(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのエンドプレート（２）、終端バイポーラプレート（３）、および、エンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイス（４）を備える電気化学システム（１）に関する。終端バイポーラプレートおよびエンドプレートの材料は異なる熱膨張係数を有し、シーリングデバイス（４）は、温度変化中、シーリング機能がまた、シーリングデバイスに沿ったエンドプレート（２）および／または終端バイポーラプレート（３）の摺動によって与えられ、シーリングデバイス（４）の変形のみによっては与えられないように設計されている。
2017509123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、前記終端バイポーラプレートの材料および前記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、前記シーリングデバイスは、温度変化中、シーリング機能がまた、前記シーリングデバイスに沿った前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの摺動によって与えられ、前記シーリングデバイスの変形のみによっては与えられないように設計されている、電気化学システム。
【請求項２】
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、前記終端バイポーラプレートの材料および前記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、前記シーリングデバイスは、温度変化中、前記シーリングデバイスと前記エンドプレートとの間のシーリング機能がまた、前記シーリングデバイスに沿った前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの摺動によって与えられるように設計されている、電気化学システム。
【請求項３】
前記シーリングデバイスは、前記終端バイポーラプレートのポートの周囲および／または電気化学的活性領域の周囲の領域に配置されている、請求項１または２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
前記シーリングデバイスの複数の要素は、前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの表面の上に全面に、または部分的に延在する、請求項１から３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項５】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートの厚さ全体を貫通しないように設計されている、請求項１から４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項６】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの単層のコーティングまたは多層のコーティングとして実現される、請求項１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記コーティングの材料は、グラファイトおよび／またはＭｏＳ２などの複数のフッ素重合体および／または複数の摺動向上添加物を含む、請求項６に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記コーティングは積層されている、または接着されている、請求項６または７に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記コーティングは、ＰＴＦＥ、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、および／またはポリエステルのうち少なくとも１つを好ましくは含む高分子フィルムとして実現される、請求項６から８の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記コーティングは、スクリーン印刷またはロール印刷またはスプレー被膜のコーティングとして実現される、請求項６または７に記載の電気化学システム。
【請求項１１】
グラファイト、ＰＴＦＥ、ＭｏＳ２、ワックス、フッ素化ワックス、シリコーン、および／またはシリコーン油などの複数の摺動促進添加物が前記コーティングに含まれる、請求項１０に記載の電気化学システム。
【請求項１２】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの構造体として実現される、請求項１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１３】
前記エンドプレートおよび／または前記終端バイポーラプレートの前記構造体は、アブレーション法によって、特に、研削、ラッピング、研磨、電解研磨、および／またはホーニングによって製造される、請求項１２に記載の電気化学システム。
【請求項１４】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートに差し込まれたシーリング要素を有し、更に中間プレートを有し、前記中間プレートは、前記中間プレートが前記シーリング要素上に摺動的に配置されるように配置されている、請求項１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１５】
前記中間プレートは、前記終端バイポーラプレートと前記エンドプレートとの間に配置されている、請求項１４に記載の電気化学システム。
【請求項１６】
前記中間プレートの熱膨張係数は、前記終端バイポーラプレートの熱膨張係数と同一、または本質的に同一である、請求項１４または１５に記載の電気化学システム。
【請求項１７】
前記中間プレートと前記エンドプレートとの間の前記シーリングは、好ましくはハードストップ構成で、モールドインされたおよび／または挿入されたシーリングシステムにより、特には、一体的な高分子系シーリングシステムにより実現される、請求項１４から１６の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１８】
前記中間プレートは、前記終端バイポーラプレートの表面全体にわたり延在する、またはフレームとして実現される、請求項１４から１７の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１９】
前記終端バイポーラプレートの熱膨張係数は前記エンドプレートの熱膨張係数より小さい、請求項１から１８の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２０】
前記終端バイポーラプレートの熱膨張係数は、５×１０−６／Ｋと３×１０−５／Ｋとの間、好ましくは、１×１０−５／Ｋと２×１０−５／Ｋとの間である、請求項１から１９の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２１】
前記エンドプレートの熱膨張係数は、２×１０−５／Ｋより大きく、好ましくは、５×１０−５／Ｋより大きいか、またはこれに等しい、請求項１から２０の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２２】
前記シーリングデバイスは、十分なシーリング機能を維持しつつ、終端バイポーラプレートとシーリングデバイスとの間の接触ゾーンの領域における摺動によって、前記エンドプレートの最大横方向延伸方向において、前記横方向延伸長の最大８パーミルの横方向調整が可能となるように設計される、請求項１から２１の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２３】
前記シーリングデバイスは、それが、前記終端バイポーラプレートのビードと接触させられ得るように設計される、請求項１から２２の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２４】
積層方向において、好ましくは複数の電池の電気化学的活性領域の前記領域において、少なくとも１つの更なる要素が、高さを調整および／または圧縮力の伝達のために前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置される、請求項１から２３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２５】
前記終端バイポーラプレートの前記電気化学的活性領域において、蛇行した、並列の、真っすぐな、直線状の、および／または波状の複数のチャネルを有する領域が与えられる、請求項１から２４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２６】
質量に関して、および／または体積に関して、前記エンドプレートは本質的にプラスチックから成り、前記エンドプレートの基体はプラスチックから成る、請求項１から２５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２７】
中間プレート、電流コレクタプレート、および／または前記終端バイポーラプレートは、本質的に金属から作製される、請求項１から２６の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２８】
前記終端バイポーラプレートはエンボス加工された金属シートパーツとして実現される、請求項１から２７の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２９】
前記エンドプレートは、複数の流体および／または冷却剤を前記終端バイポーラプレートに供給するための複数の通路孔を有する、請求項1から２８の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項３０】
前記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは補強インサートを含まない、請求項２９に記載の電気化学システム。
【請求項３１】
前記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは、補強インサートを含み、前記補強インサートは、前記エンドプレートの全高にわたって延在しない、請求項２９または３０に記載の電気化学システム。
【請求項３２】
前記電気化学システムは、２つのエンドプレートを備え、終端バイポーラプレートが前記２つのエンドプレートの各々に隣接し、複数のバイポーラプレートが前記２つのエンドプレート間に存在する、請求項１から３１の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項３３】
前記電気化学システムは、燃料電池システム、電気化学コンプレッサシステム、または電解槽である、請求項１から３２の何れか一項に記載の電気化学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのエンドプレート、１つの終端バイポーラプレート、およびエンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置された少なくとも１つのシーリングデバイスを備える電気化学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
言及される種類の公知の電気化学システムは、例えば、燃料電池システムまたは電気化学コンプレッサシステム、特に電解槽である。公知の電解槽は、例えば、電位が与えられると、水からの水素および酸素の生成に加えて、これらのガスが同時により高い圧力に圧縮されるように設計されている。これに加えて、電気化学水素コンプレッサなどの電気化学コンプレッサシステムが知られている。当該コンプレッサにはガス状水素分子が供給され、当該コンプレッサにおいて、電位を与えることによりこの水素が電気化学的に圧縮される。この種の電気化学的圧縮は、少量の水素の圧縮に特に適している。なぜなら、この状況における水素の機械的圧縮は相当に複雑なものになる可能性があるからである。
【０００３】
各々がバイポーラプレートで隔てられた電気化学電池の積層体を備えた更なる電気化学システムが知られている。そのようなバイポーラプレートは、例えば、（燃料電池などの）個々の電気化学電池の電極を電気的に接触させる、および／または、それらの電池が直列に接続されている場合は隣接する電池同士を電気的に接続すべく機能し得る。バイポーラプレートは、更に、チャネル構造体を備える、または、チャネル構造体を形成してよい。当該チャネル構造体は、電池への１または複数の媒体（例えば、水素、空気、および冷却剤）の供給、および／または、反応生成物および／または冷却媒体の除去のために設けられている。これらの媒体は、燃料（例えば、水素またはメタノール）、または反応ガス（例えば、空気もしくは酸素）、または冷却剤である場合がある。そのようなチャネル構造体は、通常、電池の電気化学的活性領域に配置され、それにより、バイポーラプレートの流場を形成する。そのようなチャネル構造体は、ガス分配構造体とも称されることがある。更に、これらのバイポーラプレートは、電気化学電池における電気エネルギーまたは化学エネルギーの変換中に生成された熱の搬送用、ならびに、異なる反応媒体または冷却剤チャネルの互いに対する、および外部に対するシーリング用に設計され得る。
【０００４】
バイポーラプレートは、例えば、複数の開口部を有してよい。それらの開口部を通して、互いに隣接する積層体のバイポーラプレート間に配置された複数の電気化学電池へ、またはそれらから、媒体および／または反応生成物および／または冷却剤は誘導される。それらの電気化学電池は、例えば、それぞれ１または複数の、通常ＭＥＡと略される膜電極アセンブリを備えてよい。ＭＥＡは、少なくとも１つの電解質膜および少なくとも１つの電極を備えてよい。好ましくは、その各側に１つの電極を備えるのがよい。更に、ＧＤＬと略されるガス拡散層が２層、ＭＥＡに隣接して位置している。これらのＧＤＬは通常、バイポーラプレートの方に向けられており、金属フリースもしくは炭素フリース、またはカーボン紙として実現されている。
【０００５】
複数のバイポーラプレートは通常、２つの独立したプレートから構成されている。当該プレートは少なくとも複数の部分で互いに接続している。以下では、これらの独立したプレートはハーフプレート（ｈａｌｆ  ｐｌａｔｅ）と称される。
【０００６】
概して、複数のバイポーラプレートおよび複数の電気化学電池を備える積層体は、エンドプレートによってその両端で終端されている。それらのエンドプレートの少なくとも１つは典型的に１または複数のポートを有する。媒体の供給および／または反応生成物の除去用の複数のパイプは、これらのポートに接続されてよい。加えて、それらのエンドプレートの少なくとも１つは通常、複数の電気的接続を有する。それらの電気的接続を介して、電池積層体は、電気負荷または電圧源に電気的に接続され得る。そのようなエンドプレートの最も近くに、またはそのようなエンドプレートに隣接して位置する積層体のバイポーラプレートは、終端バイポーラプレートとも称される。
【０００７】
終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間には何れの媒体も誘導されず、それにより、この空間においては何れの電気化学的反応の発生も伴わない。結果として、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間では何れのプロトン伝導膜も配置されない。むしろ、電流コレクタがこの空間に配置される。従って、ほとんどの電気化学的積層体において、（１または複数の）終端バイポーラプレートが、積層体内で、複数の繰り返しのバイポーラプレートとは異なって設計されるということは驚くべきことではない。このことは特に、複数のポートから、終端バイポーラプレートのエンドプレートに面する表面への媒体の供給に関して当てはまる。この空間へは何れの媒体も供給されないので、この表面上には何れの通路も設けられない。それとは対照的に、終端ではないバイポーラプレートの各々は、複数のポートからバイポーラプレートの対応する複数の表面への媒体の移動を可能にする通路を備える。同じことが終端バイポーラプレートの他方の表面に当てはまる。故に、複数の「通常の」バイポーラプレートの両ハーフプレートは、複数のポートから流場への複数の通路を備え、一方、終端バイポーラプレートの片方のハーフプレート、すなわち、バイポーラプレート積層体に面するハーフプレートのみが、ポートから流場への通路を備える。
【０００８】
終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間には典型的にシーリングデバイスが配置されている。当該シーリングデバイスは、システムを外部に対してシーリングする、および／または、電気化学システムの様々なパイプまたは部分を互いに対してシーリングすべく機能する。公知のシステムにおける終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間のシーリングは、例えば、複数の金属ビードによって実現される。複数の金属ビードは、終端バイポーラプレートおよびビードに施されたスクリーン印刷によるマイクロシールコーティングと一体となっているのが好ましい。しかしながら、このスクリーン印刷物質は、複数のエンドプレートの、機械的に処理された、少なくともわずかに粗いプラスチック表面に特に付着する傾向がある。また更に、通常は異なる材料から生成され、故にそれぞれ異なる熱膨張係数を有する終端バイポーラプレートおよびエンドプレートが、電気化学システムの温度変化の結果、互いに対して、特に横方向、従って積層方向に対して直交する方向に移動している場合、シーリングデバイスは金属ビードからはがされる、または破壊される可能性がある。バイポーラプレート、従って終端バイポーラプレートもまた、金属、例えば、ステンレス鋼から形成され、一方、エンドプレートはプラスチックから、または基本的にプラスチックから生成される。いくつかの用途では、シーリングデバイスは、例えば−４０℃といった最低温度から例えば＋１００℃といった最高温度の間の温度範囲において同様に確実に機能しなくてはならない。そのような温度変化は、特に、冬場のマイナスの大気温度における低温での開始といった環境温度での燃料電池システムの動作開始と、積層体の最高動作温度への遷移との間で特に見られる。コーティングの除去および付着の結果は、特に、積層体が取り外された場合に明らかである。なぜなら、先の除去に起因するコーティングは終端バイポーラプレートから引きはがされているからである。
【０００９】
温度変化中のこの相対的なシフトを回避する、または少なくとも低減させるべく、エンドプレートはまた、金属で構成されることもある。しかしながら、この両方は生産コストとシステムの質量とを増大させ、それは多くの用途にとって望ましくない。一方、エンドプレートと終端バイポーラプレートとの間の接触面の、複数のプレートのうちの少なくとも１つに部分的に取り付けられた複数のラバーガスケット、例えばＯ‐リングシールまたはいわゆるフロッピー（登録商標）のようなガスケット、によるシーリングは、そのような複数のガスケットの強固な据え付けのせいで、シーリングシステムの高さおよび力の調整を困難にすることがある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間に配置された、顕著に温度が変化する状況にあってさえも長い寿命を示すシーリングデバイスを備える電気化学システムを提供することである。更に、システムの生産は、可能な限りシンプルでコスト効率の良いものとなる。
【００１１】
この目的は、請求項１に記載の電気化学システムによって解決される。システムの特定の実施形態が従属請求項において説明される。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、従って、少なくとも１つのエンドプレート、終端バイポーラプレート、および、エンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置された少なくとも１つのシーリングデバイスを備える電気化学システムを提案する。当該終端バイポーラプレートおよびエンドプレートは、異なる熱膨張係数を有する材料から成る。シーリングデバイスは、温度変化中のシーリングデバイスとエンドプレートとの間のシーリング機能が、シーリングデバイスに沿ってエンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートが摺動することだけで、または、少なくとも部分的にそれによって達成されるように設計されることが好ましい。
【００１３】
シーリング機能は故に、シーリングデバイスの変形のみによって維持されるのではない、または少なくともそれのみによって維持されるわけではない。この目的を達成すべく、シーリングデバイスは、シーリングデバイスとエンドプレートとの間、および／または、シーリングデバイスと終端バイポーラプレートとの間のクランプ力と摩擦力との比率が、閾値より小さい静止摩擦係数および／または摺動摩擦係数ｔによって特徴付けられるように設計されるのが好ましい。静止摩擦の閾値は、例えば、１．０、０．８、０．６、０．４、または０．２という値を有してよい。それに代わるものとして、１．０、０．８、０．６、０．４、または０．２という摺動摩擦の閾値を決めることもできる。
【００１４】
通常、温度変化は、積層方向または積層軸に直交する、従って終端バイポーラプレートまたはエンドプレートのプレート平面に平行な、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの相対的なシフトを起こさせる。典型的に、温度上昇中、終端バイポーラプレートおよびエンドプレートは、それぞれのプレート平面において、それぞれのプレートの中心点に対して略同心円状に膨張する。同様に、温度低下中、それらはそれぞれのプレート平面において、それぞれのプレートの中心点に対して略同心円状に収縮する。従って、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの相対的なシフトは通常、様々な横方向の略星状にもなる。従って、本発明に係るシーリングデバイスは、シーリング機能が、特にこのシフト方向に沿った摺動によって実現されるように設計される。このように、温度変化中にシーリングデバイスに伝えられ、シーリングデバイスの変形を引き起こし、その結果としてシーリングデバイス材料の相当な疲労をもたらし得るせん断力が低減される、または抑止される。そのシーリング機能を発揮すべく、シーリングデバイスは通常、エンドプレートおよび終端バイポーラプレートの両方と直接接触しているが、どのような場合であっても、これら２つのプレートのうちの少なくとも１つとは直接接触している。
【００１５】
電気化学システムは、例えば、燃料電池システム、電気化学コンプレッサ、または電解槽であり得る。通常、電気化学システムは、２つのエンドプレートと、それら２つのエンドプレートの間に配置された複数のバイポーラプレートとを備える。従って、その場合、システムは、各々がそれぞれのエンドプレートに直接隣接する２つの終端バイポーラプレートを備える。
【００１６】
シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートの少なくとも１つのポートの周囲、および／または電気化学的活性領域の周囲の領域に配置されてよい。シーリングデバイスはまた、エンドプレートの対応する複数の領域または部分の周囲にも配置されてよい。それらの領域または部分は、終端バイポーラプレートの電気化学的活性領域のエンドプレートに向かう積層方向の突出部分に対応している。シーリングデバイス、またはシーリングデバイスの複数のシーリング要素は、エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートの表面の上に全面に延在してよい、または部分的にのみ延在してよい。生産が特にシンプルな実施形態では、シーリングデバイスは、エンドプレートを貫通しないように設計される。故に、シーリングデバイスは、エンドプレートの終端バイポーラプレートに面する側に全面に配置されるのが好ましい。
【００１７】
特定の実施形態において、シーリングデバイスは、エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートの単層コーティングまたは多層コーティングとして実現されてよい、または、そのようなコーティングを備えてよい。このように、温度変化中のシフト方向に沿った摺動は、特に効果的かつシンプルな方式で実現され得る。コーティング材料は、例えば、フッ素重合体、グラファイト、および／またはＭｏＳ２を含んでよい。コーティングは、例えば、エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレート上に積層または接着されてよい。コーティングは、例えば、好ましくは、ＰＴＦＥ、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、および／またはポリエステルによる高分子フィルムを含んでよい。コーティングはまた、スクリーン印刷コーティングとして実現され得る、またはそのようなものを含み得る。スクリーン印刷コーティングの摺動性を向上させるべく、その場合には、コーティングは、グラファイト、ＰＴＦＥ、ワックス、フッ素化ワックス、シリコーン、および／またはシリコーン油などの摺動挙動を向上させる複数の添加剤を含む。
【００１８】
エンドプレートまたは終端バイポーラプレートのそれぞれにおけるスクリーン印刷の粘着性を向上させるべく、接着剤などの追加の複数の接触層が設けられてよい。この目的を達成すべく、スクリーン印刷には、プライマー、好ましくはプライマー層が設けられてよい。スクリーン印刷の粘着性を向上させるべく、エンドプレートまたは終端バイポーラプレートの各表面はそれぞれ、コロナ処理もしくはプラズマ処理を使用して、または活性プラズマにより追加的に処理されてよく、そのことは、表面上に複数の粘着性促進層を形成すべく、プラズマ内で反応する複数の前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）が追加されることを意味する。更に、光架橋、プラズマによる架橋、または化学的架橋によってスクリーン印刷の硬化が高められてよい。
【００１９】
本発明の更なる実施形態において、シーリングデバイスは、摩擦抵抗を低減すべく、エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートの構造体として、特に、終端バイポーラプレートのエンドプレートに面する表面の構造体として、および／または、エンドプレートの終端バイポーラプレートに面する表面の構造体として実現されてよい。当然ながら、シーリングデバイスは上述のコーティングおよび上述の構造体の両方を含むことが可能である。例えば、終端バイポーラプレートはコーティングされ、エンドプレートは構造化されてよく、またはその逆であってもよい。構造体は、アブレーション法を使用して、特には、研削、ラッピング、研磨、電解研磨、および／またはホーニングによって実現され得る。
【００２０】
システムの更なる特定の実施形態において、シーリングデバイスは、エンドプレートに少なくとも部分的に差し込まれたシーリング要素を有し、更には中間プレートを有する。シーリング要素および中間プレートは、シーリング要素が中間プレート上で摺動できるように、および中間プレートがシーリング要素上で摺動できるように配置されている。当然ながら、この実施形態は、前述された、シーリングデバイスがコーティングおよび／または構造体を含む複数の実施形態と組み合わされることが可能である。典型的に、中間プレートはまた、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間にも配置される。中間プレートの熱膨張係数は終端バイポーラプレートの熱膨張係数と同一、または本質的に同一であることが好ましい。この２つの係数の差は、例えば、１０パーセントより小さい、５パーセントより小さい、または２パーセントより小さい。
【００２１】
中間プレートとエンドプレートとの間のシーリングは、特にハードストップ構成で、モールドインされたおよび／または挿入された複数のシーリングシステム、特には複数の高分子系シーリングシステムを使用して実現され得る。このことは、シーリングシステムの圧縮が本質的に弾性域に限定されることを意味する。シーリング要素は、例えば、リング、複数のタンジェンシャルリング、またはリングのチェーンとして形成されてよい。中間プレートは、終端バイポーラプレートの表面全体にわたって延在してよい、または、終端バイポーラプレートの活性領域の周囲のフレームとして実現されてよい。中間プレートが終端バイポーラプレートの表面全体にわたって、または本質的に表面全体にわたって延在する場合、中間プレートは電流コレクタを有するのが好ましい。典型的に複数のエンドプレートの間にある複数の電気化学電池への電気的接続が、当該電流コレクタを通じて確立され得る。中間プレートがフレームとして実現される場合、例えば電流コレクタプレートとして別個の電流コレクタが設けられてよい。中間プレートおよび／または電流コレクタプレートは本質的に金属から作製される。
【００２２】
エンドプレートは、質量および／または体積において有利であるという理由でプラスチックから作製されるのが好ましい。何れの場合であっても、エンドプレートは、少なくともプラスチックによる基体を有することが好ましい。それとは対照的に、終端バイポーラプレートは通常、完全にまたは最大限、金属による、例えばステンレス鋼によるものである。終端バイポーラプレートは特にエンボス加工された金属パーツとして実現されてよい。その電気伝導性を向上させるべく、例えば複数の金属層として、複数のバイポーラプレート、特に両終端バイポーラプレートに、および／またはエンドプレートに複数の異なるコーティングが施されてよい。考えられるコーティングは、貴金属による、例えば金による、好ましくは１μｍより薄いコーティング厚のコーティングである。他の考えられるコーティングは、炭素による、特にグラファイトによる、好ましくは最大２０μｍのコーティング厚のコーティングである。更なる選択肢としては、ＰＶＤおよび／またはＣＶＤなどの処理を使用して施され、酸化物、窒化物、または他のセラミック系化合物として表面に堆積された複数の異なる金属から成るコーティングがある。これらのコーティングは、主に複数の電気化学的活性領域に施されるのであって、必ずしもシーリング領域に施されるわけではない。
【００２３】
結果として、終端バイポーラプレートの熱膨張係数は、従って通常、エンドプレートの熱膨張係数より小さい。終端バイポーラプレートの熱膨張係数は、５×１０−６／Ｋと３×１０−５／Ｋとの間、好ましくは１０−５／Ｋと２×１０−５／Ｋとの間の値を有してよい。これは、例えば多種の金属について当てはまる。エンドプレートの熱膨張係数は、４×１０−５／Ｋより大きい、好ましくは５×１０−５／Ｋより大きいか、またはこれに等しくてよい。これは、例えば多くの高分子材料について当てはまる。終端バイポーラプレートまたはエンドプレートが、１つの同種の材料から製造されず、例えば複数の材料の組み合わせを含む場合、熱膨張係数は、終端バイポーラプレートまたはエンドプレートそれぞれの、それぞれの他方のプレートに面し、本質的にシーリングデバイスに隣接した部分の熱膨張係数に関連する。実際、終端バイポーラプレートおよびエンドプレートの互いに対するシフトを本質的に決定するのは、終端バイポーラプレートおよびエンドプレートの互いに面する部分である。
【００２４】
シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートとシーリングデバイスとの間の接触領域において、終端バイポーラプレートのシーリングデバイスに沿った摺動、またはシーリングデバイスの終端バイポーラプレートに沿った摺動が、そのシーリング機能を維持しつつ、終端バイポーラプレートの最大横方向延伸の最大８パーミルの横方向膨張に釣り合わせるように設計されるのが好ましい。故に、シーリングデバイスのシーリング機能は、終端バイポーラプレートとエンドプレートとの間の相対的なシフトが終端バイポーラプレートの最大横方向延伸の８パーミルに相当する場合でも依然付与されるのが好ましい。これは、−４０℃から＋１００℃の温度範囲内で付与されるのが好ましい。
【００２５】
本発明に係るシーリングデバイスは主に、温度変化に起因する、終端バイポーラプレートのエンドプレートに対するシフトの釣り合いを保たなければならない。プラスチック製エンドプレートと金属の終端バイポーラプレートとの両方は吸水に対して不活性なので、膨張は起こらず、そのためシーリングデバイスによって膨張の釣り合いが保たれる必要がない。
【００２６】
一方では、シーリングデバイスは、それが終端バイポーラプレートのビードに接触している、または接触させられ得るように設計されてよい。他方では、シーリングデバイスは、例えば、全面に、または少なくとも部分的にビード上に使用されてよい。
【００２７】
バイポーラプレートのビードの高さは、ガス拡散層の高さ、または活性領域におけるＭＥＡの高さに依存するので、ビードの高さが、終端バイポーラプレートのエンドプレートに面する側において釣り合わされることが要求される。なぜなら、この領域においては何れのＭＥＡも設けられないからである。従って、積層方向、故に積層軸の方向において高さを適応させるべく、エンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に追加の要素が配置されることが好ましい。この目的を達成すべく、例えば、１または複数のガス拡散層を使用することができる。なぜなら、１または複数のガス拡散層は通常、複数のバイポーラプレートとＭＥＡとの間の燃料電池積層体内に配置されるからである。同時に、これらのガス拡散層は、エンドプレートから積層体の活性領域へ圧縮力を伝達すべく機能し、および、積層体からエンドプレートの電流コレクタへ電流を誘導すべく機能する。
【００２８】
媒体、例えば、燃料などの複数の流体または複数の反応ガスを誘導すべく、および／または、複数の反応生成物を誘導すべく、終端バイポーラプレートは、電気化学的活性領域において、蛇行した、直線状の、および／または波状の複数のチャネルを備えてよい。エンドプレートは、積層体の複数のポート、特に終端バイポーラプレートの電気化学的活性領域にそのような複数の流体を供給することを可能にする複数の通路孔を備えてよい。その場合、それらの通路孔は通常、エンドプレートの外部にある複数の対応するコネクタと流体的に連通する。その場合、複数の流体は、両エンドプレートのこれらの通路孔、ならびに複数のバイポーラプレートおよび両終端バイポーラプレートの複数のポートを通してシステムに供給される、またはシステムから排出され得る。これらの通路孔のうちの少なくとも１つは、例えば、例えば金属製の補強インサートを備えてよい。補強インサートは、積層体の軸に対して本質的に平行な方向に延在しているが、当該インサートは、エンドプレートの全高または全厚にわたって延在しないことが好ましい。従って、補強インサートは、それが延伸するエンドプレート表面から挿入されてよい。当該表面は、実際の実施形態に応じて、エンドプレートの外面、または終端バイポーラプレートに面する表面であってよい。補強インサートは、通路孔内部にオーバーモールド成形される、接着される、埋め込まれる、または挿入されてよい。しかしながら、複数の通路孔はまた、何れの補強インサートも有さない可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本明細書において提案された電気化学システムの複数の実施形態が図面において示されており、以下の説明において詳細に説明される。これらの図面は、本発明の複数の好適な実施形態を説明する役割を果たすにとどまり、本発明がそれらに限定されることはない。図面では、同一の部分は同一の参照番号で参照される。独立請求項に定められた本発明の本質的な特性に加え、図面はまた、様々な組み合わせの任意かつ有利な改善を有する。例において同時に与えられた任意のおよび／または有利な改善のうちの１つ、いくつか、または全てとの任意の組み合わせに限られず、発明のそれらの有利なおよび／または任意の改善の１つ１つは、独立請求項における発明を変更し得る。本発明は図示された実施形態に限定されない。
【００３０】
【図１】２つのエンドプレート、および当該エンドプレート間に配置された複数のバイポーラプレートを備える、本発明に係る電気化学システムの概略的な実施形態の斜視図である。エンドプレートに隣接するバイポーラプレートは終端バイポーラプレートである。
【図２ａ】図１のエンドプレートのうちの１つの概略図である。
【図２ｂ】図１のエンドプレートのうちの１つの概略図である。
【図２ｃ】図１のエンドプレートのうちの１つの概略図である。
【図３】図１の終端バイポーラプレートの概略的な斜視図である。
【図４ａ】エンドプレートまたは終端バイポーラプレートの温度変化中の延伸または収縮、およびそれらの相対的なシフトの概略図である。
【図４ｂ】エンドプレートまたは終端バイポーラプレートの温度変化中の延伸または収縮、およびそれらの相対的なシフトの概略図である。
【図５ａ】エンドプレート、終端バイポーラプレート、およびエンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスを備える従来技術による電気化学システムの概略図である。温度変化が原因の終端バイポーラプレートのシフトが、望ましくないシーリングデバイスの変位を引き起こしている。
【図５ｂ】エンドプレート、終端バイポーラプレート、およびエンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスを備える従来技術による電気化学システムの概略図である。温度変化が原因の終端バイポーラプレートのシフトが、望ましくないシーリングデバイスの変位を引き起こしている。
【図６ａ】エンドプレート、終端バイポーラプレート、およびエンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスを備える本発明に係る電気化学システムの実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートの単層コーティングとエンドプレートの構造体とを有し、それにより、エンドプレートおよび終端バイポーラプレートは温度変化中にシーリングデバイスに沿って摺動する。
【図６ｂ】エンドプレート、終端バイポーラプレート、およびエンドプレートと終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスを備える本発明に係る電気化学システムの実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートの単層コーティングとエンドプレートの構造体とを有し、それにより、エンドプレートおよび終端バイポーラプレートは温度変化中にシーリングデバイスに沿って摺動する。
【図７ａ】本発明に係る電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、エンドプレートの単層コーティングと終端バイポーラプレートの構造体とを有している。
【図７ｂ】本発明に係る電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、エンドプレートの単層コーティングと終端バイポーラプレートの構造体とを有している。
【図８ａ】電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートの多層コーティングを有している。
【図８ｂ】電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、終端バイポーラプレートの多層コーティングを有している。
【図８ｃ】電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスはエンドプレートの多層コーティングを有している。
【図８ｄ】電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスはエンドプレートの多層コーティングを有している。
【図９ａ】本発明に係る電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、エンドプレートおよび中間プレートに差し込まれたシーリング要素を有している。エンドプレートおよび中間プレートは互いと摺動接触している。
【図９ｂ】本発明に係る電気化学システムの更なる実施形態の概略図である。シーリングデバイスは、エンドプレートおよび中間プレートに差し込まれたシーリング要素を有している。エンドプレートおよび中間プレートは互いと摺動接触している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以降では、同一のデカルト座標系が使用される。ｚ軸は積層方向を表し、ｘ軸およびｙ軸はバイポーラプレート、終端バイポーラプレート、およびエンドプレートの平面に広がる。
【００３２】
図１は、第１のエンドプレート２と、第２のエンドプレート１３と、第１のエンドプレート２と第２のエンドプレート１３との間に配置された複数のバイポーラプレート３０を有する積層体１４とを備える電気化学システム１の斜視図を概略的に示している。積層体１４のエンドプレート２に最も近いバイポーラプレートは第１の終端バイポーラプレート３である。同様に、積層体１４のエンドプレート１３に隣接して位置するバイポーラプレートは第２の終端バイポーラプレート１５である。加えて、積層体１４は、ＭＥＡとも称される複数の膜電極アセンブリと、ＧＤＬと称される複数のガス拡散層とを有する。それらの各々は、積層体１４の隣接する複数のバイポーラプレート間に配置されており、それにより、複数のバイポーラプレートはＭＥＡおよびＧＤＬと共に複数の電気化学電池を形成する。
【００３３】
本例では、これらの電気化学電池は直列接続された複数の水素燃料電池である。代替的な実施形態において、システム１はまた、電気化学コンプレッサまたは電解槽として実現され得る。それらは、それらの構造に関しては異ならないが、特に、ＭＥＡに供給されＭＥＡから除去される流体に関して、および、電流の生成または供給に関して異なる。
【００３４】
水素燃料電池の例では、水素分子の酸化、アノードへの電極の放出、酸素分子の減少、およびカソードでの電極の吸収によって、燃料電池のアノードとカソードとの間で最大１ボルトの電圧が生成され、それにより、燃料電池積層体は直流電流源として使用され得る。加えて、エンドプレート２は複数のコネクタ５を有する。これらのコネクタのうちの２つを介して、燃料としての水素分子、および反応ガスとしての空気または酸素分子が積層体１４に供給され得、これらのコネクタのうちの他の２つを介して、反応中に生成された、水と混ざり合った使用済み反応ガスが除去され得る。これらのコネクタ５のうちの更なる２つのコネクタは、積層体１４を通じて冷却剤を循環させるべく機能する。図１において、電気負荷を燃料電池積層体１４に接続し得る複数の電気的接続は図示されていない。
【００３５】
燃料電池積層体１４の複数のバイポーラプレート、特に終端バイポーラプレート３および終端バイポーラプレート１５は、熱膨張係数が１．６×１０−５／Ｋのステンレス鋼製のエンボス加工された金属パーツである。それとは対照的に、エンドプレート２およびエンドプレート１３は、５．０×１０−５／Ｋの熱膨張係数を有するプラスチック材料から作製される。故に、終端バイポーラプレート３および終端バイポーラプレート１５は各々、それらが隣接するエンドプレート２およびエンドプレート１３より小さい熱膨張係数を有する。その結果、エンドプレート２と、それに隣接する終端バイポーラプレート３とは、特に、エンドプレート２および終端バイポーラプレート３の温度が同じだけ上昇または低下した場合、積層軸ｚに直交するｘ−ｙ平面において異なる変化量の横方向延伸を示す。終端バイポーラプレート３およびエンドプレート２が異なる熱膨張であれば、２つのプレート２およびプレート３の互いに対する領域のシフトが起こる。これは、しかしながら、両プレートの絶対的なシフトではない。むしろ、両プレートの当該領域の、終端バイポーラプレートの質量中心からの距離が大きくなればなるほど、２つのプレート２およびプレート３のこれらの領域間の互いに対する横方向シフトはより大きくなる。そのような温度変化の理由としては、環境温度の変化、低い大気温度における燃料電池システムの低温での開始、または、例えば、化学エネルギーから電気エネルギーへの変換により生じる反応熱に起因する燃料電池積層体１４内部の温度の上昇もしくは低下が考えられる。特に、積層体が極低温または氷点下の状況で始動させられる場合の遷移においては、不等な熱伝導率および／または熱質量が、バイポーラプレート積層体およびエンドプレートの非同期な加熱をもたらすことがある。これは、終端バイポーラプレートおよびエンドプレートの相対運動を強める。
【００３６】
本例において、エンドプレート２および終端バイポーラプレート３は、ｘ方向およびｙ方向の縁部長さが約４００ｍｍの略正方形である。終端バイポーラプレート３およびエンドプレート２の−４０℃から＋１００℃への温度変化中、故に１４０Ｋの温度変化では、エンドプレート２のｘ方向またはｙ方向への引き起こされた長さ変化は、同じ方向への終端バイポーラプレート３の長さ変化より約２ｍｍ大きい。これは、終端バイポーラプレート３の４００ｍｍという上述の縁部長さの約５パーミルに相当する。これにより、エンドプレート２の各縁部領域は、終端バイポーラプレート３の縁部領域に対して約１ｍｍシフトする。このことは、後に説明されるように、システム１のシーリングデバイスに対して悪影響を及ぼすことがある。
【００３７】
図２ａから図２ｃは、エンドプレート２のｘ−ｙ平面の上面図（図２ａおよび図２ｃ）と、ｙ−ｚ平面の断面図（図２ｂ）とを示している。図２ｂは、図２ａの軸Ａ−Ａに沿った断面を表わしている。ここで図２ａは、エンドプレート２の外面を示している。それとは対照的に、図２ｃはエンドプレート２の終端バイポーラプレートの方を向いた表面を示している。要素２１が、終端バイポーラプレートの支持領域およびシーリング領域を示す一方、要素２２は電流コレクタの領域を指している。エンドプレート２が、エンドプレート２の中を通って厚みに沿って、故にｚ軸に沿って延在する複数の通路孔１１を有することは明らかである。複数の通路孔１１のそれぞれはコネクタ５のうちの１つで終端する。図２ｂに示された複数の通路孔１１は、金属製の複数の補強インサート１２を有するが、当該複数のインサートはｚ軸に沿って、エンドプレート２の厚さ全体にわたって延在しているわけではない。複数の通路孔１１のうちの少なくとも１つは、そのような補強インサート１２を有さない。
【００３８】
図３では、終端バイポーラプレート３の斜視図が示されている。当該終端バイポーラプレートの、エンドプレート２から離れる方を向いた表面において、それは電気化学的活性領域６に複数の蛇行したチャネル９を有する。当該チャネルにおいて、例えば水素が燃料電池のアノードに誘導および供給されてよい。加えて、エンドプレート２の複数の通路孔１１と流体接続している複数の開口部が見える。ここでは終端バイポーラプレート３のシーリングは明白には示されていない。
【００３９】
図４ａは、低い方の温度における、電気化学システム、故に複数の積層体部品を動作させる前の、終端バイポーラプレート３に対するエンドプレート２の位置付けを極めて概略的に示している。それとは対照的に、図４ｂは動作温度に達した後の、終端バイポーラプレート３に対するエンドプレート２の位置付けを再び極めて概略的に示している。図４ｂの両プレートは図４ａと比べて膨張しているものの、両プレートの中心はシフトされていないことは明らかである。終端バイポーラプレート３より大きい熱膨張係数を有する材料から成るエンドプレート２は、終端バイポーラプレート３の複数の外縁を超えてはみ出ている。それに代わるものとして、互いに対するプレートの寸法はまた、温められた後には両プレートは面一の複数の外縁を有するが、低温では終端バイポーラプレートの複数の外縁はエンドプレートの複数の外縁を超えてはみ出すようにも設計され得る。中温では同一の横方向延伸が与えられる設計、および、動作温度および冷却後の両方では複数の外縁のシフトされた配置が与えられる設計もまた考えることができる。
【００４０】
図５ａおよび図５ｂにおいて、従来技術による電気化学システム１０１が示されている。この図は、現在までに知られているシステムで起こる複数の課題を強調したものになっている。それらの課題は本明細書において提案されているシステムにより克服される。
【００４１】
図５ａおよび図５ｂに示された公知のシステム１０１は、プラスチック製エンドプレート１０２と、２つのハーフプレート１０３ａおよび１０３ｂを含む金属製終端バイポーラプレート１０３とを備え、この終端バイポーラプレート１０３はエンドプレート１０２に隣接している。この終端バイポーラプレート１０３は、その、終端バイポーラプレート１０３の寸法を貫いて、およびエンドプレート１０２を貫いて延在している複数の通路孔１１１に隣接した領域において周方向ビード１０７を有する。ビード１０７のエンドプレートに面する表面上には、シーリングデバイス１０４としてスクリーン印刷が施されている。シーリングデバイス１０４は、例えば、システム１０１の複数の隣接領域に対して、および外部に対して複数の通路孔１１１をシーリングすることを目的としている。図５ａにおいて、エンドプレート１０２と終端バイポーラプレート１０３とは、互いに対する第１の相対的位置付けを示しており、当該第１の相対的位置付けは、実線による複数の第１の位置決め線１１７によって特徴付けられる。当該複数の第１の位置決め線の各々は、ビード中心またはエンドプレート上のその接触点に対応しており、当該接触点は以下で基準点とも称される。終端バイポーラプレート１０３に加えて、図５ａは積層体内で終端バイポーラプレート１０３に続く第１のバイポーラプレート１４０を示している。このバイポーラプレートはまた、そのＭＥＡ１２０に面する表面上に終端バイポーラプレート１０３と同等のスクリーン印刷１０４が設けられたビード１４７を有する。更に、エンドプレート１０２と終端バイポーラプレート１０３との間に位置する電流コレクタ１１０と、いくつかのガス拡散層（ＧＤＬ）１０８、１８８とが示されている。複数のＧＤＬ１０８が、実際に反応媒体が誘導される複数のガス拡散層を表わす一方、ＧＤＬ１８８は、何れの反応も起きない、すなわち、終端バイポーラプレート１０３である一方と電流コレクタ１１０およびエンドプレート１０２である他方との間の空間におけるガス拡散層を表わしている。後者の場合、ＧＤＬ１８８は主に、高さの釣り合いを保つこと、および終端バイポーラプレートから電流コレクタへ電流を導通させることを目的としている。
【００４２】
シーリングデバイス１０４が施された終端バイポーラプレート１０３がエンドプレート１０２とシーリング接触させられた後であり、両プレートが、図５ａに示された第１の相対的位置付けとは異なる第２の相対的位置付けにある同一のシステム１０１が図５ｂに示されている。複数ビードの中心および複数の基準点は、図５ｂにおいて、２本の破線による位置決め線、すなわち、ビード中心に対応する第２の位置決め線１１７ｂおよび基準点に対応する第２の位置決め線１１７ａで示されるように、互いに対してシフトされている。図５ｂの第２の相対的位置付けにおけるプレート１０２およびプレート１０３の縁部も、図５ａにおける与えられた第１の位置付けに対して、例えば最大１ｍｍ、ｘ方向にシフトしたことは明らかである。このシフトの原因は、典型的に、温度上昇中におけるプラスチック製のエンドプレート１０２と金属製の終端バイポーラプレート１０３との異なる熱膨張であり、それについては上述されている。容易に理解されるように、両プレートの複数の外縁は同様にシフトしている。シフトに対するプレートの全体寸法を考えると、通路孔１１１の左側の相対的なシフトが通路孔１１１の右側よりわずかに大きいことは目に見えない。冷却中、対応する収縮および逆方向へのシフトが起きる。図５ｂに示された状況において、プレート１０２およびプレート１０３の相対的なシフトは、シーリングデバイス１０４のプラスチック製エンドプレートへの付着と、多数回繰り返される温度変化中でのシーリングデバイス１０４の、終端バイポーラプレート１０３のビード１０７からの変位を引き起こす。その場合、複数の基準点１１７ａの相対的なシフトはまた、ビード１０７から離れる方向にそれをシフトさせる。結果として、シーリングデバイス１０４はもはや、その要求されるシーリング機能を発揮することができない。
【００４３】
図５ａおよび図５ｂの文脈で説明されたこの課題を克服すべく、ここでは改良されたシーリングデバイスを備える電気化学システムが提案される。当該電気化学システムは以下の図６から図９を使用して更に説明される。
【００４４】
図６ａおよび図６ｂは、図１で既に示された本発明に係るシステム１の詳細図を概略的に示している。具体的に、当該図は、エンドプレート２の２つの通路孔１１、１１'のうちの１つの通路孔の領域における、プラスチック製エンドプレート２、およびエンドプレート２に隣接するステンレス鋼製終端バイポーラプレート３、ならびに、ＭＥＡ２０、およびＭＥＡ２０に終端バイポーラプレート３とは逆側で隣接する更なるバイポーラプレート４０を示している。電気化学的活性領域６の、故に流場の大部分は図示されていない。これらの通路孔１１、１１'の周囲、またはこの通路孔１１、１１'に属するポート２５、２５'の周囲の領域において、それぞれの場合の終端バイポーラプレート３はビード７を示している。ｘ−ｙ平面において、当該ビードは、例えば、リングまたはフレームとして閉じた構造を形成してよい。明らかなように、ポート２５、２５'の各々はそのようなビード７によって囲まれている。ビード７のエンドプレート２に面する表面上に、本発明に係るシーリングデバイス４の一部を形成する単層コーティング４'ａが施されている。ここで、コーティング４'ａは、本発明に係る、改良された摺動性を有するスクリーン印刷マイクロシールである。複数のビード７および複数のチャネル９は、終端バイポーラプレート３においてエンボス加工されており、従って、終端バイポーラプレート３の原材料であるステンレス鋼のシートと一体となっている。コーティング４'ａの摺動能力を向上させるべく、コーティング４'ａはシリコーン油を含む。その代わりとして、コーティング４'ａはまた、その摺動挙動を向上させるべく、グラファイト、ＰＴＦＥ、ワックス、フッ素化ワックス、シリコーン、またはそれらの複数の組み合わせなどの複数の添加剤を含んでもよい。ここで、コーティング４'ａは、終端バイポーラプレート３のエンドプレート２に面する表面上、具体的には、ビード７のエンドプレート２の方を向いた表面上に印刷、積層、または接着される。わずかに異なる実施形態では、コーティング４'ａはまた、高分子フィルムとしても実現され得る。当該高分子フィルムは、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、および／またはポリエステルを含む。複数のコーティング４'ａは、摺動向上添加物としてフッ素重合体、グラファイト、またはＭｏＳ２を含み、シーリングデバイス４の一部を形成してよい。それとは対照的に、ビード７の下側ハーフプレート４３ｂにおける、故にＭＥＡ２０に面する表面上、および、バイポーラプレート４０のビード４７上のコーティング２４は、摺動促進添加物を含まないコーティングであり、従って、例えば、従来技術において使用されたコーティング１０４に相当していてよい。
【００４５】
シーリングデバイス４の更なる部分として、エンドプレート２の終端バイポーラプレート３に面する表面は、任意で更に構造体４''を有する。この構造体４''は、少なくとも、エンドプレート２の終端バイポーラプレート３に面する表面の、終端バイポーラプレート３のコーティング４'ａと接触している、または、終端バイポーラプレート３のコーティング４'ａと接触させられた部分において与えられ、シーリングデバイス４を形成する。構造体４''は研磨方法によって、本例では、例えば研削によって、製造されたものである。代替的な実施形態では、当該構造体はまた、ラッピング、研磨、および／またはホーニングによっても達成され得る。構造体４''により、エンドプレート２の表面の摩擦係数が構造体の領域において減少させられる。これにより、エンドプレート２の表面上のコーティング４'ａの摺動挙動が高められる。
【００４６】
積層方向、故にｚ方向においてエンドプレート２と終端バイポーラプレート３との間に配置されたシーリングデバイス４は、通路孔１１、１１'の周囲に延在し、当該複数の通路孔を取り囲み、それにより、通路孔１１、１１'、および通路孔１１に関連するポート２５、２５'は、少なくともｘ−ｙ平面、故に、図６ａおよび図６ｂの描画平面に直交する平面において、システム１の複数の周辺領域に対して、および外部に対してシーリングされ得る、またはシーリングされている。ここで、シーリングデバイス４は、終端バイポーラプレート３のエンドプレート２の方を向いた表面の上に部分的に延在するのみである。代替的な実施形態では、シーリングデバイスはまた、終端バイポーラプレート３のエンドプレート２に面する表面の上に全面に、またはほぼ全面に延在してよい。ここでシーリングデバイス４はその全体が、エンドプレート２の終端バイポーラプレート３の方を向いた表面に、またはその表面上に配置されるが、エンドプレート２を貫通しない。
【００４７】
加えて、エンドプレート２と終端バイポーラプレート３との間に、部分的にまたは全体的に金属で作製された電流コレクタプレート１０と更なる要素８８とが配置されている。電流コレクタプレート１０は、積層体１４の複数の電気化学電池とエンドプレート２の複数の対応する接続との間に電気接点を構築する。それらはここで明白には図示されていない。電流コレクタプレート１０は、例えば終端バイポーラプレート３と電気的に接触していてよい。それはここでは図示されない。更なる要素８８は主に、積層方向、故にｚ方向の高さおよび圧縮力を調節すべく機能する。更なる要素８８は、例えば、ガス拡散層の材料、または同様の材料で作製されてよい。終端バイポーラプレート３の下側および追加のバイポーラプレート４０の両側に見えているように、積層体１４のＭＥＡ２０に隣接して複数の同等なガス拡散層８がまた使用される。更に、図３において既に示された、終端バイポーラプレート３のエンドプレート２から離れる方を向いた背面の電気化学的活性領域６において複数のチャネル９を特定することができる。追加のバイポーラプレート４０の両表面上に、同等な複数のチャネル９が与えられている。それとは対照的に、終端バイポーラプレート３のエンドプレート２に面する表面上の複数のチャネル状構造体は何れの反応媒体も誘導しない。これは、ビード７、４７を貫く通路４１、４２に合わせてある。第１の媒体、ここでは水素、がポート２５およびビード通路４２を介してバイポーラプレート４０の上側の複数のチャネル９に供給され、一方で、第２の媒体、ここでは空気、がポート２５'およびビード通路４１を介して終端バイポーラプレート３の下側、およびバイポーラプレート４０の下側の複数のチャネル９に供給される。バイポーラプレート４０の内部、故に両ハーフプレート４３ａ、４３ｂの間の複数のキャビティ１９は、冷却剤用、ここでは凍結防止のための複数の添加剤を含んだ水用の流場を形成する。複数のエンボス加工された金属シートパーツを考えると、複数のチャネル９およびチャネル１９は正‐負の関係にある。
【００４８】
図６ａでは、エンドプレート２と終端バイポーラプレート３とは互いに対して第１の相対的位置付けにあり、当該第１の相対的位置付けは、実線による複数の位置決め線１７によって特徴付けられ、ここでもまた、それぞれのビード中心またはエンドプレート上の基準点に対応している。図６ｂでは、図６ａにおけるものと同一のシステム１が示されているが、当該システムは、コーティング４'ａが施された終端バイポーラプレート３がエンドプレート２と密着させられた後のものであり、２つのプレートは、第１の相対的位置付けとは異なる第２の相対的位置付けを示している。図６ｂのこの第２の位置付けは、ビード中心を示す細かい破線による複数の位置決め線１７ｂと、上述された基準点を示すより太い破線による複数の位置決め線１７ａとによって示されている。図６ｂにおける第２の相対的位置付けにある２つのプレート２およびプレート３が、図６ａにおける第１の相対的位置付けと比べてｘ方向に沿ってシフトしていることは明らかである。例えば最大２ｍｍである全シフトの半分のみが積層体の個々の外縁に起因する。ここで再び、このシフトの原因は、温度変化における、プラスチック製のエンドプレート２とステンレス鋼製の終端バイポーラプレート３との異なる熱膨張にある。
【００４９】
エンドプレート１０２および終端バイポーラプレート１０３の相対的なシフトの結果としてシーリングデバイスが終端バイポーラプレートから変位させられ、ビードから引き離された図５ｂの文脈において説明された状況以外に、図６ａおよび図６ｂの例においてコーティング４'ａおよび構造体４''を有する本発明に係るシーリングデバイス４は、シーリングデバイス４に沿った摩擦力の減少により、コーティング４'ａが変形することもコーティングがビード７から剥離および除去されることもなく、シーリングデバイス４のシーリング機能がエンドプレート２および終端バイポーラプレート３の摺動の間ずっと維持されることを可能にする。ここで、シーリングデバイスは、エンドプレート２および終端バイポーラプレート３がシーリングデバイス４を介して摺動接触するように実現される。公知のシステムと比べて、シーリングデバイスの寿命および信頼性はこのようにして大幅に改善される。
【００５０】
図７ａおよび図７ｂは、図６ａおよび図６ｂに示された本発明に係るシステム１の実施形態の変形例を示している。描写に関して、当該図面は、図６ａの破線による矩形Ａで囲まれた領域に対応する部分のみが示されているという点で図６ａおよび図６ｂとは異なっている。以下のその他の図面もこの領域に限定されている。技術的詳細に関して、コーティング４'ａがエンドプレート２の終端バイポーラプレート３に面する表面上に施されており、ビード７のエンドプレート２の方を向いた表面が上述された構造体を有するという点においてのみ、図６ａおよび図６ｂに示されたシステムと異なっている。図７ａおよび図７ｂのコーティング４'ａおよび構造体４''は、図６ａおよび図６ｂの文脈において説明されたものと同じにように特徴付けられ、実現または製造され得る。図７ａおよび図７ｂにおける変形例では、エンドプレート２および終端バイポーラプレート３は、摺動配置にあり、かつ本発明に係るシーリングデバイス４を介して互いにシーリング接触している。
【００５１】
シーリングデバイス４の更なる変形例が、１つは図８ａ／図８ｂに、もう１つは図８ｃ／図８ｄに示されている。両方の場合において、シーリングデバイスは、エンドプレート２と終端バイポーラプレート３との間にｚ方向に配置された２つの層４'ａおよび４'ｂを有するコーティングを備える。ここで層４'ａは、これもまたスクリーン印刷されている。層４'ａは、図８ａおよび図８ｂではビード７のエンドプレートに面する表面上に配置され、図８ｃおよび図８ｄではエンドプレート２の終端バイポーラプレート４に面する表面上に配置されている。図８ａおよび図８ｂにおいて、層４'ａ上に追加の層４'ｂが印刷、接着、または積層されている。図８ｃおよび図８ｄにおいて、層４'ａ上に追加の層４'ｂが印刷、接着、または積層されている。追加の層４'ｂもまた、例えば、グラファイト、ＭｏＳ２、またはフッ素重合体を含む摺動層であってよい。層４'ｂはまた、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、ＰＴＦＥ、またはポリエステルを含む高分子フィルムであってよい。
【００５２】
図８ａ／８ｂでは、シーリングデバイス４を形成すべく、層４'ｂと接触している、または層４'ｂと接触させられる、エンドプレート２の終端バイポーラプレート３に面する表面の領域には、上述された種類の構造体４''が設けられる。同様に、ビード７のエンドプレート２の方を向いた表面の領域は、層４'ｂと接触している、または層４'ｂと接触させられるシーリングデバイス４を形成すべく、同等なやり方（図８ｃ／図８ｄの参照番号４''を参照されたい）で更に構造化されるのが好ましい。層４'ａおよび層４'ｂ、更に、もし与えられている場合は構造体４''も、共に本発明に係るシーリングデバイス４を形成する。ここで、研削、ラッピング、研磨、電解研磨、および／またはホーニングによって実現され得る、上述の任意の構造体は、層４'ｂに対する摺動摩擦の低減をもたらす。
【００５３】
本発明に係るシステム１の更なる実施形態が図９ａおよび図９ｂに示されている。ここで再び、本発明に係るシーリングデバイス４は、ビード７のエンドプレート２に面する表面上に印刷されたマイクロシーリング３４を備える。このマイクロシーリング３４は、例えば、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＦＰＭ、または同等なゴムなどのエラストマーから成り、通常、本発明の意味での明らかな摺動用添加剤は何も含まない。故に、組成に関して、マイクロシーリング３４は従来技術の文脈で言及されたコーティング１０４に相当していてよい。加えて、シーリングデバイス４は、エンドプレート２の終端バイポーラプレート３の方を向いた表面上の凹部１８に少なくとも部分的に差し込まれたシーリング要素４'''ａを備える。凹部１８は、溝またはチャネルとして実現されてよい。ここで、凹部は通路孔１１を取り囲んでいる。凹部は、ｘ−ｙ平面において閉ループを、例えば環状溝として形成してよい。シーリング要素４'''ａは、高分子系シーリングシステム、例えば、シーリングリング、複数のタンジェンシャルリング、またはリングのチェーンとして実現されるのが好ましい。シーリング要素４'''ａは、凹部１８に挿入される、または凹部１８の中に成形されてよい。図９ａおよび図９ｂの例では、シーリングデバイス４は更に、エンドプレート２と終端バイポーラプレート３との間、具体的には、シーリング要素４'''ａとマイクロシーリング３４との間に、ｚ方向に配置された金属中間プレート４'''ｂを備える。中間プレート４'''ｂの材料の熱膨張係数は、終端バイポーラプレート３の材料の熱膨張係数と等しい、または本質的に等しいことが好ましい。これらは、例えば、最大でも１０パーセント、または、より好ましくは最大でも５パーセントの熱膨張係数差を示す。
【００５４】
シーリング要素４'''ａは中間プレート４'''ｂ上に配置されている、および／または、中間プレート４'''ｂは、シーリング要素４'''ａと中間プレート４'''ｂとの間の摺動がｚ軸に対して横方向に可能となるように、シーリング要素４'''ａとマイクロシーリング３４との間に配置されている。中間プレート４'''ｂが形成される材料と終端バイポーラプレート３が形成される材料とが同等な熱膨張係数であれば、シーリング要素４'''ａの中間プレート４'''ｂに対する摺動シフトがあるにも関わらず、マイクロシーリング３４の、中間プレート４'''ｂのビードに対する横方向シフトは起こらない。これにより、隣接する中間プレート４'''ｂ上へのマイクロシーリング３４の付着が防止され、このように、マイクロシーリング３４のシーリングビード７からの変位は常に抑止される。故に、シーリングデバイス４は、少なくとも、シーリング要素４'''ａ、中間プレート４'''ｂ、およびマイクロシーリング３４、好ましくは更に凹部１８を備える。ここで再び、シーリング要素４'''ａと中間プレート４'''ｂとの間が摺動配置であれば、エンドプレート２および終端バイポーラプレート３は、シーリングデバイスを介して密着し、摺動を可能にする方式で配置される。中間プレート４'''ｂとエンドプレート２との間のシーリングは、シーリング要素４'''ａを介して、シーリング要素４'''ａが力のバイパス内にある状態で実現されるのが好ましい。
【００５５】
本発明に係るシーリングデバイス４は、終端バイポーラプレート３およびエンドプレート２の相対的なシフトが、ｘ−ｙ平面における終端バイポーラプレート３の最大延伸の最大８パーミルに相当する場合、大きく温度が変化する間でも確実にそのシーリング機能を維持するように実現される。
［参照符号のリスト］
１  電気化学システム
２  第１のエンドプレート
３  第１の終端バイポーラプレート
４  シーリングデバイス（全体として）
４'ａ  シーリングデバイス（単層コーティングとして）
４'ａ，４'ｂ  シーリングデバイス（多層コーティングとして）
４''  シーリングデバイス（エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートの構造体として）
４'''ａ  シーリングデバイス（本明細書において：シーリング要素  Ｏリング）
４'''ｂ  シーリングデバイス（本明細書において：中間プレートとして形成されたシーリング要素）
５  コネクタ
６  電気化学的活性領域／流場
７  終端バイポーラプレートのビード
８  ガス拡散層など
９  終端バイポーラプレートのチャネル
１０  電流コレクタ（フレーム状中間プレートに挿入された）
１１  通路孔
１２  補強インサート
１３  第２のエンドプレート
１４  燃料電池積層体
１５  第２の終端バイポーラプレート
１６  開口部
１７  位置決め線
１８  凹部
１９  冷却剤チャネル
２０  ＭＥＡ
２４  摺動促進添加物を含まないコーティング
２５、２５'  ポート
３４  マイクロシーリング
４０  バイポーラプレート
４１，４２  バイポーラプレート内のビード通路
４３ａ，４３ｂ  ハーフプレート
４７  バイポーラプレートのビード
８８  内部に分配された反応媒体を含まないガス拡散層
【図１】
2017509123.tif 000003
【図２ａ】
2017509123.tif 000004
【図２ｂ】
2017509123.tif 000005
【図２ｃ】
2017509123.tif 000006
【図３】
2017509123.tif 000007
【図４ａ−４ｂ】
2017509123.tif 000008
【図５ａ】
2017509123.tif 000009
【図５ｂ】
2017509123.tif 000010
【図６ａ】
2017509123.tif 000011
【図６ｂ】
2017509123.tif 000012
【図７ａ】
2017509123.tif 000013
【図７ｂ】
2017509123.tif 000014
【図８ａ】
2017509123.tif 000015
【図８ｂ】
2017509123.tif 000016
【図８ｃ】
2017509123.tif 000017
【図８ｄ】
2017509123.tif 000018
【図９ａ】
2017509123.tif 000019
【図９ｂ】
2017509123.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月17日(2016.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、前記終端バイポーラプレートの材料および前記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、前記シーリングデバイスは、温度変化中、シーリング機能がまた、前記シーリングデバイスに沿った前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの摺動によって与えられ、前記シーリングデバイスの変形のみによっては与えられないように設計されている、電気化学システム。
【請求項２】
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、前記終端バイポーラプレートの材料および前記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、前記シーリングデバイスは、温度変化中、前記シーリングデバイスと前記エンドプレートとの間のシーリング機能がまた、前記シーリングデバイスに沿った前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの摺動によって与えられるように設計されている、電気化学システム。
【請求項３】
前記シーリングデバイスは、前記終端バイポーラプレートのポートの周囲および電気化学的活性領域の周囲のうち少なくとも１つの領域に配置されている、請求項１または２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
前記シーリングデバイスの複数の要素は、前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの表面の上に全面に、または部分的に延在し、前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートの厚さ全体を貫通しないように設計されている、請求項１から３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項５】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの単層のコーティングまたは多層のコーティングとして実現され、前記コーティングの材料は、グラファイトおよびＭｏＳ２のうち少なくとも１つなどの複数のフッ素重合体および複数の摺動向上添加物のうち少なくとも１つを含み、前記コーティングは積層されている、または接着されており、前記コーティングは、ＰＴＦＥ、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、およびポリエステルのうち少なくとも1つを好ましくは含む高分子フィルムとして実現される、請求項１から４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項６】
前記コーティングは、スクリーン印刷またはロール印刷またはスプレー被膜のコーティングとして実現され、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＭｏＳ２、ワックス、フッ素化ワックス、シリコーン、およびシリコーン油のうち少なくとも１つなどの複数の摺動促進添加物が前記コーティングに含まれる、請求項５に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの構造体として実現され、前記エンドプレートおよび前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つの前記構造体は、アブレーション法によって、特に、研削、ラッピング、研磨、電解研磨、およびホーニングのうち少なくとも１つによって製造される、請求項１から４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記シーリングデバイスは、前記エンドプレートに差し込まれたシーリング要素を有し、更に中間プレートを有し、前記中間プレートは、前記中間プレートが前記シーリング要素上に摺動的に配置されるように配置されており、前記中間プレートは、前記終端バイポーラプレートと前記エンドプレートとの間に配置されている、請求項１から４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記中間プレートの熱膨張係数は、前記終端バイポーラプレートの熱膨張係数と同一、または本質的に同一であり、前記中間プレートと前記エンドプレートとの間の前記シーリングは、好ましくはハードストップ構成で、モールドインされた、挿入された、または、モールドインおよび挿入されたシーリングシステムにより、特には、一体的な高分子系シーリングシステムにより実現され、前記中間プレートは、前記終端バイポーラプレートの表面全体にわたり延在する、またはフレームとして実現される、請求項８に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記終端バイポーラプレートの熱膨張係数は前記エンドプレートの熱膨張係数より小さい、請求項１から９の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１１】
前記シーリングデバイスは、十分なシーリング機能を維持しつつ、終端バイポーラプレートとシーリングデバイスとの間の接触ゾーンの領域における摺動によって、前記エンドプレートの最大横方向延伸方向において、前記横方向延伸長の最大８パーミルの横方向調整が可能となるように設計される、請求項１から１０の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１２】
前記シーリングデバイスは、それが、前記終端バイポーラプレートのビードと接触させられ得るように設計される、請求項１から１１の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１３】
積層方向において、好ましくは複数の電池の電気化学的活性領域の前記領域において、少なくとも１つの更なる要素が、高さの調整および圧縮力の伝達のうち少なくとも１つのために前記エンドプレートと前記終端バイポーラプレートとの間に配置される、請求項１から１２の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１４】
中間プレート、電流コレクタプレート、および前記終端バイポーラプレートのうち少なくとも１つは、本質的に金属から作製される、請求項１から１３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１５】
前記エンドプレートは、複数の流体および冷却剤のうち少なくとも１つを前記終端バイポーラプレートに供給するための複数の通路孔を有し、前記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは補強インサートを含まず、前記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは、補強インサートを含み、前記補強インサートは、前記エンドプレートの全高にわたって延在しない、請求項1から１４の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１６】
前記電気化学システムは、燃料電池システム、電気化学コンプレッサシステム、または電解槽である、請求項１から１５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明に係るシーリングデバイス４は、終端バイポーラプレート３およびエンドプレート２の相対的なシフトが、ｘ−ｙ平面における終端バイポーラプレート３の最大延伸の最大８パーミルに相当する場合、大きく温度が変化する間でも確実にそのシーリング機能を維持するように実現される。
本発明の主題は、とりわけ、以下の項目を含む。
［項目１］
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、上記エンドプレートと上記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、上記終端バイポーラプレートの材料および上記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、上記シーリングデバイスは、温度変化中、シーリング機能がまた、上記シーリングデバイスに沿った上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの摺動によって与えられ、上記シーリングデバイスの変形のみによっては与えられないように設計されている、電気化学システム。
［項目２］
少なくとも１つのエンドプレートと、終端バイポーラプレートと、上記エンドプレートと上記終端バイポーラプレートとの間に配置されたシーリングデバイスとを備え、上記終端バイポーラプレートの材料および上記エンドプレートの材料は、異なる熱膨張係数を有しており、上記シーリングデバイスは、温度変化中、上記シーリングデバイスと上記エンドプレートとの間のシーリング機能がまた、上記シーリングデバイスに沿った上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの摺動によって与えられるように設計されている、電気化学システム。
［項目３］
上記シーリングデバイスは、上記終端バイポーラプレートのポートの周囲および／または電気化学的活性領域の周囲の領域に配置されている、項目１または２に記載の電気化学システム。
［項目４］
上記シーリングデバイスの複数の要素は、上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの表面の上に全面に、または部分的に延在する、項目１から３の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目５］
上記シーリングデバイスは、上記エンドプレートの厚さ全体を貫通しないように設計されている、項目１から４の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目６］
上記シーリングデバイスは、上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの単層のコーティングまたは多層のコーティングとして実現される、項目１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目７］
上記コーティングの材料は、グラファイトおよび／またはＭｏＳ２などの複数のフッ素重合体および／または複数の摺動向上添加物を含む、項目６に記載の電気化学システム。
［項目８］
上記コーティングは積層されている、または接着されている、項目６または７に記載の電気化学システム。
［項目９］
上記コーティングは、ＰＴＦＥ、ＰＩ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、および／またはポリエステルのうち少なくとも１つを好ましくは含む高分子フィルムとして実現される、項目６から８の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目１０］
上記コーティングは、スクリーン印刷またはロール印刷またはスプレー被膜のコーティングとして実現される、項目６または７に記載の電気化学システム。
［項目１１］
グラファイト、ＰＴＦＥ、ＭｏＳ２、ワックス、フッ素化ワックス、シリコーン、および／またはシリコーン油などの複数の摺動促進添加物が上記コーティングに含まれる、項目１０に記載の電気化学システム。
［項目１２］
上記シーリングデバイスは、上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの構造体として実現される、項目１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目１３］
上記エンドプレートおよび／または上記終端バイポーラプレートの上記構造体は、アブレーション法によって、特に、研削、ラッピング、研磨、電解研磨、および／またはホーニングによって製造される、項目１２に記載の電気化学システム。
［項目１４］
上記シーリングデバイスは、上記エンドプレートに差し込まれたシーリング要素を有し、更に中間プレートを有し、上記中間プレートは、上記中間プレートが上記シーリング要素上に摺動的に配置されるように配置されている、項目１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目１５］
上記中間プレートは、上記終端バイポーラプレートと上記エンドプレートとの間に配置されている、項目１４に記載の電気化学システム。
［項目１６］
上記中間プレートの熱膨張係数は、上記終端バイポーラプレートの熱膨張係数と同一、または本質的に同一である、項目１４または１５に記載の電気化学システム。
［項目１７］
上記中間プレートと上記エンドプレートとの間の上記シーリングは、好ましくはハードストップ構成で、モールドインされたおよび／または挿入されたシーリングシステムにより、特には、一体的な高分子系シーリングシステムにより実現される、項目１４から１６の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目１８］
上記中間プレートは、上記終端バイポーラプレートの表面全体にわたり延在する、またはフレームとして実現される、項目１４から１７の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目１９］
上記終端バイポーラプレートの熱膨張係数は上記エンドプレートの熱膨張係数より小さい、項目１から１８の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２０］
上記終端バイポーラプレートの熱膨張係数は、５×１０−６／Ｋと３×１０−５／Ｋとの間、好ましくは、１×１０−５／Ｋと２×１０−５／Ｋとの間である、項目１から１９の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２１］
上記エンドプレートの熱膨張係数は、２×１０−５／Ｋより大きく、好ましくは、５×１０−５／Ｋより大きいか、またはこれに等しい、項目１から２０の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２２］
上記シーリングデバイスは、十分なシーリング機能を維持しつつ、終端バイポーラプレートとシーリングデバイスとの間の接触ゾーンの領域における摺動によって、上記エンドプレートの最大横方向延伸方向において、上記横方向延伸長の最大８パーミルの横方向調整が可能となるように設計される、項目１から２１の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２３］
上記シーリングデバイスは、それが、上記終端バイポーラプレートのビードと接触させられ得るように設計される、項目１から２２の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２４］
積層方向において、好ましくは複数の電池の電気化学的活性領域の上記領域において、少なくとも１つの更なる要素が、高さを調整および／または圧縮力の伝達のために上記エンドプレートと上記終端バイポーラプレートとの間に配置される、項目１から２３の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２５］
上記終端バイポーラプレートの上記電気化学的活性領域において、蛇行した、並列の、真っすぐな、直線状の、および／または波状の複数のチャネルを有する領域が与えられる、項目１から２４の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２６］
質量に関して、および／または体積に関して、上記エンドプレートは本質的にプラスチックから成り、上記エンドプレートの基体はプラスチックから成る、項目１から２５の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２７］
中間プレート、電流コレクタプレート、および／または上記終端バイポーラプレートは、本質的に金属から作製される、項目１から２６の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２８］
上記終端バイポーラプレートはエンボス加工された金属シートパーツとして実現される、項目１から２７の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目２９］
上記エンドプレートは、複数の流体および／または冷却剤を上記終端バイポーラプレートに供給するための複数の通路孔を有する、項目1から２８の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目３０］
上記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは補強インサートを含まない、項目２９に記載の電気化学システム。
［項目３１］
上記複数の通路孔のうちの少なくとも１つは、補強インサートを含み、上記補強インサートは、上記エンドプレートの全高にわたって延在しない、項目２９または３０に記載の電気化学システム。
［項目３２］
上記電気化学システムは、２つのエンドプレートを備え、終端バイポーラプレートが上記２つのエンドプレートの各々に隣接し、複数のバイポーラプレートが上記２つのエンドプレート間に存在する、項目１から３１の何れか一項に記載の電気化学システム。
［項目３３］
上記電気化学システムは、燃料電池システム、電気化学コンプレッサシステム、または電解槽である、項目１から３２の何れか一項に記載の電気化学システム。
［参照符号のリスト］
１  電気化学システム
２  第１のエンドプレート
３  第１の終端バイポーラプレート
４  シーリングデバイス（全体として）
４'ａ  シーリングデバイス（単層コーティングとして）
４'ａ，４'ｂ  シーリングデバイス（多層コーティングとして）
４''  シーリングデバイス（エンドプレートおよび／または終端バイポーラプレートの構造体として）
４'''ａ  シーリングデバイス（本明細書において：シーリング要素  Ｏリング）
４'''ｂ  シーリングデバイス（本明細書において：中間プレートとして形成されたシーリング要素）
５  コネクタ
６  電気化学的活性領域／流場
７  終端バイポーラプレートのビード
８  ガス拡散層など
９  終端バイポーラプレートのチャネル
１０  電流コレクタ（フレーム状中間プレートに挿入された）
１１  通路孔
１２  補強インサート
１３  第２のエンドプレート
１４  燃料電池積層体
１５  第２の終端バイポーラプレート
１６  開口部
１７  位置決め線
１８  凹部
１９  冷却剤チャネル
２０  ＭＥＡ
２４  摺動促進添加物を含まないコーティング
２５、２５'  ポート
３４  マイクロシーリング
４０  バイポーラプレート
４１，４２  バイポーラプレート内のビード通路
４３ａ，４３ｂ  ハーフプレート
４７  バイポーラプレートのビード
８８  内部に分配された反応媒体を含まないガス拡散層
【国際調査報告】
2017509123.tif 000021
2017509123.tif 000022
2017509123.tif 000023