(57)【要約】電気化学セルで使用するための流れ場が開示される。流れ場は、入口ポートを包含する多孔質金属構造と、該構造に型押しされた複数のチャネルとを包含する。複数のチャネルは、該入口ポートと流体連通して、反応物ガスを受け取り、隣接するチャネル間の該多孔質金属構造全体に該反応物ガスを拡散させるように設計されている。【選択図】図５
2017525094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルで使用するための流れ場であって、
入口ポートを含む多孔質金属構造と；
該構造に型押しされた複数の機構であって、該入口ポートと流体連通して、反応物ガスを受け取り、隣接する機構間の該多孔質金属構造を通って該反応物ガスが流れるように設計されている、複数の機構と
を含む、上記流れ場。
【請求項２】
前記多孔質金属構造は、金属発泡体を含む、請求項１に記載の流れ場。
【請求項３】
前記構造は、第１の縁部および第２の縁部を包含し、ここで前記入口ポートは、該第１の縁部に配置されており、出口ポートは、該第２の縁部に配置されている、請求項１に記載の流れ場。
【請求項４】
前記複数の機構は、複数のチャネルである、請求項１に記載の流れ場。
【請求項５】
前記複数のチャネルの第１のセットは、前記複数のチャネルの第２のセットからオフセットされており、前記複数のチャネルの第１のセットおよび前記複数のチャネルの第２のセットは、前記多孔質金属構造中で終結している、請求項４に記載の流れ場。
【請求項６】
前記複数のチャネルのそれぞれは、半円形の断面を有し、前記複数のチャネルの第１のセットは、前記複数のチャネルの第２のセットに対して交互の配列を有する、請求項４に記載の流れ場。
【請求項７】
前記複数のチャネルのそれぞれにつき、くぼみが形成されている、請求項４に記載の流れ場。
【請求項８】
前記複数のチャネルは、ジグザグ配置を有する、請求項４に記載の流れ場。
【請求項９】
前記複数のチャネルは、クロスハッチ配置を形成するように配列されている、請求項４に記載の流れ場。
【請求項１０】
前記複数のチャネルのそれぞれは、半円形の断面を有し、前記複数のチャネルの第１のセットは、前記複数のチャネルの第２のセットに比べて交互の配列を有する、請求項４に記載の流れ場。
【請求項１１】
複数のランドをさらに含み、各ランドは、前記金属構造に型押しされた隣接する機構間に配置されている、請求項１に記載の流れ場。
【請求項１２】
前記複数の機構は、均一に分配されており、流れ場全体にわたる圧力降下が制御されるようなサイズを有する、請求項１に記載の流れ場。
【請求項１３】
前記複数の機構は、不均一に分配されており、ガス流を選択的に曲げさせるように設計されている、請求項１に記載の流れ場。
【請求項１４】
第１のバイポーラプレートと；
第２のバイポーラプレートと；
カソード、アノード、および該カソードと該アノードとの間に配置された高分子膜を含む膜電極接合体と；
該第１のバイポーラプレートおよび該第２のバイポーラプレートのうち１つと該膜電極接合体との間に配置された少なくとも１つの流れ場であって、複数のチャネルが型押しされた多孔質金属構造で形成されている、流れ場と
を含む、上記電気化学セル。
【請求項１５】
前記表面は、前記膜電極接合体に面する、長手方向に延びる表面である、請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記多孔質金属構造は、金属発泡体を含む、請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記流れ場は、前記複数のチャネルのそれぞれの間に配置された複数のランドを含み、ここで該複数のランドおよび前記複数のチャネルは、前記電気化学セルの厚さを低減するようなサイズを有する、請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
電気化学セルで使用するための、開放型で多孔質である流れ場を製造する方法であって、
約７０％より高い空隙容量を有する多孔質金属材料を選択すること；および
該金属材料に、複数のチャネルを型押しすること
を含む、上記方法。
【請求項１９】
前記多孔質金属材料は、金属発泡体を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属材料の向かい合った縁部に入口ポートおよび出口ポートが提供されており、ここで前記複数のチャネルは、該入口ポートおよび該出口ポートと流体連通するように配列されている、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本出願は、参照によりその全体が開示に組み入れられる２０１４年６月２７日付けで出願された米国仮出願第６２／０１７，９４３号の利益を主張する。
[002]本発明の開示は、電気化学セル、特に、電気化学セルで使用するための流れ場の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
[003]電気化学セルは、通常、燃料電池または電解セルとして分類されるが、化学反応により電流を生成したり、または電流の流れを使用して化学反応を誘導したりするために使用されるデバイスである。燃料電池は、燃料（例えば、水素、天然ガス、メタノール、ガソリンなど）および酸化剤（空気または酸素）の化学エネルギーを、電気と、熱および水である廃棄物とに変換する。基本的な燃料電池は、負電荷を有するアノード、正電荷を有するカソード、および電解質と呼ばれるイオン伝導性材料を含む。
【０００３】
[004]様々な燃料電池技術において様々な電解質材料が利用されている。プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、例えば、電解質として高分子のイオン伝導性膜を利用している。水素ＰＥＭ燃料電池において、水素原子は、アノードで電気化学的に電子とプロトン（水素イオン）に分離される。次いで電子はカソードへの回路を通って流れて電気を発生させ、その一方でプロトンは電解質膜を介してカソードに拡散する。カソードでは、水素のプロトンが（カソードに供給された）電子および酸素と化合して、水および熱を生成する。
【０００４】
[005]電解セルは、逆に稼働する燃料電池の代表である。基本的な電解セルは、外部の電位が適用されると水を水素と酸素ガスとに分解することによって水素発生器として機能する。水素燃料電池または電解セルの基本的な技術は、例えば電気化学的な水素の圧縮、精製、または膨張などの電気化学的な水素の操作に適用することができる。電気化学的な水素の操作は、水素の管理に従来使用されていた機械システムに対する実用的な代替物として出現した。エネルギー担体としての水素の商業化の成功および「水素経済」の長期的持続可能性は、燃料電池、電解セル、および他の水素操作／管理システムの効率および費用対効果に大きく依存する。
【０００５】
[006]一つの燃料電池は、作動中、一般的に約１ボルトを生成することができる。望ましい量の電力を得るには、個々の燃料電池を組み合わせて燃料電池スタックを形成し、この場合、燃料電池は連続して一緒にスタックされる。各燃料電池は、カソード、電解質膜、およびアノードを包含し得る。カソード／膜／アノード接合体は、「膜電極接合体」または「ＭＥＡ」を構成し、これは、典型的に両方の側でバイポーラプレートにより支持される。反応物ガス（水素および空気または酸素）は、流れ場として知られているプレート中に形成されたチャネルまたは溝を介してＭＥＡの電極に供給される。機械的な支持体を提供することに加えて、バイポーラプレート（また、流れ場プレートまたはセパレータープレートとしても知られている）は、スタック中の個々のセルを電気的に連結しつつ物理的に分離する。典型的な燃料電池スタックは、燃料および酸化剤をそれぞれアノードおよびカソードの流れ場に向かわせるためにマニホールドおよび入口ポートを包含する。また燃料電池スタックは、過量のガスおよび冷却水を排出するための排気マニホールドおよび出口ポートも包含する。
【０００６】
[007]図１は、従来技術のＰＥＭ燃料電池１０の様々な構成要素を示す概略的な分解組立図である。例示されているように、バイポーラプレート２は、アノード７Ａ、カソード７Ｃ、および電解質膜８を含む「膜電極接合体」（ＭＥＡ）の両側に配置されている。アノード７Ａに供給された水素原子は、電気化学的に電子とプロトン（水素イオン）とに分けられる。電子は、電気回路を介してカソード７Ｃに流れ、その過程で電気を発生させ、それと同時にプロトンは電解質膜８を介してカソード７Ｃに移動する。カソードでは、プロトンを（カソードに供給された）電子および酸素と化合させて、水および熱を生成する。
【０００７】
[008]加えて、従来技術のＰＥＭ燃料電池１０は、ＭＥＡの両側のセル内に導電性ガス拡散層（ＧＤＬ）５を包含する。ガス拡散層５は、セル内のガスおよび液体の輸送を可能にする拡散媒体として機能し、バイポーラプレート２と電解質膜８との間で電気伝導をもたらし、セルから熱やプロセス水を除去するのに役立ち、場合によっては電解質膜８への機械的な支持体を提供する。ガス拡散層５は、電解質膜に面する側に電極７Ａおよび７Ｃがコーティングされた織布または不織のカーボンクロスを含んでいてもよい 。場合によっては、電極触媒材料は、隣接するＧＤＬ５または電解質膜８のいずれかの上にコーティングされていてもよい。
【０００８】
[009]一般的に、炭素繊維ベースのガス拡散層は、特にこれらの材料の限定的な構造的特性のために、高差圧セルの性能要件を満たさない。それゆえに、いくつかの高圧電気化学セルは、従来のＧＤＬと組み合わせて、またはその代替物として、「フリットタイプ」の高密度に焼結された金属、スクリーンパック、またはエキスパンドメタルを使用して、バイポーラプレート２中に形成された従来のランドチャネル型の流れ場４と組み合わせてＭＥＡに構造的な支持体を提供する。層状の構造（すなわち、スクリーンパックおよびエキスパンドメタル）は、高差圧での作動に好適な比較的厚い構造を提供する。しかしながら、これらは、例えば、高い接触抵抗、高い流れ抵抗、大きいセルピッチなどの他の性能上の不利益を引き込む。これらの層状の構造の物理的な制限を克服するために、３次元の多孔質金属構造は、高差圧電気化学セルにおける従来のランドチャネル型の流れ場４およびＧＤＬ５の代替物として使用することができる。
【０００９】
[010]多孔質金属の流れ場を使用した電気化学セルにおいて、電解質膜の各側における反応物ガスは、多孔質金属の流れ場を介して流れ、電解質膜に到達する。従来のランドチャネル型の流れ場のように、これらの多孔質金属構造は、個々の燃料電池の高い性能が達成されるように、反応物ガスの電極への均等な分配を促進することが望ましい。加えて、別の状況で燃料電池スタックによって発生した電気エネルギーの一部を消費する可能性がある反応物ガス流中の過剰な圧力降下を引き起こさないこと、および燃料電池スタックの全体的な効率を低くしないことが望ましい。そのようなものとして、電気化学セルと共に使用される多孔質金属の流れ場の設計を改善する挑戦が続いている。
【００１０】
[011]燃料電池スタックの全体的な性能および出力密度を改善する１つの方法は、燃料電池スタックの隣接するセル間のピッチ（すなわち、間隔）を低減することであり得る。多孔質金属の流れ場を採用するセルの場合、セルのピッチは、それぞれ個々の燃料電池の流れ場の厚さを低減することによって低減することができる。しかしながら、燃料電池スタックへの負荷を増加させ得る反応物ガス流中の過剰な圧力降下を引き起こさないでこれを達成することは、難しい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[012]特に、流れ場の入口マニホールドに供給された反応物ガス（例えば、酸素）を加圧して各流れ場全体にわたる圧力降下を克服するために、燃料電池スタックは空気圧縮機と連結され得る。空気圧縮機によって消費される電力は一般的に看過できないほどであり、正味１１０ｋＷのシステムの場合約２０ｋＷに達し得る。スタックと連結される空気圧縮機によって消費される電力の量を調節するために、反応物ガス流中の圧力降下を制御することが望ましい。これは、電気化学セルと共に使用される流れ場の設計をしばしば制限する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[013]本発明の開示は、電気化学セルと共に使用するための流れ場の設計に関する。特に、本発明の開示は、燃料電池スタックの全体的な性能および出力密度を改善するための、電気化学セルで使用するための多孔質金属の流れ場の設計に関する。これらのデバイスは、燃料電池、電解セル、および水素圧縮機などの高差圧下で作動する電気化学セルにおいて使用することができるが、これらに限定されない。
【００１３】
[014]本発明の開示の例示的な実施態様において、流れ場は、金属発泡体または他の多孔質金属基材を使用して製造される。チャネルは、反応物ガスが流動できる多孔質金属の流れ場の表面に提供され、そのため、他の多孔質金属の流体場構造と比較して、多孔質金属の流れ場全体にわたる圧力降下を低減することができる。これは、燃料電池スタックに供給されたガスを圧縮するのに必要なエネルギー量を増加させることなく燃料電池スタックの他のパラメーターを改変することを可能にする。
【００１４】
[015]本発明の開示の実施態様によれば、多孔質金属の流れ場の厚さは、燃料電池スタックの入口マニホールドに供給された反応物ガスの圧力に影響を与えることなく、他の多孔質金属の流体場構造と比較して低減させることができる。それぞれ個々の燃料電池の厚さを低減することによって、セルのピッチ（すなわち、隣接するセル間の間隔）を低減することができ、燃料電池スタックに追加のセルを加えて、燃料電池スタックの全体的な出力密度および性能を改善することができる。
【００１５】
[016]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に説明的なものにすぎず、特許請求された開示を限定しないと理解されるものとする。
[017]添付の図面は、本明細書に取り入れられ本明細書の一部を構成し、本発明の開示の実施態様を例示し、その記載と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】[018]図１は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池の様々な構成要素を示す概略分解組立図を示す。
【図２】[019]図２は、本発明の開示の例示的な実施態様に係る電気化学セルの一部の概略図である。
【図３】[020]図３は、本発明の開示の実施態様に係る流れ場の側面図である。
【図４Ａ】[021]図４Ａは、複数のチャネルがない流れ場の断面図である。
【図４Ｂ】[022]図４Ｂは、本発明の開示の実施態様に係る複数のチャネルを有する流れ場の断面図である。
【図５】[023]図５中、図５Ａ〜図５Ｅは、本発明の開示の実施態様に係る複数のチャネルの様々な型押しパターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[024]以下、本発明の開示の実施態様について詳細に述べ、その実施例は添付の図面で例示される。可能な限り、サンプルの参照番号は、同じまたは類似の部品を指すために図面全体にわたり使用される。水素、酸素、および水を採用する電気化学セルに関して説明されているが、本発明の開示のデバイスおよび方法は、高差圧下で作動するものなどの様々な種類の電気化学セルと共に採用され得ることが理解される。
【００１８】
[025]図２は、電気化学セル２００の分解組立図を示す。電気化学セル２００は、２つのバイポーラプレート２１０、２２０を包含していてもよい。２つのバイポーラプレート２１０、２２０は、支持体プレートおよびコンダクターとして作用することができる。バイポーラプレート２１０、２２０はまた、電気化学セル２００から熱を除去するために冷却流体（すなわち、水、グリコール、または水とグリコールとの混合物）を循環させるアクセスチャネルを包含していてもよい。バイポーラプレート２１０、２２０は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタン、銅、Ｎｉ−Ｃｒ合金、グラファイトまたは他のあらゆる導電性材料から作製することができる。
【００１９】
[026]バイポーラプレート２１０、２２０に加えて、電気化学セル２００は、膜電極接合体（「ＭＥＡ」）を包含していてもよい。ＭＥＡ２３０は、アノード２３１、カソード２３２、およびプロトン交換膜（「ＰＥＭ」）２３３を含んでいてもよい 。ＰＥＭ２３３は、アノード２３１とカソード２３２との間に配置されて、アノード２３１とカソード２３２とを互いに電気的に絶縁していてもよい。ＰＥＭ２３３は、純粋な高分子膜または複合膜を含み得ることが予期され、その場合、例えばシリカ、ヘテロポリ酸、層状の金属リン酸塩、リン酸塩、およびリン酸ジルコニウムなどの他の材料が、高分子マトリックス中に埋め込まれていてもよい。ＰＥＭ２３３は、電子は伝導させないがプロトンは透過できるものであってもよい。アノード２３１およびカソード２３２は、触媒を含有する多孔質炭素電極層（示されていない）を含んでいてもよい。触媒材料は、例えば、反応速度を増加させることができる白金であってもよい。
【００２０】
[027]図２で例示されているように、カソードの流れ場２４０およびアノードの流れ場２５０は、ＭＥＡ２３０の両脇（flank）に配置されている。カソードの流れ場２４０およびアノードの流れ場２５０は、バイポーラプレート２１０、２２０とＭＥＡ２３０との間に電気伝導を提供することができ、それと同時に電気化学セル２００内のガスおよび液体の輸送のための媒体も提供することができる。加えて、カソードの流れ場２４０およびアノードの流れ場２５０は、ＭＥＡ２３０に機械的な支持体を提供することができる。
【００２１】
[028]カソードの流れ場２４０およびアノードの流れ場２５０は、３次元の多孔質金属構造を含んでいてもよい。ある特定の実施態様において、カソードの流れ場２４０およびアノードの流れ場２５０は、高度に多孔質の金属材料、例えば発泡体、焼結された金属フリット、または他のあらゆる多孔質金属）を圧縮することによって形成することができる。多孔質金属材料は、例えばステンレス鋼、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属、または例えばニッケルクロム合金などの金属合金を含んでいてもよい。いくつかの例示的な実施態様において、金属材料の孔径は、約２０μｍから約１０００μｍの範囲であってもよい。例えば、金属材料の孔径は、約２０μｍから約１０００μｍ、例えば約５０μｍから約１０００μｍ、約２０μｍから約９００μｍなど、約３０μｍから約８００μｍ、約４０μｍから約７００μｍ、約５０μｍから約６００μｍ、約６０μｍから約５００μｍ、約７０μｍから約５００μｍ、約１００μｍから約４５０μｍ、約２００μｍから約４５０μｍ、および約３５０μｍから約４５０μｍの範囲であってもよい。例示的な実施態様において、金属材料の平均孔径は、約４００μｍ、約５００μｍ、または約８００μｍである。さらなる実施態様において、金属材料の空隙容量は、約７０％から約９９％の範囲である。例えば、金属材料の空隙容量は、約７０％から約９８％、例えば約７５％から約９８％、約７５％から約９５％、約７５％から約９０％、約７５％から約８５％、約７０％から約８０％、約７３％から約７７％、約８０％から約９０％、約８３％から約８７％、約９０％から約９９％、および約９３％から約９７％の範囲であってもよい。例示的な実施態様において、金属材料の空隙容量は、約７５％、約８５％、または約９５％であってもよい。
【００２２】
[029]電気化学セル２００は、ＭＥＡ２３０の両側に導電性のガス拡散層（ＧＤＬ）２６０、２７０を追加で包含していてもよい。一部の実施態様において、開示された多孔質金属の流れ場は、従来のＧＤＬと共に使用されてもよい。しかしながら、多孔質金属構造は、典型的にＧＤＬに必要とされる機能を果たし得ることが予期されるため、電気化学セル接合体からＧＤＬをなくす可能性がもたらされる。代替の実施態様において、異なる平均孔径を有する２つの別個の層からなる多孔質金属構造（例えば、より大きい孔が流れ場を構成し、より小さい孔がＧＤＬの代わりとなる）は、ＭＥＡ２３０と接触した状態で設置されてもよい。
【００２３】
[030]図３に、本開示の実施態様に係る流れ場４００の上面図を示す。例示されているように、流れ場４００は、第１の縁部４０２および第２の縁部４０３を規定する長手方向に延びる表面４０１を含む。入口ポート４０４は、第１の縁部４０２に配置されていてもよく、出口ポート４０６は、第２の縁部４０３に配置されていてもよい。入口ポート４０４および出口ポート４０６は、流れ場４００における他のあらゆる位置または構造に配置されていてもよいことが理解されよう。入口ポート４０４および出口ポート４０６は、流れ場４００の厚さにわたり部分的または完全に延びる開口部を含んでいてもよい。入口ポート４０４は、反応物ガス（例えば、燃料、酸素、または空気）を受け取るように設計されていてもよく、出口ポート４０６は、流れ場４００から消耗したガスを除去するように設計されていてもよい。いくつかの代替の実施態様において、入口ポート４０４は、電気化学セル２００のバイポーラプレート２１０、２２０中に形成されていてもよい。
【００２４】
[031]例示されているように、複数の機構、例えば、チャネル４０８が、流れ場４００の構造または表面内に形成されていてもよい。一部の実施態様において、複数のチャネル４０８は、バイポーラプレートに向かいＧＤＬから離れる方向に延びる流れ場４００の表面上に形成されていてもよい。複数のチャネル４０８が、入口ポート４０４と流体連通して、セルから反応物ガスを受け取ることができ、および／または出口ポート４０６と流体連通して、セルから消耗したガスを除去することができる。さらに、複数のチャネル４０８は、流れ場４００全体にわたり反応物ガスを分配させるために、流体の流れへの障害物を実質的に含んでいなくてもよい。
【００２５】
[032]複数のチャネル４０８は、流れ場４００の構造内または表面４０１上に形成されて、第１の縁部４０２（例えば、流れ場４００の先端）から第２の縁部４０３（例えば、流れ場４００の末端）に延びていてもよい。複数のチャネル４０８は、流れ場４００の表面４０１上にあらゆる公知の配列を有していてもよい。例えば、複数のチャネル４０８は、蛇行した、直線的に平行な、波型の、ジグザグの、またはお互いにかみ合う（interdigitated）配置を有していてもよい。さらに、複数のチャネル４０８は、第１の縁部４０２から第２の縁部４０３にわたり完全にまたは部分的に延びていてもよい。チャネル４０８の他の配列および断面図も予期される。
【００２６】
[033]複数のチャネル４０８は、例えば、複数のチャネル４０８それぞれの長さに沿って反応物ガスを分配するために、あらゆる好適な幅、断面積、深さ、形状、および／または配置を有していてもよい。隣接するチャネル４０８間に、ランド４１０（図３Ｃ）が配置されていてもよい。ランド４１０は、あらゆる好適な幅、断面積、高さ、形状および／または配置を有していてもよい。一部の実施態様において、隣接するチャネル間のランド４１０も同じ幅を有することができるように、複数のチャネル４０８を流れ場４００の幅全体にわたり均一に分配させることができる。一部の実施態様において、複数のチャネル４０８を不均一に分配させ、ガス流を優先的に曲げさせて、セルの性能を最適化するように設計することができる。ある特定の他の実施態様において、複数のチャネル４０８は、流れ場４００の幅全体にわたり異なる形状および／または断面積を有していてもよいことが予期される。これらの実施態様において、隣接するランド４１０の幅は、異なっていてもよい。ランドの高さと隣接するチャネルの幅との比率は、流れ場４００全体にわたる圧力降下が低減されるように最適化されてもよいことが予期される。
【００２７】
[034]本発明の開示の実施態様によれば、複数のチャネル４０８は、例えば、多孔質金属構造を型押しすることによって、流れ場４００の表面４０１上に形成されていてもよい。この方式において、開示された流れ場の複数のチャネル４０８は、反応物ガスが流動できるより大きい断面積を提供し、そのため、他の多孔質金属の流体場構造と比較して、多孔質金属の流れ場全体にわたる圧力降下を低減することができる。これは、流れ場に供給された反応物ガスを加圧するのに必要なエネルギー量を低減することができ、それにより、燃料電池スタックに供給された反応物ガスを圧縮するのに必要なエネルギー量を増加させることなく燃料電池スタックの他のパラメーターを改変することを可能にする。
【００２８】
[035]例えば、本発明の開示の実施態様において、多孔質金属の流れ場の厚さは、他の多孔質金属の流体場構造と比較して、入口ポート４０４に供給された反応物ガスの圧力に影響を与えることなく低減され得る。これは、図４Ａおよび４Ｂに示される。図４Ｂは、図３のラインＡ−Ａで切った流れ場４００の断面図であり、図４Ａは、複数のチャネル４０８がない多孔質流れ場の断面図である。例示されているように、本発明の開示の流れ場の厚さは、チャネルが型押しされていない多孔質金属の流体場構造の厚さの少なくとも３分の１である厚さＬを有していてもよい。それぞれ個々の燃料電池の厚さを低減することは、一定の利益を有し得る。例えば、それぞれ個々の燃料電池の厚さを低減することによって、セルのピッチ、すなわち隣接するセル間の間隔を低減することができる。これは、燃料電池スタックに追加のセルを加えて、スタックの効率を犠牲にすることなく燃料電池スタックの全体的な出力密度および性能を改善することを可能にする。さらに、本発明の開示の実施態様において、燃料電池の作動は、標準的な作動中の燃料電池の平均に近いと予想される温度を用いたほとんど等温の作動に近づくことができ、これにより、実際的に、セル内部の極めて高い温度点の存在を回避すると同時にセルの電圧および効率を改善することができる。
【００２９】
[036]図５中、図５Ａ〜図５Ｅに、複数のチャネルの代替的な非限定的な型押しパターンを示す。図５Ａにおいて、第１の複数のチャネル５０８ａおよび第２の複数のチャネル５０８ｂが、流れ場５００の構造内または表面上に形成されていてもよい。この実施態様において、第２の複数のチャネル５０８ｂは、第１の複数のチャネル５０８ａからオフセットされていてもよく、ある特定の実施態様において、流れ場４００中で終結していてもよい。図５Ｂにおいて、各チャネルは、半円形の断面を有していてもよい。さらに、第１の複数のチャネル５１８ａおよび第２の複数のチャネル５１８ｂは、流れ場５００において交互の配列を有していてもよい。図５Ｃにおいて、くぼみ（dimple）５２８は、流れ場５００に形成された各チャネルにつき型押しされていてもよい。図５Ｄは、ジグザグ配置を有する複数のチャネル５３８を描写し、図５Ｅは、クロスハッチ（cross-hatch）配置で配列された複数のチャネルを描写する。
【００３０】
[037]本発明の開示の他の実施態様は、明細書の考察と本明細書に記載の本発明の開示の実施から当業者には明らかであると予想される。明細書および実施例は単なる例示とみなされ、本発明の開示の真の範囲および本質は、である以下の特許請求の範囲により示されることが意図される。
【符号の説明】
【００３１】
２  バイポーラプレート
４  ランドチャネル型の流れ場
５  導電性ガス拡散層（ＧＤＬ）
７Ａ  アノード
７Ｃ  カソード
８  電解質膜
１０  ＰＥＭ燃料電池
２００  電気化学セル
２１０、２２０  バイポーラプレート
２３０  膜電極接合体（ＭＥＡ）
２３１  アノード
２３２  カソード
２３３  プロトン交換膜（ＰＥＭ）
２４０  カソードの流れ場
２５０  アノードの流れ場
２６０、２７０  導電性のガス拡散層（ＧＤＬ）
４００  流れ場
４０１  表面
４０２  第１の縁部
４０３  第２の縁部
４０４  入口ポート
４０６  出口ポート
４０８  複数のチャネル
４１０  ランド
５００  流れ場
５０８ａ  第１の複数のチャネル
５０８ｂ  第２の複数のチャネル
５１８ａ  第１の複数のチャネル
５１８ｂ  第２の複数のチャネル
５２８  くぼみ（dimple）
５３８  ジグザグ配置を有する複数のチャネル
【図１】
2017525094.tif 000003
【図２】
2017525094.tif 000004
【図３】
2017525094.tif 000005
【図４Ａ】
2017525094.tif 000006
【図４Ｂ】
2017525094.tif 000007
【図５】
2017525094.tif 000008
【国際調査報告】
2017525094.tif 000009
2017525094.tif 000010