JP6676143B2 - 燃料電池用バイポーラプレートを製造するための方法 - Google Patents

燃料電池用バイポーラプレートを製造するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池の分野、特に自動車での使用に適した燃料電池の分野に関する。
例えば固体電解質プロトン交換膜型（ＰＥＭＦＣ）の燃料電池は、通常、発電機を形成する要素セルのスタックを含み、セルの各々は、隣接するセルからバイポーラプレートによって分離されている。例えば、燃料電池は、特許文献１に記載されている。
米国特許出願公開第２００８／０２９２９１６号明細書
本発明は、より具体的には、かかるバイポーラプレートの製造の分野に関する。
１つの実施形態によれば、燃料電池用バイポーラプレートの製造のためのスタックが提示され、各バイポーラプレートは、間に充填材料が挿入された２つの重ね合わされたシートを含み、スタックは、バイポーラプレートと中間プレートとを交互に含む。
少なくとも１つの中間プレートは、その厚さ方向に貫通した複数のスロットを有する。
それゆえ中間プレートの変形を防止することができる。
スロットの少なくともいくつかは、中間プレートの縁部から延びて、中間プレートの外方突出部分を形成するようになっている。
中間プレートのスロットは、中間プレートの中心に関して対称の形状配置で形成することができる。
中間プレートの少なくともいくつかは、異なる形状配置で形成されたスロットを有することができる。
バイポーラプレートのいくつかに隣接して配置された中間プレートの少なくともいくつかはそれぞれ、異なる形状配置で形成されたスロットを有することができる。
バイポーラプレートのシートは、対向する溝を有することができ、それらの底部は隣接しており、充填材料の層がそれら底部の間に挿入されている。
本発明は、実施形態の一例として記載された、図面で示されたバイポーラプレートの製造方法からより容易に理解される。
バイポーラプレート及び中間プレートを含むスタック組立体を示す。 バイポーラプレートの部分断面図を示す。 中間プレートの正面図を示す。 別の中間プレートの正面図を示す。
図１に示すように、スタック組立体１は、上から下に、重ね合わされた、厚い下部支持プレート２、熱分離管の層３、下部中間プレート４、スタック５、上部中間プレート６、熱分離管の層７、及び厚い上部プレート８を含む。
スタック５は、中間プレート１０によって分離された、製造されるバイポーラプレート９を交互に含む。バイポーラプレート９及び中間プレート１０は矩形であり、中間プレート１０は、バイポーラプレート９より大きく、中間プレート１０がバイポーラプレート９の周辺縁部から突出するようになっている。
図２に示すように、バイポーラプレート９は、例えば、２つの重ね合わされたプレス加工されたシート１１及び１２によって形成される。
プレス加工されたシート１１及び１２は、例えば末広がりの対称ブランチを備えたＵ字形断面を有する、複数の対向する溝１３及び１４をもたらすように形成され、これらは溝を分離する対向する平面領域１５及び１６から離して置かれており、これら平面領域１５及び１６は、バイポーラプレート９の平行な対向面１７及び１８を形成する。
溝１１及び１２の隣接する底部１３ａ及び１４ａは、対向面１７及び１８に対して平行な接合面１９を形成する。この接合面１９において、平らな底部１３ａと１４ａとの間にそれぞれ、充填材料の層２０が設けられる。この層２０は、カットシートで形成することができる。
図３は、厚さ方向に貫通した複数のスロット２１を有する中間プレート１０Ａを示し、これらスロットはカッティングによって形成される。
スロット２１は、中間プレート１０Ａの縁部２２から縁部に対して垂直にプレートの中央領域内へ延びており、その結果、プレート１０Ａが、スロット２１によって分離されかつ外方に突出したより小さい矩形部分２３に分割されるようになっており、これらの部分２３は、プレート１０Ａの中央領域に接合している。スロット２１は、これらの部分２３が例えばほぼ等しい表面積を有するように分散配置することができる。
スロット２１ａは、プレート１０Ａの縁部に対して４５°でプレート１０Ａのコーナー部に設けることができ、三角形の外方突出部分２４を画定するようになっている。スロット２１及び／又は２１ａの内端部は、穴２５に開口することもでき、スロットのいくつかと交差する中間穴２６をこれらスロットの端部から距離をおいて設けることができる。
好ましくは、スロット２１及び２１Ａは、中間プレート１０Ａの中心に関して対称の形状配置で形成される。
図４は、厚さ方向に貫通した複数のスロット２７を有する中間プレート１０Ｂを示し、これらスロットはカッティングによって形成される。
中間プレート１０Ｂのスロット２７の組と中間プレート１０Ａのスロット２１及び２１ａの組とは、異なる形状配置で形成されて分散配置されており、その結果、プレート１０Ａと１０Ｂとを重ね合わせたとき、中間プレート１０Ｂのスロットが中間プレート１０Ａのスロットと重ならないようになっている。しかしながら、プレート１０Ａと１０Ｂとが重ね合わされたとき、中間プレート１０Ｂのスロットのいくつかは、中間プレート１０Ａのスロットのいくつかと交差することができる。
例えば、図４に示すように、中間プレート１０Ｂのスロット２７のいくつかは、このプレート１０Ｂの縁部に対して傾斜しており、その一方で他のスロットは中間プレート１０Ｂの縁部に対して垂直である。同様に、中間プレート１０Ａにおいて、スロット２７は、中間プレート１０Ｂの中央部分に接合した外方突出部分２８を画定する。
ここでもまた、好ましくは、スロット２７は、中間プレート１０Ｂの中心に関して対称の形状配置で形成される。
図１のスタック５において、いくつかの中間プレート１０が図３の中間プレート１０Ａによって形成され、その他のいくつかが図４の中間プレート１０Ｂによって形成されることが有利である。好ましくは、スタック５の中間プレート１０は、中間プレート１０Ａと中間プレート１０Ｂとで交互に形成される。
スタック組立体１が形成されると、これを炉の中に置いて、シート１１と１２との間に設けた充填材料の層２０を加熱し、次いでスタック組立体１を冷却してバイポーラプレート９のシート１１及び１２を固定させる。
中間プレート１０は、特に以下の利点をもたらす。
中間プレート１０内に配置された、スタック５内で１つの中間プレートから次の中間プレートでオフセットすることが好ましい、上述のスロットの存在により、炉内での処理において、変形、特に中間プレート１０の屈曲及び／又は座屈に起因する変形がかなり低減される。
従って、隣接する中間プレート１０によって各バイポーラプレート９のシート１１及び１２の面１７及び１８にかかる圧力は、それらの全面にわたって均一又は実質的に均一のままである。
従って、充填材料の層２０を含む接合面１９内で、シート１１及び１２の隣接する平らな底部１３ａと１４ａとの間で生成される圧力は、それらの全面にわたって均一又は実質的に均一のままである。
従って、ろう付け作業中に、各バイポーラプレート９のシート１１及び１２の面１７及び１８が平行に保たれる。
次いでスタック組立体１を分解して、その面１７と１８とが平行な製造されたバイポーラプレート９を得る。
製造されたバイポーラプレート９は、電気化学的発電機を形成する要素セル４の間に挿入することが意図され、燃料電池用スタックが形成される。
スロット付きの中間プレート１０を取り付けることによりバイポーラプレート９の対向面１７と１８とが平行になるので、かかる燃料電池用スタックの緊密性及び電気的接触を保証することができる。
１：スタック組立体
２：厚い下部支持プレート
３、７：熱分離管の層
４：下部中間プレート
５：スタック
６：上部中間プレート
８：厚い上部プレート
９：バイポーラプレート
１０、１０Ａ、１０Ｂ：中間プレート
１１、１２：シート
１３、１４：溝
１３ａ、１４ａ：底部
１５、１６：平面領域
１７、１８：対向面
２０：充填材料の層
２１、２１ａ、２７：スロット
２２：縁部
２３、２４、２８：外方突出部分
２５：穴
２６：中間穴

Claims (6)

  1. 燃料電池用バイポーラプレート（９）を製造するためのスタックであって、各バイポーラプレート（９）は、間に充填材料（２０）が挿入された２つの重ね合わされたシート（１１、１２）を含み、前記スタックは、交互に、バイポーラプレート（９）と中間プレート（１０）とを含み、少なくとも１つの中間プレートは、その厚さ方向に貫通した複数のスロット（２１）を有することを特徴とする、スタック。
  2. 前記スロットの少なくともいくつかは、前記中間プレートの縁部から延びて、前記中間プレートの外方突出部分を形成するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のスタック。
  3. 前記中間プレートの前記スロット（２１、２７）は、前記中間プレートの中心に関して対称の形状配置で形成することができることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスタック。
  4. 前記中間プレート（１０Ａ、１０Ｂ）の少なくともいくつかは、異なる形状配置で形成されたスロット（２１、２７）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のスタック。
  5. 前記バイポーラプレートのいくつかに隣接して配置された前記中間プレート（１０Ａ、１０Ｂ）の少なくともいくつかはそれぞれ、異なる形状配置で形成されたスロット（２１、２７）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のスタック。
  6. 前記バイポーラプレート（９）の前記シート（１１、１２）は、対向する溝（１３、１４）を有し、それらの底部（１３ａ、１４ａ）は隣接しており、充填材料の層（２０）がそれら底部の間に挿入されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のスタック。
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