(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池コンポーネントのストリップであって、
第１の方向で離間する複数の燃料電池コンポーネントと、
前記複数の燃料電池コンポーネントに接続されるインデックス構造体であって、前記第１の方向に前記複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するように構成された、インデックス構造体と、を備え、
前記インデックス構造体が、前記複数の燃料電池コンポーネントとは異なる材料からなる、燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項２】
前記インデックス構造体が、前記複数の燃料電池コンポーネントに解放可能または分離可能に接続される、請求項１に記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項３】
前記複数の燃料電池コンポーネントが複数の燃料電池アセンブリを備え、それぞれの燃料電池アセンブリが燃料電池プレートを備える、請求項１または２に記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項４】
前記複数の燃料電池コンポーネントが、第１のエンドプレートと、複数の燃料電池アセンブリと、第２のエンドプレートとを、前記第１の方向に延在するこの順序で備える、請求項３に記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項５】
前記インデックス構造体が、インデクサと係合して前記複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するために複数のくぼみまたは穴を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項６】
前記インデックス構造体が、少なくとも１回のスポット溶接によって前記複数の燃料電池コンポーネントに接続される、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項７】
前記インデックス構造体が、隣接する燃料電池コンポーネントの間に側方折り畳み領域を備える、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項８】
前記インデックス構造体が、互いから絶縁された複数の導電性トラックを備える、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントのストリップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントの折り畳まれたストリップを備える、燃料電池スタック。
【請求項１０】
燃料電池スタックを組み立てる方法であって、
請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池コンポーネントの前記ストリップをインデックスして、構築位置に燃料電池コンポーネントを位置付けることを含む、方法。
【請求項１１】
前記構築位置における前記燃料電池コンポーネントから前記インデックス構造体を除去することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記インデックス構造体が、隣接する燃料電池コンポーネントの間に側方折り畳み領域を備え、前記方法が、
側方折り畳み領域でインデックス構造体を折り畳んで、前記構築位置に複数の燃料電池コンポーネントを位置付けることをさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の分野に、特に燃料電池コンポーネントおよび燃料電池スタックの組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のための、つまり、アノードまたはカソードプレートの形式における、電極またはセパレータプレートは、あらゆる汚染を避けるまたは除去するために、緊縮要件を満たす必要があり、典型的には、該プレートを燃料電池スタックへと組み立てることができるようにする前に、一連の異なる処理ステップを必要とする。様々な種類のコーティングおよび他の表面処理が必要とされ得る。燃料電池部品の大量生産が、多数のかかるプレートの迅速で連続した操作を必要とするということを考慮すると、正確で経済的かつ再現可能な、燃料電池の調製物およびアセンブリが必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様に従い、燃料電池コンポーネントのストリップであって、
第１の方向で離間する複数の燃料電池コンポーネントと、
該複数の燃料電池コンポーネントに接続するインデックス構造体であって、該第１の方向に該複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するように構成されたインデックス構造体と、を備え、
該インデックス構造体が、該複数の燃料電池コンポーネントとは異なる材料を含む、燃料電池コンポーネントのストリップが提供される。
【０００４】
該インデックス構造体は、燃料電池スタック内での構築点での燃料電池コンポーネントの位置付けを、より容易に、より再現可能に、またはより信頼可能に実行することを可能にすることができる。インデックス構造体の提供は、キャリア上に保持された燃料電池サブコンポーネントの、燃料電池プレートへの移送を、より容易に、より再現可能に、またはより信頼可能に実行することもまた可能にする。インデックス材料を燃料電池プレートと同じ典型的に高価な材料で製造する必要がないため、異なる材料のインデックス構造体の提供は、燃料電池スタックをより安価に生産することを可能にする。したがって、インデックス機能が異なる材料のインデックス構造体によって提供されるため、燃料電池コンポーネントは、ストリップをインデックスする手段を含む必要がない。任意で、異なる材料のインデックス構造体は、単に、第１の方向に、ストリップの少なくとも一部を覆う、ストリップのためのインデックス機能を提供する。
【０００５】
インデックス構造体は、複数の燃料電池コンポーネントに解放可能または分離可能に接続され得る。インデックス構造体の解放可能または分離可能な接続は、異なる材料のインデックス構造体を燃料電池プレートに提供することを補助することができる。
【０００６】
複数の燃料電池コンポーネントは、複数の燃料電池アセンブリを備え得る。燃料電池アセンブリは燃料電池プレートを備え得る。複数の燃料電池コンポーネントは、第１のエンドプレートと、複数の燃料電池アセンブリと、第２のエンドプレートとを、第１の方向に延在するこの順序で備え得る。インデックス材料上にエンドプレートを提供することは、燃料電池スタックの組み立てプロセスをさらに容易にすることができる。
【０００７】
インデックス構造体は、インデクサと係合して複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するために複数のくぼみまたは穴を備え得る。
【０００８】
インデックス構造体は、少なくとも１回のスポット溶接によって、複数の燃料電池コンポーネントに接続され得る。
【０００９】
インデックス構造体は、隣接する燃料電池コンポーネントの間に、側方折り畳み領域を備え得る。
【００１０】
インデックス構造体は、互いから絶縁された複数の導電性トラックを備え得る。
本発明のさらなる態様に従い、上記で定義の燃料電池コンポーネントの折り畳まれたストリップを備える、燃料電池スタックがある。
【００１１】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池スタックを組み立てる方法であって、
前述の請求項のいずれかに従う燃料電池コンポーネントのストリップをインデックスして、構築位置にて燃料電池コンポーネントを位置付けることを含む、方法が提供される。
【００１２】
該方法は、構築位置における燃料電池コンポーネントからインデックス構造体を除去することをさらに含み得る。
【００１３】
インデックス構造体は、隣接する燃料電池コンポーネントの間に、側方折り畳み領域を備え得る。該方法は、側方折り畳み領域でインデックス構造体を折り畳んで、構築位置に複数の燃料電池コンポーネントを位置付けることをさらに含み得る。
【００１４】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するための、コンポーネント移送機構が提供され、該コンポーネント移送機構は、
回転可能なローラと、
該ローラの周囲を通過し、かつ該ローラの回転が移送テープの動きをもたらすような張力で保持される、移送テープであって、該燃料電池サブコンポーネントを運ぶように構成された外側表面を画定する、移送テープと、を備え、
該コンポーネント移送機構は、該基板の平面に対して横方向の第１の方向に、該ローラ上の該移送テープが該基板に隣接するコンポーネント移送位置と、該ローラ上の該移送テープが該基板から離間する持ち上げられた位置との間で、該基板に対して移動可能であり、
該回転可能なローラは、該コンポーネント移送機構が該コンポーネント移送位置にあるときに、該移送テープ上の該サブコンポーネントが該ローラと該基板との間に位置付けられるように回転するように構成される。
【００１５】
該回転可能なローラは、該コンポーネント移送機構が該持ち上げられた位置から該コンポーネント移送位置に移動すると同時に回転するように構成され得る。
【００１６】
該コンポーネント移送機構は、該基板の長手方向軸に平行な第２の方向に、該基板に対して移動可能であり得、これは該基板上に該サブコンポーネントを漸進的に配置することができる。
【００１７】
該第２の方向における該サブコンポーネントと該ストリップとの間の相対運動を提供するために、該ローラの周囲の該移送テープの速度は、該第２の方向における、該コンポーネント移送機構に対する該基板の速度よりも速くてよい。
【００１８】
該ローラは、該燃料電池サブコンポーネントの横方向縁部が該ローラの周囲を通過するときに、それを該移送テープから剥離させるように、十分に小さい半径を有してよい。
【００１９】
該基板は燃料電池コンポーネントのストリップを備え得る。該燃料電池サブコンポーネントは、ガス拡散層、第１の触媒層、電極膜、および第２の触媒層のうちの１つ以上を備えるラミネート層を備え得る。該基板は、ラミネート層が設置される開口部を有するガスケットを備え得る。
【００２０】
本発明のさらなる態様に従い、コンポーネント移送機構を用いて燃料電池サブコンポーネントを基板に移送する方法であって、該コンポーネント移送機構が、
回転可能なローラと、
該ローラの周囲を通過し、かつ該ローラの回転が移送テープの動きをもたらすような張力で保持される、移送テープであって、燃料電池サブコンポーネントを運ぶように構成された外側表面を画定する、移送テープと、を備え、
該基板の平面に対して横方向の第１の方向に、該ローラ上の該移送テープが該基板に隣接するコンポーネント移送位置と、該ローラ上の該移送テープが該基板から離間する持ち上げられた位置との間で、該コンポーネント移送機構を該基板に対して移動させることと、
該コンポーネント移送機構が該コンポーネント移送位置にあるときに、該移送テープ上の該サブコンポーネントが該ローラと該基板との間に位置付けられるように、該回転可能なローラを回転させることと、を含む、方法が提供される。
【００２１】
本発明のさらなる態様に従い、旋回軸を中心に第２のサブコンポーネントに回転可能に接続する第１のサブコンポーネントを備える燃料電池コンポーネントのストリップであって、該第１のサブコンポーネントが、
該ストリップの平面に平行な第１の位置と、
該ストリップの該平面の外にある第２の位置と、
該ストリップの該平面に平行であり、かつ該第１の位置とは異なる第３の位置との間で、該旋回軸を中心に移動可能である、燃料電池コンポーネントのストリップが提供される。
【００２２】
該第１のサブコンポーネントは、該第１の位置にあるストリップの平面内の第２のサブコンポーネントに隣接し得る。該第１のサブコンポーネントは、該第３の位置にある該第２のサブコンポーネントの上に配置され得る。
【００２３】
該燃料電池コンポーネントのストリップは、該第１のサブコンポーネントの第１の横方向縁部と該第２のサブコンポーネントとの間に、可塑性接合領域をさらに備え得る。該可塑性接合領域は、旋回軸を提供するように構成され得る。
【００２４】
該燃料電池コンポーネントのストリップは、該第１のサブコンポーネントの第２の横方向縁部と関連付けられた分離可能な接合領域をさらに備え得る。該分離可能な接合領域は、該第１のサブコンポーネントを異なる第２のサブコンポーネントに、解放可能に取り付けるように構成され得る。
【００２５】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池コンポーネントのストリップから燃料電池を組み立てる方法であって、該燃料電池コンポーネントのストリップが、旋回軸を中心に第２のサブコンポーネントに回転可能に接続される第１のサブコンポーネントを備え、
該ストリップの該平面に対して横方向の第１の方向に、該第１のサブコンポーネントに第１の力を適用して、それを、該ストリップの平面に平行な第１の位置から、該ストリップの該平面の外にある第２の位置に移動させることと、
該ストリップの該平面に平行な第２の方向に、該第１のサブコンポーネントに第２の力を適用して、該第１のサブコンポーネントを、該第２の位置から、該ストリップの該平面に平行であり、かつ該第１の位置とは異なる第３の位置に移動させることと、を含む方法が提供される。
【００２６】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池コンポーネントのストリップから燃料電池を組み立てる装置であって、
該ストリップの該平面に対して横方向の第１の方向に、該第１のサブコンポーネントに第１の力を適用して、それを、該ストリップの平面に平行な第１の位置から、該ストリップの該平面の外にある第２の位置に移動させるように構成された第１の力アプリケータと、
該ストリップの該平面に平行な第２の方向に、該第１のサブコンポーネントに第２の力を適用して、該第１のサブコンポーネントを、該第２の位置から、該ストリップの該平面に平行であり、かつ該第１の位置とは異なる第３の位置に移動させるように構成された、第２の力アプリケータと、を備える装置が提供される。
【００２７】
該装置は、該第１のサブコンポーネントの第２の横方向縁部を、隣接した第２のサブコンポーネントから分離するように構成されたセパレータをさらに備え得る。
【００２８】
該第１の力アプリケータはプッシャーであり得る。該第２の力アプリケータはローラであり得る。
【００２９】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池を組み立てるための装置であって、
燃料電池コンポーネントのストリップを、燃料電池コンポーネントの該ストリップの長手方向軸に平行な第１の方向で移動させて、燃料電池コンポーネントの該ストリップのサブコンポーネント受容部分を構築点に位置付けるためのコンベヤと、
サブコンポーネントを、構築点での該燃料電池コンポーネントのストリップの、該サブコンポーネント受容部分の下面に適用するための、コンポーネント適用機構と、を備える、装置が提供される。
【００３０】
該コンポーネント適用機構は、該サブコンポーネントを、該燃料電池コンポーネントのストリップから離間する第１の位置から、該サブコンポーネントが該燃料電池コンポーネントのストリップの下面上の接着表面と接触する第２の位置に、移動させるように構成されたプッシャーを備え得る。
【００３１】
該装置は、複数のサブコンポーネントを受容するためのマガジンを備え得る。該コンポーネント適用機構は、該マガジン内の下部サブコンポーネントに力を適用して、マガジン内の上部サブコンポーネントを該第２の位置に平行移動させるように構成され得る。
【００３２】
該コンポーネント適用機構は、ポケットテープ内に位置付けられるサブコンポーネントに力を適用して、該サブコンポーネントを該第２の位置に平行移動させるように構成され得る。該コンポーネント適用機構は、プッシャーと、ポケットテープを側方にインデックスするための機構とを備え得る。
【００３３】
該装置は、該燃料電池コンポーネントのストリップの上部表面から離間する第１の位置と、該燃料電池コンポーネントのストリップの該上部表面に隣接する第２の位置との間で移動可能な、支持ブロックをさらに備え得、よって、該第２の位置において、支持ブロックは、該サブコンポーネントが該燃料電池コンポーネントのストリップの下面に適用される際に、該燃料電池コンポーネントのストリップが移動することを防ぐように構成される。
【００３４】
本発明のさらなる態様に従い、燃料電池を組み立てる方法であって、
燃料電池コンポーネントのストリップを、該燃料電池コンポーネントのストリップの長手方向軸に平行な第１の方向に、移動させることと、
該燃料電池コンポーネントのストリップの下面にサブコンポーネントを適用することと、を含む方法が提供される。
【００３５】
別の燃料電池コンポーネントのストリップもまた開示される。該ストリップは、
第１の表面を備える、第１の方向に離間する複数の燃料電池コンポーネントと、
該複数の燃料電池コンポーネントに接続する支持構造体であって、該複数の燃料電池コンポーネントの該第１の表面が折り畳まれたときに同じ方向に面するように、該支持構造体が折り畳み可能になるように、隣接する燃料電池コンポーネントの間に２つの側方折り畳み領域を備える、支持構造体と、を備える。
【００３６】
該複数の燃料電池コンポーネントのそれぞれは、共通の第１の表面を備えると考えられ得る。該複数の燃料電池コンポーネントの該第１の表面は、該ストリップの第１の表面上にあり得る。
【００３７】
隣接する燃料電池コンポーネントの間の該支持構造体の該２つの側方折り畳み領域は、該複数の隣接する燃料電池コンポーネントの該第１の表面が、折り畳まれたときに同じ方向に面することを保証し得る。
【００３８】
折り畳まれたときに全ての電池が同じ方向に面することを可能にする、支持構造体の提供は、燃料電池の製造方法の簡素化を提供する。スタック内の個々の燃料電池コンポーネントの別個の位置付けは、避けることができる。
【００３９】
該燃料電池コンポーネントは、ガス拡散層または膜電極アセンブリのうちの１つ以上を備え得る。
【００４０】
該支持構造体は、該複数の燃料電池コンポーネントに、解放可能または分離可能に接続し得る。該支持はより安い犠牲材料を使用して生産でき、該燃料電池と同じ材料から製造する必要がないため、解放可能または分離可能な支持材料の提供は、より効率的な製造方法を可能にする。
【００４１】
該燃料電池コンポーネントは実質的に平面であってよい。
該複数の燃料電池コンポーネントは、複数の燃料電池アセンブリおよび複数の間隔コンポーネントを含み得る。間隔コンポーネントは、隣接する燃料電池コンポーネントの間に提供され得る。あるいは、該複数の燃料電池コンポーネントは、複数の燃料電池アセンブリおよび複数のボイドを備え得る。ボイドは、隣接する燃料電池コンポーネントの間に提供され得る。該間隔コンポーネント、ボイド、および燃料電池アセンブリは、該第１の方向に類似する長さであり得る。
【００４２】
複数の燃料電池コンポーネントは、複数の燃料電池アセンブリを備え得る。該支持構造体は、隣接する燃料電池アセンブリの間に２つの側方折り畳み領域を備え得る。
【００４３】
該複数の燃料電池コンポーネントは、それぞれ該第１の表面に対向する第２の表面を備え得る。該ストリップが折り畳まれたときに、燃料電池コンポーネントの第１の表面が、隣接する燃料電池コンポーネントの第２の表面に面するように、該支持構造体は、折り畳み可能であり得る。
【００４４】
該支持構造体は、該複数の燃料電池コンポーネントの両側に接続し得る。あるいは、該支持構造体は、該複数の燃料電池コンポーネントの片側のみに接続し得る。
【００４５】
該支持構造体は、接続する燃料電池コンポーネントへの電気接続を備え得る。該支持構造体は、インデックス構造体を備え得る。
【００４６】
該複数の燃料電池コンポーネントは、第１のエンドプレートと、複数の燃料電池アセンブリと、第２のエンドプレートとを、第１の方向に延在するこの順序で備え得る。
【００４７】
該第１のエンドプレートの該第１の表面は、燃料電池スタックの外部面であり得る。該第２のエンドプレートの該第１の表面は、燃料電池スタックの内部面であり得る。該第１のエンドプレートの該第２の表面は、燃料電池スタックの内部面であり得る。該第２のエンドプレートの該第２の表面は、燃料電池スタックの外部面であり得る。
【００４８】
該支持構造体は、該第１のエンドプレートと該複数の燃料電池アセンブリとの間に、１つの折り畳み領域のみを備え得る。該支持構造体は、該第２のエンドプレートと該複数の燃料電池アセンブリとの間に、１つの折り畳み領域のみを備え得る。
【００４９】
燃料電池コンポーネントのストリップを形成するように構成されたデバイスが提供され得る。
【００５０】
燃料電池スタックを組み立てる方法であって、
燃料電池スタックを形成するために、複数の燃料電池コンポーネントを構築位置に位置付けるために、前述の請求項のいずれかに従う燃料電池コンポーネントのストリップを折り畳むこと、を含む方法もまた開示される。
【００５１】
該方法は、該構築位置における該複数の燃料電池コンポーネントから支持構造体の少なくとも一部を除去することをさらに含み得る。構築位置にて該複数の燃料電池コンポーネントから該支持構造体の少なくとも一部を除去することは、該複数の燃料電池コンポーネントに接続する電気接続を含む、支持構造体の一部を残すことを含み得る。
【００５２】
燃料電池スタックを組み立てる方法であって、
部分的燃料電池コンポーネントの第１のストリップを、部分的燃料電池コンポーネントの第２のストリップの上に位置付けることと、
燃料電池スタックを組み立てるために、部分的燃料電池コンポーネントの第１および第２のストリップを一緒に折り畳むことと、を含む方法もまた開示される。
【００５３】
スタック内の個々の燃料電池コンポーネントの別個の位置付けを避けることができるため、かかる方法は、燃料電池スタックを組み立てる簡素かつ便利な方法を提供する。
【００５４】
部分的燃料電池コンポーネントの第１および第２のストリップを一緒に折り畳むことは、完全燃料電池を画定するために、該第１のストリップの第１の領域内にある部分的燃料電池コンポーネントを、該第２のストリップの対応する領域内にある部分的燃料電池コンポーネントに隣接して位置付けることを含み得る。このように、個々の燃料電池は、燃料電池スタック内で、信頼可能におよび一貫して構成することができる。
【００５５】
該部分的燃料電池コンポーネントのストリップのうちの１つまたは両方は、支持構造体を備え得る。かかる支持構造体は、隣接する部分的燃料電池コンポーネントの間に、２つの側方折り畳み領域を有し得る。隣接する部分的燃料電池コンポーネントの間にある、２つの側方折り畳み領域の間に、間隔要素が位置付けられ得る。該部分的燃料電池コンポーネントの第１および第２のストリップを一緒に折り畳むステップは、該第１のストリップおよび該第２のストリップの部分的燃料電池コンポーネントを、該間隔要素を介して互いに接触させることを含み得る。該第１のストリップ内の部分的燃料電池コンポーネントが、折り畳まれたときに両側で、該第２のストリップ内の部分的燃料電池コンポーネントに隣接できるため、および逆もまた同じであるため、かかる間隔要素を提供することは、簡素化した組み立て方法を提供できる。
【００５６】
燃料電池スタックであって、
部分的燃料電池コンポーネントの第１のストリップと、
部分的燃料電池コンポーネントの第２のストリップと、を備え、
該燃料電池スタックを画定するために、部分的燃料電池コンポーネントの第１および第２のストリップが、折り畳み配向において一方が他方の上に位置付けられる、燃料電池スタックもまた開示される。
【００５７】
完全燃料電池を画定するために、該第１のストリップの第１の領域内にある部分的燃料電池コンポーネントは、該第２のストリップの対応する領域内にある部分的燃料電池コンポーネントに隣接して位置付けられ得る。
【００５８】
部分的燃料電池コンポーネントの該第１のストリップは、該部分的燃料電池コンポーネントに接続する支持構造体を備え得る。追加的にまたは代替的に、部分的燃料電池コンポーネントの該第２のストリップは、該部分的燃料電池コンポーネントに接続する支持構造体を備え得る。
【００５９】
該支持構造体のうちの１つまたは両方は、隣接する部分的燃料電池コンポーネントの間に２つの側方折り畳み領域を備え得る。隣接する部分的燃料電池コンポーネントの間にある、２つの側方折り畳み領域の間に、間隔要素が位置付けられ得る。間隔要素は、該ストリップの厚さを介してコンポーネントが互いに接続することを可能にする、オープニングを有し得る。このように、該間隔要素が、該第１のストリップ内の部分的燃料電池コンポーネントが、折り畳まれたときに、両側で、該第２のストリップ内の部分的燃料電池コンポーネントに隣接することを保証できる、および逆もまた同じであるため、該ストリップ上のコンポーネントの簡素化した配置を使用することができる。
【００６０】
例えば、該第１のストリップ内の該部分的燃料コンポーネントの片側は、該第２のストリップに直接隣接することができ、該第１のストリップ内の該部分的燃料コンポーネントの反対側は、該間隔要素内の該オープニングを介して、該第２のストリップに露呈し得る。
【００６１】
部分的燃料電池コンポーネントの該第１および／または第２のストリップは、該スタックの外部から、該燃料電池スタック内の該燃料電池のうちの１つ以上に電気接続を提供するための、１つまたは複数の導電性トラックを備え得る。該導電性トラックは、本明細書に開示の任意の支持構造体に関連付けられ得る。該導電性トラックまたはトラック（複数）は、該ストリップの該長さに沿う方向で延在し得る。該複数の導電性トラックは、それぞれ一方の端に外部接続のためのノードを有し得、他方の端で燃料電池に接続し得る。異なる導電性トラックは、該燃料電池スタック内の異なる燃料電池に接続され得、関連ノードによって個々にアドレス可能であり得る。複数のノードは、該ストリップの同じ端に、任意で外部コネクタフレーム上に位置付けられ得る。
【００６２】
該第１のストリップおよび該第２のストリップの該部分的な燃料電池コンポーネントは、一緒に、第１の電極；膜、第２の電極、カソードガス拡散層（集合的に４層膜電極アセンブリと称されることがある）、インデックス構造体（第１のインデックス構造体および第２のインデックス構造体を備え得る）、シム、ガスケット、アノードガス拡散層、およびバイポーラープレートのうちの１つ以上を備え得る。
【００６３】
該第１のストリップの該燃料電池コンポーネントは、第１の電極；膜、第２の電極、カソードガス拡散層（集合的に４層膜電極アセンブリと称されることがある）、第１のインデックス構造体、および第２のインデックス構造体のうちの１つ以上を備え得る。該第２のストリップの該部分的燃料電池コンポーネントは、シム、ガスケット、アノードガス拡散層、およびバイポーラープレートのうちの１つ以上を備え得る。
【００６４】
該第２のストリップは、一方の端に集電板を、および他方の端に外部コネクタフレームを備え得る。該集電板に電気接続されるノードは、該外部コネクタフレーム上に提供され得る。該ノードは、該燃料電池スタックへの外部接続のためであり得る。
【００６５】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照し、より良好に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１ａ】燃料電池の製造のためのプロセスを示す。
【図１ｂ】燃料電池の製造のためのプロセスを示す。
【図２】複数の燃料電池を備えるストリップの模式図を示す。
【図３】折り畳まれたストリップの３つの側面模式図を示す。
【図４ａ】ストリップおよびキャリアの模式図を示す。
【図４ｂ】ストリップおよびキャリアの模式図を示す。
【図５ａ】ストリップおよびケースの模式図を示す。
【図５ｂ】ストリップおよびケースの模式図を示す。
【図６ａ】燃料電池生産ラインの一部の模式図を示す。
【図６ｂ】図６ａの燃料電池生産ラインの一部の代替の模式図を示す。
【図６ｃ】別の燃料電池生産ラインの一部の模式図を示す。
【図７】燃料電池スタックを組み立てる方法を示す。
【図８】燃料電池スタックを組み立てる別の方法を示す。
【図９】燃料電池スタックを組み立てるさらなる方法を示す。
【図１０ａ】燃料電池コンポーネントのストリップおよび該ストリップから燃料電池を組み立てる装置を示す。
【図１０ｂ】燃料電池コンポーネントのストリップおよび該ストリップから燃料電池を組み立てる装置を示す。
【図１０ｃ】燃料電池コンポーネントのストリップおよび該ストリップから燃料電池を組み立てる装置を示す。
【図１０ｄ】燃料電池コンポーネントのストリップおよび該ストリップから燃料電池を組み立てる装置を示す。
【図１０ｅ】燃料電池コンポーネントのストリップおよび該ストリップから燃料電池を組み立てる装置を示す。
【図１１ａ】燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するコンポーネント移送機構の動作を模式的に示す。
【図１１ｂ】燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するコンポーネント移送機構の動作を模式的に示す。
【図１１ｃ】燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するコンポーネント移送機構の動作を模式的に示す。
【図１１ｄ】燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するコンポーネント移送機構の動作を模式的に示す。
【図１１ｅ】燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するコンポーネント移送機構の動作を模式的に示す。
【図１２】コンポーネント移送機構を用いて燃料電池サブコンポーネントを基板に移送するさらなる方法を示す。
【図１３】燃料電池コンポーネントのストリップから燃料電池を組み立てる方法を示す。
【図１４】燃料電池を組み立てる方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１ａおよび１ｂは、燃料電池を製造するプロセス１００を模式的に示す。図１は、支持構造体の提供が、燃料電池スタックを、該ストリップが折り畳まれたときに、燃料電池がスタックを形成するように同じ方向で整列する燃料電池のストリップから構成することを、どのように可能にするかを説明するために使用される。
【００６８】
図１は、多数の占有フレーム１０２、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４に分解される。該占有フレーム１０２、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４は、燃料電池の形成のための連続的動作を示す。該占有フレーム１０２、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４は、空フレーム１０３、１０９、１１３、１１７、１２１によって、互いから分離される。該空フレームは、図２との関連でさらに詳細に説明する。
【００６９】
それぞれの占有フレーム１０２、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４では、該燃料電池は、該電池が、該電池の平面において、左側縁１０５および右側縁１０７を有するように示される。明確性のために、図１の様々な占有フレーム１０２、１０８、１１２、１１６、１２０、１２４における、同等特徴は、それらが初めて取り上げられるフレームにおいてのみ標識される。
【００７０】
第１のフレーム１０２では、バイポーラープレート１０４が示される。該バイポーラープレート１０４は、押圧プレートであり得る。該バイポーラープレート１０４は、実質的に平面である。該バイポーラープレート１０４は、その角のそれぞれに隣接する溶接点１０６を有する。２つの溶接点１０６は、バイポーラープレート１０４の左側縁１０５上に位置付けられ、２つの溶接点１０６は、該バイポーラープレート１０４の右側縁１０７上に位置付けられる。該溶接点１０６は、スポット溶接技術を使用して、インデックストラック等の別個の支持構造体に溶接されるように構成される。あるいは、該支持構造体は、「溶接点」にクリップで取り付けられるように構成され得る。したがって、「溶接点」という用語は、追加の構造体と分離可能または除去可能に結合された任意の部位を包含するように、広く解釈されるべきである。「溶接点」は、「接続点」とも称されることがある。
【００７１】
第２のフレーム１０８では、該バイポーラープレート１０４は、第１の方向に、バイポーラープレート１０４の左側縁１０５の長さに沿って走る左側インデックス構造体１１０ａに、および、バイポーラープレート１０４の右側縁１０７の長さに沿って走る右側インデックス構造体１１０ｂに、溶接されている。該第１の方向は、該バイポーラープレート１０４の側縁１０５、１０７、および該インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂの軸方向と、概して平行である。
【００７２】
該左および右側インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、複数の燃料電池を一緒に結合させるために使用され得る支持構造体の実施例である。該支持容量に加え、該インデックス構造体は、該燃料電池およびそれらのコンポーネントの整列を可能にするという、追加の利益を提供し得る。該左側インデックス構造体１１０ａは、バイポーラープレート１０４の左側縁１０５上の溶接点１０６にて、該バイポーラープレート１０４に、分離可能または解放可能に、接続される。該右側インデックス構造体１１０ｂは、バイポーラープレート１０４の右側縁１０７上の溶接点１０６にて、該バイポーラープレート１０４に、分離可能または解放可能に、接続される。
【００７３】
該インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、第１の方向に、複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するように構成される。該インデックス構造体は、燃料電池コンポーネントの位置を、より容易に、より再現可能に、および／またはより信頼可能に追跡する器具の製造を可能にし、よってコンポーネントの間の正確な間隔を維持できる。このように、インデックス構造体の提供は、燃料電池スタック内の個々のプレートの位置付けに関連する困難のいくつかを軽減することにより、燃料電池プレートの改良した自動化した操作を可能にする。
【００７４】
インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、複数の燃料電池コンポーネントのうちの１つの位置を画定するために、インデクサ（図において表示せず）と係合するための、複数のくぼみまたは穴を備える。該製造器具は、インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂの位置、およびバイポーラープレート１０４等の燃料電池コンポーネントの相対位置を特定するために、電子カメラおよび画像認識ソフトウェアを備え得る。かかる配置は、燃料電池または燃料電池スタックを製造するための、より安価、より迅速、および／または、より正確な、プロセスを提供し得る。
【００７５】
図１に示す実施例では、インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、該支持構造体を参照し、燃料電池コンポーネントの位置の自動化認識を提供するために使用され得る。したがって、該インデックス材料は、燃料電池の構成を簡素化するために、または燃料電池を構成する自動化技術の性能を改良するために、使用され得る。改良した燃料電池スタックの形成におけるインデックス構造体の使用は、図２を参照して以下でさらに説明する。
【００７６】
インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、バイポーラープレート１０４とは異なる種類の材料から形成できる。つまり、インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、排他的に、バイポーラープレート１０４とは、異なる種類の材料から形成／製造される（それらのみからなる）。例えば、インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、軟鋼またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から形成されてよい。インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂを、バイポーラープレート１０４とは異なる種類の材料で提供することで、バイポーラープレート１０４の製造において使用される材料の経費を低減させることができる。確かに、余分なインデックス構造体１１０ａ、１１０ｂの追加の経費は、材料の適切な選択により、有意ではなくなり得る。インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂは、伝導性特徴などの、緊縮度のより低い条件を有し得るため、バイポーラープレート１０４よりも経費のかからない材料から製造され得る。
【００７７】
あるいは、いくつかの適用では、製造の複雑性をさらに低減するために、左および右側インデックス構造体１１０ａ、１１０ｂが互いに同じである、または少なくとも互いに同じ材料から製造されることが便利であり得る。
【００７８】
第３のフレーム１１２では、バイポーラープレート１０４の先端の周囲に液状射出成形（ＬＩＭ）シール１１４を適用するために、オーバーモールドプロセスが使用される。オーバーモールドプロセスは、ポリマーシール材料の望ましくない押出を回避しながら、ポリマーを、モールドのダイを超えて延在する金属基板に適用することを可能にする。
【００７９】
第４のフレーム１１６では、サブガスケット１１８を形成するために、ダイカットプロセスが使用され、サブガスケット１１８をバイポーラープレート１０４に適用するために、積層技術が使用される。
【００８０】
第５のフレーム１２０では、アノードガス拡散層１２２が、バイポーラープレート１０４の表面上のサブガスケット１１８内に配置され、積層技術を使用して定位置に結合される。溶接、結合、または接着剤等の保持手段の使用は、適切であり得る結合方法の例である。
【００８１】
最後の第６のフレーム１２４では、４層燃料電池膜積層１２６が、該アノードガス拡散層およびサブガスケットの上に適用され、結合される。４層電池膜１２６は、以下の層：第１の電極、膜、第２の電極、およびカソードガス拡散層、を含む。第６のフレーム１２４に示されるサブコンポーネントの配置は、燃料電池と称される。かかる燃料電池は、燃料電池スタックを提供するために、他の燃料電池の上部に位置付けられ得る。
【００８２】
以下の説明から、図１の第６のフレーム１２４に示される燃料電池は、２つ以上の部分的燃料電池コンポーネントのストリップによって提供され得るということが理解され得る。
【００８３】
図２は、図１ｂの最後のフレームにおいて示されるものに類似する、３つの燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを備えるストリップ２００を示す。ストリップ２００の３つの図、見下ろし図２０１（図１の図に類似）、拡張側面図２０３、および折り畳まれた側面図２０５、が示される。
【００８４】
見下ろし図２０１から、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、全て、左側支持構造体２１０ａおよび右側インデックス構造体２１０ｂに、分離可能に溶接されるということが分かる。該左および右側インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂは、図１に示されるプロセスによって適用されるものに類似する。該インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂは、支持構造体の例である。インデックス材料を含まない支持構造体が提供され得るということが理解され得る。
【００８５】
該ストリップ２００は、一連の占有および空フレームを備える。該占有フレームは、それぞれ、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを備える。燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、燃料電池コンポーネントからなる。燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、第１の方向に離間する。インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂは、第１の方向に延在し、複数の燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを接続する。該複数の燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのストリップが平坦に配置されるときに同じ方向に面する、第１の表面を備える。
【００８６】
空フレーム２０４ａ、２０４ｂは、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを備えないが、インデックス構造体が、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、および空フレーム２０４ａ、２０４ｂを形成するボイドの、両方に隣接して、第１の方向に延在するため、インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂを備えると考えられ得る。占有フレーム内の、インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂの長さは、空フレーム２０４ａ、２０４ｂ内のインデックス構造体２１０ａ、２１０ｂの長さに類似する。
【００８７】
拡張側面図２０３では、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのそれぞれのアノード側、および燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのそれぞれのカソード側は、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのそれぞれの第１の表面２０６および第２の表面２０８上に見られ得る。本燃料電池の配置は、アノードおよびカソードガス拡散層の両方が、バイポーラープレートの単一側上に提供される、図１に示される実施例とは異なる。本明細書に記載のプロセスおよびコンポーネントのストリップは、それぞれの個々の燃料電池がどのように構成されるかに関係なく実施され得るということが理解され得る。
【００８８】
折り畳み線２１２は、見下ろし図２０１および拡張側面図２０３に見られるように、ストリップ２００上に付加される。折り畳み線２１２は、占有および空フレームの交差点に位置付けられる。折り畳み線２１２は、隣接する燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃおよび空フレーム２０４ａ、２０４ｂの間の側方折り畳み領域を表す。該インデックス構造体２１０ａ、２１０ｂは、隣接する燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの間に２つの側方折り畳み領域を備える。隣接する燃料電池コンポーネント２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの間に２つの側方折り畳み領域２１２を備える。支持構造体２１０ａ、２１０ｂは、ストリップ２００が折り畳まれたときに、複数の燃料電池コンポーネントの第１の表面が、同じ方向に面するように、該支持構造体が折り畳み可能であるということを意味する。
【００８９】
折り畳まれた側面図２０５では、ストリップ２００は、電池のスタックを形成するために、折り畳まれる。折り畳まれた側面図２０５から、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの間の空フレーム２０４ａ、２０４ｂの提供によって、インデックス構造体が折られたときに、複数の燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの第１の表面２０６が、同じ方向に面するということが分かる。同様に、インデックス構造体が折り畳まれたときに、燃料電池２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの第２の表面２０８もまた同じ方向に面する。したがって、電池のアノードおよびカソード側の配向が全てのプレートについて同じであり、全てのプレートが容易に整列され得るため、スタックを形成するために、簡素化した構成方法が用いられ得る。
【００９０】
いくつかの実施例では、燃料電池２０２は、支持またはインデックス構造体２１０ａ、２１０ｂの１つのみに接続される。つまり、電池２０２の片側のみが、支持またはインデックス構造体に接続されることがある。いくつかの実施例では、２つのインデックス構造体２１０ａ、２１０ｂの間のそれぞれのフレームが燃料電池２０２を有するストリップが提供される。つまり、最初は空フレームが無い。該燃料電池のストリップは、その後、それぞれのストリップが支持構造体２１０ａ、２１０ｂのうちの１つ、および１つおきの燃料電池２０２を備える、２つのストリップに分離され得る。このように、該２つのストリップのそれぞれは、他方のストリップの一部である、燃料電池２０２によって空けられたスペースに、１つおきの空フレームを有する。
【００９１】
図３は、折り畳まれたストリップ３００の３つの側面図を示す。折り畳まれた側面図３０１は、図２の折り畳まれた側面図２０５に示されるものと同じ配置を示す。第２の図３０３は、燃料電池スタックを形成する、圧縮下の折り畳まれたストリップを示す。第３の図３０５は、タイバー３０６で固定された燃料電池スタックを示す。
【００９２】
第２の図３０３では、第１のエンドプレートアセンブリ３０２および第２のエンドプレートアセンブリ３０４が提供される。第１のエンドプレートアセンブリ３０２は、上部燃料電池の第１の表面と接触する。第２のエンドプレートアセンブリ３０４は、下部燃料電池の第２の表面と接触する。第２の図３０３に示される特徴に加え、燃料電池とエンドプレート３０２、３０４との間を分離し、電気絶縁を提供するために、材料の絶縁フレームが、ストリップ３００のそれぞれの端に提供され得る。絶縁フレームは、支持構造体によって提供され得る。つまり、支持構造体は、最終燃料電池スタック内に保持され得、ストリップ３００とエンドプレート３０２、３０４との間に断熱層を形成するために、燃料電池のストリップ３００のそれぞれの端にて延在する。あるいは、断熱フレームは、シート上の溶接点にて支持構造体に接続するナイロンシートによって提供され得る。
【００９３】
第２の図３０３では、燃料電池の間のシールおよびガスケットが正確に機能するように、スタックの燃料電池の平面に垂直な方向で、外部圧縮が適用される。
【００９４】
第３の図３０５では、タイバー３０６が、圧縮においてスタックを固定するために使用されている。したがって、該外部圧縮力は、もはや必要でなくなる。燃料電池スタックの生産の本段階にて、インデックス構造体は除去され得る。あるいは、インデックス構造体は、圧縮の前またはその間に除去され得る。本除去は、例えば、燃料電池をインデックス構造体に結合する溶接を、溶かすまたは切断することによって、達成され得る。バイポーラープレートおよびインデックスストリップを結合する溶接を分離させるために、レーザートリミングプロセスが用いられ得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、インデックス材料のうちのいくつかまたは全てが、最終生産物において保持され、燃料電池から分離されないことがある。図４および５において提供される実施例から明らかであるように、保持されたインデックス材料は、電池に追加の特徴を提供するために使用され得る。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態では、燃料電池の少なくともいくつかのサブコンポーネントを運ぶために、キャリアが用いられ得る。キャリアの使用で、複数の構造体を備える燃料電池の製造を簡素化することができる。キャリアおよびインデックス構造体の組み合わせは、さらに、自動化システムによりコンポーネント配置の再現可能性を改良し、生産速度の増加を可能にすることができる。
【００９６】
図４ａおよび４ｂは、燃料電池サブコンポーネントのストリップ４００ａ、４００ｂ、およびキャリア４０１ａ、４０１ｂを示す。キャリア４０１ａ、４０１ｂは、ストリップ４０１ａ、４０１ｂが燃料電池スタックを形成するために折り畳まれる前に、ストリップ４００ａ、４００ｂの上に配置される。このように、該燃料電池スタックは、燃料電池サブコンポーネントの厚さを通過する方向に、ストリップ４００ａ、４００ｂの領域、および、キャリア４０１ａ、４０１ｂの領域を１つおきに備える。
【００９７】
燃料電池サブコンポーネントのストリップ４００ａ、４００ｂは、部分的燃料電池コンポーネントの第１のストリップの一実施例である。キャリア４０１ａ、４０１ｂは、部分的燃料電池コンポーネントの第２のストリップの一実施例である。以下の説明から、ストリップ４００ａ、４００ｂ、およびキャリア４０１ａ、４０１ｂは、一方の上に位置付けられ得、燃料電池スタックを組み立てるためにその後一緒に折り畳まれ得るということが理解され得る。
【００９８】
ストリップ４００ａ、４００ｂ、およびキャリア４０１ａ、４０１ｂの、２つの図が示される。図４ａに示される図では、４層膜電極アセンブリ４０２ａ（図１のものに類似）がキャリア４０１ａとは別個に示される。さらに、図４ａでは、アノードガス拡散層４０４ａが、ストリップ４００ａとは別個に示される。図４ｂでは、４層膜電極アセンブリ４０２ｂは、キャリア４０１ｂ上に積層され、アノードガス拡散層（ＧＤＬ）４０４ｂは、ストリップ４００ｂ上に積層される。これらの詳細の他に、キャリア４０１ａ、４０１ｂ、およびストリップ４００ａ、４００ｂの構造体は、図４ａおよび４ｂにおいて類似する。キャリア４０１ｂおよびストリップ４００ｂの特徴は、図４ｂを参照して以下により詳細に記載する。
【００９９】
ストリップ４００ｂは、複数の部分的燃料電池４０６を備え、それぞれの部分的燃料電池は、複数のサブコンポーネントを備え、本実施例では、シムおよびガスケット、アノードガス拡散層、ならびにバイポーラープレートを含む。部分的燃料電池４０６の構成は、図１の第５のフレームに示される燃料電池に類似する。
【０１００】
間隔要素４０８は、隣接する部分的燃料電池４０６の間に提供される。間隔要素４０８は、隣接する部分的燃料電池４０６の間にある２つの側方折り畳み領域の間に位置付けられる。つまり、部分的燃料電池４０６および間隔要素４０８は、ストリップの長さに沿って１つおきである。それぞれの間隔要素４０８は、コンポーネントがストリップの厚さを通して互いに接続することを可能にする、オープニングを有する。このように、間隔要素４０８が、ストリップ４００ｂ内のそれぞれの部分的燃料電池コンポーネントが、キャリア４０１ｂ内の燃料電池コンポーネントに隣接することを保証でき、その逆もまた同じであるため、ストリップ上のコンポーネントの簡素化した配置が使用され得る。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、間隔要素４０８は、部分的燃料電池４０６の間に隙間またはボイドを画定する。つまり、間隔要素４０８は、燃料電池のコンポーネントを含まないことがある。空気呼吸燃料電池スタックのためのものを含む、他の実施形態では、間隔要素４０８は、カソードシムを第２のカソードガスケット（任意で接着剤と共に提供される）と共に備え得、燃料電池スタックを画定するためにストリップ４００ｂが折り畳まれたときに、シールを形成する。つまり、間隔要素４０８は、燃料電池のコンポーネントを備え得、よって部分的燃料電池コンポーネントであると考えられ得る。
【０１０２】
間隔要素４０８は、部分的燃料電池４０６に類似する寸法を有し、該プレート／シム、およびガスケット４００ａ、４００ｂ、インデックス構造体、または任意の燃料電池サブコンポーネントと同じ材料のシートから形成されてよい。間隔要素４０８および部分的燃料電池４０６の少なくとも一部が、間隔要素４０８および部分的燃料電池４０６の両方の一部を画定するために、形式上輪郭がとられる、連続的積層材料から製造されてよい。
【０１０３】
部分的燃料電池４０６のそれぞれは、燃料電池４０６および間隔要素４０８の交差点における折り畳み線に沿って、隣接する間隔要素４０８に接続する。したがって、隣接する燃料電池コンポーネントの間に、２つの折り畳み線が提供される。いくつかの実施例では、間隔要素は、それら自体に燃料電池コンポーネントを備えることができる。かかる実施例では、間隔要素および部分的燃料電池は、共通コンポーネントを備えない。したがって、共通コンポーネントは、ストリップの隣接するフレーム内に提供されない。
【０１０４】
該折り畳み線は、折り畳み領域４０７を通過すると考えられ得る。本実施例では、折り畳み領域４０７は、燃料電池４０６と間隔要素４０８との間の材料の大部分を切り取ることによって提供される。折り畳み領域４０７の位置は、ストリップ４００ａ、４００ｂ、またはキャリア４０１ａ、４０１ｂ上に提供され得、該ストリップ４００、４００ｂの長さに沿う第１の方向に垂直に延在する、インデックス材料（表示せず）を使用して、位置付けられ得る。２つの結合部分４０９が、隣接する燃料電池４０６と間隔要素４０８との間に提供される。結合部分４０９は、シムの機能を果たすと考えられ得る。
【０１０５】
あるいは、該折り畳み領域は、燃料電池４０６および間隔要素４０８を接合する、弱化材料の領域を含み得る。「リビングヒンジ」と称されることがある、かかる接合は、プレートのスタックに折り畳みを受けさせるのに十分な、繰り返される折り畳みおよび展開ステップに耐えられるように、設計され得る。弱化材料の線は、一連のミシン目によって提供され得る。
【０１０６】
キャリア４０１ｂは、４層膜電極アセンブリ４０２ｂと、該４層膜電極アセンブリ４０２ｂの第１の側の下に第１のインデックス構造体４１０と、該４層膜電極アセンブリ４０２ｂの第２の側の下に第２のインデックス構造体４１２とを備える。ストリップ４００ａ、４００ｂおよびキャリア４０１ａ、４０１ｂの片方または両方が、インデックス構造体を提供すると考えられ得るということが理解され得る。
【０１０７】
ストリップ４００ｂの第１の領域内にある部分的燃料電池コンポーネントは、完全燃料電池を画定するために、キャリア４０１ｂの対応する領域内にある部分的燃料電池コンポーネントに隣接して位置付けられる。つまり、ストリップ４００ｂがキャリア４０１ｂの横に位置付けられ、スタックを画定するために折り畳まれるときに、完全燃料電池が提供される。ストリップ４００ｂの第１の領域は、隣接する折り畳み線の間のコンポーネント（例えば図４ｂの燃料電池４０６）であると考えられ得、または、折り畳み線の片側にあるコンポーネント（例えば図４ｂの燃料電池４０６および間隔要素４０８）であると考えられ得る。
【０１０８】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）４０２ｂは、キャリア材料上で定位置に固定され、ボイド４１４によって他のＭＥＡ４０２ｂから分離される。ボイド４１４は間隔要素の例である。キャリア４０１ｂ内のボイド４１４は、必ずしもストリップ４００ｂ内の間隔要素４０８と整列しなくてもよいということが理解され得る。
【０１０９】
インデックス構造体４１０、４１２は、それぞれ、互いから絶縁された複数の導電性トラック４１６を備える。導電性トラック４１６は、それぞれ電池のアノードまたはカソード側の一方と電気接触し、（ｉ）電池性能の観察、または（ｉｉ）電流収集の提供、のいずれかを容易にする。導電性トラック４１６のそれぞれは、インデックス構造体４１０、４１２のうちの１つのそれぞれの長さにそって延在する。導電性トラック４１６は、燃料電池がスタックに組み立てられるときに、燃料電池から電流を取り除くために使用され得る。代替の実施形態では、燃料電池の１つ以上または全てが１つの伝導性トラックを共有し得るということが理解され得る。
【０１１０】
図５ａおよび５ｂは、図４のストリップおよびキャリアの組み合わせによって形成された構造体に類似する、燃料電池ケース５０２ａ、５０２ｂ、および燃料電池５０６のストリップ５０４を示す。図４のストリップおよびキャリアの特徴に加え、図５のストリップ５０４は、集電板５１４、外部コネクタフレーム５２０、および絶縁フレーム５２２を備える。本実施例では、該ケースの底部５０２ａは第１のエンドプレートを備え、該ケースの上部５０２ｂは第２のエンドプレートを備える。
【０１１１】
燃料電池５０６のストリップ５０４の第１の断熱フレーム５０８は、ケース５０２ａの底部内に配置される。燃料電池スタックは、燃料電池５０６、５０７のストリップ５０４を、燃料電池５０４および空フレーム５１２を分離する側方折り畳み線５１０に沿って折り畳むことによって形成され得る。空フレーム５１２は、間隔要素の例である。側方折り畳み線５１０は、空フレーム５１２のそれぞれの先端に提供される。燃料電池５０６、５０７が全て底部５０２ａ内に入ると、燃料電池スタックを完成させるために、ケース５０２ｂの蓋が、折り畳まれた燃料電池の上部上に配置され得る。
【０１１２】
図５のストリップ５０４は、図４に示されるストリップとは多数の点で異なる。例えば、集電板５１４がストリップ５０４の第１の断熱フレーム上に提供され、外部コネクタフレームがストリップ５０４の他方の端に提供される。伝導性プレート５１４は、第１の断熱フレーム５０８によってケースの底部５０２ａ内に提供される第１のエンドプレートから絶縁される。集電板５１４は、支持構造体５１８に沿って、ストリップ５０２の他方の端の外部コネクタフレーム５２０へと走る伝導性トラック５１６に結合される。燃料電池５０６は、電流観察のために、類似する伝導性トラック５１６にもまた結合する。伝導性トラック５１６は、外部コネクタフレーム５２０上のノード５１８にて終了する。集電板５１４、伝導性トラック５１６、およびノード５１８は、銅等の材料を含んでよい。図５ｂから分かるように、スタックが構成されるときに、ノード５１８は外部接続のために露呈する。
【０１１３】
スタックの上部を形成し得るストリップ５０２の一部に最も近い燃料電池５０７は、上部燃料電池５０７と称され得る。該上部燃料電池５０７は、任意の間隔要素（空フレーム）５１２に隣接する。間隔要素５１２は、電気断熱材料を含む絶縁フレーム５２２に隣接する。絶縁フレーム５２２は、スタックが折り畳まれたときに、第２のエンドプレートを形成する蓋５０２ｂを、上部燃料電池５０７から分離する。該絶縁フレーム５２２は、端間隔要素５１３によって、外部コネクタフレーム５２０から分離する。しかしながら、端間隔要素５１３の機能は、残りの間隔要素５１２とは異なる。端間隔要素５１３の先端の側方折り畳みは、それぞれ隣接するフレーム５２０、５２２に対して９０度折り畳まれる。端間隔要素５１３は、コネクタフレーム５２０をケース５０２ｂの上部内へ構築される第２のエンドプレートの外部上に位置付けることを可能にする。図５ａに示される絶縁フレーム５２２の表面は、ストリップが折り畳まれたとき、コネクタフレーム５２０の表面と同じ方向で面さない。
【０１１４】
図５ｂは、図５ａに見られるストリップ５０４の折り畳まれた図を示す。スタックを通過する方向での距離は明確性のために誇張される。隣接する燃料電池５０６と空フレーム５１２のキャリア部分との間の角度は、ストリップ５０４が折り畳まれたときに１８０度（燃料電池の厚さが幅に比較して小さくなる）に近づく。
【０１１５】
圧力パッド５２４は、伝導性ノード５１８が提供される表面に対向する、コネクタフレーム５２０の表面上に提供され得る。圧力パッド５２４は、ケースの上部５０２ｂにおいて提供される第２のエンドプレートと、コネクタフレーム５２０との間に、圧力吸収層を提供し得る。圧力パッド５２４の提供は、圧縮力５２６が燃料電池スタックに適用されたときにスタックへの損傷を防止し得、適合性を提供し導電性表面の間の接触を最大化または増加させることができる。圧縮力５２６は、スタック内の様々な電池５０６、５０７を、圧縮を介して係合および密閉すること、ならびに、当業者に公知のように最終スタックアセンブリを可能にすることを必要とされる。
【０１１６】
図６ａは、燃料電池スタック６０２の生産ライン６００の一部であり得る、燃料電池を組み立てるための装置を示す。生産ライン６００は、燃料電池コンポーネントのストリップを、燃料電池コンポーネントのストリップの長手方向軸に平行な第１の方向で移動させて、構築点にストリップのサブコンポーネント受容部分を位置付けるためのコンベヤ６０４を備え、これはコンベヤベルトであってよい。燃料電池コンポーネントのストリップの支持構造体６０６のみが、図６ａの側面図に示される。第１の方向は、図６ａにおいて矢印６０３で模式的に示され、該装置を通過する際に燃料電池コンポーネントのストリップの平面内にある。本実施例における該第１の方向は、水平である。
【０１１７】
コンベヤ６０４は、燃料電池サブコンポーネントとして複数の燃料電池と関連する、支持構造体６０６上のインデックスと相互作用するように構成されたインデクサ（表示せず）を有し得る。該インデクサは、燃料電池コンポーネントを第１の方向に移動させて、該ストリップのサブコンポーネント受容部分を構築点に位置付けることができる。例えば、コンベヤ６０４は、支持構造体６０６の側縁とのみ係合し得る。支持構造体６０６は、多数のフレームを含む。
【０１１８】
本実施例の該装置は、第１のコンポーネント適用機構（下部適用機構６０８と称され得る）および任意で第２のコンポーネント適用機構（上部適用機構６１０と称され得る）をさらに備える。下部適用機構６０８は、マニホールドシール等のサブコンポーネント／構造体を、構築点にて、ストリップのサブコンポーネント受容部分の下面に適用するように構成される。上部適用機構６１０は、支持構造体６０６のフレームにおいて完全燃料電池６１２を形成するために、燃料電池サブコンポーネントを燃料電池コンポーネントのストリップの上部上に配置することができる。いくつかの実施例では、１つの適用機構のみが必要とされ得るということが理解され得る。
【０１１９】
本実施例では、下部適用機構６０８は、サブコンポーネント６１１を、燃料電池コンポーネントのストリップから離間した第１の位置から、第２の方向で、サブコンポーネント６１１が燃料電池コンポーネントのストリップの下面上の接着表面（表示せず）と接触する第２の位置に、移動させるように構成されたプッシャー６０９を備える。第２の方向６０５は、図６ａにおいて矢印６０５で示され、第１の方向６０３に対して横方向である。
【０１２０】
本実施例では、下部適用機構６０８は、マガジン６１１もまた備え、ここにおいて、燃料電池コンポーネントの、マガジン６１１の上部を越えて通過する際の、ストリップ上の位置付けのために複数のサブコンポーネント６１１を積み重ねられる。ストリップ上のそれぞれの所望の位置について、力をマガジン内の下部サブコンポーネントに適用するために、プッシャー６０９は上向きに延在し、それによって、ストリップ上の接着剤がサブコンポーネント６１１をストリップに接合できるように、マガジン内の上部サブコンポーネントをストリップに対する第２の位置に平行移動させる。該マガジン内のスタックの上部から２つ目のサブコンポーネント６１１を、該ストリップに接合されたサブコンポーネントから離して移動させることができるように、その後プッシャー６０９を引込めることができる。このように、該ストリップは、該マガジン内の次のサブコンポーネント６１１と係合することなく、便利にインデックスされることができる。
【０１２１】
下部適用機構によって適用されるサブコンポーネント６１１は、１つ以上のマニホールドシール、波型カソードプレート、または任意の他のコンポーネント、いくつかの実施例では、金属コンポーネント等の相対的に剛性のコンポーネントであってよい。
【０１２２】
かかる下部適用機構を使用することで、燃料電池コンポーネントのストリップのピックアンドプレース操作の必要性を回避することができ、これは、該ストリップが、かかるピックアンドプレース動作によって損傷を受け得る、繊細なコンポーネントを有する実施例において、特に有利になり得る。さらに有益なことに、より正確に組み立てられた燃料電池スタックを達成できるように、燃料電池コンポーネントおよびサブコンポーネント６１１のストリップの位置の制御を維持することができる。
【０１２３】
図６ｂは、燃料電池コンポーネントのストリップと係合する図６ａの下部適用機構の下からの図を示す。図６ｂの上側の図は、燃料電池コンポーネントのストリップのサブコンポーネント受容位置６３２から離間する、第１の位置にある、サブコンポーネント６３１を示す。図６ｂの下側の図は、サブコンポーネント６３１がプッシャー６３９によって第２の位置に移動したことを示す。第２の位置において、サブコンポーネント６３１は、燃料電池コンポーネントのストリップのサブコンポーネント受容部分６３２の下面上の接着表面（表示せず）と接触する。
【０１２４】
図６ｂは、第１の位置（上側の図に示される通り）と第２の位置（下側の図に示される通り）との間で移動可能である、支持ブロック６３３もまた示す。支持ブロック６３３は、サブコンポーネントが下から燃料電池コンポーネントのストリップに適用される際に、燃料電池コンポーネントのストリップが移動することを防ぐために使用される。第１の位置では、支持ブロック６３３は、燃料電池コンポーネントのストリップの上部表面から離間する。第２の位置では、支持ブロック６３３は、ストリップの上部表面に隣接する。該２つのコンポーネントにより大きい圧縮力を適用することができるため、かかる支持ブロックの使用で、ストリップの下面とサブコンポーネント６３１との間に、より良好な接着を提供することを可能にすることができる。
【０１２５】
図６ｃは、本実施例ではプッシャー６５８である、下部適用機構を備える、代替アセンブリ装置を示す。本実施例では、マガジン内に提供されるサブコンポーネントの代わりに、図６ａおよび６ｂに示すように、予め形成されたポケットテープ６６０によって燃料電池コンポーネント６５２のストリップに接合するために、サブコンポーネント６５１が第２の位置に提供される。該テープは、サブコンポーネント６５１が搭載されるとき図６ｃにおいて６６０′を参照して標識され、サブコンポーネント６５１が除去された後に６６０′′を参照して標識される。かかるポケットテープ６６０は、当業者に公知であり、後に続く接着剤ピックオフのためにサブコンポーネントを正確に整列させることに使用できるため、有利であり得る。
【０１２６】
図６ｃでは、サブコンポーネント６５１を、燃料電池コンポーネントのストリップから離間する第１の位置（図６ｃの最も左にある４つのサブコンポーネント６５１は該第１の位置にある）から、該サブコンポーネント６５１が燃料電池コンポーネント６５２のストリップの下面（図６ｃでプッシャー６５８の上にあるサブコンポーネント６５１）に接触する第２の位置に移動させるために提供される。本実施例におけるコンポーネント適用機構は、上述のようなプッシャー６５８およびポケットテープ６６０を左から右へ側方にインデックスするための機構の両方を含む。あるいは、該サブコンポーネント６５１が、プッシャー６５８とストリップ６５２との間にあり、しかしプッシャー６５８がサブコンポーネント６５１をストリップ６５２と接触させるために移動させる前に、第１の位置にあるように、該機構は、単にプッシャー６５８であると考えられ得る。いずれにせよ、該コンポーネント適用機構は、ポケットテープ内に位置付けられるサブコンポーネントに力を適用して、サブコンポーネントを第２の位置に平行移動させるように構成される。
【０１２７】
図６ｃでは、プッシャー６５８に移送される際に、ポケットテープ６６０内の所望の位置においてサブコンポーネントを維持することができる、任意のカバーテープ６６１もまた示される。該カバーテープ６６３は、関連するサブコンポーネント６５１がストリップ６５２に接合するために第２の位置に置かれる前に、巻き取りスプール６６３上に巻かれ得る。
【０１２８】
生産ライン６００および前述の燃料電池コンポーネントのストリップの特徴の組み合わせは、燃料電池スタックを構築するために必要とされる物理的空間を低減し、有意な量の自動化の提供を可能にし、燃料電池スタックの構成の再現可能性および正確性を改良することができる。
【０１２９】
コンベヤ６０４は、適用機構６０８、６１０によって形成された燃料電池６１２をケース６１４内に堆積させることができる。燃料電池６１２は、燃料電池のそれぞれの第１の表面が適切に整列するように、ケース６１４内で自己整列のプロセスにより整列し得る。スタック内の燃料電池のそれぞれの第１の表面は、ストリップにおいて平坦に配置されたときの、燃料電池の同一の第１の表面と、同じ方向に面することができる。
【０１３０】
本明細書に記載の実施形態のあらゆる特徴は、そうすることが実用的である場合、任意の他の実施形態の特徴または特徴（複数）と組み合されてよいということが理解され得る。例えば、図６の生産ラインは、図５に示される２つのように、複数の部分的燃料電池コンポーネントのストリップを用いて使用され得る。
【０１３１】
図７は、燃料電池スタックを組み立てる方法を示す。該方法は、燃料電池コンポーネントのストリップを折り畳んで、複数の燃料電池コンポーネントを構築位置に位置付ける第１のステップ７０１を含む。該方法は、構築位置にて、支持構造体の少なくとも一部を、複数の燃料電池コンポーネントから除去する、任意の第２のステップ７０２もまた含む。構築位置にて複数の燃料電池コンポーネントから支持構造体の少なくとも一部を除去することは、複数の燃料電池コンポーネントに接続する支持構造体の一部を残す、第３のステップ７０３を含み得る。支持構造体の残りの部分は、スタックへの電気接続を提供することができる。このように、支持構造体は、燃料電池スタックの構成の間、燃料電池コンポーネントを保持すること、およびスタックへの電気接続を提供することの両方ができる。
【０１３２】
図８は、燃料電池スタックを組み立てる方法を示す。該方法は、インデックス構造体を備える燃料電池コンポーネントのストリップをインデックスして、燃料電池コンポーネントを構築位置に位置付ける第１のステップ８０１を含む。インデックス構造体の使用は、簡素化した、燃料電池スタックを組み立てる方法を可能にする。インデックス構造体の使用は、燃料電池スタックコンポーネントの構築位置での、より正確または再現可能な配置を可能にし得る。
【０１３３】
該方法は、構築位置にて燃料電池コンポーネントからインデックス構造体を除去する、任意の第２のステップ８０２もまた含む。
【０１３４】
該方法は、第３のステップ８０３および第４のステップ８０４もまた含み得る。燃料電池スタックのインデックス構造体は、隣接する燃料電池コンポーネントの間に側方折り畳み領域を備え得る。第３のステップ８０３では、側方折り畳み領域でインデックス構造体が折り畳まれて、複数の燃料コンポーネントを構築位置に位置付けることができる。第４のステップ８０４にて、インデックス構造体は、構築位置にて複数の燃料電池コンポーネントから除去され得る。インデックス構造体の除去は、燃料電池スタックの最終寸法の低減を可能にし得る。
【０１３５】
図９は、燃料電池スタックを組み立てる方法を示す。該方法は、部分的燃料電池コンポーネントの第２のストリップの上に、部分的燃料電池コンポーネントの第１のストリップを位置付ける、第１のステップ９０１を含む。該第１のストリップおよび第２のストリップは、一緒に複数の燃料電池を画定し得る。
【０１３６】
該方法は、続いて、ステップ９０２にて燃料電池スタックを組み立てるために、部分的燃料電池コンポーネントの該第１および第２のストリップを一緒に折り畳む。
【０１３７】
図９の該方法は、便利で、正確で、再現可能な、燃料電池スタックを組み立てる手段を提供する。
【０１３８】
図１０ａ〜１０ｅは、燃料電池コンポーネントのストリップ１０００および該燃料電池コンポーネントのストリップ１０００から燃料電池を組み立てるための装置を示す。具体的には、該ストリップ１０００は、旋回軸１００６を中心に第２のサブコンポーネント１００４に回転可能に接続される第１のサブコンポーネント１００２を含む。第１のサブコンポーネント１００２は、ストリップの平面に平行な第１の位置（図１０ａおよび１０ｂに示す通り）と、該ストリップの平面の外にある第２の位置（図１０ｃに示す通り）と、該ストリップの平面に平行であり、かつ第１の位置とは異なる第３の位置（図１０ｄおよび１０ｅに示す通り）との間で、旋回軸１００６を中心に移動可能である。このように、燃料電池は、以下に記載のように、第１のサブコンポーネント１００２を第２のコンポーネント１００４上に折り畳むことにより、便利に組み立てることができる。
【０１３９】
図１０ａは、燃料電池コンポーネントのストリップ１０００を示す。該ストリップ１００は、ストリップ１０００の長さに沿って１つおきに提供される、第１のサブコンポーネント１００２および第２のサブコンポーネント１００４を含む。本実施例における該ストリップ１０００は、第２のサブコンポーネント１００４のそれぞれに直接結合する支持構造体１００８もまた含む。それぞれの第１のサブコンポーネント１００２は、第１の横方向縁部１００７に沿い、隣接する第２のサブコンポーネント１００４に回転可能に接続する。横方向縁部は、ストリップ１０００の長手方向に対して横方向である。第１のサブコンポーネント１００２は、第１の横方向縁部１００７から延在する可塑性接合セクション１０１１によって、隣接する第２のサブコンポーネント１００４に、回転可能に接続し得る。このように、接合セクション１０１１は、旋回軸１００６を画定する。接合セクション１０１１は、該第１および第２のサブコンポーネントの隣接部分よりも、機械的に弱いことがある。一実施例では、接合セクションは、第１および第２のサブコンポーネント１００２、１００４と比較して、厚さの低減した領域であり得、例えばそれらは、該第２のサブコンポーネントに対する該第１のサブコンポーネント１００２の回転を促進するために、ミシン目が入れられ得る。
【０１４０】
任意で、第１のサブコンポーネント１００２の１つ以上が、第２の横方向縁部１００９に沿って、隣接する第２のサブコンポーネント１００４に解放可能に接続され得る。第２の横方向縁部１００９は、第１の横方向縁部１００７に対向する。該第１の横方向縁部１００７は、図１０ａにおいて折り畳み線と標識される。第２の横方向縁部１００９は、以下の図１０ｃの説明から理解され得るように、図１０ａではせん断線と標識される。
【０１４１】
第１の横方向縁部１００７は、以下で説明する通りの、燃料電池を組み立てるための装置に対する、ストリップ１０００の走行の方向における、第１のサブコンポーネント１００２の後縁である。同様に、第２の横方向縁部１００９は、第１のサブコンポーネント１００２の前縁である。
【０１４２】
第１のサブコンポーネント１００２は、図１０ａでは、ストリップ１０００の平面に平行であり、さらに、ストリップ１０００の平面内にある方向に、それぞれの隣接する第２のサブコンポーネント１００４から離間する、第１の薬において示される。第１のサブコンポーネント１００２が第１の位置にあるとき、それらはストリップ１０００の移送に便利に位置付けられ得る。さらに、既知の技術を使用して、第１の位置において第１のサブコンポーネント１００２でストリップ１０００を直接製造することが便利であり得る。
【０１４３】
図１０ｂは、図１０ａに示される燃料電池コンポーネントのストリップ１０００から燃料電池を組み立てる装置を示す。該ストリップ１０００は、図１０ｂにおいて矢印１０１３で示されるように、ストリップ１０００の平面内で、かつストリップ１１１２の長手方向軸に平行な方向に、装置を通って移動する。
【０１４４】
該装置は、本実施例ではプッシャー１０１２である、第１の力アプリケータを含む。第１のサブコンポーネント１００２を旋回軸１００６を中心にストリップ１０１２の平面に平行な第１の位置（図１０ｂに示す通り）から、ストリップ１０１２の平面の外にある第２の位置（図１０ｃに示す通り）に移動させるために、該プッシャー１０１２は、ストリップ１０００の平面に対して横方向の第１の方向１０１６において、第１のサブコンポーネント１００２に第１の力を適用するように構成される。図１０ｂに示されるプッシャー１０１２は、第１のサブコンポーネント１００２の下部表面に、上向き方向で力を適用し、これは、ストリップ１００２の平面に対して横方向の一例である。該下部表面は、第１のサブコンポーネントの係合表面と称され得る。このように、第１のサブコンポーネント１００２は、図１０ｃに示すように、ストリップ１０００の平面の外に延在するように、第２のサブコンポーネント１００４を中心に回転する。他の実施例では、第１の力アプリケータは、第１のサブコンポーネント１００２を第１の位置から第２の位置に引っ張るコンポーネントであり得るということが理解され得る。
【０１４５】
本実施例では、該装置は、第１のサブコンポーネント１００２が第１の位置から第２の位置に移動する前に、第１のサブコンポーネント１００２の第２の横方向縁部１００９を、隣接した第２のサブコンポーネント１００４から分離するように構成された、セパレータ１０１６もまた含む。図１０ｂおよび１０ｃに示されるように、２つのサブコンポーネント間の分離可能な接合領域１０２２を機械的に分離するために、セパレータ１０１６は、ストリップ１０００の平面に対して横方向に移動可能であるが、任意の他のセパレータが使用され得るということが理解され得る。いくつかの実施例では、プッシャー１０１２の働きが、第１のサブコンポーネント１００２の第２の横方向縁部１００３と関連付けられた任意の分離可能な接合領域１０２２を破壊することができるため、独立セパレータは必要とされないことがある。
【０１４６】
図１０ｃは、第２の位置における第１のサブコンポーネント１００２を示し、その第２の横方向縁部１００９はストリップ１０００の平面から離間する。本実施例では、プッシャー１０１２は、第１のサブコンポーネント１００２の第１の位置から第２の位置へのずれによって生成された、ストリップ内の開口部を通って移動している。このように、第１のサブコンポーネント１００２を第２の位置から、ストリップ１０００の平面に平行な第３の位置に移動させるために、下部／係合表面または第１のサブコンポーネント１００２の第２の横方向縁部１００９は、ストリップ１０００の平面に平行な第２の方向１０１８において第２の力を第１のサブコンポーネント１００２に適用する後続の組み立て動作に露呈する。第３の位置は、第１の位置とは異なる。この後続の組み立て動作は、本実施例では１対のローラ１０１４である、第２の力アプリケータによって行われる。以下の説明から、該第２の位置は、第２の力アプリケータが第１のサブコンポーネントを第２の位置から第３の位置に移動させることを可能にする、任意の位置であるということが理解され得る。
【０１４７】
図１０ｄは、図１０ｃに示される位置からローラ１０１４に向かっておよびそれを通って移動している、ストリップ１０００を示す。このように、それを第３の位置に移動させるために、第２の方向１０１８における第２の力は、上部ローラ１０１４によって、最右の第１のサブコンポーネント１００２に適用される。第３の位置では、第１のサブコンポーネント１００２は、ストリップ１０００の平面に平行であり、第１の位置において第１の横方向縁部１００７に隣接した第２のサブコンポーネント１００４の上に配置される。このように、第１および第２のサブコンポーネント１００２、１００４は、図１０ａに示されるように第１の位置にあったように、ストリップ１０００の平面においてもはや離間していない。
【０１４８】
１つ以上のローラ１０１４の使用は、第１のサブコンポーネント１００２を漸進的に第２のサブコンポーネント１００４上に配置させ、漸進的なウェットアウトまたは漸進的なピールオフを提供できるため、有利であり得る。つまり、ローラ１０１４の回転は、第１のサブコンポーネント１００２と第２のサブコンポーネント１００４との間の接触区域を徐々に増加させるために使用され得、増加した接触区域は第１のサブコンポーネント１００２の横方向縁部から第２の方向１０１８において増大する。これは、第１のサブコンポーネント１００２が徐々に配置される際に、押し出されるはずであるため、サブコンポーネント１００２、１００４の間で、気泡が捕捉される傾向を低減させることができる。同様に、第１のサブコンポーネント１００２において形成されるしわの傾向が低減され得る。
【０１４９】
図１０ｅは、ストリップ１０００内の第１のサブコンポーネント１００２がすべて第３の位置に移動した、ストリップ１０００を示す。いくつかの実施例では、図１０ｅにおいて示されるように、完全燃料電池が第１および第２のサブコンポーネントのそれぞれの組み合わせによって提供され得る。
【０１５０】
図１１ａ〜１１ｅは、燃料電池サブコンポーネント１１１０を、本実施例では燃料電池コンポーネント１１１２である、基板に移送するための、コンポーネント移送機構１１００の動作を模式的に示す。コンポーネント移送機構１１００は、回転可能なローラ１１０２と、ローラ１１０２の周囲を通過し、かつローラ１１１０２の回転が移送テープ１１０４の動きをもたらすような張力で保持される、移送テープ１１０４と、を含む。移送テープ１１０４は、ローラ１１０２および反対の外側表面１１０８に接触する、内側表面１１０６を画定する。移送テープ１１０４の外側表面１１０８は、燃料電池コンポーネントのストリップ１１１２上に配置するために、燃料電池サブコンポーネント１１１０を運ぶように構成される。サブコンポーネント１１１０は、接着剤により、移送テープ１１０４に解放可能に取り付けられ得る。
【０１５１】
本実施例では、サブコンポーネント１１１０は、ガス拡散層（ＧＤＬ）、第１の触媒層、電極膜、および第２の触媒層を備えるラミネート層である。２つの触媒層および電極膜は、合わせて、電極を備える膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と称され得る。ラミネート層内の流体がラミネート層の内部に保持されるように、ラミネート層は、ストリップ１１１２におけるガスケット内に位置付けられるべきである。
【０１５２】
コンポーネント移送機構１１００をストリップ１１１２に向かってまたはそれから離して移動させるために、コンポーネント移送機構１１００は、ストリップ１１１２の平面に対して横方向の第１の方向１１１４において、ストリップ１１１２に対して移動可能である。コンポーネント移送機構１１００は、図１１ａに示されるように、ローラ１１０２上の移送テープ１１０４がストリップ１１２から離間する持ち上げられた位置と、図１１ｄを参照して以下で説明するコンポーネント移送位置との間を移動できる。
【０１５３】
ローラ１１０２は、さらに、いくつかの実施形態では同時に、回転可能に駆動され得、よって、移送テープ１１０４がローラ１１０２の周囲を移動し、対応してサブコンポーネント１１１０がローラ１１０２に向かって移動し、よって、コンポーネント移送機構がコンポーネント移送位置にあるときに、移送テープ１１０４上のサブコンポーネント１１１０がローラ１１０２とストリップ１１１２との間に位置付けられる。ローラ１１０２は、直接的にまたは間接的に駆動され得る。図１１ｂに示されるように、ローラ１１０２は回転しており、よって、サブコンポーネント１１１０が下向きに移動し、よってローラ１１０２に隣接する移送テープ１１０４の領域上にあるが、なおストリップ１１１２の平面に対して横方向である。これもまた図１１ｂに示されるように、コンポーネント移送機構１１００は、第１の方向１１１４において移動しており、よって、ローラ１１０２はストリップ１１１２により近くなる。
【０１５４】
図１１ｃは、図１１ｄに示されるコンポーネント移送位置に、接近する位置にある、コンポーネント移送機構１１００を示す。図１１ｃでは、サブコンポーネント１１０８が、ローラが回転し続けるに伴い、ローラ１１０２の周囲を移動する際に、サブコンポーネント１１００の平面は、ストリップ１１１２の平面に向かっているということが分かる。本実施例では、ローラ１１０２は、ローラ１１０２の周囲を通過する際に、サブコンポーネント１１００の横方向縁部を移送テープ１１０４から剥離させるために十分に小さい半径を有する。つまり、サブコンポーネント１１１０がローラ１１０２の半径の周囲を移動する際に、サブコンポーネント１１１０の前縁１１１６は、移送テープ１１０４から離れて移動する。これは、サブコンポーネント１１１０と移送テープ１１０４との間の接着剤の粘着力が、サブコンポーネント１１１０の剛性に対して作用し、サブコンポーネント１１１０をローラ１１０２の特異的半径に曲げるために十分強くないためである。サブコンポーネント１１１０と移送テープ１１０４との間で使用される接着剤は、優先的な解放特徴を有し得、例えば、接着剤は、剥離状態よりも張力状態で高い粘着力を有し得る。これは、ストリップ１１１２に取り付けるために、適切な時間に適切な位置でサブコンポーネント１１１０を移送テープ１１０４から剥離することを有利に補助し得る。
【０１５５】
本実施例では、ストリップ１１１２は、コンポーネント移送位置にあるときに、サブコンポーネント１１１０によって接触され得る、露呈した接着剤の領域１０２０を有する。
【０１５６】
図１１ｄに示すように、コンポーネント移送機構１１００がコンポーネント移送位置に到着する際、ローラ１１０２の連続する回転および降下により、サブコンポーネント１１１０はストリップ１１１２に隣接して配置され、ストリップ１１１２と同じ面内に配向される。コンポーネント移送機構１１００がコンポーネント移送位置にあるとき、ストリップ１１１２とサブコンポーネント１１１０との間の接着剤の粘着力は、サブコンポーネント１１１０と移送テープ１１０４との間の接着剤の粘着力よりも強い。これは、部分的に、ローラ１１０２の湾曲およびサブコンポーネント１１１０の硬さによる、サブコンポーネント１１１０と移送テープとの間の低減した接触区域により得る。
【０１５７】
図１１ｅは、ストリップ１１１２から離れて移動し、よってサブコンポーネント１１１０がストリップ１１１２上の位置に残された、コンポーネント移送機構を示す。
【０１５８】
ストリップ１１１２は、移送テープ１１０４からのサブコンポーネント１１１０の剥離を補助するために、および／または、後続のサブコンポーネントを堆積させるためにローラ１１０２をストリップ１１１２上の異なる場所に移動させるために、連続的または非連続的に、ローラ１１０２に対して第２の方向１１１８に移動させることができる。第２の方向１１１８は、ストリップ１１１２の長手方向軸に平行である。このように、ローラ１１０２の回転および第１の方向でのローラ１１０２の動きは、サブコンポーネントの後続の配置動作のために繰り返すことができる。
【０１５９】
サブコンポーネント１１１０をこのように漸進的に配置することは、漸進的なウェットアウトまたは漸進的なピールオフを提供できるため、有利であり得る。
【０１６０】
いくつかの実施例では、ローラ１１０２の周囲の移送テープ１１０４の速度は、第２の方向１１１８における、コンポーネント移送機構に対するストリップ１１１２の速度よりも、速くあり得る。このように、結果として生じる、第２の方向１１１８における、サブコンポーネント１１１０とストリップ１１１２との間の相対運動は、サブコンポーネント１１１０を所望の位置に正確に位置付けることを補助し得る。サブコンポーネントが、ガスケット内の開口部にぴったりと適合するラミネート層である、実施例では、ガスケットに対するラミネート層の運動は、ラミネート層の前縁（ラミネート層の硬さおよびローラ１１０２の半径により、移送テープ１１０４から剥離された可能性がある）を、ガスケット内の開口部の内部壁に隣接させることができ、よって、ラミネート層の残りの部分が開口部にしっかりと適合する。これは、ラミネート層とガスケットの間の隙間は、燃料電池流体（水素等）が燃料電池の活性区域をバイパスすることを可能にし、それによって性能を低下させることができるため、燃料電池に特に有利であり得る。
【０１６１】
図１１ａ〜１１ｅを参照して記載の組み立て方法は、ピッチホッピングと称され得る。コンポーネントの位置の制御を組み立ての間常に保持でき、したがって、コンポーネントを適切に整列させるために複雑で経費のかかる位置特定技術を使用する必要がないため、かかる組み立て方法は有利であり得る。同様に、これはより正確に組み立てられた燃料電池をもたらし得る。
【０１６２】
図１２は、図１１ａ〜１１ｅを参照して説明されるおよび示されるもの等の、コンポーネント移送機構を用いて燃料電池サブコンポーネントを基板に移送する方法を示す。具体的には、コンポーネント移送機構は、少なくとも、回転可能なローラと、ローラの周囲を通過し、かつローラの回転が移送テープの動きをもたらすような張力で保持される移送テープと、を備え得る。上記のように、移送テープは、燃料電池サブコンポーネントを運ぶように構成された外側表面を画定する。
【０１６３】
ステップ１２０２にて、該方法は、基板の平面に対して横方向の第１の方向で、基板に対して、ローラ上の移送テープが基板に隣接するコンポーネント移送位置と、ローラ上の移送テープが基板から離間する持ち上げられた位置との間で、コンポーネント移送機構を移動させることを含む。
【０１６４】
該方法は、ステップ１２０４にて、コンポーネント移送機構がコンポーネント移送位置にあるときに、移送テープ上のサブコンポーネントがローラと基板との間に位置付けられるように、回転可能なローラを回転させることも含む。いくつかの実施例では、ステップ１２０２および１２０４は、同時に行われ得る。
【０１６５】
図１３は、図１０ａ〜１０ｅを参照して説明されおよび示されたもの等の燃料電池コンポーネントのストリップから燃料電池を組み立てる方法を示す。該燃料電池コンポーネントのストリップは、少なくとも、旋回軸を中心に第２のサブコンポーネントに回転可能に接続される第１のサブコンポーネントを備え得る。
【０１６６】
ステップ１３０２にて、該方法は、該ストリップの該平面に対して横方向の第１の方向に、該第１のサブコンポーネントに第１の力を適用して、それを、該ストリップの平面に平行な第１の位置から、該ストリップの該平面の外にある第２の位置に移動させることを含む。この動きは旋回軸を中心とし得る。続いてステップ１３０４にて、該方法は、該ストリップの該平面に平行な第２の方向に、該第１のサブコンポーネントに第２の力を適用して、該第１のサブコンポーネントを、該第２の位置から、該ストリップの該平面に平行であり、かつ該第１の位置とは異なる第３の位置に移動させることを含む。この動きも旋回軸を中心とし得る。
【０１６７】
図１４は、図６ａ〜６ｃにおいて示される装置によって行うことができる、燃料電池を組み立てる方法を示す。該方法は、ステップ１４０２において、燃料電池コンポーネントのストリップを、該燃料電池コンポーネントのストリップの長手方向軸に平行な第１の方向で移動させて、該ストリップのサブコンポーネント受容部分を構築点に位置付けることを含む。ステップ１４０２にて、該方法は、該構築位置にて、該ストリップの該サブコンポーネント受容部分の下面に、サブコンポーネントを適用することを含む。
【０１６８】
本文書に記載の力または動きの具体的な方向の記載は、示される方向にコンポーネントを有する力および方向を含むということが理解され得る。かかる力および方向は、他の方向におけるコンポーネントもまた有し得る。
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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