水素充填チャネルとすることができる。ある例示的な実施形態では、第１のチャネル４９２０は、水素に対し多孔性（水素透過性）であり、約３またはそれ以上のｐＨの酸性環境に対し耐性を示す材料で充填することができる。ある例示的な実施形態では、水素に対し多孔性の材料はゴアテックス（Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ）材料（メリーランド州エルクトンのゴアコーポレーションから入手可能）、テフロン（デラウエア州ウィルミントンのデュポン社から入手可能）、または１つもしくは複数のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むことができる多孔質材料（デラウエア州ウィルミントンのデュポン社から入手可能）、および／または任意の他の多孔質酸耐性ポリマー材料、などとすることができる。第１のガス透過性導電層４１００および第５のガス透過性導電層４９５０は、部分的に、第１のチャネル４９２０を規定することができる。第５のガス透過性導電層４９５０は、第１のガス透過性導電層４１００と実質的に平行で、第１のスペーサ４９００によりそれから分離することができる。第１のスペーサ４９００は部分的に第１のチャネル４９２０を規定することができる。第１のスペーサ４９００は、第１のガス透過性導電層４１００と隣接して配置することができる。第１のスペーサ４９００は、第１の触媒電解質層４２００と隣接して配置した第１のガス透過性導電層４１００の１つの側と反対の第１のガス透過性導電層４１００の側と隣接して配置することができる。第１のスペーサ４９００は、任意の非導電材料、例えば、ポリマー、エラストマー、プラスチック、フッ素化エラストマー、熱可塑性エラストマー、シリコーン、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、および／またはセラミック、などから作製することができる。第１のスペーサ４９００および／または第２のスペーサ４９６０は、構造強度を増加させるように適合させた１つまたは複数の強化材を含むことができる。例えば、１つまたは複数の強化材は、金属および／またはポリマーを含むことができる。
【０１９６】
酸素は、第２のチャネル４９４０を介して第１の燃料電池に供給することができ、第２のチャネルは、酸素流を誘導するように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、第２のチャネル４９４０は、空気充填チャネルとすることができる。ある例示的な実施形態では、第２チャネル４９４０は酸素に対して多孔質（酸素透過性）の材料で充填することができる。第２のガス透過性導電層４５００、第２のスペーサ４９６０、および第６のガス透過性導電層４９８０は、第２のチャネル４９４０を部分的に規定することができる。第６のガス透過性導電層４９８０は、第２のガス透過性導電層４５００に実質的に平行で、それから、第２のスペーサ４９６０と第４のガス透過性導電層４８８０とを備える複数の層により分離することができる。
【０１９７】
ある例示的な実施形態では、水素は、第１のチャネル４９２０を介して第１のガス透過性導電層４１００まで流れることができる。水素は第１のガス透過性導電層４１００を通って、第１のガス透過性導電層４１００と第１のアノード４２００との界面まで流れることができる。電子は、第１のアノード４２００の、またはその近くの位置で水素イオンと分離することができる。電子は、第１のガス透過性導電層４１００を介して、電気端子および／または別の燃料電池に伝導させることができる。電子が電気端子に伝導される場合、電子は電気デバイスに電流を提供するように適合させることができる。電子が別の燃料電池に伝導される場合、電子は水素イオンと酸素分子を結合させて水を形成し、エネルギーを放出することができる。ある例示的な実施形態では、水素イオンは第１のアノード４２００、第１のＰＥＭ４３００、および第１のカソード４４００を介して、第１のカソード４４００と第２のガス透過性導電層４５００の界面まで流れることができる。第１のカソード４４００では、水素イオンは電子および酸素分子と結合し、水を形成し、エネルギーを放出することができる。酸素分子は、第２のチャネル４９４０から第２のガス透過性導電層４５００を介して、第１のカソード４４００と第２のガス透過性導電層４５００の界面まで流れることができる。
【０１９８】
第３のガス透過性導電層４６００は、第２の燃料電池に含有させることができる。第３のガス透過性導電層４６００のオーバーラップ部分は、導電性接着剤および／またはシーラント４７００を介して、第２のガス透過性導電層４５００のオーバーラップ部分にオーバーラップし、接着され、および／またはそれに実質的に平行に配されることができる。ある例示的な実施形態では、導電性接着剤および／またはシーラント４７００は、気密および／または水密とすることができる。導電性接着剤および／またはシーラント４７００はエポキシおよび／またはシリコーンなどのキャリヤを含むことができる。導電性接着剤および／またはシーラント４７００は導電材料、例えば、炭素、銀、金、白金、パラジウム、任意の他の導電性貴金属、および／または任意のそれらの組み合わせを含むことができる。導電性接着剤および／またはシーラント４７００を介して、気密および／または水密相互接続を、第３のガス透過性導電層４６００と第２のガス透過性導電層４５００との間に形成させることができる。ある例示的な実施形態では、導電性接着剤および／またはシーラント４７００は、ニュージーランド州ハッケンサックのマスターボンド（Ｍａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ）社から入手可能なマスターボンドマスターシル（Ｍａｓｔｅｒｓｉｌ）７０５Ｓとすることができる。第１のカソード４４００は、第３のガス透過性導電層４６００のオーバーラップ部分に隣接する第２のガス透過性導電層４５００の一方の側とは反対の、第２のガス透過性導電層４５００の側に隣接して配置することができる。
【０１９９】
第２の燃料電池は膜電極アセンブリ４８００を備えることができ、膜電極アセンブリは、第２のアノード４８２０、第２のＰＥＭ４８４０、および第２のカソード４８６０などの層を備えることができる。構造的および機能的に、膜電極アセンブリ４８００に含まれる層は、第１のアノード４２００、第１のＰＥＭ４３００、および第１のカソード４４００と類似させることができる。第２の燃料電池は電気的に、第１の燃料電池と直列に接続することができる。
【０２００】
図５は、システム５０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは第１のガス透過性導電層５１００、第２のガス透過性導電層５２００、第３のガス透過性導電層５３００、第４のガス透過性導電層５４００、第５のガス透過性導電層５５００、および第６のガス透過性導電層５６００などの複数のガス透過性導電層を備えることができる。システム５０００は、第１のＭＥＡ５１５０、第２のＭＥＡ５２５０、第３のＭＥＡ５３５０、第４のＭＥＡ５４５０、および第５のＭＥＡ５５５０などの複数のＭＥＡを備えることができる。界面５７００などの燃料電池間の各界面では、システム５０００は複数の気密および／または水密シールを備えることができる。例えば、界面５７００で、第２のガス透過性導電層５２００、第１のＭＥＡ５１５０、および／または第２のＭＥＡ５２５０は、燃料電池間で気密シールを形成するように適合されたポリマー接着剤および／またはシーラントを注入、含浸、および／または浸透させた１つまたは複数の部分を備えることができる。ある例示的な実施形態では、ポリマー接着剤および／またはシーラントは電気絶縁性とすることができる。システム５０００は、複数の燃料電池を形成する際に、図９で示したような構造で使用するのに適合させることができる。
【０２０１】
図６は、システム６０００の例示的な実施形態のブロック図であり、このシステム６０００れは、第１のガス透過性導電層６１００、第２のガス透過性導電層６２００、第３のガス透過性導電層６３００、第４のガス透過性導電層６４００、および第５のガス透過性導電層６４５０などの複数のガス透過性導電層を備えることができる。複数のガス透過性導電層は、ＰＡＮ繊維、ピッチ繊維、および／または金属などを含むことができる。システム６０００は、第１のＭＥＡ６５００、第２のＭＥＡ６６００、第３のＭＥＡ６７００、および第４のＭＥＡ６８００などの複数のＭＥＡを備えることができる。第１のＭＥＡ６５００は、第１の横軸を規定することができる。第２のＭＥＡ６６００は第２の横軸を規定することができる。第３のＭＥＡ６７００は第３の横軸を規定することができる。第４のＭＥＡ６８００は第４の横軸を規定することができる。ある例示的な実施形態では、第１の横軸、第２の横軸、第３の横軸および／または第４の横軸は、それぞれ、概ね共線的（colinear）とすることができる。第１のＭＥＡ６５００、第２のＭＥＡ６６００、第３のＭＥＡ６７００、および第４のＭＥＡ６８００の各々は、個々の燃料電池に含有させることができる。ある例示的な実施形態では、ＭＥＡ６５００、第２のＭＥＡ６６００、第３のＭＥＡ６７００、および第４のＭＥＡ６８００を備える燃料電池は、第２のガス透過性導電層６２００、第３のガス透過性導電層６３００、第４のガス透過性導電層６４００により、それぞれ電気的に結合させることができる。電気的に結合させた燃料電池間の各接合点は、気密シール、例えば、第１のＭＥＡ６１００を備える第１の燃料電池と第２のＭＥＡ６２００を備える第２の燃料電池との間のシール６９００等により密閉することができる。ある例示的な実施形態では、シール６９００は、電気絶縁性で、気密、および／または水密とすることができる。
【０２０２】
第２のＭＥＡ６６００は、第１のＭＥＡ６６００の平らな表面に垂直な第１の中心軸Ａを規定することができる。第３のＭＥＡ６７００は、第３のＭＥＡ６７００の平らな表面に垂直な第２の中心軸Ｂを規定することができる。第１の中心軸Ａは、第２の中心軸Ｂと実質的に非共線的とすることができる。
【０２０３】
図７はシステム７０００の例示的な実施形態のブロック図である。システム７０００は、第１のガス透過性導電層７１００と、第２のガス透過性導電層７６００と、第３のガス透過性導電層７４００と、第４のガス透過性導電層７７００とを備えることができる。システム７０００は、第１のＭＥＡ７２００と第２のＭＥＡ７５００とを備えることができる。システム７０００は、第２のガス透過性導電層７６００を第３のガス透過性導電層７４００に電気的に接続させるように適合することができる、電気相互接続７３００を備えることができる。電気相互接続７３００は、図７に示されるようなｚ−ストリップ、および／または第２のガス透過性導電層７６００に含まれるタブとすることができる。ある例示的な実施形態では、電気相互接続７３００は、第１のＭＥＡ７２００を備える燃料電池と第２のＭＥＡ７５００を備える第２の燃料電池７５００との間で、完全におよび／または部分的に気密シールを形成するように適合させることができる。
【０２０４】
図８はシステム８０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、第１の正端子接続８１００、第２の正端子接続８３００、第３の正端子接続８５００、第４の正端子接続８７００などの複数の正端子接続を備えることができる。システム８００は、第１の負端子接続８２００、第２の負端子接続８４００、第３の負端子接続８６００、第４の負端子接続８８００などの複数の負端子接続を備えることができる。ある例示的な実施形態では、水素流を誘導するように適合された複数のチャネルなどの、複数のチャネルを形成することができる。例えば、システム８０００は第１の水素チャネル８１４０、第２の水素チャネル８５４０、および第３の水素チャネル８９４０を備えることができる。ある例示的な実施形態は、酸素流を誘導するように適合された複数のチャネルを備えることができる。例えば、システム８０００は第１の酸素チャネル８３４０、および第２の酸素チャネル８７４０を備えることができる。システム８０００は、第１の燃料電池８１５０、第２の燃料電池８２５０、第３の燃料電池８３５０、および第４の燃料電池８４５０などの複数の燃料電池を備えることができる。
【０２０５】
第１の燃料電池８１５０、第２の燃料電池８２５０、第３の燃料電池８３５０、および第４の燃料電池８４５０の各々が、ＭＥＡと、水素供給源と、酸素供給源、電子が各ＭＥＡのアノードから流れ出て行く経路と、電子が各ＭＥＡのカソードに流れて行く経路と、を備えることができる。第１の燃料電池８１５０、第２の燃料電池８２５０、第３の燃料電池８３５０、および第４の燃料電池８４５０の各々を、個々の電気端子に結合された単一電池として示す。例示的な実施形態では、第１の正端子接続８１００と第１の負端子接続８２００、第２の正端子接続８３００と第２の負端子接続８４００、第３の正端子接続８５００と第３の負端子接続８６００、および第４の正端子接続８７００と第４の負端子接続８８００の間の電位差は、開回路では約１．２ボルト未満とすることができる。ある例示的な実施形態では、追加の燃料電池を、第１の燃料電池８１５０、第２の燃料電池８２５０、第３の燃料電池８３５０、および／または第４の燃料電池８４５０のうちの１つまたは複数と直列に配置することができる。システム８０００は図４で示した複数のシステム４０００を備えることができる。
【０２０６】
図９はシステム９０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、図５で示した複数のシステム５０００を備えることができる。システム９０００は複数の燃料電池システムを備えることができ、第１の燃料電池システム９１００、第２の燃料電池システム９３００、第３の燃料電池システム９５００、および第４の燃料電池システム９７００を備えることができる。第１の燃料電池システム９１００、第２の燃料電池システム９３００、第３の燃料電池システム９５００、および第４の燃料電池システム９７００の各々が、直列に結合された複数の燃料電池、例えば、図９に示されるような直列の５つの電池を備えることができる。第１の燃料電池システム９１００などの燃料電池システム中の燃料電池の総数は、任意の総数、例えば、１、２、３、４、５、８、１０、１４、２２、１００、および／または任意の他の値とすることができる。このように、第１の燃料電池システム９１００、第２の燃料電池システム９３００、第３の燃料電池システム９５００、および第４の燃料電池システム９７００の各々は、例示的な実施形態では、単一の燃料電池に関連する電位差×燃料電池総数の正および負端子の間の電位を有することができる。単一燃料電池に関連する電位差は、任意の電圧値とすることができ、燃料電池効率により決定することができ、開回路では約１．２ボルトである水素と酸素の間の電気化学反応に関連する理論電圧よりも低い。ある例示的な実施形態は、燃料電池反応において生成する水による燃料電池間の短絡を阻止するように適合された分割バリヤ（dividing barrier）を備えることができる。
【０２０７】
システム９０００は、酸素流を誘導するように適合された複数のチャネル、例えば、第１の酸素チャネル９１５０、第２の酸素チャネル９３５０、および第３の酸素チャネル９５５０を備えることができる。酸素は、第１の酸素供給源９０５０、第２の酸素供給源９４００、および第３の酸素供給源９８００から、それぞれ、第１の酸素チャネル９１５０、第２の水素チャネル９３５０、および第３の酸素チャネル９５５０に導入させることができる。
【０２０８】
システム９０００は、水素流を誘導するように適合された複数のチャネル、例えば、第１の水素チャネル９２５０、および第２の水素チャネル９４５０を備えることができる。水素は、第１の水素供給源９２００および第２の水素供給源９６００から、それぞれ、第１の水素チャネル９２５０、および第２の水素チャネル９４５０に導入させることができる。
【０２０９】
図１０は、システム１００００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、燃料電池を備えることができる。燃料電池は、第１のガス透過性導線層１０１００と、ＭＥＡ１０２００と、第２のガス透過性導電層１０３００とを備えることができる。チャネル１０６００は、システム１００００の燃料電池により規定および／または使用されることができ、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気の流れを誘導する。チャネル１０６００は、第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００により部分的に規定することができる。チャネル１０６００は正方形、長方形、台形、および／または不規則な断面を有することができる。第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００は、液体の水および／または水蒸気が１つまたは複数の燃料電池を短絡させないように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、カソードは、水のために短絡を生じやすい。第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００は、熱管理のための冷却剤を輸送するなどのために適合された、シーラントビーズ、ガスケット様ストリップ、剛性セパレータストリップ、およびまたはチューブを備えることができる。第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００は、水素および／または酸素透過性とすることができる。第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００は、第１のシールストリップ１０４００および／または第２のシールストリップ１０５００の全てにおいて、または一部において導電性とすることができる。ある例示的な実施形態では、チャネル１０６００は、燃料電池および／または燃料電池に結合された構成要素のための支持層を形成するように適合された固体の空気透過性材料で充填することができる。
【０２１０】
図１１は、システム１１０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、第１のガス透過性導電層１１２００と、ＭＥＡ１１３００と、第２のガス透過性導電層１１４００と、を備える燃料電池を有することができる。チャネル１１５００は、システム１１０００の燃料電池により規定され、使用され、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気の流れを誘導する。チャネル１１５００は、燃料電池および／またはそれに結合され構成要素のための支持層を形成するように適合された固体の水および／またはガス透過性材料により規定され、および／または支持することができる。燃料電池は、隣接する燃料電池から、第１の水密シール１１１００および／または第２の水密シール１１６００などの水密シールにより密閉することができる。第１の水密シール１１１００および／または第２の水密シール１１６００は、ポリマー接着剤またはシーラントを、第１のガス透過性導電層１１２００および第２のガス透過性導電層１１４００の各々セクション中に注入することにより形成することができる。
【０２１１】
図１２は、システム１２０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、第１のガス透過性導電層１２２００と、ＭＥＡ１２３００と、第２のガス透過性導電層１２４００と、を備える燃料電池を有することができる。チャネル１２５００は、システム１２０００の燃料電池により規定され、使用され、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気の流れを誘導することができる。チャネル１２５００は、燃料電池および／またはそれに結合された構成要素のための支持層を形成するように適合された固体の空気透過性材料により規定され、および／または支持することができる。燃料電池は、隣接する燃料電池から、第１の膜１２１００および／または第２の膜１２６００などの膜により密閉することができる。第１の膜１２１００および／または第２の膜１２６００は、水が、システム１２０００中に含まれる複数の燃料電池の１つまたは複数を短絡させないように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、第１の膜１２１００および／または第２の膜１２６００は、ＰＥＭおよび／またはＰＥＭに結合、密閉、および／または付着されたより安価な膜とすることができる。
【０２１２】
図１３は、システム１３０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、第１のガス透過性導電層１３２００と、ＭＥＡ１３３００と、第２のガス透過性導電層１３４００と、を備える燃料電池を有することができる。チャネル１３５００は、システム１３０００の燃料電池により規定され、使用され、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気の流れを誘導することができる。チャネル１３５００は、空とすることができ、および／または燃料電池および／またはそれに結合され構成要素のための支持層を形成するように適合された固体の空気透過性材料により規定され、および／または支持することができる。燃料電池は、隣接する燃料電池から、第１のチューブ１３１００および／または第２のチューブ１３６００などの膜により密閉することができる。第１のチューブ１３１００および／または第２のチューブ１３６００は、円形、正方形、長方形、台形、および／または任意の他の形状である断面を有することができる。第１のチューブ１３１００および／または第２のチューブ１３６００は、システム１３０００中に含まれる１つまたは複数の燃料電池に、その熱管理のために冷却剤の流れを誘導するように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、追加の冷却剤チャネルを、反応ガスチャネルに挟ませ、それらと重ね、またはそれらと交互し、システム１３００内および／またはシステム１３００と関連する温度を制御することができる。
【０２１３】
図１４はシステム１４０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、直列に、電気的に結合させた複数の燃料電池１４１００を備えることができる。システム１４０００は、水素流を複数の燃料電池１４１００に誘導するように適合された第１のガスチャネルの組１４２００を備えることができる。システム１４０００は、酸素流を複数の燃料電池１４１００に誘導するように適合された第２のガスチャネルの組１４３００を備えることができる。複数の燃料電池１４１００の各々を、１組のセパレータストリップ１４４００により分離することができる。複数のセパレータストリップ１４４００は、気密となるように、および／または水が複数の燃料電池１４１００の１つまたは複数を短絡させないように適合させることができる。ある例示的な実施形態では、セパレータストリップ１４４００はＰＥＭ、および／またはＰＥＭに接着、密閉、および／または付着されたより安価な膜とすることができる。セパレータストリップ１４４００は、メリーランド州エルクトンのゴアコーポレーションから入手可能なゴアテック材料とすることができる。セパレータストリップ１４４００は、ガスケット、シール、シーラント、接着剤、コーク（ｃａｕｌｋ）、および／または他の材料を含むことができる。ある例示的な実施形態では、セパレータストリップ１４４００は複数の燃料電池１４１００のカソード側にのみ設置することができる。第１の組のガスチャネル１４２００および／または第２の組のガスチャネル１４３００は開いておくことができ、および／またはガスおよび液体の水が通過することができる多孔質または電気絶縁性波形ポリマー支持層媒体を含むことができる。ある例示的な実施形態では、セパレータストリップ１４４００は、冷却剤の流れが複数の燃料電池１４１００を冷却するのに使用されるように適合されたチャネルを備えることができる。複数の燃料電池１４１００により生成した水は、複数の燃料電池１４１００から、第２の組のガスチャネル１４３００を介して出て行くように誘導することができる。
【０２１４】
図１５は、システム１５０００の例示的な実施形態のブロック図であり、これは、直列に結合された複数の燃料電池を備えることができる。システム１５０００内の直列に結合させた燃料電池の総数は、システム１５０００に対する所望の出力電圧に基づき決定することができる。システム１５０００は、縦方向１５１００および横方向１５２００を規定することができる。長さ１５３００は、システム１５０００内の各燃料電池により生成する電流の大きさと関連させることができる。幅１５６５０は、システム１５０００内に含まれる１つまたは複数の燃料電池、例えば第４の燃料電池１５９５０と関連させることができる。システム１５０００は第１の燃料電池１５７００と、第２の燃料電池１５８００と、第３の燃料電池１５９００と、第４の燃料電池１５９５０とを備えることができる。燃料電池、例えば、第１の燃料電池１５７００、第２の燃料電池１５８００、第３の燃料電池１５９００、および第４の燃料電池１５９５０により発生する電流の量は、長さ１５３００および幅、例えば幅１５６５０により決定することができる。燃料電池１５７００のアノードは負端子１５４００に電気的に結合させることができる。正端子（図示せず）は、システム１５０００内の最後の燃料電池（図示せず）のカソードに電気的に結合させることができる。燃料電池１５７００は、気密界面１５４５０を介して燃料電池１５８００に結合させることができる。気密界面１５４５０は、第１の燃料電池１５７００と関連するガス透過性導電層の、電気接着剤により、第２の燃料電池１５８００と関連するガス透過性導電層のオーバーラップした一部にオーバーラップした一部を含むことができる。
【０２１５】
各燃料電池は、アノードガス透過性導電層、例えば、燃料電池１５８００のアノードガス透過性導電層１５５５０を備えることができる。各燃料電池は、カソードガス透過性導電層、例えば燃料電池１５８００のカソードガス透過性導電層１５５００を備えることができる。各燃料電池は、ＭＥＡ、例えば燃料電池１５８００のＭＥＡ１５６００を備えることができる。システム１５０００は、第１の燃料電池１５７００、第２の燃料電池１５８００、第３の燃料電池１５９００、および第４の燃料電池１５９５０に酸素を提供する空気供給源１５７５０を備えることができる。システム１５０００は、第１の燃料電池１５７００、第２の燃料電池１５８００、第３の燃料電池１５９００、および第４の燃料電池１５９５０に水素を提供する水素供給源１５８５０を備えることができる。
【０２１６】
システム１５０００において示した構造は、例示目的のために提供したものであり、限定するものではない。例えば、システム１５０００は図４のシステム４０００、図５のシステム５０００、図６のシステム６０００、および／または図７のシステム７０００、などの任意の構造を組み入れることができる。ある例示的な実施形態では、システム１５０００は、任意のシールシステム、例えば、図８のシステム８０００、図１０のシステム１００００、図１１のシステム１１０００、図１２のシステム１２０００、および／または図１３のシステム１３０００、などにおいて示されているシールシステムを備えることができる。ある例示的な実施形態では、システム１５０００は任意の支持システム、例えば、図１４のシステム１４０００において示されている支持システムを備えることができる。
【０２１７】
図１６は、燃料電池シート１６０００の例示的な実施形態の図の斜視図であり、このシートは１つまたは複数のＭＥＡ１６１００と１つまたは複数のスペーサストリップ１６２００を備えることができる。システム１６０００は、図１５のシステム１５０００由来の複数のサブシステムを備えることができる。システム１６０００は、当業者に公知の積層法による作製に適合させることができる。
【０２１８】
図１７は、燃料電池シート、例えば図１６に示した燃料電池シート１６０００を備えるシステム１７０００の例示的な実施形態の図の斜視図である。燃料電池シートを、巻いてコイルを形成させることができる。シート１７１００は、接着されたスペーサストリップ１７３００を備えることができる。コイルは、スペーサストリップ１７３００をシート１７１００の表面１７２００に接着するように適合された接着剤を介して接着することができる。多くの様々なコイル状実施形態が可能であり、例えば、２倍、４倍、および／または任意の他の値のピッチなどであるピッチを含む配列である。スペーサストリップは、周囲に、軸方向に、またはらせん状に配向させることができる。ある例示的な実施形態では、システム１７０００は、水素および／または酸素の流れを誘導するように適合された中央流管を備えることができる。システム１７０００は、ＭＥＡ層間にコイル状の多孔質絶縁材料および／または絶縁波形材料を備えてもよく、備えなくてもよい。熱管理のために使用できる冷却剤のために、チャネルおよび／またはらせん層を組み入れることができる。システム１７０００は、複数のシール、スペーサ、および／または支持体、例えば、図１５のシステム１５０００において備えられているもの、のいずれかを含むことができる。
【０２１９】
図１８は、燃料電池シート、例えば、図１６で示した燃料電池シート１６０００を備えるシステム１８０００の例示的な実施形態の図の平面図である。システム１８０００は、第１のチャネル１８１００および第２のチャネル１８２００を規定することができる。第１のチャネル１８１００は、水素源から水素を受け入れるように適合させることができる。第２のチャネル１８２００は、酸素源から酸素を受け入れるように適合させることができる。例示的なシステムにおける反応ガス入口および／または出口は、１つまたは複数のチャネルの外縁、１つまたは複数の中央チューブに存在することができ、らせんコイルの一端または両端に沿って分布させることができ、および／または任意のこれらの組み合わせとすることができる。システム１８０００への電気接続は、外縁、中央端子、一端または両端、および／またはそれらの組み合わせで形成させることができる。システム１８０００は、複数のシール、スペーサ、および／または支持体、例えば図１５のシステム１５０００において含まれるもの、のいずれかを備えることができる。
【０２２０】
図１９は、燃料電池シート１９０００の例示的な実施形態の図の斜視図であり、このシートは１つまたは複数のＭＥＡ１９１００と、複数のスペーサストリップ１９２００と、を備えることができる。システム１９０００は、図４のシステム４０００由来の複数のサブシステムを備えることができる。システム１９０００は、複数のシール、スペーサ、および／または支持体、例えば、図１５のシステム１５０００に含まれるものなど、のいずれかを備えることができる。
【０２２１】
図２０は、燃料電池シート、例えば、図１９で示した燃料電池シート１９０００を備える燃料電池シートを有するシステム２００００の例示的な実施形態の図の斜視図である。燃料電池シートを巻いてコイルを形成させることができる。シート２０１００は、接着させたスペーサストリップ２０３００を備えることができる。コイルは、スペーサストリップ２０３００をシート２０１００の面２０２００に接着するように適合された接着剤を介して接着することができる。このように、システム２００００は、複数の平行および／または非平行非平面ガス透過性導電層、例えば、シート２０１００において含まれるガス透過性導電層を備えることができる。システム２００００は、複数のシール、スペーサ、および／または支持体、例えば、図１５のシステム１５０００において備えられているもの、のいずれかを含むことができる。
【０２２２】
図２１は、第１の電気端子２１１００と第２の電気端子２１２００と、を備えることができるシステム２１０００の例示的な実施形態の図の平面図である。システム２１０００は、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気の流れを誘導するように適合された複数のチャネルを備えることができる。例えば、システム２１０００は、第１の酸素チャネル２１６００と、第２の酸素チャネル２１６５０と、第３の酸素チャネル２１７００と、第１の水素チャネル２１７５０と、第２の水素チャネル２１８００と、第３の水素チャネル２１８５０と、を備えることができる。システム２１０００は、ＭＥＡ２１２２０、２１２４０、２１２６０、および２１２８０の第１のサブセットを備えることができる。システム２１００はＭＥＡ２１２８０、２１３００、２１３２０、および２１３４０の第２のサブセットを備えることができる。システム２１０００は、ＭＥＡ２１３４０、２１３６０、２１３８０、および２１４００の第３のサブセットを備えることができる。システム２１０００はＭＥＡ２１４００、２１４２０、２１４４０、および２１４６０の第４のサブセットを備えることができる。システム２１０００はＭＥＡ２１４６０、２１４８０、２１５００、および２１５２０の第５のサブセットを備えることができる。５つのＭＥＡ２１４００のサブセットの各々を配列して、それぞれ、第１の電気端子２１１００および第２の電気端子２１２００に対し電気的に直列に結合された４つの燃料電池を提供することができる。
【０２２３】
システム２１０００は、第１の燃料電池、例えばＭＥＡ２１２６０を備える燃料電池を、第２の燃料電池、例えば、ＭＥＡ２１２８０を備える燃料電池と直列に結合させて、備えることができる。第２の燃料電池の第１のガス透過性導電層は、第１の燃料電池の第１のガス透過性導電層と平行ではない可能性がある。ＭＥＡ２１２８０は、第１のガス透過性導電層の第２の部分と平行ではない第１のガス透過性導電層の第１の部分を含むことができる。
【０２２４】
図２２は、システム２２０００の例示的な実施形態の図の平面図であり、このシステムは第１の複数のＭＥＡ２２１００を備えることができる。第１の複数のＭＥＡ２２１００は、複数の燃料電池を形成するように適合させることができる。システム２２０００は、第２の複数のＭＥＡ２２６００を備えることができる。システム２２０００は水素流を誘導するように適合された第１のチャネル２２２００を備えることができる。システム２２０００は酸素流を誘導するように適合された第２のチャネル２２３００を備えることができる。水素は、水素源２２４００から第１のチャネル２２２００に提供できる。酸素は酸素源２２５００から第２のチャネル２２３００に提供することができる。例示的な実施形態では、電流は第１の複数のＭＥＡ２２１００により発生させることができる。第１の複数のＭＥＡ２２１００は、電気負荷２２７００に電気的に結合させることができる。
【０２２５】
図２３は、システム２３０００の例示的な実施形態のブロック図であり、システムは正のバス２３１００と負のバス２３２００とを備えることができる。正のバス２３１００と負のバス２３２００とは、電気負荷（図示せず）を備える回路中に含ませることができる。複数の組の燃料電池を、正のバス２３１００および負のバス２３２００に電気的に結合させることができる。例えば、第１の組の燃料電池２３３００、第２の組の燃料電池２３４００、第３の組の燃料電池２３５００、および第４の組の燃料電池２３６００は、並列電気結合により、正のバス２３１００および負のバス２３２００に電気的に結合させることができる。直列で電気的に結合された燃料電池、例えば、第１の組の燃料電池２３３００、第２の組の燃料電池２３４００、第３の組の燃料電池２３５００、および第４の組の燃料電池２３６００はそれぞれ、概ね、直列に結合させた燃料電池の総数×単一の燃料電池により生成する電圧の電圧を生成させることができる。水素および／または酸素が、第１の組の燃料電池２３３００、第２の組の燃料電池２３４００、第３の組の燃料電池２３５００、および第４の組の燃料電池２３６００に、一定の組の燃料電池に実質的に平行な流れのパターン、逆流、横断流、および／または任意の他の流れのパターンで供給される。第１の組の燃料電池２３３００、第２の組の燃料電池２３４００、第３の組の燃料電池２３５００、および第４の組の燃料電池２３６００の各々は、正のバス２３１００に送達可能な追加の電流を発生させることができる。燃料電池の組の総数は、システム２３０００からの所望の電流出力に基づき決定することができる。
【０２２６】
図２４は、システム２４０００の例示的な実施形態のブロック図であり、システムは第１のバス２４１００と、第２のバス２４２００と、第３のバス２４３００と、を備えることができる。複数の組の燃料電池を、第１のバス２４１００、第２のバス２４２００、および第３のバス２４３００に電気的に結合させることができる。例えば、第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００は、第１のバス２４１００、第２のバス２４２００、および第３のバス２４３００に、直列電気結合で、電気的に結合させることができる。直列に、電気的に結合させた２０の燃料電池、例えば、第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の各々は、単一の電池により発生する電圧×回路中の電池の総数（例えば、システム２４０００で示した２０の電池）に概ね等しい電圧を発生させることができる。第１の組の燃料電池２４４００および第３の組の燃料電池２４６００は、電気負荷（図示せず）を備える電気回路に電気的に結合させることができる。水素および／酸素が、第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の各々に、一定の組の燃料電池に実質的に平行な流れのパターン、逆流、横断流、および／または任意の他の流れのパターンで供給される。第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の各々は、電気回路に送達可能な追加の電圧を発生させることができる。燃料電池の組の総数は、システム２４０００からの所望の電圧出力に基づき決定することができる。第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の総面積は、システム２４０００の総電流出力を決定することができる。システム２４０００は、第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の各々から生成した水が第１の組の燃料電池２４４００、第２の組の燃料電池２４５００、第３の組の燃料電池２４６００、および第４の組の燃料電池２４７００の１つまたは複数の間で短絡させないように適合させた複数の膜２４８００を備えることができる。
【０２２７】
図２５は、方法２５０００の例示的な実施形態のフローチャートであり、これは、複数のアクティビティを備えることができる。アクティビティ２５１００では、ファブリックを入手することができる。ある例示的な実施形態では、ファブリックは、ＰＡＮ繊維ファブリック、例えば、ＥＴＥＫ社から入手されるＰＡＮ繊維ファブリックとすることができる。ある例示的な実施形態では、ファブリックは三菱（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）−３ＨＳファブリックなどのピッチ繊維を含む織物とすることができる。ファブリックは、押出繊維、延伸繊維、および／または紡糸繊維を含むことができる。ファブリックは繻子織で織ることができる。ファブリックは、約２００〜約５０００繊維を含む束から構成される１−ハーネス、２−ハーネス、３−ハーネス、４−ハーネス、または５−ハーネスファブリックとすることができる。コーティングおよび／またはサイジング、例えばエポキシコーティングおよび／サイジングを有するファブリックを入手することができる。ファブリック中に含まれる繊維は、長さが、約１ｍｍよりも長いものとすることができる。ファブリックに含まれる繊維は、気相成長されず、押し出されず、および／または伸張破断されない。
【０２２８】
アクティビティ２５２００では、コーティングおよび／またはサイジングをファブリックから除去することができる。ファブリックを加熱し、コーティングおよび／またはサイジングを除去することができる。ファブリックは、℃で表される、概ね１００、１２０．１、１８９．５、２１４、２４８．９、３３５．７、２８９、４００、４４０．１、６００、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の温度を超える温度まで加熱することができる。ファブリックは、分で表される、概ね０．０５、０．１、０．２４、０．８、１、５．８、１０、１４．７、２４．９、３０、４６．６、８７、９８．１、６７８、１５００、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の時間、加熱することができる。
【０２２９】
アクティビティ２５３００では、疎水性コーティングをファブリックに適用することができる。例えば、疎水性コーティングはＰＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ、フッ素化エチレンプロピレン、エチレンテトラフルオロエチレン、および／または任意の他のポリマーなどを含むことができる。例えば、ファブリックは、疎水性コーティングを含む分散物に浸漬させることができる。ファブリックは、１つまたは複数の段階で疎水性コーティングを適用した後、乾燥させることができる。１つまたは複数オン段階の各々は、℃で表される、概ね１００、１２２．５、１４７．８、２２１、２６７、３３４．１、２８９．８、４００、４４０、６００、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の温度より高い温度でファブリックを乾燥させる工程を含むことができる。ファブリックは、分で表される、概ね０．０５、０．２、０．２９、０．６６、１、３．７、１０．８、１５、２７、３１．２、４９、７７．７、９８．６、５００、９９９．１、１５００、および／またはそれらの間の任意の値もしくはサブ範囲の時間、加熱することができる。
【０２３０】
アクティビティ２５４００では、微細孔サブ層をファブリックに適用することができる。微細孔サブ層は、μｍで表される、概ね１、５、６、９．２、１１．２、１４、１５、１８．０、２４．７、５５．４、８７．２、９９、１２５、２５０、および／またはそれらの間の任意の他の値もしくはサブ範囲よりも大きな厚さで適用することができる。微細孔サブ層は、ファブリック上に成分混合物をエアブラッシングすることにより形成することができる。成分混合物は、ポリマー、例えば、ＰＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ、フッ素化エチレンプロピレン、エチレンテトラフルオロエチレン、および／または任意の他のポリマーなどを含むことができる。混合物は炭素粒子と、メタノール、エタノール、プロパノール、および／または２−プロパノールなどのアルコール液キャリヤと、を含むことができる。微細孔サブ層は、燃料電池で使用するために適合させた触媒層に隣接するように適合されたファブリックの１つの側に設けることができる。成分混合物をファブリック上に設けた後、ファブリックは、℃で表される、概ね２００、２２７．６、２５０、２８９．３、３２７、３３５．９、３５４．３、４００、および／またはそれらの間の任意の他の値もしくはサブ範囲より高い温度で焼結させることができる。
【０２３１】
アクティビティ２５５００では、ガス透過性導電層を作製することができる。ガス透過性導電層は、アクティビティ２５２００、アクティビティ２５３００、および／またはアクティビティ２５４００などのアクティビティにより処理した一片のファブリックを含むことができる。ガス透過性層は、５００キロパスカルで加圧（圧縮）すると、０．２Ω／平方の面内抵抗および０．０２Ω−ｃｍ２未満の面貫通抵抗を有することができ、かつ２０ダルシーを超える非圧縮ダルシー透過率を有することができる。燃料電池中で面内電気コレクタとして使用するために適合させる場合、膜電極アセンブリと２つのガス透過性導電層との組み合わせを適合させ、約３ｃｍの燃料電池幅に約０．５ボルトを印加した時、約０．１ａｍｐ／ｃｍ２を超える燃料電池電流密度を得ることができる。
【０２３２】
アクティビティ２５６００では、ＭＥＡを配置することができる。ＭＥＡは、メリーランド州エルクトンのゴアまたはデラウェア州ニューキャッスルのイオンパワーなどの供給元から購入することができる。ＭＥＡは第１のガス透過性導電層に隣接して配置することができる。ＭＥＡは第１のガス透過性導電層と第２のガス透過性導電層の間に挿入することができる。
【０２３３】
アクティビティ２５７００では、第１のガス透過性導電層は第２のガス透過性導電層に、任意の技術、例えば、ホットプレスおよび／または導電接着剤などにより接着させることができる。例えば、第１のガス透過性導電層の一部は、第２のガス透過性導電層の一部に接着させることができる。第２のガス透過性導電層の部分は、第１の分配層の部分にオーバーラップすることができる。第１のガス透過性導電層と第２のガス透過性導電層は、水素、酸素、液体の水、および／または水蒸気に適合させることができる。
【０２３４】
アクティビティ２５８００では、燃料電池を作製することができる。
【０２３５】
アクティビティ２５９００では、燃料電池は、直流を発生するように動作させることができ、これを使用して、１つまたは複数の電気回路および／またはデバイスに電力を供給することができる。
【０２３６】
ある例示的な実施形態の上記詳細な説明および図面を読むことにより、さらに別の実用的で、有用な実施形態が当業者に容易に明らかになると思われる。多くの変形、改変、および追加の実施形態が可能であり、したがって、そのような変形、改変、および実施形態全てが、本出願の精神および範囲内に存在すると考えるべきであることを理解すべきである。
【０２３７】
このように、本出願のいずれの部分（例えば、標題、分野、背景、概要、要約、図面など）の内容に関係なく、任意の特許請求の範囲に対し、明確な規定、断定、または理由などを介して、反対の内容が明確に規定されていなければ、この出願および／またはこれについて優先権を主張する任意の出願の任意の主張に関わらず、および最初に提供されたかどうかに関わらず、
任意の特別な、記述または図示された特徴、機能、アクティビティ、または要素、任意の特別なアクティビティの連続、または任意の特別な要素の相互関係を含有する必要はなく；
任意の要素は統合、分離、および／または重複させることができ；
任意のアクティビティは、繰り返し、複数の実態により実施し、および／または複数の権限で実施することができ；および
任意のアクティビティまたは要素は特定的に排除することができ、アクティビティの順序は変動させることができ、および／または要素の相互関係は変動させることができる。
【０２３８】
したがって、説明および図面は、本質的に例示的なものと考えるべきであり、限定するものと考えるべきではない。さらに、任意の数または範囲が本明細書で記述される場合、特に明確に記述されていなければ、その数または範囲は概算である。本明細書で任意の範囲が記述されている場合、特に明確に記述されていなければ、その範囲は、その中の値を全て含み、その中のサブ範囲を全て含む。本明細書で参照により組み入れられている任意の材料（例えば、米国特許、米国特許出願、書籍、論文）における任意の情報は、そのような情報と、本明細書で記述されている他の説明および図面との間に対立が存在しないという程度まで、参照により組み入れられるにすぎない。本明細書内の任意の主張またはそれについての優先権の主張を無効にする対立を含む、そのような対立がある場合、関連材料によりそのように組み入れられた任意のそのような対立情報は、特定的に、参照により本明細書に組み入れられない。
【図面の簡単な説明】
【０２３９】
【図１】ある例示的な実施形態に係る抵抗試験の結果を示すグラフである。
【図２】ある例示的な実施形態に係る電流密度試験の結果を示すグラフである。
【図３】システム３０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図４】システム４０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図５】システム５０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図６】システム６０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図７】システム７０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図８】システム８０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１０】システム１００００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１１】システム１１０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１２】システム１２０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１３】システム１３０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１４】システム１４０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１５】システム１５０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１６】燃料電池シート１６０００の例示的な実施形態の斜視図である。
【図１７】燃料電池シートを備えるシステム１７０００の例示的な実施形態の斜視図である。
【図１８】燃料電池シートを備えるシステム１８０００の例示的な実施形態の平面図である。
【図１９】燃料電池シート１９０００の例示的な実施形態の斜視図である。
【図２０】燃料電池シートを備えるシステム２００００の例示的な実施形態の斜視図である。
【図２１】システム２１０００の例示的な実施形態の平面図である。
【図２２】システム２２０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図２３】システム２３０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図２４】システム２４０００の例示的な実施形態のブロック図である。
【図２５】方法２５０００の例示的な実施形態の流れ図である。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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