(57)【要約】  燃料電池サブアセンブリが、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を各々含む第１および第２のフローフィールドプレートを含む。膜電極アセンブリが前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置され、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を備え、各ファスナー開口が、締結孔を画定するように整列される。エラストマー材料から形成された現場成形ファスナーが前記締結孔の各々に配置される。エラストマー材料は、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて現場成形ファスナーの容積変位を容易にする。
2008525986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第１のフローフィールドプレートと、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２のフローフィールドプレートと、
前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置されかつ複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む膜電極アセンブリであって、前記膜電極アセンブリの前記複数のファスナー開口と前記第１および第２のフローフィールドプレートの前記複数のファスナー開口とが締結孔を画定する、膜電極アセンブリと、
複数の前記締結孔内に配置されたエラストマー材料から形成された現場成形ファスナーであって、前記エラストマー材料が、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて前記現場成形ファスナーの容積変位を容易にする、現場成形ファスナーと、
を含む燃料電池サブアセンブリ。
【請求項２】
前記エラストマー材料が、前記燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて前記締結孔内の空隙容積への前記現場成形ファスナーの容積変位を容易にする、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項３】
前記空隙容積が、前記燃料電池サブアセンブリの圧縮の最終圧縮未満において前記現場成形ファスナーによって充填されていない前記締結孔内の容積を画定する、請求項２に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項４】
前記空隙容積が、前記締結孔内の前記現場成形ファスナーの現場形成後に充填されていない前記締結孔の容積を画定する、請求項２に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項５】
前記エラストマー材料が、前記燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて前記現場成形ファスナー内の空隙容積への前記現場成形ファスナーの容積変位を容易にする、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項６】
前記現場成形ファスナーが相変化エラストマー材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項７】
前記現場成形ファスナーが硬化性エラストマー材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項８】
前記現場成形ファスナーが現場硬化性エラストマー材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項９】
前記現場成形ファスナーがシリコーン材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１０】
前記現場成形ファスナーがゴム材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１１】
前記現場成形ファスナーが歯科用印象材料から形成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの前記ファスナー開口が前記第１および第２のフローフィールドプレートの外面に隣接したリップ空隙を含み、前記リップ空隙内の前記現場成形ファスナーの一部分が前記第１および第２のフローフィールドプレートの機械的捕捉を提供する、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの各々が約６ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの各々が約１．２５ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１５】
前記締結孔が、前記サブアセンブリを現場硬化された位置合わせにおいて弾性的に保持するために十分な数であり、燃料電池積層体の接合前の取扱いのために十分である、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１６】
燃料電池サブアセンブリが、フローフィールドプレート面積約１５ｃｍ2〜約２５ｃｍ2当たり１つの締結孔を含む、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１７】
フローフィールドプレート面積の、前記締結孔の最小断面積の合計に対する比が約２００：１〜約４００：１の範囲である、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの少なくとも１つが単極フローフィールドプレートとして構成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項１９】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの少なくとも１つが二極フローフィールドプレートとして構成される、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項２０】
前記第２のフローフィールドプレートが二極フローフィールドプレートとして構成され、該燃料電池サブアセンブリは、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第３のフローフィールドプレートと、
前記第２および第３のフローフィールドプレートの間に配置されかつ複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２の膜電極アセンブリであって、膜電極アセンブリと前記第１、第２、および第３のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口が、前記現場成形ファスナーが配置される前記締結孔を画定する、第２の膜電極アセンブリとをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項２１】
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第３のフローフィールドプレートと、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第４のフローフィールドプレートと、
前記第３および第４のフローフィールドプレートの間に配置されかつ複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２の膜電極アセンブリであって、膜電極アセンブリと前記第１、第２、第３、および第４のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口が、前記現場成形ファスナーが配置される前記締結孔を画定する、第２の膜電極アセンブリとをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池サブアセンブリ。
【請求項２２】
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第１のフローフィールドプレートを提供する工程と、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２のフローフィールドプレートを提供する工程と、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含み、前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置された膜電極アセンブリを提供する工程と、
前記膜電極アセンブリと前記第１および第２のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口を整列して締結孔を画定する工程と、
予備エラストマー材料を前記締結孔に流入させてその中に現場成形ファスナーを形成する工程とを含む、燃料電池サブアセンブリを接合する方法。
【請求項２３】
前記予備エラストマー材料が相変化を経てエラストマー材料を形成する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記予備エラストマー材料が炭化水素熱相変化材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記予備エラストマー材料を硬化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記エラストマー材料が前記第１および第２のフローフィールドプレートの表面とほとんど同じ高さである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記予備エラストマー材料を固化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記エラストマー材料が前記第１および第２のフローフィールドプレートの表面とほとんど同じ高さである、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記予備エラストマー材料を硬化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含み、前記エラストマー材料が、付加硬化、縮合硬化、放射線硬化、熱硬化、またはフリーラジカル硬化によって硬化する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記予備エラストマー材料を硬化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含み、前記エラストマー材料がシリコーン材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記予備エラストマー材料を硬化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含み、前記エラストマー材料がゴム材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記予備エラストマー材料を硬化してエラストマー材料を形成する工程をさらに含み、前記エラストマー材料が歯科用印象材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記予備エラストマー材料の硬化または固化時に前記第１および第２のフローフィールドプレートを機械的に捕捉する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記燃料電池サブアセンブリの接合を容易にするように構成された接合具を提供する工程と、前記接合具を用いて前記膜電極アセンブリと前記第１および第２のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口を整列する工程とをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第１のフローフィールドプレートを提供する工程と、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２のフローフィールドプレートを提供する工程と、
前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置されかつ複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む膜電極アセンブリを提供する工程であって、前記膜電極アセンブリと前記第１および第２のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口が締結孔を画定する工程と、
前記締結孔の各々に配置されたエラストマー材料を含む現場成形ファスナーを提供する工程と、
燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置く工程と、
燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて前記現場成形ファスナーによって圧縮歪を吸収する工程とを含む、燃料電池サブアセンブリ内の圧縮を吸収する方法。
【請求項３６】
前記現場成形ファスナーによって圧縮歪を吸収する工程が、前記現場成形ファスナーの容積を前記締結孔内の空隙容積内に移動させる工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記現場成形ファスナーによって圧縮歪を吸収する工程が、前記現場成形ファスナーの容積を前記現場成形ファスナー内の空隙容積内に移動させる工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第１のフローフィールドプレートと、
複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む第２のフローフィールドプレートと、
前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置されかつ複数の締結位置において画定された複数のファスナー開口を含む膜電極アセンブリであって、前記膜電極アセンブリと前記第１および第２のフローフィールドプレートとの前記複数のファスナー開口とが締結孔を画定する、膜電極アセンブリと、
燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて圧縮歪を弾性的に吸収するための、前記締結孔内に配置された手段とを含む、燃料電池サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、燃料電池成分のための締結装置に関し、より詳しくは、燃料電池成分およびアセンブリのための現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）硬化性エラストマー締結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な燃料電池システムは、１つまたは複数の燃料電池が電力を発生する出力部を備える。燃料電池は、水素および酸素を水に変換し、そのプロセスにおいて電気および熱を生じるエネルギー変換装置である。各燃料電池ユニットは中心にプロトン交換膜（ｍｅｍｂｅｒ）を備えてもよく、ガス拡散層がプロトン交換膜の両側にある。アノードおよびカソード触媒層がそれぞれ、ガス拡散層の内側に配置される。このユニットは膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と称される。セパレータプレートまたはフローフィールドプレートがそれぞれ、膜電極アセンブリのガス拡散層の外側に配置される。このタイプの燃料電池はしばしば、ＰＥＭ燃料電池と称される。
【０００３】
単一燃料電池内の反応は典型的に、１ボルト未満を生じる。複数の燃料電池を積層し、直列に電気接続して所望の電圧を達成してもよい。電流を燃料電池積層体から集め、負荷を駆動するために用いる。燃料電池は、自動車からラップトップコンピュータまで、様々な用途のために電力を提供するために用いられてもよい。
【０００４】
燃料電池電力システムの効率は一般に、一つには、燃料電池積層体の個々の燃料電池内の様々な接触および封止界面の結合性に依存する。このような接触および封止界面には、積層体の燃料電池の中およびその間への燃料、冷却剤、および流出物の輸送に関連するものがある。燃料電池積層体内に燃料電池成分およびアセンブリを適切に位置整列することは、燃料電池システムの効率的作動を確実にするために重要である。燃料電池サブアセンブリを接合する間、取り扱いに起因する燃料電池成分の誤整列は、例えば、個々の燃料電池の不良および燃料電池システムの性能の低下につながる場合がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃料電池成分のための締結装置およびかかる締結装置を用いて燃料電池成分を接合する方法に関する。本発明の実施態様は、燃料電池サブアセンブリを接合する間に現場形成されるエラストマー締結装置を含む。
【０００６】
１つの実施態様によると、燃料電池サブアセンブリは、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を含む第１のフローフィールドプレートを備える。第２のフローフィールドプレートは、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を備える。膜電極アセンブリは、第１および第２のフローフィールドプレートの間に配置され、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を備える。膜電極アセンブリと第１および第２のフローフィールドプレートとの各ファスナー開口が締結孔を画定する。エラストマー材料から形成された現場成形ファスナー（ｆｏｒｍ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ  ｆａｓｔｅｎｅｒ）が締結孔の各々に配置される。エラストマー材料は、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて現場成形ファスナーの容積変位（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎt）を容易にする。
【０００７】
別の実施態様によると、燃料電池サブアセンブリ内の圧縮を処理する方法は、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を各々含む第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程を含む。膜電極アセンブリは、第１および第２のフローフィールドプレートの間に提供され、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を含み、各ファスナー開口が締結孔を画定する。また、この方法は、締結孔の各々に配置されたエラストマー材料から形成された現場成形ファスナーを提供する工程を含む。さらに、この方法は、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置く工程と、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて現場成形ファスナーによって圧縮歪を吸収する工程とを必要とする。
【０００８】
別の実施態様によると、燃料電池サブアセンブリを接合する方法は、多数の締結位置において画定されたいくつかのファスナー開口を各々含む、第１および第２のフローフィールドプレートおよびそれらの間に配置された膜電極アセンブリを提供する工程を含む。さらに、この方法は、膜電極アセンブリと第１および第２のフローフィールドプレートとのファスナー開口を整列して締結孔を画定する工程と、予備エラストマー材料を締結孔に流入させてその中に現場成形ファスナーを形成する工程とを必要とする。
【０００９】
本発明の上記の概要は、本発明の各々の実施態様または全ての実施について記載することを意図しない。本発明をより完全に理解することによって、利点および達成は明らかになり、添付した図面と併せて以下の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって理解されるであろう。
【００１０】
本発明は様々な改良および別の形態をとることが可能であるが、その詳細は図面において例示され、詳細に記載される。しかしながら、本発明を記載された特定の実施態様に限定するものではないことを理解されたい。反対に、添付された特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内にある全ての改良、等価物、および代替物を包含することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
具体的な実施態様の以下の説明において、その一部を成す、本発明を実施することができる様々な実施態様が実例として示される添付した図面が参照される。実施態様を利用してもよく、本発明の範囲から逸脱せずに構造の変更を行なってもよいことを理解されたい。
【００１２】
本発明の態様は一般に、燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリ、燃料電池の積層体、および燃料電池を使用する電力システムに関連して説明される。本発明による締結方法は燃料電池アセンブリの場合に特に有利であるが、本発明の原理は、多種多様な締結用途において実施されてもよいことは理解されよう。したがって、以下に説明された特定の実例となる実施態様は説明を意図するものであり、限定を意図するものではない。
【００１３】
本発明の締結方法は、様々なタイプ、構成、および技術の燃料電池アセンブリおよび積層体に導入されてもよい。典型的な燃料電池が図１ａに示される。燃料電池は、水素燃料と空気からの酸素とを組み合わせて電気、熱、および水を生じる電気化学デバイスである。燃料電池は燃焼を利用せず、それ故に、燃料電池は危険な流出物をもしあるとしてもほとんど生じない。燃料電池は水素燃料および酸素を直接に電気に変換し、例えば内燃機関よりもずっと高い効率において作動されうる。
【００１４】
図１ａに示された燃料電池１０は、アノード１４に隣接した第１の拡散体／集電体（ＤＣＣ）１２を備える。電解質膜１６はアノード１４に隣接している。カソード１８は電解質膜１６に隣接して配置され、第２の拡散体／集電体１９はカソード１８に隣接して配置される。作動時に、水素燃料が燃料電池１０のアノード部分に導入され、第１の拡散体／集電体１２を通過し、アノード１４の上を通る。アノード１４において、水素燃料は水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とに分離される。
【００１５】
電解質膜１６は、水素イオンまたはプロトンだけを電解質膜１６を通過させ、燃料電池１０のカソード部分に到達させる。電子は、電解質膜１６を通過することができず、代わりに、電流の形で外部電気回路を通って流れる。この電流は電気モーターなどの電気負荷１７に電力供給することができ、または再充電可能なバッテリーなどのエネルギー蓄積デバイスに誘導されてもよい。
【００１６】
酸素は、第２の拡散体／集電体１９経由で燃料電池１０のカソード側に流入する。酸素がカソード１８の上を通るとき、酸素、プロトン、および電子が組み合わさって水および熱を生じる。
【００１７】
図１ａに示されるような個々の燃料電池を以下に記載されたようにユニット化された燃料電池アセンブリとしてパッケージ化することができる。本明細書においてユニット化された電池アセンブリ（ＵＣＡ）と称されるユニット化された燃料電池アセンブリを多数の他のＵＣＡと組み合わせて燃料電池積層体を形成することができる。ＵＣＡは、積層体の全電圧を決定する積層体内のＵＣＡの数と直列に電気接続されてもよく、電池の各々の活性表面積が全電流を決定する。所与の燃料電池積層体によって発生された全電力は、全積層体電圧を全電流で乗じることによって求められる。
【００１８】
多数の異なった燃料電池技術を使用して、本発明の原理によってＵＣＡを構成することができる。例えば、本発明のＵＣＡパッケージング方法を使用して、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池アセンブリを構成することができる。ＰＥＭ燃料電池は、比較的低い温度（約１７５°Ｆ／８０℃）において作動し、高電力密度を有し、それらの出力を急速に変化させて電力需要のシフトを達成することができ、例えば自動車など、急速な始動が必要とされる用途に適している。
【００１９】
ＰＥＭ燃料電池において用いられたプロトン交換膜は典型的に、水素イオンがそれを通過することを可能にするが気体反応体を分離する薄い固体ポリマー電解質シートである。膜は典型的に、活性触媒である高分散された金属または金属合金粒子（例えば、白金または白金／ルテニウム）を両面にコートされる。使用された電解質は典型的に、固体過フッ素化スルホン酸ポリマーである。固体電解質の使用は、腐蝕および電解質閉じ込め問題を低減するので、有利である。
【００２０】
水素を燃料電池のアノード側に供給し、そこで触媒は、水素原子が電子を放出し、水素イオン（プロトン）になるように促進する。電子は、燃料電池のカソード側（そこで酸素が導入された）に戻る前に利用されうる電流の形で移動する。同時に、プロトンは、膜を通ってカソードに拡散し、そこで水素イオンが再結合され、酸素と反応して水を生じる。
【００２１】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、水素燃料電池などのＰＥＭ燃料電池の中心要素である。上記したように、典型的なＭＥＡは、固体電解質として作用する、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）（イオン導電性膜（ＩＣＭ）としても公知である）を含む。
【００２２】
ＰＥＭの面の一方が、アノード触媒電極層と接触しており、反対側の面がカソード触媒電極層と接触している。各電極層が、電気化学触媒を含有し、典型的に白金金属を含有する。拡散体／集電体は、アノードおよびカソード電極材料へのおよびそれらからのガス輸送を容易にし、電流を触媒層からセパレータまたはフローフィールドプレートに伝導する。
【００２３】
代表的なＰＥＭ燃料電池において、プロトンが水素酸化によってアノードに形成され、カソードに輸送されて酸素と反応し、電極と接続する外部回路に電流が流れることを可能にする。
【００２４】
また、ＤＣＣは、ガス拡散層（ＧＤＬ）と呼ばれてもよい。アノードおよびカソード電極層は、完成されたＭＥＡにおいてＰＥＭとＤＣＣとの間に配置される限り、製造する間にＰＥＭまたはＤＣＣに適用されてもよい。
【００２５】
いかなる適したＰＥＭを本発明の実施において用いてもよい。有用なＰＥＭの厚さは、約２００μｍ〜約１５μｍの範囲である。ＰＥＭは典型的に、酸官能性フルオロポリマーであるポリマー電解質、例えば、ナフィオン（登録商標）（デラウェア州、ウィルミントンのデュポン・ケミカルズ社（ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ  ＤＥ））、フレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標）（日本、東京の旭硝子（Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．））、および高フッ素化された主鎖と式ＹＯＳＯ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−［ポリマー主鎖］（ＹはＨ+または別の一価カチオン、例えばアルカリ金属カチオンである）の反復側基とを有するポリマーからなる。後者のポリマーは、国際公開第２００４０６２０１９号パンフレットに記載されている。本発明において有用なポリマー電解質は典型的に好ましくは、テトラフルオロエチレンと１つまたは複数のフッ素化された酸官能性コモノマーとのコポリマーである。
【００２６】
典型的に、ポリマー電解質は、スルホネート官能基を有する。ポリマー電解質は典型的に、１２００以下、より典型的に１１００、最も典型的に約１０００の酸当量を有する。８００程度またはさらに７００の当量を用いてもよい。
【００２７】
いかなる適したＤＣＣを本発明の実施において用いてもよい。典型的に、ＤＣＣは、炭素繊維を含むシート材料からなる。ＤＣＣは典型的に、織および不織炭素繊維構造物から選択された炭素繊維構造物である。本発明の実施において有用である場合がある炭素繊維構造物には、東レ（Ｔｏｒａｙ）カーボン紙、スペクトラカーブ（ＳｐｅｃｔｒａＣａｒｂ）カーボン紙、ＡＦＮ不織炭素布、ゾルテック（Ｚｏｌｔｅｋ）炭素布等が挙げられる。炭素粒子コーティング、親水化処理、および疎水化処理、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によるコーティングなど、様々な材料でＤＣＣをコートまたは含浸してもよい。
【００２８】
白金黒または微粉、（米国特許出願公開第２００４０１０７８６９号明細書に記載されているような）炭素担持触媒粒子を含有するインク、または（米国特許第６４８２７６３号明細書および米国特許第５８７９８２７号明細書に記載されているような）ナノ構造化薄フィルム触媒など、いかなる適した触媒を本発明の実施において用いてもよい。ハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体支持ダイコーティング、ワイヤー捲回ロッドコーティング、流体支持コーティング、スロット供給ナイフコーティング、三本ロールコーティング、またはデカルコマニア転写など、手および機械による方法の両方を含めて、いかなる適した手段によって触媒をＰＥＭまたはＤＣＣに適用してもよい。コーティングは１回の適用においてまたは多数の適用において達成されてもよい。
【００２９】
共に電解質としてポリマー膜を使用するという点で、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、ＰＥＭ電池に似ている。しかしながら、ＤＭＦＣにおいて、アノード触媒自体は、水素を液体メタノール燃料から引抜き、燃料改質剤の必要性をなくす。ＤＭＦＣは典型的に、４０〜９０℃の温度において作動する。直接メタノール燃料電池は、本発明の原理によってＵＣＡパッケージングを行うことができる。
【００３０】
図１ｂを参照して、ＰＥＭ燃料電池技術によって実施されたＵＣＡの実施態様が示される。図１ｂに示されるように、ＵＣＡ２０の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）２５は５つの構成層を備える。ＰＥＭ層２２はＤＣＣ層２４と２６、または例えばガス拡散層（ＧＤＬ）との間に挟まれる。アノード触媒３０は第１のＤＣＣ２４と膜２２との間に配置され、カソード触媒３２は膜２２と第２のＤＣＣ２６との間に配置される。
【００３１】
１つの構成において、ＰＥＭ層２２は、アノード触媒コーティング３０を一方の表面上におよびカソード触媒コーティング３２を他方の表面上に備えるように製造される。この構造体はしばしば、触媒被覆膜またはＣＣＭと称される。別の構成によると、第１および第２のＤＣＣ２４、２６は、それぞれ、アノードおよびカソード触媒コーティング３０、３２を備えるように製造される。さらに別の構成において、アノード触媒コーティング３０を第１のＤＣＣ２４上に部分的に配置し、ＰＥＭ２２の一方の表面上に部分的に配置することができ、カソード触媒コーティング３２を第２のＤＣＣ２６上に部分的に配置し、ＰＥＭ２２の他方の表面上に部分的に配置することができる。
【００３２】
ＤＣＣ２４、２６は典型的に、炭素繊維紙または不織材料または織布から製造される。製品の構造に応じて、ＤＣＣ２４、２６は炭素粒子コーティングを一方の面に有することができる。ＤＣＣ２４、２６は、上に記載したように、触媒コーティングを備えるかまたは取り除くように製造することができる。
【００３３】
図１ｂに示された特定の実施態様において、ＭＥＡ２５は第１のエッジシールシステム３４と第２のエッジシールシステム３６との間に挟まれて示される。エッジシールシステム３４、３６はＵＣＡパッケージ内の必要なシーリングを提供して様々な流体（ガス／液体）輸送および反応領域が互いに汚染しないようにし、ＵＣＡ２０を不適切に出ないようにし、フローフィールドプレート４０、４２の間の電気的絶縁およびハードストップ圧縮制御をさらに提供することができる。
【００３４】
フローフィールドプレート４０および４２は、それぞれ、第１および第２のエッジシールシステム３４および３６に隣接して配置される。フローフィールドプレート４０、４２の各々は、ガスフローチャネル４３のフィールドと水素および酸素供給燃料が通過する孔とを備える。また、フローフィールドプレート４０、４２は、冷却材チャネルおよび孔を組み込んでもよい。冷却材チャネルは、ガスフローチャネル４３を組み込む表面の反対側のフローフィールドプレート４０、４２の表面上に組み込まれる。
【００３５】
図１ｂに示された構成において、フローフィールドプレート４０、４２は単極フローフィールドプレートとして構成され、そこで単一ＭＥＡ２５はその間に挟まれる。このおよび他の実施態様においてフローフィールドは、本願と同一の所有者によって所有された米国特許第６，７８０，５３６号明細書に開示されているように低い横フラックスフローフィールドであってもよい。
【００３６】
図１ｃは、１つまたは複数の二極フローフィールドプレート５６を使用して多数のＭＥＡ２５を組み込む、ＵＣＡ、または複数電池アセンブリＭＣＡ５０を示す。図１ｃに示された構成において、ＵＣＡ５０は、２つのＭＥＡ２５ａおよび２５ｂと、一体冷却チャネル５９を組み込む、単一の二極フローフィールドプレート５６とを組み込む。ＭＥＡ２５ａは、ＤＣＣ６６ａおよび６４ａの間に挟まれたカソード６２ａ／膜６１ａ／アノード６０ａ層状構造を備える。ＤＣＣ６６ａは、フローフィールドエンドプレート５２に隣接して配置され、これは、二極プレート５６について示されるように一体冷却チャネル５９を有する、単極フローフィールドプレートまたは二極プレートとして構成されてもよい。ＤＣＣ６４ａは、二極フローフィールドプレート５６の第１のフローフィールド表面５６ａに隣接して配置される。同様に、ＭＥＡ２５ｂは、ＤＣＣ６６ｂおよび６４ｂの間に挟まれたカソード６２ｂ／膜６１ｂ／アノード６０ｂ層状構造を備える。ＤＣＣ６４ｂは、フローフィールドエンドプレート５４に隣接して配置され、これは、二極プレート５６について示されるように一体冷却チャネル５９を有する、単極フローフィールドプレートまたは二極プレートとして構成されてもよい。ＤＣＣ６６ｂは、二極フローフィールドプレート５６の第２のフローフィールド表面５６ｂに隣接して配置される。
【００３７】
図１ｂおよび図１ｃに示されたＵＣＡ構成は、本発明による現場成形締結方法において使用するために実施できる２つの特定の装置を代表する。これらの２つの装置はあくまで説明目的のために提供され、本発明の範囲内である全ての可能な構成を示すことを意図しない。むしろ、図１ｂおよび図１ｃは、特定の燃料電池アセンブリの設計に選択的に組み込むことができる様々な成分を例示することを意図する。
【００３８】
本発明の態様は、燃料電池アセンブリまたはサブアセンブリを接合するためのファスナーおよび方法に関する。本発明の態様はさらに、複数電池アセンブリ（ＭＣＡ）またはＵＣＡのサブユニットを一緒に積層することによって形成される燃料電池積層体に関するものであり、そこで各ＭＣＡ（またはＵＣＡ）モジュールはそれ自体、少なくとも１つの膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および少なくとも２つの二極または単極フローフィールドプレート（または二極および単極フローフィールドプレートの混合対）を組み込む「短積層体（シュートスタック）」である。
【００３９】
例としておよび１つの実施態様によると、燃料電池サブアセンブリは、多数の締結位置に設けられたいくつかのファスナー開口を各々有する一対のフローフィールドプレートを備える。膜電極アセンブリは、２つのフローフィールドプレートの間に配置され、また、多数の締結位置においていくつかのファスナー開口を組み込む。ＭＥＡと一対のフローフィールドプレートとのファスナー開口が整列して締結孔を画定する。エラストマー材料から形成された現場成形ファスナーが前記締結孔の各々に配置される。エラストマー材料は、燃料電池サブアセンブリを圧縮状態に置くことに応じて現場成形ファスナーの容積変位を容易にする。
【００４０】
本発明によるファスナー装置および締結方法の実施態様は、積層体の完全圧縮の前に高度の整列精度で燃料電池アセンブリ、サブアセンブリまたはモジュールの成分を一緒に保持するためにエラストマー材料から形成された現場成形ファスナーを使用する。本発明の締結方法は、積層体の圧縮力が加えられるときに生じる圧縮歪の変化を吸収することによって、全燃料電池積層体を圧縮する間、ＭＣＡの厚さの変化を可能にする。
【００４１】
前記したように、本発明のファスナー装置をＭＣＡモジュールに組み込んでもよい。このようなＭＣＡモジュールは、任意の数のＭＥＡおよび対応する二極または単極フローフィールドプレートを含有することができる。しかしながら、一般に、副積層体モジュールの１つの目的は積層体中の残りのＭＥＡを破損せずに不良のＭＥＡを除去することを可能にすることであるので、２〜４のＭＥＡが有用な数であると考えられる。
【００４２】
図２に戻ると、本発明の実施態様による現場成形ファスナー装置を使用する複数電池アセンブリの断面図が示される。図２に示されるように、ＭＣＡ１００は、２つのＭＥＡ１０４Ａ、１０４Ｂおよび４つの単極フローフィールドプレート１０２を組み込む。単極プレートは反応フローフィールドの１つのタイプだけを一方の表面上に有し、対向した表面上に冷却チャネルを有するのに対し、二極プレートはその対向した表面上にアノードおよびカソード反応フローフィールドの両方を有するという点で単極プレートは二極プレートから区別される。図２に示された単極プレート１０２の１つまたは複数に加えて、または代わりにＭＣＡ１００は１つまたは複数の二極フローフィールドプレートを組み込んでもよいことは理解される。
【００４３】
単極プレート１０２は典型的に薄く、金属、黒鉛、または他の適した材料から形成されてもよい。例えば、単極プレート１０２は、約１ｍｍ〜約６ｍｍの厚さを有してもよい。下側の範囲のかかる薄いプレート１０２は、例えば自動車用燃料電池の用途のために必要とされるように、高い積層体電力密度（例えば、０．８ｋＷ／リットル以上）を得るために必要である。このような薄いプレートを有するＭＣＡモジュールを組み立てるとき、圧縮下のＭＣＡの全厚は、厚さ約０．５ｃｍであるにすぎない。冷却チャネルを分離する構造は、「ランド」と称されてもよい。隣接した単極プレート１０２の冷却チャネルのランドの整列は、冷却剤のフローを妨げないかまたはランド間接触面積を低減し、それによって電流フローに対するプレート間抵抗を増加させるために、ランド幅の数パーセントの厳しい許容度に保持されなければならない。
【００４４】
機械タイプの取り外し可能なスクリュー、リベット、グロメットまたは他のかかるデバイスを使用して、プレート１０２およびＭＥＡ１０４Ａ、１０４Ｂを、燃料電池積層体に組み込む前に適度な強度で整列状態に保持することが考えうる。しかしながら、アセンブリが極端に薄い場合は市販のファスナーデバイスは４つの単極プレートを一緒に保持することができない。また、所与の燃料電池アセンブリのガスケットおよびＭＥＡを完全に圧縮するために約１００〜２００ｐｓｉ（７００〜１４００ｋＰａ）の必要とされた圧縮力を加えることができることは期待できない。これは、ＭＣＡを燃料電池積層体に組み立てて積層体の完全圧縮を行うときに生じる付加的な圧縮歪をあらゆるかかるＭＣＡ締結デバイスが吸収しなければならないことを意味する。
【００４５】
この問題を解決する本発明の締結方法は、例えばエラストマーリベットとして形成されてもよい、現場形成されたエラストマーファスナー１１０を使用する。ファスナー１１０は、締結孔１０６内に形成される。締結孔１０６は、フローフィールドプレート１０２およびＭＥＡ１０４Ａ、１０４Ｂの整列されたファスナー開口によって形成される。
【００４６】
図３は、１つの構成による単極プレート１０２の平面図である。プレート１０２は、１つまたは複数のＭＥＡおよび他の単極プレート（または二極プレート）のファスナー開口と一緒に、流動性硬化性エラストマー材料を受容するように構成された締結孔１０６（図２、４、および５に示される）を画定する多数のファスナー開口１０６Ａを組み込む。ファスナー開口１０６Ａのサイズおよび形状は、図３に示されたサイズおよび形状とは異なってもよいが、好ましくは、それを通して流動性予備エラストマー材料を分配するのを容易にする（例えば、注入孔として機能する）ように構成される。
【００４７】
燃料電池積層体が組み立てられるときにタイ・ロッドまたはボルトが通る孔１１１がファスナー開口１０６Ａの各々に隣接しており、孔１１１はファスナー開口１０６Ａから離隔されるかまたはずらされてもよいと理解される。中央領域１０３は、アノードまたはカソード反応フローフィールド領域または冷却チャネル領域など、プレート１０２の活性領域（どちらかの面または両面）である。ファスナー開口１０６Ａおよび孔１１１の位置は好ましくは、活性領域１０３の領域を最大にし、なおかつ反応ガスと冷却剤経路との間の必要な分離を提供するガスケット、シールまたは他の構造のための十分な間隔を提供するように選択される。
【００４８】
ファスナー開口１０６Ａ（従って締結孔１０６）は、図３の実例となるプレート構成に示されるように、プレート１０２の外周領域の周りに分散されてもよい。所与の燃料電池アセンブリの構成のための締結孔１０６は好ましくは、現場硬化された位置合わせにおいてアセンブリを弾性的に保持するために数が十分であり、燃料電池積層体の接合前および中の取扱いのために十分である。例として、燃料電池アセンブリまたはサブアセンブリは、フローフィールドプレート面積の約１５ｃｍ2〜約２５ｃｍ2当たり１つの締結孔１０６を備えてもよい。さらに別の例として、フローフィールドプレート面積の、締結孔１０６の最小断面積の合計に対する比は約２００：１〜約４００：１の範囲であってもよい。
【００４９】
図４および図５は、本発明の現場成形ファスナーの２つの実施態様を示す。図４は、２つのＭＥＡ１０４Ａ、１０４Ｂおよび４つの単極フローフィールドプレート１０２を組み込むＭＣＡ１０１の一部分を示す。ＭＣＡ１０１は、現場形成されたエラストマーファスナー１１０が配置される締結孔１０６を備える。この実施態様において、締結孔１０６は、流動性予備エラストマー材料が締結孔１０６に分配されてファスナー１１０を形成した後にエラストマー材料をほとんど含有しないままの１つまたは複数の空隙１０８を含有するように構成される。
【００５０】
空隙１０８は、積層体の圧縮の間、変形可能だが非圧縮性のエラストマー材料を受け入れることができる締結孔１０６内の自由容積を表す。例えば、空隙１０８は、燃料電池積層体の圧縮の最終圧縮未満において現場成形ファスナー１１０によって充填されていない締結孔１０６内の容積を表す。また、空隙１０８は、締結孔１０６内に現場成形ファスナー１１０を現場形成後に充填されていない締結孔１０６の容積を表すことができる。ＭＣＡ１０１を燃料電池積層体に配置してタイ・ロッドまたはボルトの使用によって積層体のエンドプレート間で圧縮するとき、現場形成されたエラストマーファスナー１１０が変形し、必要ならば、締結孔１０６内のあらゆる未充填空隙１０８中に膨張する。
【００５１】
図５に示された実施態様において、締結孔１０６は、図４に示された空隙１０８を含有するように構成される必要はない。この実施態様によると、ファスナー１１０を形成する流動性予備エラストマー材料は、ＭＣＡの圧縮の間、大量ファスナー材料の容積変位に対応するガスまたは他の圧縮可能な要素を導入する。この実施態様において、ファスナー１１０を形成する現場硬化性エラストマー材料は、例えば、ガスブローンエラストマー材料、気泡エラストマーゴム、または圧縮可能な中空ビーズを注入されたエラストマー材料であってもよい。ＭＣＡ１０１を燃料電池積層体に配置して積層体のエンドプレート間で圧縮するとき、現場形成されたエラストマーファスナー１１０の歪みは、ファスナー１１０自体内の空隙（例えば、ガス気泡）または圧縮要素（例えば、中空ビーズ）によって吸収される。
【００５２】
締結孔１０６は好ましくは、２つの外部フローフィールドプレート１０２の機械的捕捉を容易にする特徴を組み込む。この特徴は、上記したように燃料電池積層体の接合のためにＭＣＡを取扱うときに重要である、エラストマーの現場硬化された位置合わせにおいてＭＣＡ１０１を維持することを容易にする。図４および図５に示された捕捉特徴は、上方フローフィールドプレート１０２の外面に隣接したリップ空隙１０７Ａと下方フローフィールドプレート１０２の外面に隣接したリップ空隙１０７Ｂとを備える。流動性予備エラストマー材料が締結孔１０６に分配されるとき、材料の一部が各リップ空隙１０７Ａおよび１０７Ｂに流入する。硬化した後、リップ空隙１０７Ａ、１０７Ｂ内の前記エラストマー材料は、２つの外部フローフィールドプレート１０２の機械的捕捉を容易にする。
【００５３】
本発明の締結装置は、硬化性エラストマー材料、より好ましくは現場硬化性エラストマー材料から形成された現場成形ファスナー１１０を組み込む。現場成形ファスナー１１０は、炭化水素熱相変化材料（例えば、靭性ワックスまたはワックスとエラストマーファイバーとの複合材）などの相変化エラストマー材料から形成されてもよい。本発明のファスナー１１０を形成するための適した材料には、シリコーン材料、ゴム材料、または歯科用印象材料などがある。適した歯科用印象材料は、３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏ．）からインプリント（Ｉｍｐｒｉｎｔ）（登録商標）ＩＩガラント（Ｇａｒａｎｔ）（登録商標）レギュラー・ボイルド・コンシステンシー（Ｒｅｇｕｌａｒ  Ｂｏｄｉｅｄ  Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）、Ｎｏ．９３７９として入手可能な二液型ポリシロキサン歯科用印象材料である。
【００５４】
本発明のファスナー１１０を形成するための適したエラストマー材料には、付加硬化、縮合硬化、放射線硬化、熱硬化、またはフリーラジカル硬化によって硬化可能であるエラストマー材料がある。有用な付加硬化シリコーン印象材料には、米国特許第４，０３５，４５３号明細書および米国特許第４，６５７，９５９号明細書に開示された付加硬化シリコーン印象材料がある。有用な付加硬化ポリエーテルには、ドイツ特許第４０１９２４９（Ａ１）号明細書に開示された付加硬化ポリエーテルがある。有用な縮合硬化シリコーン印象材料には、米国特許第６，２１８，４６１号明細書、米国特許第５，１１８，２９０号明細書、および米国特許第４，１７４，３３８号明細書、およびドイツ特許第１１５３１６９号明細書に開示された縮合硬化シリコーン印象材料がある。有用なアジリジノポリエーテル印象材料には、米国特許第５，５６９，６９１号明細書および米国特許第３，４５３，２４２号明細書に開示されたアジリジノポリエーテル印象材料がある。
【００５５】
別の実施態様によると、燃料電池サブアセンブリを接合する方法は、多数の締結位置に設けられたいくつかのファスナー開口を各々有する、一対のフローフィールドプレートとＭＥＡとを提供する工程を含む。さらに、接合方法は、フローフィールドプレートとＭＥＡとのファスナー開口を整列して締結孔を画定する工程と、機械的圧力をＭＥＡの両面に適用してそれを部分的に圧縮する工程と、予備エラストマー材料を前記締結孔に流入させてその中に現場成形ファスナーを形成する工程とを必要とする。前記エラストマー材料は好ましくは、締結孔内で現場硬化を実施される。例えば、接合方法は、前記予備エラストマー材料を硬化または固化してエラストマー材料を前記締結孔内に形成する工程を含む場合がある。
【００５６】
１つの実施態様によると、１つまたは複数のＭＣＡが、最大歪みの特定の任意の大きな割合におよび必要とされた位置合わせ精度においてＭＥＡおよび単極プレートを保持して部分的に圧縮する適したジグにおいて組み立てられる。この目的のために流動性現場硬化性エラストマー材料（例えば、二液型シリコーン材料）がプレート、ＭＥＡ、およびガスケットダイに形成された整列された締結孔に分配される。エラストマー材料は締結孔を充填し、急速に硬化する（例えば、室温において５〜８分）。１つの実施態様に関して前に記載したように、実施において、締結孔にエラストマー材料を分配した後に充填されないままである積層プレートの締結孔内に若干の空隙容積がある。これらの空隙は、燃料電池積層体の圧縮の間、変形可能だが非圧縮性のエラストマー材料を受け入れるために必要とされた重要な自由容積を表す。
【００５７】
硬化した後、過剰な材料は、鋭い刃でプレートの表面に平行にスライスされて除去される。ＭＣＡはジグから除去されるとき、わずかに膨張し、エラストマー材料は、伸長することができるので、プレート、ガスケット、およびＭＥＡを位置合わせして保持したまま破断することなく伸長する。次いで、ＭＣＡを積層して燃料電池積層体アセンブリを形成してボルトで積層体のエンドプレート間で圧縮するとき、現場形成されたファスナーが圧縮し、必要ならば、締結孔内のあらゆる未充填空隙中に膨張する。
【００５８】
以下は、本発明の原理によって燃料電池サブアセンブリを接合する様々な方法の実施例であり、図２および図３を参照する。
【実施例】
【００５９】
実施例１
図２〜図４に示された単極プレート１０２は、この実例となる実施例の５ｋＷ燃料電池積層体のために設計される。上方および下方プレート１０２の外周上にエラストマーファスナーを現場形成するために通し孔または開口１０６Ａが示される。４つのかかるプレート１０２と２つのＭＥＡ１０４とを各々組み込み、各単極プレート１０２の間にガスケットを有する、２つの同一のＭＣＡ１００が、上記されたように現場形成されたシリコーンゴムファスナー１１０を用いて製造された。最初に、プレート１０２、ガスケットおよびＭＥＡ１０４を連続的に一緒に積層し、特にこの作業のために製造されたジグで部分圧縮下、整列状態に保持した。
【００６０】
ＭＣＡ１００の両面の間にシリコーンの完全な連続があるように、上に示された３Ｍ歯科用シロキサン印象材料を通し孔１０６Ａの各面に適用した。硬化し、第１のＭＣＡ１００をジグから除去した後、第１のＭＣＡ１００はわずかに膨張するが、容易かつ安全に取扱うことができるようにおよびユニットとしてパッケージすることができるように安定してかつ好ましい状態で保持した。第２のＭＣＡ１００を同様にして作製し、次にこれらの２つを短積層体に取り付け、完全に圧縮し、燃料電池として作動させた。圧縮は公称であり、積層体は公称で作動し、現場成形されたファスナーは圧縮下で十分に機能することを示した。
【００６１】
実施例２
実施例１の場合と同じ手順を用いて、上記のようなＭＣＡ１００１５個を接合し、次いで積層および圧縮して５ｋＷ燃料電池を形成した。積層体は公称で作動し、漏れがなく、硬質締結デバイスが圧縮歪の変化を吸収することができない場合はこれは可能でないと考えられる。
【００６２】
実施例３
実施例２において製造された積層体の長時間にわたる作動の間、ＭＣＡ１００の１つにおいてＭＥＡ１０４の１つの性能が低下するのが観察された。積層体を停止し、タイ・ロッドおよびエンドプレートの圧縮力を減じ、欠陥があるＭＥＡ１０４を含有するＭＣＡ１００を除去した。元のシリコーンゴムファスナー１１０を単極プレート１０２から除去して廃棄した。２つの新しいＭＥＡ１０４をＭＣＡ１００の単極プレート１０２の間に入れ替え、再びシリコーンゴムファスナー１１０を現場形成してＭＣＡ１００を一緒に保持した。このＭＣＡ１００が積層体に戻され、積層体は再圧縮され、公称で作動した。この実施例は、現場成形されたエラストマーファスナーによってＭＣＡ１００を容易に再生および再使用できることを示す。
【００６３】
実施例４
この実施例は、現場硬化性エラストマー材料を適用する前にＭＣＡ成分を正確に整列状態に保持するための方法を示す。２つの方法がこの目的のために以下に説明され、図２、図３、および図６が参照される。
【００６４】
上記した実施例において、冷却チャネルのランドは幅が約１ｍｍにすぎず、プレート１０２およびＭＥＡ１０４を積層するとき、１つのプレート１０２の裏の冷却チャネルが、隣接したプレート１０２上の冷却チャネルに面する。１つのプレート１０２のチャネルと隣接したプレート１０２のランドとが互いにスリップしないように、また、プレート間接触のための最大面積が最小抵抗のために維持されるようにこれらのチャネルは圧縮の間、正確に整列状態に維持されなければならない。これは、難しいことが分かっており、接合のための注意深く整列されたジグを必要とする。
【００６５】
この整列および接合方法を補助するデバイスコンセプトは、共に適切な直径の小さなボールベアリング２０２（必ずしも鋼ではなく、同じく他の材料の）、または円筒ロッドを使用して１つの単極プレート１０２を別の単極プレートの上に共に配置することを含む。これらの整列ボールまたはピン２０４は、図６に示されるように下プレート１０２ＢのＶ形の孔またはスロット２０２および上プレート１０２Ａの整合孔またはスロット２０２に適合する。
【００６６】
整列孔／スロット２０２はプレート１０２上のどこに配置されてもよいが、外周上が最も便利である。厚さ０．０５０インチのプレート１０２について、孔またはスロット２０２は、プレート１０２の全体にわたってまたはほぼ全体にわたってカットされてもよく、例えば、プレートの厚さ０．０４５インチが用いられる場合、「Ｖ」の角度を少なくとも４５°に選択して０．８６３×０．０４５インチ×２＝０．０７７インチ程度の直径のロッドまたは球を収容することができる。
【００６７】
エラストマー材料の注入工程の間、ＭＥＡ１０４および単極プレート１０２を整列状態に保持する代替のより実用的な方法として、ジグプレートデバイスを用いて一連の硬質境界またはガイドを提供し、プレート１０２をそれらが互いにおよびＭＥＡ１０４の上に積層されるときに互いに正確に平行であるようにした。Ｖ形ノッチをプレートの端部の中央に配置し、十分な高さの嵌め合いくさびによってＶ形ノッチの先端に力を加えて積層体の全てのプレート層に接触した。
【００６８】
本発明の実施態様の前述の説明は例示および説明の目的のために示されている。それは完全であることまたは開示された正確な形態に本発明を限定することを意図しない。上述の教示を考慮に入れて多くの改良および変型が可能である。本発明の範囲はこの詳細な説明によってではなく、これに添付された特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１ａ】燃料電池およびその成分層を示す模式図である。
【図１ｂ】本発明の１実施態様による単極フローフィールドプレートを有するユニット化された電池アセンブリを示す展開図である。
【図１ｃ】本発明の１実施態様による単極／二極プレート構成を有するユニット化された電池アセンブリを示す分解図である。
【図２】本発明の１実施態様による現場成形ファスナー装置を使用する複数電池アセンブリの断面図である。
【図３】図２に示された単極プレートの平面図である。
【図４】現場形成されたエラストマーファスナーが配置されるものであって、燃料電池積層体の圧縮によってファスナーの容積歪みを吸収する１つまたは複数の空隙を備えるように構成された締結孔を組み込む複数電池アセンブリの一部分を示す断面図である。
【図５】図４に示された空隙を必要としない締結孔を組み込むものであって、ファスナーを形成するエラストマー材料は、燃料電池積層体の圧縮の間、大量ファスナー材料の容積変位に対応するガスまたは他の圧縮可能な要素を組み込む複数電池アセンブリの一部分を示す断面図である。
【図６】ＭＣＡにエラストマーファスナーを現場形成する間、ＭＣＡ成分の正確な整列を容易にする装置を示す模式図である。
【図１ａ】
2008525986.tif 000003
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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【国際調査報告】
2008525986.tif 000011
2008525986.tif 000012