(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および複数個のバイポーラ板を含み、第一のバイポーラ板（２４）の少なくとも一つの表面（４２）は、波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状の様式で延在し、かつバイポーラ板（２４）の表面（４２）の端点が、ＭＥＡ（３０）の第一の表面（３２）に接合接触点（３８）で接触する燃料電池スタック（１０）であって、ＭＥＡの第一の表面（３２）に対向するＭＥＡの第二の表面（３４）上の接合接触点（４０）は、ＭＥＡを介して接触点（３８）の少なくとも一部分に対向し、前記接合接触点（４０）は、第二のバイポーラ板（３６）の表面（４４）によって接触されていること、および接合接触点（３８）およびそれに対向する関連づけられた接合接触点（４０）は、互いの頂部の上に、スタック方向（６）に配置されることを特徴とする燃料電池スタック（１０）。
【請求項２】
前記接合接触点（４０）は、ＭＥＡを介して全ての接触点（３８）に対向することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項３】
前記接合接触点（４０）は、金属発泡体（４６）を介して、第二のバイポーラ板（３６）の表面（４４）によって接触されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項４】
前記金属発泡体（４６）は、ＭＥＡの第二の表面（３４）に、前記接合接触点（４０）でのみ接触することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項５】
前記第一のバイポーラ板（２４）および前記第二のバイポーラ板（３６）は、同じ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項６】
前記第一のバイポーラ板（２４）および前記第二のバイポーラ板（３６）は、互いに対して、前記スタック方向に平行な軸（６）回りに１８０゜回転されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項７】
前記第一のバイポーラ板（２４）および前記第二のバイポーラ板（３６）は、互いに対して、前記スタック方向に垂直な軸（４）回りに１８０゜回転されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項８】
前記第一のバイポーラ板（２４）および前記第二のバイポーラ板（３６）は、互いに対して、前記スタック方向に平行な軸（６）回りに９０゜回転されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項９】
前記第一のバイポーラ板（２４）および前記第二のバイポーラ板（３６）は、異なる設計を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項１０】
前記第一のバイポーラ板（２４）の表面（４２）は、波形金属シートの表面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック（１０）。
【請求項１１】
複数個の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および複数個のバイポーラ板を含み、第一のバイポーラ板（２４）の少なくとも一つの表面（４２）は、波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状の様式で延在し、かつバイポーラ板（２４）の表面（４２）の端点は、ＭＥＡ（３０）の第一の表面（３２）に接触点（３８）で接触し、ＭＥＡの第一の表面（３２）に対向するＭＥＡの第二の表面（３４）上の接合接触点（４０）は、ＭＥＡを介して接触点（３８）の少なくとも一部分に対向し、前記接合接触点（４０）は、第二のバイポーラ板（３６）の表面（４４）によって接触され、接触点（３８）およびそれに対向する関連づけられた接合接触点（４０）は、互いの頂部の上に、スタック方向（６）に配置される燃料電池スタック（１０）の製造方法であって、第一のバイポーラ板（２４）および第二のバイポーラ板（３６）は、同じ形状を有し、第二のバイポーラ板（３６）は、第一のバイポーラ板（２４）に対して、９０゜または１８０゜回転された位置に回転される（９０３）こと、およびバイポーラ板（２４、３６）は、この方法で得られた相対位置でスタックされることを特徴とする燃料電池スタック（１０）の製造方法。
【請求項１２】
燃料電池スタックを結合する工程をさらに含み、その際燃料電池スタックは、ＭＥＡに接触する第一のバイポーラ板の表面の端点が広範に変形されるように表面加圧に付され、力は、表面加圧によってＭＥＡを介して、ＭＥＡに関して、対向する接合接触点がなければ第一のバイポーラ板の表面の領域へ全く加えられないことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１３】
燃料電池スタックを結合する工程において、燃料電池スタックは、ＭＥＡに接触する第二のバイポーラ板の表面の端点が広範に変形されるように表面加圧に付され、その際力は、表面加圧によってＭＥＡを介して、ＭＥＡに関して、対向する接触点がなければ第二のバイポーラ板の表面の領域へ全く加えられないことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ＭＥＡを介して対向する一対のバイポーラ板（２４）において、
波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状の上部表面（４２）、底部表面（５６）、左側壁（５２）、および右側壁（５４）を含む燃料電池（１０）用バイポーラ板（２４）であって、左側壁（５２）および右側壁（５４）は、スタック方向（６）に平行な軸周りに、１８０゜の回転によって組合わされていること、および底部表面（５６）の少なくとも二つの低部端点（６０）は、上部表面（４２）の二つの対応する上部端点（５８）の下に位置されることを特徴とする前記一対のバイポーラ板（２４）。
【請求項１５】
前記上部表面（４２）および底部表面（５６）の全体は、スタック方向（６）に垂直な軸方向に周期的であり、かつスタック方向に垂直な軸方向へのその突出は、半周期長さの奇数倍に相当することを特徴とする請求項１４に記載の一対のバイポーラ板（２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および複数個のバイポーラ板を含む燃料電池スタックに関し、該燃料電池スタック中、第一のバイポーラ板の少なくとも一つの表面は、波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状の様式で延在し、かつバイポーラ板の表面の端点は、ＭＥＡの第一の表面に接触点で接する。
【０００２】
本発明は、さらに、本発明の燃料電池スタックの製造方法に関する。
【０００３】
本発明は、さらに、波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状の上部表面、下部表面、左側壁、および右側壁を有するバイポーラ板に関する。
【背景技術】
【０００４】
燃料電池は、バッテリに類似するが、これは、化学エネルギーを電力へ、直接転換するのに資する。燃料電池のコア部分は、アノード層、カソード層、ならびにアノード層をカソード層から分離する電解質膜からなる膜電極装置（ＭＥＡ、膜電極アセンブリ）である。出力を発生するためには、燃料ガス（例えば、水素）が、アノード層へ供給され、一方酸素ガス（例えば、空気）が、カソード層へ供給される。これは、燃料ガスの酸化をアノードでもたらし、その際燃料ガスによって解放された電子は、アノードからカソードへ移動し、そこでそれらは、電気的伝導接続を経て、酸化ガスを還元する。プロセス中に発生される陰性の酸化ガスイオンは、陽性荷電された燃料ガスイオンと結合する。もし、例えば、水素Ｈ２が燃料ガスとして用いられ、酸素Ｏ２が酸化ガスとして用いられる場合には、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）の場合には、アノード層内およびアノード層上の酸素イオンＯ２−が、水素イオンＨ＋と結合して、水分子Ｈ２Ｏが、形成されるであろう。消費負荷を、アノードおよびカソードの間で接続することによって、プロセスで放出されるエネルギーを用いることができる。
【０００５】
単一の燃料電池セルは、低い電圧（典型的には、０．１Ｖ〜１Ｖ）を提供するのみであることから、通常、複数個の燃料電池が、燃料電池スタックの形態で、スタックの個々の燃料電池の電圧が合計されるように電気的に直列で接続される。この場合には、一つの燃料電池のカソード層は、それぞれ、バイポーラ板を介して、隣接する燃料電池のアノード層に接続される。
【０００６】
ここで、バイポーラ板は、燃料ガスの流通域を、酸化ガスの流通域から分離する。特に、蛇行するか、波状（波形鋼様）であるか、またはジグザグ形状の表面を有するバイポーラ板が、提供される。このタイプのバイポーラ板は、それらの表面の端点（ピーク点）を介して、隣接する燃料電池への接触が確立される。端点の間に位置される谷間は、燃料ガスまたは酸化ガスを導くための流路を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明で引用されるタイプの燃料電池スタックの機械的な安定性を向上することが、本発明の目的である。
【０００８】
前記目的は、従属請求項の特徴によって解決される。有利なさらなる展開は、従属請求項の特徴から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池スタックは、ＭＥＡの第一の表面に対向するＭＥＡの第二の表面上の接合接触点が、接触点の少なくとも一部分に関係づけられ、前記接合接触点は、第二のバイポーラ板の表面によって接触され、その際接触点および関係づけられた接合接触点は、互いの頂部の上に、スタック方向に位置されるという技術の現状に基づく。力が、接触点の一つを介して、ＭＥＡへ加えられる場合には、反力が、対応する接合接触点を介して、ＭＥＡへ加えられることができ、それによってＭＥＡ内の歪みまたはＭＥＡの変形が、回避される。ＭＥＡ内の歪みまたはＭＥＡの変形は、これらの反力が不在であれば起こるであろう。燃料電池スタック内の力の分布は、したがって、最適化されることができる。スタック方向の燃料電池のより高い剛性がまた、生じ得る。
【００１０】
好ましい実施形態によれば、接合接触点は、全ての接触点へ関係づけられる。それは、バイポーラ板の表面とＭＥＡの第一の表面との間の接触点は、必ず接合接触点と関連付けられることを意味する。この方法において、燃料電池スタック内の望ましくない歪みおよび変形が、特に効率的な方法で回避される。
【００１１】
接合接触点は、金属発泡体を介して、例えばニッケル発泡体を介して、第二のバイポーラ板の表面によって接触されることが可能である。電極、特にアノードを、金属発泡体を用いて被覆することによって、電極のより長い運転寿命が、達成されてもよい。その上に、反力が、金属発泡体を介して、接合接触点へ加えられることができる。必須条件は、発泡体が、十分に強固であることである。
【００１２】
特に、金属発泡体は、ＭＥＡの第二の表面に、接合接触点においてのみ接触することが有利であってもよい。この場合には、金属発泡体は、力を、ＭＥＡの第二の表面の領域上に加えることが回避され、これに対して、力は、第一のバイポーラ板によって直接伝達されない。
【００１３】
第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、同じ形状を有してもよい。特に、第一および第二のバイポーラ板は、設計が同じであってもよい。燃料電池スタックの製造、保全、および補修は、この方法で促進されてもよい。
【００１４】
第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、この場合には、互いに対して、スタック方向に平行な軸周りに１８０゜回転されてもよい。これは、燃料電池スタックの簡単明瞭な設計をもたらすであろう。
【００１５】
別に、第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、互いに対して、スタック方向に垂直な軸周りに１８０゜回転されてもよい。
【００１６】
別に、第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、互いに対して、スタック方向に平行な軸周りに９０゜回転されることができる。特に、第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板が、それぞれ、ガスを導くための複数個の平行なブリッジまたは波形（流路）を含む場合には、燃料電池スタックの特に高い安定性が、これらの交差配置によって達成されることができる。
【００１７】
他の実施形態にしたがって、第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、異なる設計を有する。この方法においては、幾何学的な制約が、例えばバイポーラ板の対称性の点で、第一および第二のバイポーラ板が同じ設計のものである場合に、観察されるものであるが、これは、回避されることができる。したがって、設計のより高い自由性が、燃料電池スタックの概念に得られる。
【００１８】
第一のバイポーラ板の表面は、波形金属シートの表面であることができる。好ましい実施形態においては、第一のバイポーラ板は、実質的には、波形金属シートによって実現される。
【００１９】
本発明の方法は、本発明の燃料電池スタックの製造に資する。その際、第一のバイポーラ板および第二のバイポーラ板は、同じ設計のものである。それは、第二のバイポーラ板が、第一のバイポーラ板に関して、９０゜回転された位置に回転される点で、およびバイポーラ板が、この方法で得られる相対的な位置でスタックされる点で特徴付けられる。
【００２０】
本方法の特に好ましい実施形態においては、方法は、燃料電池スタックを結合し、その際燃料電池スタックが、表面加圧に付される工程を含むものであってもよい。表面加圧は、ＭＥＡに接触する第一のバイポーラ板の表面の端点の広範な変形によって実現される。プロセスにおいて、力は、表面加圧によってＭＥＡを介して、ＭＥＡに関して、対向する接合接触点がなければ第一のバイポーラ板の表面の点に全く加えられない。この方法で、一方では、第一のバイポーラ板とＭＥＡとの間の広い範囲で広範な接触が接触点で確立されて、良好な電流伝導特性が確実にされることができる。加えて、燃料電池スタックの全高を低減できる。他方、第一のバイポーラ板の全表面が、ＭＥＡに接触することが回避される。
【００２１】
燃料電池スタックを結合する工程においては、燃料電池スタックは、特に、ＭＥＡに接触する第二のバイポーラ板の表面の端点が広範に変形されるように、表面加圧に付されてもよい。この場合にはまた、力は、表面加圧によってＭＥＡを介して、ＭＥＡに関して、対向する接触点がなければ第二のバイポーラ板の表面の点へ全く伝達されない。したがってまた、第二のバイポーラ板とＭＥＡとの間の広い範囲で広範な接触が接合接触点で得られる。
【００２２】
このように、表面加圧の結果、ＭＥＡを介して、バイポーラ板の端点へ力が伝達される。この連結について、接触点または接合接触点が、金属発泡体を介して、特にニッケル発泡体を介して接触される場合には、特に有利である。これらの発泡体は、表面加圧に関して比較的柔軟であり、良好な電気接触の確立を可能にする。
【００２３】
本発明のバイポーラ板は、左側壁および右側壁が、スタック方向に平行な軸周りに１８０゜の回転によって、実質的に組合わされる点、および底部表面の少なくとも二つの低部端点が、上部表面の二つの対応する上部端点の下に位置付けられる点で特徴付けられる。
【００２４】
これは、燃料電池スタックの特に効率的な製造を可能にする。先ず、第一の同じバイポーラ板が、製造される。次いで、第二のバイポーラ板が、第一のバイポーラ板に関して、１８０゜回転された位置におかれる。本プロセスにおいては、第二のバイポーラ板の底部表面の少なくとも二つの低部端点が、第一のバイポーラ板の上部表面の二つの対応する上部端点の上に位置される。底部表面の全ての低部端点が、それぞれ、スタック方向に平行な軸周りに１８０゜の回転によって、上部表面の対応する上部接合点の下に位置される実施形態は、特に好都合である。
【００２５】
これらのバイポーラ板は、上部表面および底部表面の全体が、スタック方向に垂直な軸方向に周期的であり、およびその方向へのその突出が、半周期長さの奇数倍であるという点で、特に簡単な方法で実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】燃料電池スタックのガス流れ部について、概略水平断面を示す。
【図２】（ａ）第一の実施形態の変形燃料電池スタック、および（ｂ）対応する非変形燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図３】第二の実施形態の燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図４】第三の実施形態の燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図５】第四の実施形態の燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図６】第五の実施形態の燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図７】第六の実施形態の燃料電池スタックについて、概略垂直断面を示す。
【図８】第七の実施形態の燃料電池スタックについて、二つの隣接するバイポーラ板の概略水平断面を示す。
【図９】燃料電池スタックの製造方法の工程図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面においては、同一の数字は、同じか、等価か、相似か、または類似の構成要素を示す。これらの構成要素の少なくともいくつかは、反復を避けるために、一度説明されるのみである。
【００２８】
図１は、燃料電池スタック１０の水平断面を概略で示す。水平面は、ｘ−ｙ面２、４（スタック面）に同じであり、スタック方向（ｚ方向、画面に垂直である）に垂直である。燃料電池スタック１０は、バイポーラ板２４を含む。これは、酸化ガスまたは燃料ガスを導くための複数の流路２６、２８を定める。流路２６、２８は、互いに平行に、ｙ方向４に伸びる。酸化ガス流路２６は、酸化ガス（典型的には、酸素リッチガス）を導くのに資し、画面の下に位置されるカソード（ＭＥＡの図面には見えない）に隣接して配置される。燃料ガス流路２８は、燃料ガス（例えば、水素）を導くのに資する。それらは、画面の上に位置される水平アノード（ＭＥＡの図面には見えない）に隣接して配置される。燃料電池スタック１０の運転中には、酸素リッチ酸化ガスは、酸化ガス入口１２を経て、酸化ガス流路２６に入り、カソードに沿って流れ（図面の矢印で示される）、そこでガスの一部分は、還元される。消費されない酸化ガス、ならびに反応生成物（典型的には水）は、活性領域から、酸化ガス出口１６を通って排出される。同時に、燃料ガス（例えば水素）は、燃料ガス流路２８に、燃料ガス入口１４を経て入り、アノードに沿って流れ（図面の矢印で表される）、そこでそれは、部分的にイオン化される。消費されない燃料ガスは、燃料ガス流路２８から、燃料ガス出口１８を経て排出される。
【００２９】
図２は、図１に関して説明された燃料電池スタック１０の一部分の概略垂直断面を、先ず、垂直方向６（ｚ方向）に沿ってスタックを「加圧」することによって得られる変形状態（ａ）で、および次いで、非変形状態（ｂ）で示す。燃料電池スタック１０は、複数個の実質的に同じ膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および複数個の実質的に同じバイポーラ板を含む。これは、互いの頂部上に、交互する方式でスタックされる。ＭＥＡ３０は、第一のバイポーラ板２４上に配置される。第二のバイポーラ板３６は、ＭＥＡ３０上に配置される。それらの波状形状によって、第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６は、それぞれ、燃料ガス流路２８および酸化ガス流路２６を、ＭＥＡと共に定める。バイポーラ板２４の表面４２の端点は、ＭＥＡ３０の第一の表面３２（カソード表面）に、接触点３８で接触する。第二のバイポーラ板３６の表面４４の端点は、ＭＥＡ３０の第二の表面３４（アノード表面）に、接触点３８で接触する。ＭＥＡ３０が、下からおよび上から同時に加えられる垂直力によって、波状様に変形されることは、図面の（ａ）でわかることができる。垂直力を相殺し、燃料電池スタックの圧壊を防止する力は、ＭＥＡの変形によって加えられる。しかし、ＭＥＡは、典型的には、少なくとも部分的には、比較的脆い物質からなる。力が、限界値を超える場合には、物質は、破損するであろう。それにより、ＭＥＡは、少なくとも部分的に、その機能性が損なわれる。
【００３０】
図３は、第二の実施形態の燃料電池スタック１０の一部分の垂直断面を示す。これは、図２と相似である。燃料電池スタック１０は、周期的に、垂直方向６（ｚ方向）に、ならびに水平方向２（ｘ方向）に設計される。それは、詳細には、第一のバイポーラ板２４、ＭＥＡ３０、および第二のバイポーラ板３６を含む。燃料電池スタックのバイポーラ板（特に、第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６）は、同じ設計のものである。しかし、二つの隣接するバイポーラ板が異なるタイプのものである実施形態はまた、可能である。ＭＥＡ３０は、第一の表面３２（カソード表面）および第二の表面３４（アノード表面）を含む。第一のバイポーラ板２４の波形表面４２は、ＭＥＡ３０のカソード表面３２に、接触点３８で接触する。第二のバイポーラ板３６の波形表面４４は、ＭＥＡのアノード表面３４に、接触点４０で接触する。第二のバイポーラ板３６の波形プロフィルは、第一のバイポーラ板２４の波形プロフィルに関して、半周期（すなわち、波形長の半分）だけｘ方向に移動される。その結果、接触点３８および接触点４０は、互いの頂部上に位置される。すなわち、それらは、互いに、ｚ方向（スタック方向）に突出する。第二のバイポーラ板３６およびＭＥＡ３０の間の接触点４０は、したがって、第一のバイポーラ板２４およびＭＥＡ３０の間の接触点３８に関して、接合接触点を形成する。第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板が、互いに垂直方向に、例えば重力によって、または燃料電池スタック１０の意図的な筋かいによって加圧される場合には、接触点３８から上方に作用する力および接触点４０から下方に作用する力は、互いの頂部に配置される二つの接触点３８、４０の間に位置されるＭＥＡ３０の点で、互いに相殺されるであろう。ＭＥＡ３０は、したがって、実質的に変形されないであろう。示される例においては、表面４２は、第一のバイポーラ板２４の上部表面を形成する。バイポーラ板２４はまた、底部表面５６を含む。底部表面５６および上部表面４２は、示される例においては、幾何学的に類似である。しかし、原則的には、それらはまた、実質的に異なってもよい。特に、底部表面は、波状であるか、蛇行するか、またはジグザグ形状である必要はない。
【００３１】
図４に示される第三の実施形態においては、ニッケル発泡体４６が、第二のバイポーラ板３６、およびＭＥＡ３０の第二の表面（アノード表面）３４の間の流路２８内に配置される。この方法においては、ＭＥＡの効率が増大されるか、および／またはその有効寿命が延長されることができる。運転中には、燃料ガスは、ニッケル発泡体４６で満たされた流路２８を通って流れる。第二のバイポーラ板３６の表面４４は、ここでは、アノード表面３４に直接ではなく、間接的に、接合接触点４０におけるニッケル発泡体４６を介して接触するであろう。
【００３２】
図５に概略示される第４の実施形態は、第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６が同じであり、かつ同時に、水平にずらされないかつ互いに対して回転されない点で特に第二および第三の実施形態と異なる。流路２８は、部分的にのみ、ニッケル発泡体４６で満たされる。ニッケル発泡体４６は、ブリッジ４８を含む。これは、流路２６、２８と平行にｙ方向に伸び、ＭＥＡ３０のアノード表面３４に隣接して、接合接触点４０に配置される。接合接触点４０はまた、ｙ方向に伸びる。二つの隣接するブリッジ４８は、中空空間５０を、アノード表面３４と共に定める。各ブリッジ４８は、ＭＥＡ３０に、表面３４の接合接触点４０で接触する。
【００３３】
図６は、図３に関して記載される実施形態に実質的に相似の実施形態を示す。ｚ軸６は、スタック方向に平行に伸びる。ｙ軸（示されない）は、ｚ軸および画面に垂直に伸びる。ｙ軸は、燃料ガス流路２８および酸化ガス流路２６に平行に伸びる。ｘ軸２は、ｚ軸６に垂直に伸び、画面内に位置される。燃料電池スタック１０は、側方に、左側壁５２および右側壁５４によって閉じ込められる。これはいずれも、ｙ−ｚ面に平行に伸びる。第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６は、設計が同じであり、それぞれ、ジグザグ形状の断面を、ｚ−ｘ面に含む。ジグザグ形状の断面は、燃料ガス流路２８および酸化ガス流路２６を定める。第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６は、互いに対して、ｙ軸周りに１８０°回転される。その結果、それぞれ、ｙ方向に伸びる第一のバイポーラ板２４の表面４２の上部端点の一つ、およびｙ方向に伸びる第二のバイポーラ板３６の表面４４の下部端点の一つは、互いに対向して、接触点３８および対応する接合接触点４０が、ＭＥＡ３０と共に形成される。
【００３４】
図７に概略示される燃料電池スタック１０は、関連する実施形態を示す。第一のバイポーラ板２４は、ジグザグ形状の上部表面４２およびジグザグ形状の下部表面５６を含む。底部表面５６の全ての下部端点６０は、スタック方向６に平行な選択された軸周りに１８０°の回転によって、上部表面４２の対応する上部端点５８の下に配置され、左側壁５２および右側壁５４が組合される。上部表面４２および底部表面５６の全体は、ｘ方向２に周期的であり、ｘ方向上のその突出（すなわち、ｘ方向２のその最大寸法）は、半周期長さの奇数倍（ここでは、５倍）である。ここで、周期長さは、底部表面５６の隣接する端点６０間のｘ方向の距離、または、等価的に表して、上部表面４２の隣接する端点５８間のｘ方向の距離に同じである。第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６は、互いに対して、スタック方向に平行なｚ軸６周りに１８０°回転される。その結果、それぞれ、ｙ方向に伸びる第一のバイポーラ板２４の表面４２の上部端点の一つ、およびｙ方向に伸びる第二のバイポーラ板３６の表面４４の下部端点の一つは、互いに対向して、接触点３８および対応する接合接触点４０が、ＭＥＡ３０と共に形成される。
【００３５】
図８は、他の実施形態を示す。燃料電池スタックは、第一のバイポーラ板２４および第二のバイポーラ板３６を含む。これは、互いに対して、スタック方向に平行に（かつ画面に垂直に）伸びるｚ軸周りに９０°回転される。二つのバイポーラ板２４、３６は、図面では、互いに隣接して示される。しかし、実際には、それらは、互いの頂部上に、スタック方向に配置される。二つのバイポーラ板２４および３６の設計は、実質的には、図６または図７の対応するバイポーラ板の設計に類似である。すなわち、それらは、それぞれ、ジグザグ形状の断面を有する。それらの断面はまた、しかし、波状であるか、または蛇行されることができる。第一のバイポーラ板２４の流路２６、２８および第二のバイポーラ板の流路２６、２８は、互いの頂部上に、スタック方向に配置され、直角で交差する。第一のバイポーラ板２４の一つの表面の端点は、ｙ方向４に伸び、一方第二のバイポーラ板３６の一つの表面の端点は、ｘ方向２に伸びる。共に、それらは、ｘ−ｙ面に平行な四角い格子を定め、第一のバイポーラ板２４、およびＭＥＡの第一の表面（見えない）の間の接触点、ならびに第二のバイポーラ板３６、およびＭＥＡの第二の表面の間の対応する接合接触点は、各格子点に関係づけられる。
【００３６】
図９は、燃料電池スタックの製造方法を示す。方法は、工程９００で始まる。工程９０１においては、他のバイポーラ板が、製造されるべき燃料電池スタックの既存部分上に配置される。このバイポーラ板上に、他のＭＥＡが配置される（工程９０２）。次の工程９０３においては、最後に位置付けされた（すなわち、工程９０１）バイポーラ板のそれに同じ設計の他のバイポーラ板が、最後に位置付けされたバイポーラ板に関して、回転または回された位置に回転され、次いでＭＥＡ上に置かれる。例えば、さらなるバイポーラ板は、回転され、そのために図３、４、６、７、および８に概略示される実施形態の一つの燃料電池スタックが、製造される。次いで、工程９０４においては、他のＭＥＡが、スタック上に、すなわち回転されたバイポーラ板上に位置付けられる。さらなるＭＥＡの設計は、先のＭＥＡのそれに同じであり、かつそれは、先のＭＥＡに関して、それが位置付けられるバイポーラ板のように、回転されることが可能である。工程９０５においては、次いで、さらなる装置が、スタック上に配置されるべきか否かが決定される。さらなる装置がスタック上に配置される場合には、プロセス流れが工程９０１へ戻る。すなわち、少なくとも二つのさらなるバイポーラ板および二つのさらなるＭＥＡが、スタック上に置かれる。そうでない場合には、方法は、完了される（工程９０６）。
【００３７】
燃料電池スタックを結合する次のプロセスにおいては、表面加圧のために力が、加えられる。これは、バイポーラ板およびＭＥＡを加圧する。この力を調節し、そのためにバイポーラ板の突出点または端点、すなわちＭＥＡに接触点または接合接触点で接触するバイポーラ板の点が、広範に変形されることが有利である。この方法で、非常に広範な接触が確立される。表面加圧中には、増大された力作用は、接合接触のないバイポーラ板の領域に、依然として全く発生することがない。これは、比較的柔軟性のあるニッケル発泡体が用いられる場合には、特に良好に達成されることができる。突出点は、したがって、共に加圧されて、高範囲の接触および低い全高が可能にされる。この点については、増大された力が、接合接触のない領域に加えられず、例えばニッケル発泡体が、ＭＥＡ表面を横切って均等に分配され、かつ選択された位置における代わりに広範に接合接触を顕著に形成することが、防止されることを心に留めなければならない。
【００３８】
「頂部」、「底部」、「左側」、および「右側」などの空間的用語は、単に、構成要素の相対位置を記載するのに資する。それらは、絶対的な意味を全く有さず、したがって置換え可能である。
【符号の説明】
【００３９】
２    ｘ方向
４    ｙ方向
６    ｚ方向（スタック方向）
１０  燃料電池スタック
１２  酸化ガス入口
１４  燃料ガス入口
１６  酸化ガス出口
１８  燃料ガス出口
２０  前面部
２２  背面部
２４  第一のバイポーラ板
２６  酸化ガス流路
２８  燃料ガス流路
３０  膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）
３２  第一の表面
３４  第二の表面
３６  第二のバイポーラ板
３８  接触点
４０  接合接触点
４２  表面
４４  表面
４６  金属発泡体
４８  ブリッジ
５０  中空空間
５２  壁
５４  壁
５６  表面
５８  端点
６０  端点
９００〜９０６  プロセス工程
【図１】
0005372161.tif 000002
【図２】
0005372161.tif 000003
【図３】
0005372161.tif 000004
【図４】
0005372161.tif 000005
【図５】
0005372161.tif 000006
【図６】
0005372161.tif 000007
【図７】
0005372161.tif 000008
【図８】
0005372161.tif 000009
【図９】
0005372161.tif 000010