(57)【要約】  本発明は、燃料電池（１４）用に、平坦に配置された、複数の切取り部を具備するモジュールベースユニット（２１）を含んでおり、該モジュールベースユニットには、前記燃料電池を電気的に相互接続するために導体トラック（１５）が配置されている、燃料電池モジュールに関する。さらに、この場合のモジュールベースユニットは、同様に、燃料を分配するための構造体（１８）を含んでいる。さらに、この場合のモジュールベースユニットは、同様に、燃料を分配するための構造体（１８）を含んでいる。この場合、燃料電池は切取り部内に導入されている。【選択図】  図９ａ及び図９ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な燃料電池モジュール（２０）であって、
平坦な態様で配置された少なくとも２つの凹所を具備するモジュールベースユニット（２１）であって、燃料電池（１４）のために、前記凹所内には、それぞれ１つの燃料電池（１４）が該凹所の輪郭に対してぴったりと合うように導入されており、前記モジュールベースユニット（２１）は前記燃料電池（１４）の電気的な接続のために該燃料電池を電気的に接続する、前記モジュールベースユニット（２１）、及び
燃料を分配するための少なくとも１つの流体分配構造体（１８）を含んでいる燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２】
前記凹所（２２）は１ｍｍ〜１０ｍｍの深さ、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍの深さ、さらに好ましくは前記燃料電池の厚さに対応する深さを有していることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項３】
前記凹所（２２）の最大直径は１ｃｍ〜１０ｃｍ、好ましくは１ｃｍ〜６ｃｍであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項４】
前記凹所（２２）は、互いに独立した、円形及び／又はｎ多角形、３≦ｎ≦１００、好ましくは、ｎ＝３、４、６、８であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項５】
前記凹所（２２）の境界を画定する前記ベース（１７）は、それぞれの前記燃料電池の前記アノード構造体に直に当接しないことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項６】
前記凹所（２２）の境界を画定する前記ベース（１７）は、前記アノード構造体（１ｂ）を支持するための少なくとも１つの機械装置（１６）を具備していることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項７】
前記機械装置（１６）の高さは０．０５ｍｍ〜３０ｍｍの高さ、好ましくは０．２ｍｍ〜１０ｍｍの高さ、特に好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍの高さであることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項８】
前記機械装置（１６）は複数の足の形状（１６ｂ）、平行なウェブ形状（１６ｃ）及び／又は連続したウェブ形状（１６ｄ）を具備していることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項９】
前記凹所（２２）は、前記少なくとも１つの流体分配構造体（１８）によって、能動的、及び／又は、受動的な燃料の供給が可能であるような態様で形状構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１０】
前記凹所（２０）は１次元的又は２次元的に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１１】
前記燃料電池は、
少なくとも１つのアノード構造体（１ｂ）と、
前記アノード構造体（１ｂ）に隣接する第１のガス拡散層（ＧＤＬ）（１０）と、
前記第１のガス拡散層（ＧＤＬ）（１０）に隣接する薄膜電極ユニット（８）と、
前記薄膜電極ユニット（８）に隣接する更なるガス拡散層（ＧＤＬ）（７）と、
前記更なるガス拡散層（ＧＤＬ）（７）に隣接するカソード構造体（１ａ）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１２】
前記燃料電池（１４）は、互いに独立した、円形及び／又はｎ多角形、３≦ｎ≦１００、好ましくは、ｎ＝３、４、６、８であることを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１３】
前記燃料電池（１４）を構成する前記アノード構造体（１ａ）及び前記カソード構造体（１ｂ）は、導電性を有する構造体（２）を備えるフレーム（２３）を含んでいることを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１４】
前記フレーム（２３）は、１つの境界を画定された領域のみに導電性コーティング（５）を具備し、前記コーティング（５）は前記構造体（２）と電気的に接触されていることを特徴とする、請求項１３に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１５】
前記境界を画定された領域は前記ｎ多角形を構成する側部の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１６】
前記フレーム（２３）の残りの側部には、前記導電構造体（２）と電気的に接触しないそれぞれ１つの導電コーティング（６）を具備することを特徴とする、請求項１４または請求項１５に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１７】
互いに独立した、各燃料電池（１４）の前記カソード構造体（１ａ）及び前記アノード構造体（１ｂ）は、前記導電性コーティング（５）を具備する前記ｎ多角形のそれぞれの側部間の角度が、３６０度／ｎ、２×３６０度／ｎ、 ... (ｎ−１）×３６０度の角度であるように、互いに対して偏倚して配置されていることを特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１８】
前記燃料電池は、前記モジュールベースユニット（２１）のそれぞれの前記凹所（２２）に接続され、クランプされ、及び／又は、該凹所内に固定されることを特徴とする、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項１９】
ガスケットは、燃料電池とモジュールベースユニット（２１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１８に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２０】
前記ガスケットは、平坦なガスケット、ガスケットリング、及び／又は、前記燃料電池（１４）上でモールド成形されたガスケット、及び／又は、射出モールド成形によるモジュールベースユニット（２１）から成る群から選択されることを特徴とする、請求項１９に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２１】
前記燃料電池（１４）は、前記モジュールベースユニット（２１）に接着されるか、溶接されるか、及び／又は、錠止されることを特徴とする、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２２】
前記燃料電池、及び／又は、前記流体分配構造体の電気的接続は並列、及び／又は、直列に配置されることを特徴とする、請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２３】
互いに独立した、前記燃料電池の互いに対する電気的接続は、３６０度／ｎ、２×３６０度／ｎ、 ... （ｎ−１）×３６０度の角度で実行されることを特徴とする、請求項１から請求項２２までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの帯状導体（１５）は前記モジュールベースユニット（２１）の面に貼付されることを特徴とする、請求項１から請求項２３までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの帯状導体（１５）は、それぞれの燃料電池（１４）の１つの導電性コーティングのそれぞれと電気的に接触しており、このコーティングはアノード（１１）及びカソード（１２）を形成していることを特徴とする、請求項１から請求項２４までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２６】
前記モジュールベースユニット（２１）は機械的に撓み易いか、及び／又は、堅固であることを特徴とする、請求項１から請求項２５までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）。
【請求項２７】
低エネルギー用途の電流を供給する、請求項１から請求項２６までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）の使用。
【請求項２８】
前記用途は、電気通信ユニット、携帯電話、小型ＰＣ、ＧＰＳ装置、自動広告面、信号灯(lights)、玩具、キャンプ及び野外活動のための用途、教示及び説明支援、ラジオ、ＴＶ受像機、モバイルコンピュータ、緊急駆動電源、警報ユニット、携帯電話、充電装置、電源充電装置、医用用途、軍事用途から成る群から選択されることを特徴とする、請求１から請求項２７までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール（２０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用に、平坦な態様で配置された、複数の凹所を具備するモジュールベースユニットを含んでおり、該凹所には燃料電池の接続のための帯状導体が配置されている、燃料電池モジュールに関する。さらに、モジュールベースユニットは、従って、同様に、燃料を分配するための構造体を含んでいる。燃料電池は、これによって、凹所内に導入される。
【背景技術】
【０００２】
平坦な燃料電池は（積重ね構造をした慣用の形状構成とは対照的である）一平面内で連結される燃料電池である。これらの相対的に薄い燃料電池は、これらの電池が、しばしば、これらの燃料電池の応用分野において一体化される利点を供する。この利点は、例えば、積み重ね構成される燃料電池よりも良いものである。例えば、平坦な燃料電池は特許文献１のハウジングの一部としての役目を果たすことができる。さらに、これらの燃料電池は、自己呼吸式空気供給源(self-breathing air supply)、すなわち、カソード側に、ポンプが含まれていない製品を可能にする。
【０００３】
これらの燃料電池は以下のように構成されている。
−通常、燃料導管構造体（流れ場）を具備している、燃料電池側（アノード）、
−ウェブより下での燃料の更なる分配及び触媒への電気的な接続のためのガス拡散層（ＧＤＬ）、
−場合により、（特許文献２）のように分割されている、薄膜電極ユニット（ＭＥＡ）、
−更なるＧＤＬ、
−全体的に、開いた、自己呼吸式構造体を具備する、平坦な電池の場合における空気／酸素側（カソード）。
【０００４】
個々の燃料電池の全ての構造体は、所謂、個々の燃料電池の電気的及び流体的接続部を含んでいるモジュール内に一体化される。各用途のために、１つ以上の独立した、個々のモジュールは、従って、アノード及びカソードの両方を作り出され且つ適合されなければならない。
【０００５】
さらに、（メタノール(MeOH)との作用中に重要である）燃料電池内の水素イオンによる短絡を完全に回避するために、ＭＥＡは回路内の全ての電池から物理的に分離されなければならず、全てのＭＥＡは、アノード側からの燃料の損失を回避するために外部から密封されることを要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願第１０２ １７ ０３４.７号明細書
【特許文献２】独国特許出願第１０２ ２４ ４５２.９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、汎用用途が可能であるような燃料電池の接続の柔軟性を高めることが可能な燃料電池モジュールを示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する燃料電池モジュールによって達成される。燃料電池モジュールを使用するあり得る目的は特許請求の範囲の請求項２７に記載されている。従って、従属請求項は有利な展開を示している。
【０００９】
本発明によれば、平坦な態様で配置された、少なくとも２つの凹所を具備するモジュールベースユニットであって、燃料電池を構成するために、前記凹所内にはそれぞれ１つの燃料電池が前記モジュールベースユニットの輪郭に対してぴったりと合うように導入されており、前記モジュールベースユニットは前記燃料電池の電気的な接続のために該燃料電池を電気的に接続する少なくとも１つの帯状導体、及び燃料を分配するための少なくとも１つの流体分配構造体を含んでいる燃料電池モジュールが提供される。
【００１０】
凹所は１ｍｍ〜１０ｍｍの深さ、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍの深さ、さらに好ましくは燃料電池の厚さに対応する深さを有している。従って、極めて平坦な構成をした燃料電池モジュールが可能である。
【００１１】
従って、凹所の最大直径は何れの制限も受けないが、凹所の最大直径は１ｃｍ〜１０ｃｍ、好ましくは１ｃｍ〜６ｃｍである場合には実施可能である。従って、本発明によれば、直径が最大となる凹所内の適所が最大直径によって画定される。例えば、正方形の場合には、この適所は対角線である。
【００１２】
従って、凹所は何れの形状も有し得る。しかしながら、凹所は、好ましくは、互いに独立しており、円形及び／又はｎ多角形（３≦ｎ≦１００）であり、ｎ＝３，４，６，８であることがさらに好ましい。従って、角隅部(corner)がない円形の任意の幾何形状、有利ではあるが、円形又は楕円形によって理解される。ｎ多角形は正規とし得るが、正規でないともし得る。例えば、正方形又は正六角形のような正規な形状は好ましい。何故なら、これらの形状は空間を極めて節約する態様で連続して位置付けることができるからである。
【００１３】
さらにまた、凹所を境界付けるベースがそれぞれの燃料電池のアノード構造体に直に当接しないことが好ましい。これは、なかんずく、燃料電池が受動動作している間中は有利である。何故なら、このように、大量の燃料がアノード構造体まで通過することができ、かつ、同時に燃料の拡散経路が可能なかぎり短いからである。同様に、モジュールの更なる平坦化が結果的に達成される。何故なら、この場合の燃料電池はそれ自体の流体分配構造体を具備する必要がないからである。燃料電池がタンクに直に貼付され、かつ、対流／拡散によって受動的に供給される場合、ベースユニットは、ベースが少なくとも１つの凹所を有する態様で形状構成することもできるか、あるいは、例えば、流れ場を介して、迂回路に追従する必要無しに、燃料が障害物無しでアノードに到達することができるように開いている。
【００１４】
別の有利な実施形態では、凹所を境界付けるベースはアノードを支持するための少なくとも１つの機械装置を具備している。これは、アノード構造体がこれによってカソード構造体よりも弱いか又は薄く構成し得る利点を与え、最終的には、接触圧力が保証され、かつ、これによる、構造上の高さ及び材料を節約するという優位性が同様に存在する。機械装置は、該機械装置が燃料の特定の分配を可能にする、すなわち、流れ場が得られることを可能にするようにも構成することができる。従って、燃料電池の各個々のアノードへの流れ構造体の貼付を削除することができ、これは燃料電池のより単純な構造を可能にする。機械装置は、これにより、５０μｍ〜３０ｍｍの高さ、好ましくは０．１ｍｍ〜３ｍｍの高さ、より好ましくは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの高さを有している。この実施形態は、燃料電池が受動的に作動しておらず流れ場にある場合、特に好ましい。燃料電池それ自体がアノード側に流れ構造体を具備している場合には、しかしながら、機械装置の高さは５０μｍ未満であり、かつ零でさえあることが等しく可能である。
【００１５】
機械装置はこれにより足形状、平行、及び／又は、連続的なリブ形状を有し得る。アノードは、両側部の複数のＧＤＬが同時に互いに押圧されるようなこうした構造体をカソードの構造体が同様に具備する箇所で支持されると有用である。これに対する別の実施形態として、しかしながら、アノード構造体の機械的支持部が設けられていない実施形態も考えられる。
【００１６】
有利には、燃料電池が内部に導入される凹所は、これらの凹所に能動的及び／又は受動的に燃料を供給することができるように形状構成される。本発明によれば、燃料は、例えば、ポンプによって燃料電池に導かれる能動的供給によることが理解される。しかしながら、燃料電池は、これらの燃料電池が、例えば、燃料で満たされた容器のアノード側に組み込まれるという点で、燃料電池を完全に受動的に作動させる可能性が存在する。この場合、燃料電池への燃料の供給は、例えば、拡散、及び／又は、対流プロセスによって行われる。
【００１７】
更に有利な実施形態では、モジュールベースユニットの凹所は、これにより、１次元的又は２次元的に配置される。１次元的実施形態では、凹所の直線状配置はこうして保証され、これは、燃料電池の導入後の直線状配置に通じる。２次元的実施形態では、凹所は平坦な態様で適用される。両方の実施形態では、このように、燃料電池の極めて薄い全体の配置を達成することができ、現状の技術から知られた積重ね構造が回避される。
【００１８】
従って、空間を節約するために、燃料電池が凹所内にぴったりと合うことが有利である。
【００１９】
燃料電池モジュール用燃料電池の有利な構成は少なくとも以下の構成要素が存在するものを供する。アノード構造体、アノード構造体に隣接する第１ガス拡散層（ＧＤＬ）、第１ガス拡散層（ＧＤＬ）に隣接し、かつ、場合によってはセグメント化することもできる薄膜電極ユニット（ＭＥＡ）（すなわち、薄膜電極ユニットは、触媒層、触媒層に隣接する薄膜、及びそれに続く更なる触媒層）、薄膜電極ユニットに隣接する更なるガス拡散層（ＧＤＬ）、及び、また、ガス拡散層に隣接する更なるカソード構造体。
【００２０】
このタイプの燃料電池の標準的構造は多数の燃料の使用を可能にする。しかしながら、燃料電池は水素又はメタノールで作動することが好ましい。カソード側が開放側に位置するようにモジュールが構成されているから、本発明によるモジュールは空中で使用するように定められている。しかしながら、モジュールがこうした大気中で作動する場合、（例えば、純粋な酸素のような）他の酸化剤も考えられる。
【００２１】
燃料電池それら自体は平坦なモジュールとして構成されている。これにより、アノードにはカソードに等価な開放構造体を設けることもできるが流れ場も設けることができる。ＧＤＬのための窪みはアノード半体及びカソード半体の両方に設けられている。これは最良のあり得る可能性を達成するためにそれまで局所的に固定され、かつ圧縮されている。燃料電池端縁の中央領域には、ＭＥＡのための窪みがアノードに設けられており、前記窪みは、従って、アノード側に同様に固定され、かつ、密封されている。この窪みは、カソードの隆起した部分と共に、一方で、薄膜電極ユニットＭＥＡが緊密に圧縮され／接着され、他方で、燃料電池が簡易的、かつ、精密に組み立てることができるようにする合致部(match)として作用する。燃料電池の外側領域は２つのフレーム半体を接着／溶着するために使用される。
【００２２】
燃料電池は、これにより、合致が可能であるように、凹所と同じ幾何形状を有している。有利には、燃料電池は、これにより、互いに独立しており、円形、及び／又はｎ多角形、３≦ｎ≦１００、好ましくは、ｎ＝３、４、６、８である。同じことが、凹所について上述した好ましい幾何形状に当てはまる。
【００２３】
燃料電池のアノード構造体及びカソード構造体は導電性を有する構造体を含んでいるフレームを具備することが好ましい。この構造体は、これにより、ハニカム、及び／又は、格子形状として形状構成し得るが、円形構造体、及び／又は、楕円形の穴が考えられる。この構造体の材料は連続的（例えば、金属又は導電性ポリマー製）とし得る。しかしながら、例えば、構造体を構成する（例えば、プラスチック材料のような）マトリックス材料には引き続いて導電性材料が（例えば、スパッタリングプロセス、蒸着プロセス、及び／又は、例えば、金の亜鉛メッキプロセスによって）コーティングされる。この構造体は電気の流れを受け、この電気の流れは、アノードの場合、燃料に由来し、かつ、ガス拡散層を介して構造体まで導かれ、カソードの場合、電気消費者に由来し、かつ、この構造体を介してガス拡散層、及び、例えば、大気中の酸素、従って、各個々の燃料電池の電気的な接続のために働く。
【００２４】
この構造体に架かるフレームは、これにより、好ましくは、１つの境界付けられた領域のみに導電性コーティングを有しており、前記コーティングはハニカム構造体、及び／又は、格子形状構造体と電気的に接触している。円形、及び／又は、楕円形の実施形態の場合は、この境界付けられた領域は、これにより、例えば、円又は楕円の小さな扇形に制限され、ｎ多角形から成る燃料電池に関する場合には、境界付けられた領域はｎ多角形を構成する側部の少なくとも一部である。フレームの残りの側部は、導電性ハニカム、及び／又は、格子形状構造体と電気的に接触していないものであっても、同様にして電気的なコーティングを具備している。電気接点が、電極の外側部、及び、燃料電池の能動側である付勢側に向かって尖っている電極の側部、の両方に形状構成されるように、電気接点は、これにより、全ての側部に形状構成されている。
【００２５】
さらにまた、これにより、各燃料電池のカソード構造体及びアノード構造体が、互いに独立して、互いに対して偏倚して配置されるように組み立てられる場合には有利であり、その結果、導電性コーティングを具備するｎ多角形のそれぞれの側部間の角度が ３６０°／ｎ、２ｘ３６０°／ｎ、 ... （ｎ−１）ｘ３６０°／ｎとなる。燃料電池が組み立てられる際に、カソード構造体及びアノード構造体の電気接点は、従って、互いに電気的に接触している。しかしながら、化学プロセスの結果として生じる、電流が燃料電池から流れる導電性構造体と電気接触している各側部の接点の１つのみが、導電性構造体内に接続されたか又は導かれたものであるから、カソード構造体又はアノード構造体が指し示された角度だけ互いに対して偏倚して配置されている場合には、これにより、短絡は回避することができる。
【００２６】
更に有利な実施形態では、燃料電池はモジュールベースユニットに接続され、該ユニット上にクランプされ、及び／又は、該ユニット上に固定される。従って、例えば、燃料電池に欠陥がある場合、燃料電池は容易に交換することができる。
【００２７】
さらにまた、これにより、ガスケットが燃料電池とモジュールベースユニットとの間に配置されている場合は有利である。ガスケットは、これにより、平坦なガスケット、ガスケットリング、及び／又は、燃料電池上でモールド成形されたガスケット、及び／又は、射出モールド成形によるモジュールベースユニットから成る群から選択されることが好ましい。燃料電池は、それから、クランピングによってガスケット上に押圧されなければならない。例えば、バッテリー区画室内のようなプラグ又はばね機構によって、電気的な接続が保証される。
【００２８】
別の有利な実施形態では、燃料電池は、モジュールベースユニットに接着、溶接、及び／又は、錠止される。これは、接着、及び／又は、溶接による接合が、燃料電池とモジュールベースユニットとの間のシールを同時に代表するという利点を与える。この場合は、電気的な接続は半田付けともし得る。燃料電池が該燃料電池を正確に嵌合する開口内に押圧することによってモジュールベースユニット上に固定されるという意味合いで、燃料電池をモジュールベースユニット内にぴったりと合うように錠止する可能性によって理解される。有利なことに、これによる、固定は、燃料電池の容易な取外し、及び、従って、交換可能性が提供される可逆な形状構成を有している。さらに、電気的な接点は、例えば、弾発性のような、何等かの可撓性形状構成を有しなければならない。ガスケットは同様にしてＯリングガスケットの場合のように同様に高互換性を有していなければならない。
【００２９】
エネルギー総出力を増大させるために、燃料電池の電圧出力、及び／又は、電流出力、燃料電池の電気的な接続、及び／又は、流体力学的な配置は平行、及び／又は直列に配置することができる。本発明によれば、燃料流体が凹所から凹所まで連続して導かれるという直列流体接続によって理解される。この場合、凹所は、勿論、互いに連結されなければならないが、このときの、この接続が如何様に行われるかは無関係である。例えば、これは、モジュールベースユニットに穴を開けることによって、及び／又は、例えば、ホースによって、作り出された接続部によって、作り出されたチャネルによって行うことができる。平行な流体接続路の場合、各燃料電池に個々に燃料が供給されるように燃料を供給する以前に、燃料の分配は行われる。勿論、燃料電池の一部が流体的に、及び／又は、電気的に並列に及び別の部分が直列に接続される可能性も提供される。
【００３０】
本発明による実施形態によれば、少なくとも１つの帯状導体がモジュールベースユニットの面に貼付される。さらに、帯状導体は凹所内に案内される必要はないという利点が与えられる。何故なら、燃料電池の両方も端子は１つの側部からアクセス可能であるからである。さらに、これは材料及び生産中のコストを節約する。
【００３１】
少なくとも１つの帯状導体は、該少なくとも１つの帯状導体がそれぞれ１つの燃料電池の導電性コーティングとそれぞれ電気的に接触するように、これにより、形状構成される。精密な接続がこれにより行われるべきである態様は使用の目的に依存しており、かつ当業者には周知である。
【００３２】
使用の目的によって、個々の燃料電池を含んでいるモジュールベースユニットが機械的な可撓性を有するか、及び／又は、堅固である場合には有利である。結果的に、多数の表面に燃料電池を貼付することは特定の要求を満たすことを要する表面の形状無しに可能になされている。更なる用途では、燃料電池モジュールが機械的に堅固である場合には有利とし得る、すなわち、燃料電池モジュールが機械的な剛性を有している場合には、その結果、例えば、燃料電池モジュールが貼付される物体の機械的な堅固さを支持することを保証することができる。
【００３３】
生産プロセスを変更しない、燃料電池モジュールのモジュール式構成の助けによって、ほとんど多様に変化する用途は異なる幾何学的条件を有する可撓性態様で達成することができる。こうして、例えば、燃料電池を平坦な面に貼付することが可能であるが、湾曲した面も燃料電池モジュールに設けることができる。同様にして、燃料電池は、例えば、１つの面の隅部周りに案内することができる。個々の燃料電池の構成要素（電解液、電極、ガス拡散構造体、流体分配構造体、電流タップ、機械的担持構造体）はこれにより使用されるべき電気化学的な反応プロセスにその形状構成を適合させることができる。モジュラー式構造は適切な大量生産製造プロセスに特に適している。
【００３４】
本発明によれば、上述した燃料電池モジュールを使用する目的が同様に示されている。
【００３５】
燃料電池モジュールは、従って、低エネルギー用途の電流供給のために使用される。
【００３６】
これらの用途は、通信ユニット、携帯電話、小型ＰＣ、ＧＰＳ装置、自動広告面、信号灯(lights)、玩具、キャンプ及び野外活動のための用途、教示及び説明支援、ラジオ、ＴＶ受像機、モバイルコンピュータ、緊急駆動電源、警報ユニット、携帯電話、充電装置、携帯電源充電装置、医用用途、軍事用途から成る群から選択されることが好ましい。
【００３７】
燃料電池はモジュール式の態様で組み込むことができる。すなわち、対応する数の燃料電池は必要な電圧、電流又は駆動力又は使用可能な空間に応じた要求に応じて連結することができる。
【００３８】
カソードは全ての燃料電池に存在するから、これはもはや別々には製造する必要はない。
【００３９】
各燃料電池は別々のＭＥＡで個々に製造されるから、イオンによる短絡の問題はもはや存在せず、従って、各燃料電池は別々にも密封し得る。
【００４０】
燃料電池及びモジュールベースユニット両方のために、ほとんど多様に変化する材料及び製造方法が考えられる。例えば、射出モールド成形により利用し得るようになされた印刷回路基板（ＰＣＢ）又は材料が最も適している。
【００４１】
本発明による特徴を以下の図面を参照して詳細に説明するが、図面に表されたような特別な実施形態に本発明を限定する意図はない。これらの内容は以下のように示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるカソード構造体及びアノード構造体の作動側部及び外側部を示す種々の斜視図である。
【図２】本発明によるカソード構造体及びアノード構造体の作動側部及び外側部を示す種々の斜視図である。
【図３】本発明によるカソード構造体及びアノード構造体の作動側部及び外側部を示す種々の斜視図である。
【図４】本発明による燃料電池の個々の構造要素及び燃料電池の構成を示す図である。
【図５】本発明による燃料電池の個々の構造要素及び燃料電池の構成を示す図である。
【図６】本発明による燃料電池の個々の構造要素及び燃料電池の構成を示す図である。
【図７】本発明による燃料電池の個々の構造要素及び燃料電池の構成を示す図である。
【図８ａ】本発明による燃料電池モジュール内に燃料電池を直列に配置した場合の種々の連結の可能性を示す図である。
【図８ｂ】本発明による燃料電池モジュール内に燃料電池を直列に配置した場合の種々の連結の可能性を示す図である。
【図９ａ】２次元の燃料電池モジュールの種々の回路の可能性を示す図である。
【図９ｂ】２次元の燃料電池モジュールの種々の回路の可能性を示す図である。
【図１０】アノードを支持するための機械的装置及びモジュールベースユニットの構成を一例とした実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１〜図３では、２つの類似したカソード構造体−１ａとアノード構造体１ｂの基本構造が様々な斜視表示形態（側面図、平面図）で示されている。この特別な実施形態では、２つの構造体は正方形形状を有している。２つの構造体１ａ、１ｂの下にあるフレームは、これにより、何れかの非導電性材料から形成することができる。プラスチック材料（例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)）が使用されることが好ましい。電気的にコーティングされた格子構造体２がこの構造体に挿入される。これに対する代替案として、この構造体は導電性材料から全体的に構成することもできる。これらの構造体の作用面側部では、カソード構造体１ａ及びアノード構造体１ｂは、電解質膜アセンブリー（ＭＥＡ）又は密封面又は嵌合溝のための支持面３を有しており、カソード構造体１ａを隆起部分とし、アノード構造体１ｂを窪みとした場合のように形状構成されている。接着面又は溶接面４はさらに周辺に当接し、この面を介して、２つの電極要素１ａ、１ｂから成るアセンブリーに効果が及ぼされる。一側部では、フレームは構造体２と電気的接触をする電気接点５を有している。他側部では、同様にして、構造体２と如何様にも電気接触しない電気接点６を有している。全ての接点５及び６に共通であるのは、これらの接点がフレーム２３の外側部を完全に覆い、かつ、少なくとも作用側部及び外側部を少なくとも部分的に覆うように形状構成されていることである。しかしながら、これにより、接点５を覆うコーティングが構造体２と電気的に接触する一方で、接点６を覆うコーティングが構造体２と電気的に接触しないことは必要不可欠である。図２及び図３では、カソード構造体１ａ又はアノード構造体１ｂの基本構成要素がより良い利点を有するように示されるように、電気接点は全体を概観するために省略されている。
【００４４】
図４は、燃料電池１４が完成するまで、図５、図６及び図７の順に組み立てられる、本発明による燃料電池の分解図を示している。
【００４５】
本発明による燃料電池の基本構成要素は、カソード構造体１ａ、第１ガス拡散層（ＧＤＬ）７、薄膜９が架かっている薄膜電極ユニット（ＭＥＡ）８、更なるガス拡散層（ＧＤＬ）１０、及び、また、アノード構造体１ｂを含んでいる。図１〜図３の記載に対してのみ、アノード構造体１ａ及びカソード構造体１ｂの参照符号が参照される。これにより、構造体２に連結された２つの導電性コーティング５が互いに対して９０度の角度で配置されるように、カソード構造体１ａがアノード構造体１ｂに対して配置されることは不可欠である。さらにまた、２つのガス拡散層（ＧＤＬ）７及び１０がカソード構造体１ａ又がアノード構造体１ｂのそれぞれにどのように挿入されるかが図面に示されている。これら２つのガス拡散層７及び１０は、これにより、これらのガス拡散層７及び１０がネット形状の格子構造体２にぴったり合ってシールを構成するような寸法とされている。必要ならば、ガス拡散層７又は１０は接着剤で固定されることを要する。例示していない溝は、これにより、使用されるそれぞれの実施形態のため最適な深さを有している。
【００４６】
図６では、薄膜９を具備する触媒層１０はこの目的のために設けられた支持面上にあるアノード構造体１ｂ内に挿入される。対向側（本願明細書では、カソード構造体１ａとして形状構成されている）と共に、合致がなされるように、この溝は薄膜よりも深い。半体間に作り出された中間スペースは、一方で、構成要素に好ましい接触圧力が作り出されるように最適化されており、この接触圧力は出来るだけ低いセル抵抗を生じさせ、かつ、他方で、触媒層１０はアノード構造体１ｂと共に緊密に圧縮される。必要ならば、更なる溝が密封のために設けられるべきであるか、あるいは、薄膜９は接着材料によってアノード構造体上に接着されなければならない。次の段階では、セル全体１４が、図７に例示するようにして作り出されるように２つのセル半体は互いに結合される。これは、例えば、接着、レーザ溶接、あるいは超音波溶接によって行うことができる。カソード構造体１ａ及びアノード構造体１ｂは接点５に対して９０度の相対角度で互いに対して配置されるから、それぞれのアノード側部又はカソード側部の格子形状構造体２と連結している新たな電気接点１２（アノード）及び１４（カソード）は組立中に作り出される。接点５は、これにより、それぞれの対向する電極の接点６と結合される。従って、電流タップが燃料電池１４の何れの側からも可能であるように、連続した導電性面が作り出される。これにより、２つの他の接点１３は、格子形状構造体２と結合しないこれら２つの接点６が互いに重なりあって位置する場合の接点である。これに対する代替案として、この実施形態において、カソード構造体１ａとアノード構造体１ｂの相対的に互いに対して１８０度又は２７０度の相対角度で配置することも可能である。従って、この正方形の実施形態の場合には、カソード構造体１ａとアノード構造体１ｂの３つのあり得る連結の可能性が実際に作り出される。
【００４７】
図８ａ及び図８ｂでは、本発明による燃料電池モジュール２０の直線状実施形態が示されている。これによれば、図７に具現化された燃料電池１４は、図８ａにおけるモジュールベースユニット上に直線的に貼付されており、かつ導電装置１５によって電気的に直列に結合されている。図８ｂでは、導電装置１５によって電気的に並列に結合されている。図８ａ及び図８ｂの両方の燃料電池は、カソード構造体１ａ及びアノード構造体１ｂが互いに対して１８０度偏倚して配置されている。燃料電池は、例えば、以下のように、モジュールベースユニット２１内に組み込むことができる。
１．（例えば、クランプ装置によって、例えば、固定又はクランプされるように）電気的に交換可能に接続され、かつ、ガスケットと流体的に密封されるか、反対に、例えば、燃料電池をガスケット上に押圧する保持クランプによって接続される。
２．例えば、粘着面又は溶接線によって、着脱不可能に電気的に半田付けされ、かつ、流体的に密封される。
【００４８】
図９ａ及び図９ｂは、本発明による燃料電池モジュール２０における燃料電池１４の更なる配置の可能性を示している。図９ａ及び図９ｂでは、燃料電池は平面上にあり、すなわち、モジュールベースユニット２１上に２次元的に配置されており、図９ａの電気接続は導電装置１５によってなされ、図９ｂでは導電装置１５によって並列になされている。モジュール２０内に燃料電池１４を組み込み可能にするために、図８ａ及び図８ｂに対して言及した可能性が当てはまる。さらに、燃料電池の電気的接続が９０度の角度で行われる可能性が図９ａにも示されている。カソード構造体１ａ及びアノード構造体１ｂは、これにより、互いに対して９０度だけ偏倚して組み立てられる。
【００４９】
図１０は、アノード構造体１ｂの機械的な支持をする働きをすることができるモジュールベースユニット２１のあり得る構造化の可能性を示している。これによる可能性は、平坦な形状構成を有する機械的な支持部１６ａが設けられていることにあり、これは、例えば、燃料電池１４に燃料が受動的に供給されるように構成されている場合であり、出来るだけ小さい拡散経路しか存在しないように、モジュールベースユニットに対して燃料電池を出来るだけ近接して配置することが好ましい。機械的な実施形態は、なんらかの方法で、外見上、形状構成することができるが、複数の足（１６ｂ）として形状構成したもの又は連続するウェブ又はリブ状構造物として形状構成したもの（１６ｃ）又は平行なウェブ又はリブ状構造物として形状構成したもの（１６ｄ）とする実施形態が好ましい。最後の２つの場合１６ｃ及び１６ｄでは、これらのウェブ状構造物は燃料が特にアノード構造体に導かれる。その結果、この態様で配置された流れ場によって、アノード構造体への改善された燃料の供給が可能である。
【００５０】
複数の機械的支持構造体は、これにより、凹所を形成する面のベース１７上にそれぞれ貼付される。勿論、常に同じ支持構造体１６を具備するモジュールベースユニット２１も考えられる。
【符号の説明】
【００５１】
１ａ、１ｂ  電極要素
２  格子構造体
３  支持面
４  接着面又は溶接面
５、６  電気接点
７  第１ガス拡散層
８  薄膜電極ユニット（ＭＥＡ）
９  薄膜
１０  更なるガス拡散層
１２  電気接点（アノード）
１３  電気接点（カソード）
１４  燃料電池
１５  導電装置
１６ａ  機械的な支持部
１６ｂ  複数の足
１６ｃ  連続するウェブ又はリブ状構造物として形状構成したもの
１６ｄ  平行なウェブ又はリブ状構造物として形状構成したもの
１７  ベース
１８  流体分配構造体
２０  燃料電池モジュール
２１  モジュールベースユニット
２２  凹所
２３  フレーム
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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