(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧力下でクリープまたは変形を起こすイオン交換膜を有した高圧力電気化学セルで用いられる、電気的に非伝導性のプレート構造であって、第１の表面及び第２の表面と、中心開口部と、前記第１及び第２の面上に開口する少なくとも一つの貫通口と、を有するプレート構造において、
２つの該プレート構造の前記第１の表面が前記イオン交換膜の両面に隣接するように配置され、
前記プレート構造には、前記セルが軸方向の高い荷重にさらされたときに該イオン交換膜におけるクリープまたは変形を妨げるための手段が設けられており、この手段は、前記プレート構造の前記第１の表面に設けられるとともに、前記中心開口部と前記貫通口とをそれぞれ同心円状に囲む複数の同心円状隆起部を有する隆起パターンを含んでおり、
前記プレート構造は、更に、前記第１の表面に設けられて前記中心開口部を囲む第１の縁部領域と、前記第１の表面上の第２の縁部領域と、をそれぞれ有し、前記第２の縁部領域は、複数の凹領域を含むとともに該プレート構造の外側輪郭線を画定し、かつ
前記隆起パターンは、前記第１の縁部領域に前記中心開口部に対して放射方向に設けられた複数の隆起部と、前記第２の縁部領域の凹領域に設けられた複数の湾曲状の隆起部と、を更に有しており、
この手段は、高圧力電気化学セルに用いられたイオン交換膜の第１の表面に第１の前記プレート構造の前記第１の表面が押し付けられたとき、及び、前記イオン交換膜の第２の表面に第２の前記プレート構造の前記第１の面が押し付けられたときに、前記２つのプレート構造のみで共同して前記イオン交換膜を挟持することにより、前記少なくとも一つの貫通口を通流する流体が、前記プレート構造の前記第１の表面と、前記イオン交換膜の前記第１もしくは第２の表面と、の境界面に漏出するのを防ぐようにこの膜に流体密封のシールを形成しながら、上記クリープまたは変形を妨げることを特徴とするプレート構造。
【請求項２】
前記隆起パターンの前記同心円状隆起部のそれぞれは、高さが０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍ、幅が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、前記各隆起部どうしは、０．１〜０．４ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項３】
前記隆起パターンの前記放射方向に設けられた各隆起部及び前記湾曲状の隆起部のそれぞれは、高さが０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍ、幅が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、前記各隆起部どうしは、０．１〜０．４ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項４】
前記プレート構造の厚さは、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項５】
前記妨げるための手段は、前記プレート構造の前記第１の表面から前記第２の表面へと延びるスクリーンパターンを含むことを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項６】
前記スクリーンパターンは、２〜６のメッシュサイズを有することを特徴とする請求項５記載のプレート構造。
【請求項７】
前記プレート構造は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項５記載のプレート構造。
【請求項８】
前記プレート構造は、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びステンレス鋼のうちから選択される材料で製造されることを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項９】
前記プレート構造は、電気的に非伝導性である不動態層をさらに有することを特徴とする請求項８記載のプレート構造。
【請求項１０】
前記プレート構造は、触媒コーティングを有する第１の層と、フルオロポリマーコーティングを有する第２の外側層と、をそれぞれ有し、前記触媒コーティングは、前記フルオロポリマーコーティングの前記フルオロポリマーのためのクロス−リンキング剤を含むことを特徴とする請求項１記載のプレート構造。
【請求項１１】
前記触媒コーティングの前記クロス−リンキング剤は、有機シリコーンオリゴマーであることを特徴とする請求項１０記載のプレート構造。
【請求項１２】
高圧力下でクリープまたは変形を起こすイオン交換膜を少なくとも一つ有した高圧力電気化学セルであって、電気的に非伝導性のプレート構造を少なくとも二つ有し、各プレート構造は、第１の表面及び第２の表面と、中心開口部と、前記第１及び第２の面上に開口する少なくとも一つの貫通口と、を有し、各プレート構造の前記第１の表面が前記イオン交換膜の両面に隣接するように配置された電気化学セルにおいて、
前記プレート構造には、前記セルが軸方向の高い荷重にさらされたときに前記イオン交換膜のクリープまたは変形を妨げるための手段が設けられており、この手段は、前記プレート構造の前記第１の表面に設けられるとともに、前記中心開口部と前記貫通口とをそれぞれ同心円状に囲む複数の同心円状隆起部を有する隆起パターンを含んでおり、
前記プレート構造は、更に、前記第１の表面に設けられて前記中心開口部を含む第１の縁部領域と、前記第１の表面上の第２の縁部領域と、をそれぞれ有し、前記第２の縁部領域は、複数の凹領域を含むとともに該プレート構造の外側輪郭線を画定し、かつ
前記隆起パターンは、前記第１の縁部領域に前記中心開口部に対して放射方向に設けられた複数の隆起部と、前記第２の縁部領域の凹領域に設けられた複数の湾曲状の隆起部と、を更に有しており、
この手段は、前記セルに用いられたイオン交換膜の第１の表面に第１の前記プレート構造の前記第１の表面が押し付けられたとき、及び、前記イオン交換膜の第２の表面に第２の前記プレート構造の前記第１の表面が押し付けられたときに、前記二つのプレート構造のみで共同して前記イオン交換膜を挟持することにより、前記少なくとも一つの貫通口を通流する流体が、前記プレート構造の前記第１の表面と、前記イオン交換膜の前記第１もしくは第２の表面と、の境界面に漏出するのを防ぐようにこの膜に流体密封のシールを形成しながら、上記クリープまたは変形を妨げることを特徴とする電気化学セル。
【請求項１３】
前記隆起パターンの前記同心円状隆起部のそれぞれは、高さが０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍ、幅が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、前記各隆起部どうしは、０．１〜０．４ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記隆起パターンの前記放射方向に設けられた各隆起部及び前記湾曲状の隆起部のそれぞれは、高さが０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍ、幅が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、前記各隆起部どうしは、０．１〜０．４ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記プレート構造の厚さは、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記プレート構造の前記妨げるための手段は、前記プレート構造の前記第１の表面から前記第２の表面へと延びるスクリーンパターンを含むことを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記スクリーンパターンは、２〜６のメッシュサイズを有することを特徴とする請求項１６記載の電気化学セル。
【請求項１８】
前記プレート構造は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１６記載の電気化学セル。
【請求項１９】
前記各プレート構造は、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びステンレス鋼のうちから選択される材料で製造されることを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記各プレート構造は、電気的に非伝導性である不動態層をさらに有することを特徴とする請求項１９記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記各プレート構造は、触媒コーティングを有する第１の層と、フルオロポリマーコーティングを有する第２の外側層と、をそれぞれ有し、前記触媒コーティングは、前記フルオロポリマーコーティングの前記フルオロポリマーのためのクロス−リンキング剤を含むことを特徴とする請求項１２記載の電気化学セル。
【請求項２２】
前記触媒コーティングの前記クロス−リンキング剤は、有機シリコーンオリゴマーであることを特徴とする請求項２１記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電気化学セル装置に関し、特に、電池部材間の付着力を向上させて、部材が高い軸方向荷重を受けた場合に部材間のクリープを減少させるイオン交換膜を使用した高圧電気化学セル装置に関する。
従来の技術
電気化学セル装置は、周知である。これらの装置は、一般に、複数の電気化学セルによって構成され、グループまたはスタックに配置される。これらの装置は、また、基本的に、水または他の液体に電気を加えることにより、これを構成成分に電解するか（即ち電解セル）、または、水素またはその他の気体燃料と酸素とを触媒を介して結合させて電気を発生させるために使用される（即ち燃料電池セル）。
各電気化学セルは、その使用目的に限らず、アノード側チャンバ及び電極プレートと、カソード側チャンバ及び電極プレートと、電極プレートの少なくとも作用領域の間に配置された電解質（この電解質は、イオン交換膜または多孔性マトリクスにふくまれた液体などのどのようなイオン導電材料であってもよい）と、を含む。これらの膜または多孔性マトリクスでは、一般に、対向する面に触媒層が設けられており、この層は、電気化学反応を容易にするために即ち高めるために設けられている。
電解セル及び燃料セルの両方に好適なスタック構成または形状は、流体ヘッダ及びセルマニホルドなどによって流体的に並列となっており、スタック方向に完全な電気流路を提供することによって電気的に直列となっている。これらのセルがグループまたはスタックに配置される場合には、流体チャンバは、電極／電極プレートインターフェースによって画定され、一方には膜が設けられ、他方には中実のセパレータシートが設けられる。セパレータシートインターフェースにおいて二つの相補的な流体チャンバを結合させることによって、二極アッセンブリとすることも可能である。一般の目的を有する二極アッセンブリは、一般に、次の構成部材のシーケンスを含む；電解質、電極、電極プレート、セルマニホルドを含む流体チャンバ、セパレータプレート、圧力パッドまたそれに代わる部材、セパレータプレート、セルマニホルドを含む流体チャンバ、電極プレート、電極、隣接セルからの電解質。上記各部材は、寸法的な許容度を有するので、このように複数の部材を有するハードウェアアッセンブリでは、補償部材を使用することもできる。当業者には周知であるように、異なる部材間または接触している部材間のすぐれた電気的な伝導性を確実にするためには、ある程度の圧縮が所望とされる。この圧縮は、スタックアッセンブリの間の総圧縮荷重を調整することによって達成することができる。しかし、スタック動作条件が接触力に対向するおそれのある場合には、運転において最低限必要な接触圧力を維持するために圧力パッドなどの弾性部材が一般的に使用される。多くの場合には、圧力パッドは、セル部材の寸法許容度を補償するように働く。電気化学セルアッセンブリまたは装置、特にイオン交換膜を利用するこのような装置は、特に、かなり高い超大気圧で運転されるために適している。従来技術において周知であるように、このような装置の運転において外部的な均圧手段が使用されないと、セル内部及び電気化学セルの内部及び外部の間の両方における結果的な圧力差は、セルの作用領域及び個々のセルの周辺部における内部セル部材にかなりのひずみを与えてしまう。更に、装置の種々の部材と、その間のインターフェースと、に関して、高い流体不浸透性が要求される。均圧手段は、一般に、装置をより複雑にしてコストを高くするので、このような手段を使用することは、必ずしも可能ではない。従って、上記した圧力パッドと共に、セル自体の内部におけるこのような高圧での運転の要求を調整即ち満たす手段が、“オーバーボード”及び“クロスセル”の両方の高圧運転のために開発された。
説明上、セル自体が二つの流体チャンバを含むので、その一方またはその両方は、大気圧より上で作動されることができる。“オーバーボード”の圧力性能とは、両方の流体チャンバが実質的に大気圧より上の同圧力であるセルアッセンブリに関する。この運転モードにおいては、電解質セル部材にかかる応力は比較的小さく、また、この方法は、多孔性のマトリクスに含まれる液体の電解質を使用したセルを使用することができる唯一の方法である。逆に、“クロスセル”圧力性能とは、一方の流体チャンバの圧力が実質的に他方よりも高いセルアッセンブリに関する。この運転モードでは、二つの流体チャンバ間の圧力差と同比率で電解質セル部材にわたって応力が及ぼされる。多孔性マトリクス電解質構造の“クロスセル”圧力性能は、一般に、１キロパスカル（ｋＰａ）の範囲であり、一方、適切に支持されたポリマ膜電解質構造は、現在、２１メガパスカル（ＭＰａ）よりも大きいセルにわたる圧力性能を有する。
特に、イオン交換膜、アノード、及びこれらの装置の電極プレートを使用している高圧電気化学セル装置は、通常少なくとも二つのプレート形状部材より構成され、膜を追加的に支持すると共に電極から材料へのアクセスを容易にする細密なメッシュスクリーン及び／または多孔性シートと共に使用される。これらの高圧セル部材は、基本的に適切な形状及び寸法を有する中実の流体不浸透性フレームと、フレームによって境界づけられた液体浸透性の中央部と、を含むように構成される。各部材のフレームは、複数の貫通口またはスロットを含む。ユニットセルの組立において、これらの貫通口またはスロットは、流体の供給及び吐出のための流路またはマニホルドを集合的に構成するようにアラインされる。更に、電極プレートのプレート形状部材のフレームは、貫通口またはスロットと、流体浸透性の中央部と、を接続するチャネルを含む。
チテリントン他に付与された米国特許第５，３１６，６４４号では、少なくとも二つのプレート形状部材によって構成されることが望ましい改善された電気化学セル電極プレートが開示されている。この特許は、本出願に参照として含まれる。上記したように、各部材は、それぞれ流体浸透性の中央部と、この中央部を周方向に取り囲み、少なくともひとつの貫通口を備えた中実のフレームと、を含む。このフレームは、また、独立したスロットの複数の列を含み、二つの構成部材のうちの一方の部材のスロットは、他方の部材のスロットと部分的にオーハーラップされており、これにより、貫通口またはスロットと、蛇行性の流路を含む中央部分と、を接続する流路が形成される。（第４欄の２１行から２６行参照）
チテリントン他の改善された電極プレートの各プレート形状部材における流体浸透性の中央部即ち作用領域は、メッシュ即ち菱形の開口部の網状組織を含む。上記プレート形状部材は、互いに対して９０°の角度で菱型の長い方の寸法にスタックされる。しかし、このようなスタック技術によって形成された長い貫通した開口部によって、隣接するセル部材が領域において実質的に支持されていない状態となってしまうことが分かった。
多孔性シートは、高圧電気化学セル装置において、イオン交換膜が“クロスセル”圧力によって生じる応力によって膜の側面に設けられたより低い圧力を有する隣接スクリーン内に押し出されてしまうのを防止するように、流体浸透性の機械的支持部材として使用される。イオン交換膜が隣接スクリーン内に押し出されてしまうと、電解槽は、故障してしまう。カルソン他に付与された米国特許第５，２９６，１０９号では、このような多孔性シートを使用する改良された水電解槽が開示されている。この特許も、本出願に参照として含まれる。カルソン他に付与されたこの特許では、特に、複数の孔寸法を有する多孔性金属膜支持部材と水電解槽が開示されている。多孔性の膜支持部材は、アノード電極プレート及びカソード電極プレートと、のそれぞれ、または両方と、細密なメッシュスクリーンと、の間に配置されることができる。これらの膜支持部材は、一般に、粉末金属焼結によって形成される。
“オーハーボード”または“クロスセル”のいずれの動作圧力も、スタックアッセンブリにかかる初期の圧縮負荷に対向する。周知のように、電気伝導性がすぐれているためには、いつでも最低限の接触圧力が保たれることが要求される。上記したように、一般に圧縮または圧力パッドと呼ばれる弾性部材は、アノード及びカソードの電極プレートの作用領域全体にわたって均一な接触圧力を生じさせるために、また、寸法の許容度の変動を補償するために電気化学セルアッセンブリに含まれる。共にレオニダ他に付与された関連特許である米国特許第５，３６６，８２３号、及び米国特許第５，４６６，３５４号には、上記出願において、セルの作動圧が１０．３４メガパスカル（ＭＰａ）よりも高い場合に均一な接触を保つために使用される電気伝導性の多孔性金属パッドと説明されている、改良された圧縮パッドが開示されている。これらの特許は、本出願に参照として含まれる。多孔性の金属パッド（例えば、ニッケルフェルト圧力パッド）は、約１７．２４ＭＰａの圧力で約３％から約４０％の弾性ひずみを得るのに十分な多孔度を有する。
最も一般的に使用される商業的に流通しているイオン交換膜は、デラウェア州ウィルミントン（Wilmington, Delaware）のイー．アイ．デュ・ポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニー、インコーポレイテッド社（E. I. DuPont de Nemours and Co., Inc.）製造のナフィオン（NAFION）（商標登録）である。これらの膜は、化学的に安定しているので、高圧電気化学セルにおいて使用される。しかし、ナフィオン膜は、テフロン（TEFLON）（商標登録）過フルオロアルコキシ（ＰＦＡ）樹脂のイオン伝導性の派生物であり、このカテゴリーに属するほとんどの材料と同様に一定の荷重に応じてクリープ即ち変形してしまう。
上記した電極プレート、細密なメッシュスクリーン、多孔性シート、及び圧縮パッドが高圧電気化学セル装置で使用された場合でも、荷重が高い場合には、膜クリープが起こることが分かった。このようなクリープは、結果的に、高圧の流体漏れを引き起こし及び／またはセルにわたる電気的な絶縁状態の喪失を引き起こすおそれがある。
高圧電気化学セル装置の製造において、付着を高めるために予め処理したセル構成部材の中実のフレームまたはシール面には、一般に、結合剤が薄く施される。続いて、これらの構成部材は、組み立てられ、結果的に構成されたアッセンブリは、高温及び高圧に置かれることによってラミネート加工される。
しかし、このようなラミネート加工されたアッセンブリの薄く施された結合剤は、多くの微視的な空隙を含む粒状のコーティングを形成することが分かった。
従って、本発明の主な目的は、上記した従来技術の欠点を回避することである。
本発明の目的は、特に、高圧で長時間作動可能な高圧電気化学セル装置を提供することである。
本発明の目的を更に特定すると、高い軸方向の荷重にさらされた場合に膜のクリープ即ち変形を減少させ、セル部材間の付着を改善させる高圧電気化学セル装置を提供することである。
また、本発明の目的を更に特定すると、このような膜のクリープ即ち変形を減少させる電気的に非伝導性のプレート構造またはグリップシートを提供することである。
発明の開示
即ち、本発明は、圧力によってクリープ即ち変形してしまうイオン交換膜を使用する高圧電気化学セルにおいて使用される電気的に非伝導性のプレート構造またはグリップシートを提供する。このプレート構造またはグリップシートは、第一の面及び第二の面と、中央開口部と、第一及び第二の面上に開口する少なくとも一つの貫通口と、を有する。
グリップシートには、セルが高い軸方向荷重にさらされた場合に膜のクリープ即ち変形を防止する手段が設けられている。
このようなグリップシートの第一の面が高圧電気化学セルで使用されるイオン交換膜の第一の面に押し付けられ、また、もう一つのこのようなグリップシートが膜の第二の面に押し付けられると、それぞれのグリップシートによって共同して膜が保持され、それにより、膜との間に流体密封のシールが形成される。
本発明は、更に、上記したように、圧力下でクリープ即ち変形する少なくとも一つのイオン交換膜を使用し、少なくとも二つのグリップシートを含む高圧の電気化学セルを提供する。
本発明に係る上記及び他の特徴及び利点は、以下の実施形態及び付随する図面によってより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、参考例として示すプレート構造またはグリップシートセクションの拡大された上面図である。
図１Ａは、線１Ａに沿った図１のグリップシートの部分断面図である。
図２は、本発明に係る好適なグリップシートセクションの拡大された上面図である。
図３は、オーバーボードシールテスト試験アッセンブリの流路説明図である。
図４は、クロスセルシールテスト試験アセンブリの流路説明図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の非導電性プレート構造物すなわちグリップシートは、高圧電気化学セル装置に採用される電解質膜をシールし、かつ、挟持する機能を果たす。上記したように、化学的安定のために、ナフィオン（登録商標）ペルフルオロカーボン・スルフォン酸膜が、高圧電気化学セルに最も一般的に使用される膜である。しかしながら、これら膜は、テフロン（登録商標）ＰＦＡ樹脂のイオン導電性誘導体であり、このカテゴリーにおける材料の多くと同様に、一定の荷重の下でクリープする。高圧電気化学セルにおけるそのような膜とともに本発明のグリップシートを使用することは、気密性をもたらし、大幅に膜クリープを減少させることができる。
このような高圧電気化学セル装置において、各膜は、各グリップシートが２つの連続セルのうちのひとつに属する状態で、２つのグリップシートの第１の面間に配される。当業者に容易に理解されるように、各グリップシートは、各膜のシーリングエリアに直接接触する層に相当する。
本発明のグリップシートは、第１および第２の面と、中央開口部と、第１および第２の面上に開口する少なくともひとつの貫通口とを有する。グリップシートは、好ましくは、非常に高い機械的強度を確保するために、金属材料から作られる。金属材料は、電解質のセルに用いられる膜に適合するように選択され、グリップシートの誘電性特性を改善するように後で処理される。適切な金属材料は、ニオブと、チタンと、ジルコニウムと、ステンレス鋼とを含む。これらの材料の、ニオブとチタンとジルコニウムは、ナフィオン（登録商標）膜に適合している。ステンレス鋼は、陽帯電されないセルなどの非機能セルに適合している。本発明のグリップシートの厚みは、好ましくは、約０．０３乃至約０．４０ミリメートル（ｍｍ）の範囲である。
本発明のグリップシートは、セル装置が高い軸荷重を受けた場合の膜クリープすなわち変形を妨げる手段が設けられる。そのような手段は、膜の変形に対する傾向を防ぐように機能し、この高い粘性流体を含有するよう設計されたパターンの形状をとる。
好ましい実施例では、グリップシートの第１の面のシーリングエリアは、スクリーンパターンまたは隆起パターンのいずれかが設けられる。高圧作動時に電気化学セル装置をシールするために通常必要とされる高い軸方向荷重および膜のクリープ特性によって、これらの膜のシーリングエリアと直接接触した層は、平らまたは平坦なものである場合、短絡を促進する。
特に、本発明のグリップシートは、中実の縁部が貫通口と中央開口部との周りに設けられるようにして、第１の面から第２の面へ構造物を介して延在するスクリーンパターン（たとえば菱型パターン）が設けられる。スクリーンパターンは、好ましくは、約２から約６の間の範囲のメッシュサイズを有する。
あるいは、グリップシートの第１の面のシーリングエリアには、隆起パターンが設けられる。図１は参考例のグリップシート１０を示し、シーリングエリア１４を有する第１の表面１２が設けられる。シーリングエリア１４には、また、同心隆起１６が設けられる。同心隆起１６は、途切れなく、中央開口部１８および貫通口２０を別々に取り囲む。好ましくは、中央開口部１８の周りと、表面１２の外側の縁の周りに縁部２２ａ、ｂが採用される。
図１Ａは、図１のグリップシートの線１Ａに沿った部分断面図を示し、グリップシート１０の第１の表面１２に形成された同心隆起１６を示す。
図２は本発明の好ましい実施例を示し、グリップシート１０の縁部２２ａ、ｂにも隆起パターンが設けられる。図２に最もよく示されるように、縁部２２ａには放射方向に向いた隆起２４が設けられ、縁部２２ｂの凹面部２６ａ、ｂには湾曲した隆起２８ａ、ｂが設けられる。
更に好ましい実施例では、断面の開口率は、約３０％から約７０％の範囲である。言いかえれば、各同心隆起１６の高さおよび幅は、それぞれ、約０．０１から約０．０４ｍｍおよび約０．１０から約０．４０ｍｍの範囲であり、隆起１６間に位置される溝３０の幅は、０．１０から０．４０ｍｍの範囲である。
本発明のグリップシート１０のスクリーンパターンまたは隆起バターンは、いくつもの技術によって、例えば、スタンプおよびパンチなどの形成プロセスの使用や、フォトレジストまたはレーザーによるエッチングなど首尾良くエッチングを引き起こす材料除去技術によって作ることが可能である。エッチング技術は、製造後に材料に残留応力を生じないエッチング技術が採用されることが好ましい。
スクリーンパターンまたは隆起パターンが作られると、グリップシート１０について行われる後に続く好ましい処理工程は、その後に続く接着剤コーティングの接着力を強化するために表面をざらざらにする適切な方法でシーリングエリア１４と第２の表面とを研磨することを含む。このような方法は、使用済みエッチング液にポストエッチングすることと蒸気ブラストすることとを含む。グリップシート１０は、その後好ましくは、標準的クリーニング技術を用いて洗浄される。
グリップシート１０の誘電性特性を改善するために、構造物は、グリップシートを作成する材料に応じて、中性塩水内で約８０乃至９０Ｖｄｃに構造物を陽極酸化処理することによって、または、空気中で加熱することによって不動態化（passivating）または表面酸化層が設けられる。前の方法は、ジルコニウム、ニオブおよびチタンに対して好ましい。この好ましい方法では、従来の取付けタブを有するグリップシート１０は、中性食塩水を含む陽極酸化浴槽に包含されたセンターレール、および、浴槽センターレールから等間隔にある陰極スクリーンにスライドされる。食塩水は、食塩水の表面から延在する取付けタブを除いて全体的にグリップシート１０をカバーする。電気導線の一端は、タブに取り付けられ、他端は、０〜１０アンペア、０〜１２０Ｖｄｃ電源の陽極（プラス）端子に取り付けられる。第２の電気導線は各陰極スクリーンに取り付けられ、他端は電源の負（マイナス）端子に取り付けられる。電位はゆっくりと８０〜９０Ｖｄｃに増加され、デジタル式アンメータによって測定されるグリップシート１０への電流が１０ｍＡ以下に低下するまでこの電位に保持される。陽極酸化グリップシート１０は、その後、浴槽から取り除かれ、脱イオン水ですすがれ、空気乾燥される。その結果、ステンレス鋼から作られたこれらのグリップシート以外に、グリップシート１０は、誘電絶縁物（dielectric insulator）として機能する密度の高い粘着酸化コーティングを形成する。ステンレス鋼は、約４００℃で、空気中で化学的に不動態化または処理されて、非導電性酸化層を形成する。
不動態化層がグリップシート１０上に形成されると、組立て前に、不動態化層に絶縁エラストマコーティングが施される。エラストマコーティングは、膜および隣接するプレート状セルコンポーネントにグリップシート１０を接着するよう機能し、フルオロポリマー、セラミック、およびエポキシをベースとしたコーティングを含む。好ましい実施例では、約３から約１５容量％の架橋有機シリコーンオリゴマー触媒と、約８５から約９７容量％のメチルエチルケトンまたはメチルイソブチルケトンとからなる第１の触媒コーティングが、シーリングエリア１４にスプレーされ、５分間以上乾燥される。その後、約５から約２５容積％のフルオロポリマーと、約０．５から５容積％の架橋有機シリコーンオリゴマー触媒と、約７０から約９５容積％のメチルエチルケトンまたはメチルイソブチルケトンとからなる第２のフルオロエラストマコーティングは、コーティングされたシーリングエリア１４とコーティングされていない第２の表面とにスプレーされる。第２のフルオロエラストマコーティングは、最終硬化前に少なくとも１時間空気乾燥される。架橋触媒およびフルオロポリマーは、ロウレン・マニュファクチャリング社、2228 T Reiser Ave., S.E., New Philadelphia, OH 44663からそれぞれ商品指定（trade designation）ＣＡ-２０およびＬＣＧＹ-８１２５で入手可能である。同様の性質および特性を有する水ベースの製剤もまた同じ供給業者から入手可能である。主題のコーティングの使用は、グリップシート１０上に固い接着コーティングを生成する。
本発明の高圧電気化学セルは、基本的に、アノード側チャンバ、電極プレートと、カソード側チャンバ、電極プレートと、電極プレートの少なくとも活性領域間に配される電解質と、電解質の両側に設けられた２つのグリップシートとからなる。
本発明の高圧電気化学セルを作成するにあたり、２つのステップで組み立てが行われるのが好ましい。特に、それぞれ溝付きおよび溝なし部品から作られる、サブアセンブリが組立てられ、ラミネートされる。その後、ラミネートされたサブアセンブリは組立てられ、サブアセンブリのコーティングされた領域のみに圧縮力を集中させる。サブアセンブリが一緒にラミネートされると、最終部品は、非常に平坦なプレート間で押圧されて、活性領域における構成部品の完全な設定を確実にする。
上記の記述に加えて、本発明のグリップシートと高圧電気化学セルとは、具体的であるが限定するものではない以下に説明する例に関連してさらに発展される。
作用例
以下に説明する作用例において、さまざまな厚みのグリップシートおよび陽極酸化グリップシートに沿って、標準フルオロエラストマコーティングおよび選択的に触媒コーティングを採用する設計は、電解質膜をシールおよび挟持するためのそれらの能力について、また、ホストセルアッセンブリの電気的保全性を保持するためのそれらの能力についてテストした。
作用例では、次の成分が用いられた：
標準フルオロエラストマコーティング
ロウレン・マヌファクチャリング社から商品指定ＦＬＵＯＲＯＬＡＳＴ  ＬＣＧＹ-８１２５で高性能のフルオロエラストマコーティングで売られており、フルオロポリマー、充填材（すなわち、カーボンブラックおよび酸化チタン）と、溶剤（すなわち、メチルエチルケトンとメチルイソブチルケトン）とを含むフルオロポリマー組成物と、
ロウレン・マヌファクチャリング社から商品指定ＣＡ-２０で高性能コーティングとして売られており、フルオロポリマーのための架橋剤（すなわち、有機シリコーンオリゴマー）と、溶剤（すなわち、メチルエチルケトンとメチルイソブチルケトン）とを含む触媒組成物との
２つの部分混合物からなるフルオロエラストマコーティング組成物。
この２つの構成要素は、ＦＬＵＯＲＯＬＡＳＴ  ＬＣＧＹ-８１２５、２０ｍｌごとにＣＡ-２０を１ｍｌの割合で混合し、その後、メチルイソブチルケトン９０ｍｌで希釈し、１９％の溶液とする。
触媒コーチィング−
１ｍｌのＣＡ-２０をメチルイソブチルケトン１０ｍｌで希釈し、１０％の溶液とする。
サンプルの準備
３タイプのグリップシート（グループＩ）は、組立てられ、触媒コーティングと標準フルオロエラストマコーティングでコーティングされ、その後、電解質膜をシールし、挟持する能力について各装置をテストする目的で単一のセルラミネートアセンブリ内に置かれる。
３タイプのグリップシート（グループＩＩ）は、組立てられ、陽極酸化され、標準フルオロエラストマコーティングと選択的に触媒コーティングでコーティングされ、アセンブリの電気的保全性を保持する能力について各装置をテストする目的でホストセルアセンブリ内に置かれる。
グループＩのグリップシート準備
それぞれ直径１３ｃｍの中央開口部と、中央開口部の外側に等間隔で離間し１ｃｍ2の面積を有する４つの貫通口と、１．５ｍｍ×３．０ｍｍのメッシュサイズを有する菱形のスクリーンパターンを備えるシーリングエリアとを有する０．０５ｍｍ厚のグリップシート２枚および０．０７５ｍｍ厚のグリップシート２枚が、塩化第二鉄溶液を用いて、０．０５ｍｍと０．０７５ｍｍ厚のステンレス鋼金属箔を光化学的にエッチングすることによって準備された。
各エッチングされたシートのシーリング表面は、蒸気ブラスト法によって無光沢仕上げに研磨された。蒸気ブラストされた各シートは、その後、部分的に蒸留水内で洗浄し、部分的に蒸気脱脂し、引き続いて、超音波クリーニングし、再び蒸留水で洗浄し、空気乾燥を行うことによって洗浄された。その後、キャリアガスとしてクリーン窒素を用いたエアブラシで、グリップシートに触媒コーティングがスプレーされた。この結果できたコーティングは、５分間乾燥されて、標準フルオロエラストマコーティングのコーティングが０．０１３ｍｍの厚さまでグリップシートにスプレーされ、１時間乾燥された。
それぞれ直径１３ｃｍの中央開口部と、中央開口部の外側に等間隔で離間し１ｃｍ2の面積を有する４つの貫通口と、隆起した同心隆起パターンを備えるシーリングエリアとを有する０．０５ｍｍ厚のグリップシート２枚もまた、塩化第二鉄溶液を用いて、０．０５ｍｍ厚のステンレス鋼金属箔を光化学的にエッチングすることによって準備された。隆起した同心隆起パターンは、途切れなく、グリップシートの片側で中央開口部と４つの貫通口とを別々に取り囲んだ。各同心隆起の高さおよび幅は、それぞれ、０．０１３ｍｍおよび０．２５ｍｍであり、一方、隆起間に配された各溝の幅は、０．２５ｍｍであった。
エッチングされたグリップシートは、上述したように処理された。
グループＩグリップシートの単一セルアセンブリ準備
グループＩグリップシートのいろいろなセットをそれぞれ採用して、３つの単一セルアセンブリまたはテスト部品が、以下に詳述するオーバーボード・シーリング・パフォーマンス・テストの実行に使用するために準備された。各セルアセンブリは、次の一連の成分：
マニホルドやスロットを持たないエッチングされたステンレス鋼のエンドセパレータフレームと、マニホルドとスロットとを有する２つのエッチングされたステンレス鋼Ｏ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）または電解質プレートと、マニホルドを有しスロットを持たないエッチングされたステンレス鋼Ｏ2膜スクリーンと、マニホルドまたは貫通口を有しスロットを持たないグループＩグリップシートとから形成される酸素エンドアセンブリと、
白金ナフィオン（登録商標）１１７膜と、
マニホルドを有しスロットを持たないグループＩのグリップシートと、０．１５ｍｍの焼結チタンパウダー多孔シートと、０．０７５ｍｍのニオブスクリーン２枚と、
マニホルドを有しスロットは持たないエッチングされたステンレス鋼多孔板フレームと、マニホルドとスロットを有するエッチングされたステンレス鋼Ｈ2多孔板フレームと、
２枚のマニホルドとスロットとを有するＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電解質プレートと、マニホルドを有しスロットを持たないエッチングされたステンレス鋼のセパレータフレームとから形成される水素エンドアセンブリと、
ステンレス鋼の流体プレートと、を含む。
組立てられたテスト部品は、別々に液圧カートに装填され、約１７８，０００Ｎまで圧縮された。液圧カートは、エナーパック社13000W. Silver Spring Drive, Butler, Wisconsin 53007によって製造され、型番Ｐ−８０を有する液圧ポンプと、またエナーパック社によって製造され、型番ＲＣＨ−３０２を有する液圧中空シリンダ２つと、１０ｃｍ×１０ｃｍのアルミニウムサポートバーと、直径２．５ｃｍの高強度のスチール製ねじ付きロッドおよびナットと、１５ｃｍの直径を有するアルミニウムラムとから形成される。
グループＩＩグリップシートの製造
０．０７５ｍｍ厚の二つのスクリーンパターングリップシートで、グループＩのスクリーンパターングリップシートと同じ所望の幾何形状を有するものを得た。このシートは、０．０７５ｍｍ厚のニオブメタルフォイルに、弗化水素酸と硝酸とを含んだ溶液で光化学エッチング即ちフォトケミカルエッチングを行い、その後、グループＩのグリップシートと同様に、シール面を研磨しエッチング及び研磨された部位をクリーニングすることで得られた。
クリーニングされた部位は、その後、陽極酸化処理バスの中心レールに、アタッチメントタブが接着された部位をスライドさせることで、分離的にアノーダイズ即ち陽極酸化処理がなされた。このバスは、高密度ポリエチレン材よりなり、ｐＨ＝７．０の緩衝液と、中心レールからそれぞれ等距離に配置された二つのステンレス鋼カソードスクリーンと、が入れられた。この緩衝液は、アタッチメントタブ以外の全部位をおおう。電気リードの一端を、上述のタブに接続し、他方を、０−１０アンベア、０−１２０Ｖｄｃの電源の正端子に接続した。また、第２のリードを、各カソードスクリーンに接続し、他端を上述の電源の負端子に接続した。
その後、ポテンシャル即ち電位をゆっくりと８０〜９０Ｖｄｃに上昇させ、この部位への電流が１０ｍＡより低くなるまで、この電位を維持した。この部位への電流は、各ポテンシャル即ち電圧において監視されて、この部位への電流が３アンペアを超えることがないようにし、これによりプロセス中における温度上昇を制限するようにした。この部位への電流及び電圧は、デジタルマルチメータで監視された。陽極酸化処理された部位を、その後、バスから取り出し、脱イオン水でリンスし、空気乾燥を行った。陽極酸化処理されたスクリーンパターングリップシートは、その後、スタンダードフルオロエラストメリックコーティング（STANDARD FLUOROELASTOMERIC COATING）でスプレー処理された。得られたコーティングは、厚みが０．０１３ｍｍであり、１時間乾燥させた。
二つの０．０５ｍｍ厚の同心隆起パターングリップシートで、上述したグループＩの隆起スクリーンパターングリップシートと同じ所望の幾何形状を有するものを得た。このシートは、０．０５ｍｍ厚のニオブメタルフォイルに、上述した酸溶液で光化学エッチング即ちフォトケミカルエッチングを行い、その後、上述のグループＩのグリップシートと同様に、シール面を研磨しエッチング及び研磨された部位をクリーニングすることで得られた。
クリーニングされた部位は、その後、上述の処理により陽極酸化処理され、その後に、スタンダードフルオロエラストメリックコーティング（STANDARD FLUOROELASTOMERIC COATING）でスプレー処理された。得られたコーティングは、厚みが０．０１３ｍｍであり、１時間乾燥させた。
０．０５ｍｍ厚の同心隆起パターングリップシートで、それぞれ上述したグループＩの隆起スクリーンパターングリップシートと同じ所望の幾何形状を有するものを得た。このシートは、０．０５ｍｍ厚のニオブ、チタン、及びジルコニウムのメタルフォイルに、上述した酸溶液で光化学エッチング即ちフォトケミカルエッチングを行い、その後、上述のグループＩのグリップシートと同様に、シール面を研磨しエッチング及び研磨された部位をクリーニングすることで得られた。
クリーニングされた部位は、その後、上述の処理により陽極酸化処理され、その後に、触媒コーティング（ＣＡＴＡＬＹＴＩＣ  ＣＯＡＴＩＮＧ）でスプレー処理された。得られたコーティングは、５分間乾燥され、さらに、スタンダードフルオロエラストメリックコーティング（STANDARD FLUOROELASTOMERIC COATING）により、厚み０．０１３ｍｍへと、各グリップシートにスプレー処理を行い、１時間乾燥を行った。
グループＩＩグリップシートセルアセンブリの製造
二つのシングル電池アセンブリを、一方は２−セルアセンブリで他方は３−セルアセンブリのものを製造した。これらは、それぞれグループＩＩグリップシートの異なるセットを用いている。これらのアセンブリは、これらのデバイスの寿命及び耐久性を試験するために製造された。セルアセンブリは、以下のコンポーネントを有している。
試験物品Ｉ
エンドプレート
電気的絶縁体
銅正端子
以下のように製造される酸素エンドアセンブリ：エッチングされたニオブエンドセパレータフレームでマニホルド及びスロットがないもの、二つのエッチングされたニオブＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）又は電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブＯ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットはないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルド又は貫通口はあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造される水素エンドアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．３０ｍｍの焼結されたジルコニウムパウダー多孔性シートまたはプレート、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルド及びスロットを有するもの、二つのエッチングされたニオブＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、
０．２３ｍｍの焼結されたニッケルフェルト圧縮パッド、
エッチング処理されたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及び、
流体プレート（fluid plate）。
試験物品２
エンドプレート
電気的絶縁体
銅正端子
以下のように製造される酸素エンドアセンブリ：エッチングされたニオブエンドセパレータフレームでマニホルド及びスロットがないもの、三つのエッチングされたニオブＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）又は電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、０．２５ｍｍの焼結されたチタンパウダー多孔性シート又はプレート、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルドまたは開口部はあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造される水素エンドアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブＨ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、二つのエッチングされたニオブＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、
０．３６ｍｍの焼結されたジルコニウムパウダー圧縮パッド、
エッチング処理されたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及び、流体プレート（fluid plate）。
試験物品３
エンドプレート
電気的絶縁体
銅正端子
以下のように製造される酸素エンドアセンブリ：エッチングされたチタンエンドセパレータフレームでマニホルド及びスロットがないもの、４つのエッチングされたニオブＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）又は電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、０．２５ｍｍの焼結されたチタンパウダー多孔性シート又はプレート、エッチングされたチタン多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルドまたは開口部はあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造されるバイポーラアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたジルコニウムＨ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、二つのエッチングされたジルコニウムＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたジルコニウムセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．２５ｍｍの焼結されたニッケルフェルト圧縮パッド、エッチング処理されたチタン多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、４つのエッチングされたチタンＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）又は電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、０．２５ｍｍの焼結されたチタンパウダー多孔性シート又はプレート、エッチングされたチタン多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルドはあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造される水素エンドアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたジルコニウムＨ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、二つのエッチングされたジルコニウムＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたジルコニウムセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、
０．２５ｍｍの焼結されたジルコニウムパウダー圧縮パッド、
エッチング処理されたチタン多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及び、
エッチングされたチタン多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットはないもの、
エッチングされたチタンセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットはないもの、
支持プレート、及び、
流体プレート（fluid plate）。
試験物品４
エンドプレート
電気的絶縁体
銅正端子
以下のように製造される酸素エンドアセンブリ：０．３０ｍｍの焼結されたニッケルフェルト圧縮パッド、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルド及びスロットを持たないもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルド及びスロットを持たないもの、２つのエッチングされたＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びフレームを有するもの、エッチングされたニオブＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）でマニホルドは有するがスロットを持たないもの、エッチングされたニオブＯ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルドはあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造されるバイポーラアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．２５ｍｍの焼結されたジルコニウムパウダー多孔性シート又はプレート、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブＨ2スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、二つのエッチングされたニオブＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．５１ｍｍの焼結されたニッケルフェルト圧縮パッド、エッチング処理されたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、２つのＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）又は電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブＯ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるアノードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるカソードスクリーンフレーム）でマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブＯ2膜スクリーンでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、及びグループＩＩグリップシートでマニホルドはあるがスロットはないもの、
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
上述した第１のものと等しい、第２のバイポーラアセンブリ
適切な電極が設けられたプラチナ化されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７膜、
以下により製造される水素エンドアセンブリ：グループＩＩグリップシートでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．２５ｍｍ焼結されたジルコニウムパウダー多孔性シート又はプレート、エッチングされたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、エッチングされたニオブＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）でマニホルドは有するがスロットは持たないもの、二つのエッチングされたニオブＨ2スクリーンフレーム（すなわち、電解セルにおけるカソードスクリーンフレーム、または燃料電池セルにおけるアノードスクリーンフレーム）または電極プレートでマニホルド及びスロットを有するもの、エッチングされたニオブセパレータフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの、０．３３ｍｍの焼結されたニッケルフェルト圧縮パッド、エッチング処理されたニオブ多孔性プレートフレームでマニホルドは有するがスロットは持たないもの
支持プレート、及び、
流体プレート（fluid plate）。
上述の試験物品の組み立ての前に、各エッチングされた金属部位の活性領域と、焼結された金属パウダー膜サポート構造と、は、プラチナプレート化され、電気接触抵抗が確実に最小となるようにし、その後に、STANDARD FLUOROELASTOMERIC COATINGが、各部位のシーリング領域に適用された。
組み立てを終えた後に、各試験物品は、エンドプレートと流体プレートとの間で、セルアセンブリの外側周囲に沿って設けられたタイロッドを用いて、圧縮された。圧縮の程度は、アセンブリの所望の動作圧力で、膜のシールに要求される負荷に基づいて決定された。
試験方法
グループＩグリップシートについて、下記試験を行った。
オーバーボードシール特性テスト（Overboard Sealing Performance Test）−組み立てられ、圧縮された試験片をそれぞれ別々にテストセットアップに取り付け、シール特性の試験を行った。これは、図３に最も良く示されている。具体的には、高圧フレキシブルチューブ３６，ａ，ｂ，ｃを、次のようにして上記テストセットアップ内に取り付けた。フレキシブルホース３６ａを、ウォータインレットポート３８及び手動のウオータポンプ４０に取り付け、フレキシブルホース３６ｂを、ウオーター水素アウトレットポート４２及び酸素アウトレットポート４４に取り付け、フレキシブルホース３６ｃを酸素アウトレットポート４６、及び高圧バルブ４８に取り付けた。
各テストについて、高圧バルブ４８を開き、全ての上記空気が上記テストセットアップ３２から除去されるまでストローク型ウオータポンプ４０によって、水をフレキシブルホース３６ａを通して上記テスト物体３２に導入した。上記高圧バルブ４８をその後閉鎖した。上記ウオータポンプ４０をその後ゆっくりとストロークさせて上記テスト物体３２に加えられる圧力を、約０．６９ＭＰａずつ上記グリップシート／膜界面から水漏れが生じるまで増加させた。水圧ゲージ５０及び上記試験物体３２の上記グリップシート／膜界面は、上記テスト物体３２への水圧がそれぞれ増加する毎に目視によりモニタした。リークは、上記テスト物体が、上記ウオータポンプ４０が動作中に水圧に耐えられなくなった時点で判断した。上記グリップシート／膜界面における水滴は、それぞれ初期に圧力減少が観測されてから観測された。
一度水漏れが発生すると、上記テスト物体３２への圧縮を、さらに８９，０００Ｎ増加させ、水漏れが発生するまで水圧を約０．６９Ｍｐａずつ再度増加させた。この手法をシール圧が２４．１４Ｍｐａとなるまで続けた。
クロス−セルシールテスト−  オーバーボードシール特性テストによる物体５２については、それぞれ１つのセットのグループＩグリップシートを用い、これらをテストセットアップ５４に取り付け、クロス−セルシール性能を試験した。これは、図４に最も良く示されている。特に高圧窒素ライン５６をテスト物体５２の酸素アウトレットポート６２に取り付けた。酸素アウトレットポート６０及び水−水素アウトレットポート６２は、その後キャップされ、フレキシブルライン６４の一端を、ウォータインレットポート６６に取り付け、他端を水が充填され、逆さまにされたビュレット６８の下側に配置した。
上記クロス−セルシールテストのため、上記オーバーボードシール特性テストにより得られたデータを、最低特性規格すなわち、オーバーボードシール１４．５Ｍｐａを得るために必要な最低圧縮力を決定するために用いた。特に、上記テストを実施することで上記最低圧縮力は、０．０５ｍｍスクリーングリップについて３．０×１０5Ｎとして得られ、０．０７５ｍｍのスクリーングリップについては、３．６×１０5Ｎとして得られ、０．０５ｍｍの隆起したリッジグリップについては２．８×１０5Ｎと決定された。上記テスト物体すなわち電池が上記クロスセルシールテストを通過しなかった場合には、その圧縮力を、必要な圧力レベルが得られるまで僅かずつ増加させた。具体的に言えば上記試験物体５２を、上述した最低圧縮力で圧縮した。上記テスト物体５２の上記酸素キャビティを、その後約２．８Ｍｐａの増加分ずつ窒素で加圧し、拡散速度と圧力のプロットを得た。クロス−セル拡散速度は、所定時間内に反転させた上記ビュレット６８内に集められた窒素ガスの量をモニタすることによって決定した。圧力ゲージ７０に表示される圧力を、迅速なガスフローが観測されるまで又は上記拡散速度と圧力のプロットが直線から逸脱し始めるまで増加させた。この圧力を、クロス−セルシール圧力として記録した。
上記テスト物体５２は、その後減圧され、上記テスト物体５２への圧縮力をさらに４４，５００Ｎまで増加させた。上記テスト物体５２の酸素キャビティを、迅速なガスフローが観測されるまで又は上記拡散速度と圧力のプロットが直線から逸脱し始めるまで窒素ガスによって約２．８Ｍｐａの増加分ずつ増加させて加圧した。再度窒素で約２．８Ｍｐａずつ加圧した。この手法をクロス−セルシール能力２４．１４Ｍｐａまで繰り返した。
グループＩＩグリップシートを用いた上記テスト物体に、下記の“チェックアウト”テストを行った。すなわち上記オーバーボードシール特性テスト及び、上記クロス−セルシーリングテスト及び後述する電気的一体性テストである。
電気的一体性テスト−  各テスト物体の上記電気的一体性テストを、それぞれ単一の又は多重となったアッセンブリの能力をテストすることによって検討した。具体的には、各テスト物体の充電及び電荷保持能力は、１．５Ｖｄｃの電池と、０−３Ｖｄｃアナログメータと、２極のシングルスロウ（single throw）スイッチと、からなる電気的短絡テストメータを上記物体に取り付けることによって検討した。この電気的短絡テストメータを、上記１．５Ｖｄｃ電池の正極からのリード線を上記物体の正極ターミナルに接続させ、上記１．５Ｖｄｃ電池の負極からのリード線を上記物体の負極ターミナルへと接続させた。このスイッチをその後“オン”位置とし、充電を観測し、これを記録した。上記スイッチを、その後“オフ”位置とし、電位減衰を観測し、これを記録した。上記テスト物体の電気的一体性は、上記物体が１分で約１．０Ｖｄｃに充電され、上記減衰が遅く、約１分で0.3Ｖｄｃ以下に減衰しないことによって判断した。
各テスト物体に対し、その後“オンテスト”を行い、寿命すなわち最良の耐久性（電気的な短絡によって制限される）を行った。
実施例１〜３
これらの実施例においては、上記テスト物体は、グループＩグリップシートを用いており、これらは、上記オーバーボードシール特性テストが行われ、そのシール特性を評価したものである。その結果を下記表Ｉに示す。
0004627811.tif 000002
実施例１〜３は、本発明の上記グリップシートが、スクリーンパターン又は隆起したパターンを用いていても、それぞれが最低特性規格、すなわちオーバーボードシール１４．５ＭＰａを３６５，０００Ｎ以下の水圧で有していることを示している。実施例３はさらに、同心状の隆起したリッジパターンを備えた上記グリップシートは、どのような所定の水圧荷重についても、スクリーンパターンを用いた上記実施例１及び実施例２の上記グリップシートに比較して、シールするために小さな力しかいらないことを示している。この結果、実施例３で用いたテスト物体のプラチナ化した膜は、小さな応力レベルを受けることになる。さらには、膜のクリープ低減が、実施例３のテスト物体において観測されたが、このことによってテスト物体すなわちアッセンブリは、上記電気的一体性を向上することになった。
実施例４〜５
これらの実施例では、グループＩグリップシートを用いた上記テスト物体に対し、上記クロス−セルシールテストを行い、それらのクロス−セルシール性能を評価した。０．０７５ｍｍ厚のスクリーンパターンのグリップシートを用いたテスト物体は、０．１７ｍｍ厚の膜を用いた場合に短絡する危険性があったのでテストしなかった。これらのテスト結果を下記表ＩＩに示す。
0004627811.tif 000003
実施例４〜５は、０．０５ｍｍ厚のグリップシートがスクリーンパターンであっても、隆起したパターンであってもそれぞれ２４．１Ｍｐａのシール圧を与えることができることを示している。実施例４及び実施例５はさらに、０．０５ｍｍ厚の隆起パターンのグリップシートは、より小さな水圧でクロス−セルシール圧力を与えることを示している。
実施例６〜９
これらの実施例では、それぞれグループＩＩグリップシートを用いた４つのテスト物体に対し、要求される“チェックアウトテスト”（オーバーボードシーリング特性テスト、クロス−セルシールテスト、電気的一体性テスト）をセル寿命すなわち耐久性に関して行った。これらの結果を下記表ＩＩＩに示す。
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実施例６及び実施例７は、隆起したパターンの上記グリップシートを備えたグリップシートを１電池アッセンブリ内に用いると、電池寿命が延長されることを示している。さらに、実施例７，８，９は、触媒コーティングと標準的なフッ素ゴムコーティングを施した隆起パターンのグリップシートを電池アッセンブリ内に用いると、電池寿命が著しく延長されることを示している。
本発明は、実施例を詳細に説明することによって説明してきたが、当業者によれば、形態及び詳細にわたって請求項に記載した発明の趣旨及び範囲内において、種々の変更を加えることができることは明らかであろう。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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