DE102019106065A1

DE102019106065A1 - Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102019106065A1
Application number: DE102019106065.6A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20190334194A1; CN110400956A; JP2019192503A

Abstract

Es wird eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, die in der Lage ist, eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung eines Brennstoffzellenstapels zu verhindern. Eine Brennstoffzelle (1) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einer Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellenzellen (100), eine erste Druckplatte (3), die auf einer der Seiten des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet ist, eine zweite Druckplatte (4), die auf einer anderen Seite des Brennstoffzellenstapels (2) angeordnet ist, eine dritte Druckplatte (6), die über der zweiten Druckplatte (4) angeordnet ist, eine elastische Platte (5), die zwischen der zweiten und dritten Druckplatte (4, 6) in einem komprimierten Zustand angeordnet ist, wobei die elastische Platte (5) so angeordnet ist, dass ein auf die Brennstoffzellenzellen (100) aufgebrachter Flächendruck auf oder über einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen (100) kriechen, und ein Rückhalte- bzw. Einspannelement (7), das ausgestaltet ist, um den Brennstoffzellenstapel (2) zwischen der ersten und dritten Druckplatte (3, 6) in einem druckbeaufschlagten bzw. unter Druck stehenden Zustand zu halten bzw. einzuspannen. Die elastische Platte (5) beinhaltet eine Mehrzahl von Vorsprüngen (5b).

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle und ein Herstellungsverfahren hierfür. Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise eine Brennstoffzelle, in der eine Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen gestapelt ist und durch ein Rückhalte- bzw. Einspannelement in einem druckbeaufschlagten bzw. unter Druck stehenden Zustand gehalten wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffzelle.
Eine typische Brennstoffzelle umfasst einen Brennstoffzellenstapel, in dem Brennstoffzellenzellen wie die in 14 dargestellte gestapelt sind. In der Brennstoffzellenzelle 100 ist ein MEA-Platte 108 (MEA: Membran-Elektroden-Anordnung) sandwichartig zwischen Separatoren 109 und 110 angeordnet. Die MEA-Platte 108 umfasst: eine Katalysatorschicht 101, eine mikroporöse Schicht 102 und eine Gasdiffusionsschicht 103 auf einer Kathodenelektrodenseite; eine Katalysatorschicht 104, eine mikroporöse Schicht 105 und eine Gasdiffusionsschicht 106 auf einer Anodenelektrolytseite; und eine Elektrolytmembran 107, die zwischen der Kathodenelektrolytseite und der Anodenelektrolytseite angeordnet ist.
Wenn solche Brennstoffzellenzellen 100 aufeinander gestapelt werden, werden sie in einem druckbeaufschlagten bzw. unter Druck stehenden Zustand durch ein Befestigungsband befestigt, so dass keine Luft, Wasserstoff oder dergleichen aus den gestapelten Zellen austritt, wie in der japanischen Patentanmeldung JP 2005-142145 A offenbart ist.
KURZFASSUNG
Der Anmelder der vorliegenden Anmeldung hat folgendes Problem festgestellt. In einer typischen Brennstoffzelle verschlechtert sich mit zunehmender Betriebszeit der Brennstoffzelle eine Elektrolytmembran 107 und ihre Schichtdicke nimmt ab. Weiterhin weist jede der Katalysatorschichten 101 und 104, der mikroporösen Schichten 102 und 105 und der Gasdiffusionsschichten 103 und 106 eine poröse Struktur auf, so dass Luft und Wasserstoff durch sie hindurchdringen. Mit zunehmender Betriebszeit der Brennstoffzelle kriechen sie daher (d.h. verformen sich mit der Zeit) und ihre Dicke nimmt ab. Da die Kräfte (d.h. Drücke) auf die Oberseite der gewellten Separatoren 109 und 110 konzentriert sind, kriechen diese auch und/oder verformen sich. Infolgedessen nehmen ihre Dicken ab.
Hier zeigt 15 einen Zusammenhang zwischen der Last, die auf einen Brennstoffzellenstapel aufgebracht wird, um den Brennstoffzellenstapel mit Druck zu beaufschlagen, und Temperaturen des Brennstoffzellenstapels. Weiterhin zeigen ein oberer Lastgrenzwert und ein unterer Lastgrenzwert einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert eines Bereichs an, in dem der Brennstoffzellenstapel zufriedenstellendem mit Druck beaufschlagt ist.
Selbst in dem Fall, in dem eine Brennstoffzelle gebildet wird, indem eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstapeln im Voraus durch ein Befestigungsband befestigt wird, so dass Brennstoffzellenzellen in einem Anfangszustand zwischen einem oberen Lastgrenzwert und einem unteren Lastgrenzwert mit Druck beaufschlagt werden können, selbst wenn sich die Temperatur der Brennstoffzellenstapel ändert, wie in der japanischen Patentanmeldung JP 2005-142145 A offenbart, sinkt die auf die Brennstoffzellenstapel aufgebrachte Last unter den unteren Lastgrenzwert, wenn die Temperatur der Brennstoffzellenstapel niedrig ist, da Brennstoffzellenzellen mit fortschreitender Zeit kriechen und damit ein auf die Brennstoffzellenzellen wirkender Flächendruck abnimmt, so dass die Brennstoffzellenstapel nicht ausreichend mit Druck beaufschlagt werden. Infolgedessen steigen die Kontaktwiderstände in Brennstoffzellenzellen und die Kontaktwiderstände zwischen benachbarten Brennstoffzellenzellen, was zu einem Problem führt, dass die Stromerzeugungsleistung der Brennstoffzellenstapel abnimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem gemacht, und eine Aufgabe ist es, eine Brennstoffzelle vorzuschlagen und ein Herstellungsverfahren hierfür anzugeben, vermittels welcher eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung eines Brennstoffzellenstapels verhindert oder verringert werden kann.
Ein erster exemplarischer Aspekt betrifft eine Brennstoffzelle, in der eine Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen gestapelt ist und durch ein Rückhalteelement in einem druckbeaufschlagten Zustand gehalten wird, aufweisend:

einen Brennstoffzellenstapel, der eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellenzellen aufweist;
eine erste Druckplatte, die auf einer der Seiten des Brennstoffzellenstapels in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellenzellen angeordnet ist;
eine zweite Druckplatte, die auf einer anderen Seite des Brennstoffzellenstapels in Stapelrichtung der Brennstoffzellenzellen angeordnet ist;
eine dritte Druckplatte, die über der zweiten Druckplatte angeordnet ist;
eine elastische Platte, die zwischen der zweiten und dritten Druckplatte in einem komprimierten Zustand angeordnet ist, wobei die elastische Platte so angeordnet ist, dass ein auf die Brennstoffzellenzellen aufgebrachter Flächendruck auf oder über einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen kriechen; und
ein Rückhalte- bzw. Einspannelement, das ausgestaltet ist, um den Brennstoffzellenstapel zwischen der ersten und dritten Druckplatte in einem druckbeaufschlagten Zustand zu halten bzw. einzuspannen, wobei
die elastische Platte eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist.

Wie vorstehend beschrieben ist, wird der auf die Brennstoffzellenzellen aufgebrachte Flächendruck durch die elastische Platte auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten. Selbst wenn die Brennstoffzellenzellen kriechen (d.h. sich mit der Zeit verformen), ist es daher möglich, eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels zu verhindern.
Bei der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle weist die elastische Platte vorzugsweise eine Mehrzahl von übereinander gestapelten elastischen Platten auf, wobei die Anzahl der Mehrzahl von elastischen Platten basierend auf einem Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen eingestellt wird, der im Voraus geschätzt wird, so dass der auf die Brennstoffzellenzellen ausgeübte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird.
Auf diese Weise ist es möglich, die oben beschriebene Technik problemlos auf verschiedene Brennstoffzellenstapel anzuwenden.
Bei der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle umfasst die dritte Druckplatte vorzugsweise einen Positionierstift, der von einer Oberfläche auf einer Seite der dritten Druckplatte vorsteht, die einer Seite derselben gegenüberliegt, auf der sich die zweite Druckplatte befindet.
Zudem beinhaltet das Rückhalteelement vorzugsweise einen Einsetzteil, in den der Positionierstift eingesetzt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Verschiebung (d.h. eine Positionsabweichung) des Rückhalteelements relativ zum Brennstoffzellenstapel zu verhindern und damit den druckbeaufschlagten Zustand des Brennstoffzellenstapels zufriedenstellend aufrechtzuerhalten, selbst wenn eine äußere Kraft auf die Brennstoffzelle aufgebracht wird.
Ein weiterer exemplarischer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle, in der eine Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen gestapelt ist und durch ein Rückhalteelement in einem druckbeaufschlagten Zustand gehalten wird, aufweisend:
Bilden eines Brennstoffzellenstapels durch Stapeln der Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen und Beaufschlagen des Brennstoffzellenstapels mit Druck in einem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel zwischen einer ersten Druckplatte und einer zweiten Druckplatte angeordnet ist;
Stapeln einer dritten Druckplatte auf die zweite Druckplatte mit einer dazwischen angeordneten elastischen Platte in einem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel druckbeaufschlagt ist, wobei die elastische Platte eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist; und
Verbinden der dritten Druckplatte mit der ersten Druckplatte durch ein Rückhalteelement in dem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel druckbeaufschlagt ist, wobei
die elastische Platte zwischen der zweiten und dritten Druckplatte komprimiert wird, so dass ein auf die Brennstoffzellenzellen aufgebrachter Flächendruck auf oder über einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen kriechen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der auf die Brennstoffzellenzellen ausgeübte Flächendruck durch die elastische Platte auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten. Selbst wenn die Brennstoffzellenzellen kriechen, ist es daher möglich, eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels zu verhindern.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle beinhaltet vorzugsweise das Einstellen der Anzahl der elastischen Platten, die zwischen der zweiten und dritten Druckplatte angeordnet sind, basierend auf einem Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen , der im Voraus geschätzt wird, so dass der auf die Brennstoffzellenzellen aufgebrachte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird.
Auf diese Weise ist es möglich, das oben beschriebene Verfahren problemlos auf verschiedene Brennstoffzellenstapel anzuwenden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle beinhaltet das Beaufschlagen des Brennstoffzellenstapels mit Druck das Einhängen eines Zugelements an die zweite Druckplatte und das Ziehen des Brennstoffzellenstapels in Richtung der ersten Druckplatte.
Die elastische Platte und die dritte Druckplatte beinhalten vorzugsweise einen Ausschnittteil, wobei der Ausschnittteil so ausgebildet ist, dass die elastische Platte und die dritte Druckplatte das Zugelement nicht behindern.
Auf diese Weise ist es möglich, das Zugelement von der zweiten Druckplatte, ohne Auswirkungen auf die elastische Platte und die dritte Druckplatte (d.h. ohne Kollision), zu entfernen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennstoffzelle und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben, vermittels welcher eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung eines Brennstoffzellenstapels verhindert oder verringert werden kann.
Die vorgenannte und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung gegeben sind, besser verstanden und sind daher nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Brennstoffzelle gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist eine Draufsicht, die die Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform schematisch darstellt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine elastische Platte in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4A ist eine Vorderansicht, die schematisch einen Teil der elastischen Platte in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4B ist eine Draufsicht, die schematisch einen Teil der elastischen Platte in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein erstes Rückhalteelement in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein zweites Rückhalteelement in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Beaufschlagen eines Brennstoffzellenstapels mit Druck bei einem Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Anordnen einer dritten Druckplatte über einer zweiten Druckplatte mit einer dazwischen liegenden elastischen Platte bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
9 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Halten des Brennstoffzellenstapels durch ein erstes Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
10 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem der Brennstoffzellenstapel durch das erste Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform gehalten wird;
11 zeigt einen Schritt zum Halten des Brennstoffzellenstapels durch ein zweites Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform;
12 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Brennstoffzelle gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt;
13 ist eine Draufsicht, die schematisch eine andere Brennstoffzelle gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt;
14 ist ein Querschnitt, der schematisch eine typische Brennstoffzelle darstellt; und
15 zeigt einen Zusammenhang zwischen einer Last, die auf einen Brennstoffzellenstapel aufgebracht wird, um den Brennstoffzellenstapel mit Druck zu beaufschlagen, und Temperaturen des Brennstoffzellenstapels.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Spezifische Ausführungsformen, bei denen die vorliegende Erfindung anwendbar ist, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus werden die folgende Beschreibung und die Zeichnungen zur Verdeutlichung der Erklärung entsprechend vereinfacht.
<Erste Ausführungsform>
Zunächst wird eine Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Draufsicht, die die Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform schematisch darstellt. Es sei angemerkt, dass die Darstellung eines Brennstoffzellenstapels in 1 vereinfacht ist. Es sei ferner angemerkt, dass die folgenden Beschreibungen unter Verwendung eines dreidimensionalen (XYZ) Koordinatensystems zur Verdeutlichung der Beschreibungen erfolgt.
Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet die Brennstoffzelle 1 einen Brennstoffzellenstapel 2, eine erste Druckplatte 3, eine zweite Druckplatte 4, eine elastische Platte 5, eine dritte Druckplatte 6 und Rückhalte- bzw. Einspannelemente 7. Weiterhin ist die Brennstoffzelle 1 in einem Gehäuse untergebracht (nicht dargestellt).
Im Brennstoffzellenstapel 2 sind Brennstoffzellenzellen 100, wie die oben im Abschnitt Hintergrund beschriebenen, in Z-Achsen-Richtung gestapelt, wobei Isolierschichten zwischen diesen angeordnet sind. Weiterhin werden die Brennstoffzellenzellen 100 mit Druck beaufschlagt, so dass ein Flächendruck, der gleich oder höher als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebracht wird. Es sei angemerkt, dass die detaillierte Konfiguration der Brennstoffzellenzellen 100 für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, weshalb hier auf eine Erläuterung verzichtet wird.
In Z-Achsen-Richtung gesehen hat der Brennstoffzellenstapel 2 beispielsweise eine etwa rechteckige Form, deren lange Seiten parallel zur Y-Achsen-Richtung und deren kurze Seiten parallel zur X-Achsen-Richtung sind. Die Form des Brennstoffzellenstapels 2 kann jedoch je nach Platzierung der Brennstoffzelle 1 in einem Fahrzeug und dergleichen entsprechend geändert werden.
Sammelschienen 10 sind elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden. Insbesondere ist eine Sammelschiene 10 über eine auf der positiven Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnete Anschluss- bzw. Klemmenplatte elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden und erstreckt sich in negative Z-Achsen-Richtung. Weiterhin ist eine weitere Sammelschiene 10 über eine auf der negativen Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnete Klemmenplatte elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden und erstreckt sich in negative Z-Achsen-Richtung. Die Platzierungen und die Ausfahrtrichtungen der Sammelschienen 10 können jedoch entsprechend der Platzierung der Brennstoffzelle 1 im Fahrzeug und dergleichen geändert werden.
Die erste Druckplatte 3 ist auf der negativen Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet. In Z-Achsen-Richtung gesehen, weist die erste Druckplatte 3 eine äußere Form auf, die im Wesentlichen mit der des Brennstoffzellenstapels 2 identisch ist. So ist beispielsweise die erste Druckplatte 3 ein Plattenelement mit einer etwa rechteckigen Form.
Ein Stapelsammelrohr 11 ist an einer Fläche auf der negativen Z-Achsen-Seite der ersten Druckplatte 3 befestigt. Das Stapelsammelrohr 11 liefert Wasserstoff und Luft, die für die Stromerzeugung im Brennstoffzellenstapel 2 erforderlich sind, zum Brennstoffzellenstapel 2, und liefert auch ein Kühlmittel zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels 2 zum Brennstoffzellenstapel 2.
Rohre 12 zur Zufuhr von Wasserstoff, Luft und Kühlmittel zum Stapelsammelrohr 11 sind mit dem Stapelsammelrohr 11 verbunden. Weiterhin durchdringen die Sammelschienen 10 das Stapelsammelrohr 11 in Z-Achsen-Richtung.
Die zweite Druckplatte 4 ist auf der positiven Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet. Weiterhin halten die ersten und zweiten Druckplatten 3 und 4 den Brennstoffzellenstapel 2 sandwichartig zwischen sich. In Z-Achsen-Richtung gesehen, weist die zweite Druckplatte 4 eine äußere Form auf, die im Wesentlichen mit der des Brennstoffzellenstapels 2 identisch ist. So ist beispielsweise die zweite Druckplatte 4 ein Plattenelement mit einer etwa rechteckigen Form.
Die elastische Platte 5 ist auf der positiven Z-Achsen-Seite der zweiten Druckplatte 4 angeordnet. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine elastische Platte darstellt, die in einer Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird. 4 zeigt schematisch einen Teil der in der Brennstoffzelle verwendeten elastischen Platte gemäß dieser Ausführungsform. Insbesondere ist 4A eine Vorderansicht der elastischen Platte und 4B ist eine Draufsicht der elastischen Platte. Es sei angemerkt, dass die Darstellung eines Hauptteils der elastischen Platte in 3 vereinfacht ist.
Die elastische Platte 5 besteht aus einem elastisch verformbaren Material, wie beispielsweise einem Elastomerharz (z.B. Silikonkautschuk). Weiterhin beinhaltet die elastische Platte 5, wie in den 3, 4A und 4B dargestellt, einen Hauptteil 5a, Vorsprünge 5b und Ausschnittteile 5c. In Z-Achsen-Richtung gesehen, weist der Hauptteil 5a eine äußere Form auf, die im Wesentlichen identisch ist mit der der zweiten Druckplatte 4. So ist beispielsweise der Hauptteil 5a ein Plattenelement mit einer etwa rechteckigen Form als Grundform.
Die Vorsprünge 5b sind auf dem Hauptteil 5a ausgebildet. Jeder der Vorsprünge 5b hat beispielsweise eine säulenförmige Form und ist in einem regelmäßigen Muster auf einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite des Hauptteils 5a in Z-Achsen-Richtung angeordnet. Die Form und die Anordnung der Vorsprünge 5b können jedoch wie später beschrieben nach Bedarf geändert werden. Darüber hinaus kann jeder der Vorsprünge 5b eine polygonale Prismenform oder eine konische Form aufweisen, die durch die Konzentration einer Last elastisch verformt werden kann. Darüber hinaus können sie unregelmäßig angeordnet sein.
Die Ausschnittteile 5c sind an mehreren Stellen im Hauptteil 5a ausgebildet. So sind beispielsweise drei Ausschnittteile 5c in etwa gleichen Abständen auf jeder der langen Seiten des Hauptteils 5a in X-Achsen-Richtung gegenüberliegend angeordnet. Es sei angemerkt, dass die Anordnung der Ausschnittteile 5c wie später beschrieben nach Bedarf geändert werden kann.
Die dritte Druckplatte 6 ist auf der positiven Z-Achsen-Seite der elastischen Platte 5 angeordnet. Um den Brennstoffzellenstapel 2 in einem druckbeaufschlagten Zustand zu halten, halten die ersten und dritten Druckplatten 3 und 6 den Brennstoffzellenstapel 2 sandwichartig zwischen sich, wobei das elastische Platte 5 und die zweite Druckplatte 4 zwischen der dritten Druckplatte 6 und dem Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet sind. Das heißt, die dritte Druckplatte 6 wird über der zweiten Druckplatte 4 angeordnet, wobei die elastische Platte 5 dazwischen liegt.
Die dritte Druckplatte 6 beinhaltet einen Hauptteil 6a, Nutteile 6b und Ausschnittteile 6c. In Z-Achsen-Richtung gesehen, weist der Hauptteil 6a eine äußere Form auf, die im Wesentlichen identisch ist mit der der zweiten Druckplatte 4. So ist beispielsweise der Hauptteil 6a ein Plattenelement mit einer etwa rechteckigen Form als Grundform.
Die Nutteile 6b sind auf einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite des Hauptteils 6a ausgebildet. In dieser Ausführungsform beinhalten die Nutteile 6b erste Nutteile 6d und einen zweiten Nutteil 6e. Die ersten Nutteile 6d erstrecken sich in X-Achse-Richtung. Weiterhin sind die ersten Nutteile 6d liniensymmetrisch angeordnet, wobei ihre Symmetrieachse eine gerade Linie ist, die durch die Mitte des Hauptteils 6a verläuft und sich bei Betrachtung in Z-Achsen-Richtung in X-Achsen-Richtung erstreckt.
Der zweite Nutteil 6e erstreckt sich derart in Y-Achsen-Richtung, dass er die ersten Nutteile 6d kreuzt bzw. überquert, und ist etwa in der Mitte der X-Achsen-Richtung angeordnet. Es sei angemerkt, dass die Tiefe der ersten Nutteile 6d tiefer ist als die Tiefe des zweiten Nutteils 6e. Die Konfiguration der Nutteile 6b kann jedoch entsprechend der Anzahl und der Anordnung der Rückhalteelemente 7, wie später beschrieben, geändert werden.
Die Ausschnittteile 6c sind im Hauptteil 6a so geformt, dass sie den Ausschnittteilen 5c der elastischen Platte 5 von der positiven Z-Achsen-Seite aus gesehen entsprechen. So sind beispielsweise drei Ausschnittteile 6c in etwa gleichen Abständen auf jeder der langen Seiten des Hauptteils 6a in X-Achsen-Richtung gegenüberliegend angeordnet. Es sei angemerkt, dass die Anordnung der Ausschnittteile 6c wie später beschrieben entsprechend geändert werden kann.
Die ersten, zweiten und dritten Druckplatten 3, 4 und 6 mit den oben beschriebenen Konfigurationen weisen eine derartige Materialeigenschaft auf, dass sie in einem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel 2 druckbeaufschlagt ist, weniger wahrscheinlich verformt werden.
Die Rückhalteelemente 7 halten den Brennstoffzellenstapel 2 zwischen den ersten und dritten Druckplatten 3 und 6 in einem druckbeaufschlagten Zustand. In dieser Ausführungsform beinhalten die Rückhalteelemente 7 beispielsweise die ersten Rückhalteelemente 7a und ein zweites Rückhalteelement 7b. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das erste in der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform verwendete Rückhalteelement darstellt. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das zweite in der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform verwendete Rückhalteelement darstellt.
Wie in den 1 und 5 dargestellt ist, weist das erste Rückhalteelement 7a eine umgekehrte U-Form auf und ist so angeordnet, dass es die dritte Druckplatte 6 in X-Achsen-Richtung überspannt. Weiterhin ist ein Ende auf der negativen Z-Achsen-Seite des ersten Rückhalteelements 7a mit der ersten Druckplatte 3 verbunden und ein umgekanteter bzw. umgebogener Teil (d.h. ein unterer Teil der umgekehrten U-Form) auf der positiven Z-Achsen-Seite des ersten Rückhalteelements 7a ist innerhalb des ersten Nutteils 6d der dritten Druckplatte 6 angeordnet.
Wie in den 1 und 6 dargestellt ist, weist das zweite Rückhalteelement 7b eine umgekehrte U-Form auf und ist so angeordnet, dass es die dritte Druckplatte 6 und das erste Rückhalteelement 7a in Y-Achsen-Richtung überspannt. Weiterhin ist ein Ende auf der negativen Z-Achsen-Seite des zweiten Rückhalteelements 7b mit der ersten Druckplatte 3 verbunden und ein umgekanteter bzw. umgebogener Teil auf der positiven Z-Achsen-Seite des zweiten Rückhalteelements 7b ist innerhalb des zweiten Nutteils 6e der dritten Druckplatte 6 angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind die ersten Rückhalteelemente 7a innerhalb der ersten Nutteile 6d der dritten Druckplatte 6 angeordnet, und das zweite Rückhalteelement 7b ist innerhalb des zweiten Nutteils 6e der dritten Druckplatte 6 angeordnet. Daher ist es möglich, eine Verschiebung (d.h. eine Positionsabweichung) der ersten und zweiten Rückhalteelemente 7a und 7b gegenüber dem Brennstoffzellenstapel 2 zu verhindern und dadurch den druckbeaufschlagten Zustand des Brennstoffzellenstapels 2 auch dann zufriedenstellend aufrechtzuerhalten, wenn eine äußere Kraft auf die Brennstoffzelle 1 ausgeübt wird.
Es sei angemerkt, dass, um die Verschiebung der ersten und zweiten Rückhalteelemente 7a und 7b in Bezug auf den Brennstoffzellenstapel 2 weiter zu verhindern, die dritte Druckplatte 6 vorzugsweise einen Positionierstift 6f beinhaltet.
Der Positionierstift 6f ragt aus einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der dritten Druckplatte 6 heraus und ist am Schnittpunkt der ersten und zweiten Nutteile 6d und 6e angeordnet. Zudem haben die ersten und zweiten Rückhalteelemente 7a und 7b die Einsetzteile 7c und 7d, in die der Positionierstift 6f eingesetzt wird. Die Einsetzteile 7c und 7d können z.B. Durchgangsbohrungen sein.
Auf diese Weise kann beim Einsetzen des Positionierstiftes 6f der dritten Druckplatte 6 in die Einsetzteile 7c und 7d der ersten und zweiten Rückhalteelemente 7a und 7b die Verschiebung des ersten und zweiten und Rückhalteelements 7a und 7b in Bezug auf den Brennstoffzellenstapel 2 weiter verhindert werden.
Das Rückhalteelement 7 kann jedoch jede beliebige Form aufweisen, solange es den Brennstoffzellenstapel 2 zwischen der ersten und dritten Druckplatte 3 und 6 im druckbeaufschlagten Zustand halten kann. So kann beispielsweise das Rückhalteelement 7 ein plattenförmiges Element sein oder eine umgekehrte L-Form aufweisen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle 1 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. 7 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Beaufschlagen eines Brennstoffzellenstapels mit Druck bei dem Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 8 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Anordnen einer dritten Druckplatte über einer zweiten Druckplatte mit einer dazwischen liegenden elastischen Platte bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 9 ist eine Vorderansicht, die einen Schritt zum Halten eines Brennstoffzellenstapels durch ein erstes Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 10 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem der Brennstoffzellenstapel durch das erste Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform gehalten wird. 11 zeigt einen Schritt zum Halten des Brennstoffzellenstapels durch ein zweites Rückhalteelement bei dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle gemäß dieser Ausführungsform. Es sei angemerkt, dass die Darstellung der Anschluss- bzw. Klemmenplatten in den 7, 8, 9 und 11 weggelassen wurde.
Zunächst wird im Folgenden eine Konfiguration einer Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 zum Beaufschlagen eines Brennstoffzellenstapels 2 mit Druck beschrieben. Wie in 7 und dergleichen dargestellt ist, beinhaltet die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 einen Trägerteil 21, einen Zugmechanismus 22 und ein Zugelement 23. Es sei angemerkt, dass die Darstellung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 in 7 und dergleichen vereinfacht ist.
Der Trägerteil 21 ist an einer vorbestimmten Position in Z-Achsen-Richtung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 fixiert, um das Stapelsammelrohr 11 zu lagern. So weist beispielsweise der Trägerteil 21 in seiner Grundform eine L-Form mit einem Ausschnittteil 21a auf, in dem ein Ende des Stapelsammelrohrs 11 in Y-Achsen-Richtung angeordnet ist. Weiterhin sind eine Mehrzahl von voneinander in Y-Achsen-Richtung beabstandeten Trägerteilen 21 angeordnet und erstrecken sich in X-Achsen-Richtung. Die Trägerteile 21 können jedoch jede beliebige Konfiguration aufweisen, solange sie das Stapelsammelrohr 11 lagern können.
Der Zugmechanismus 22 beinhaltet einen Kugelgewindetrieb 22a, einen Motor 22b und eine bewegliche Platte 22c. Weiterhin ist der Zugmechanismus 22 auf der negativen Z-Achsen-Seite des Trägerteils 21 angeordnet. Der Kugelgewindetrieb 22a beinhaltet eine Gewindestange 22d und eine Mutter 22e.
Die Gewindestange 22d erstreckt sich in Z-Achsen-Richtung. Ein Ende auf der negativen Z-Achsen-Seite der Gewindestange 22d ist mit dem Motor 22b verbunden, so dass eine Antriebskraft vom Motor 22b auf die Gewindestange 22d übertragen werden kann. Weiterhin ist ein Ende auf der positiven Z-Achsen-Seite der Gewindestange 22d mit der beweglichen Platte 22c so verbunden, dass sich die Gewindestange 22d gegenüber der beweglichen Platte 22c drehen kann. Die Mutter 22e ist an einer vorbestimmten Position in Z-Achsen-Richtung in der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 befestigt.
Die bewegliche Platte 22c ist beispielsweise eine Platte mit einer etwa rechteckigen Form, bei der die Länge der beweglichen Platte 22c in X-Achsen-Richtung länger ist als die Länge des Stapelsammelrohrs 11 in X-Achsen-Richtung und kürzer als die Länge der ersten Druckplatte 3 in Y-Achsen-Richtung ist.
In Z-Achsen-Richtung betrachtet ist die bewegliche Platte 22c so angeordnet, dass beide Enden der beweglichen Platte 22c in X-Achsen-Richtung vom Stapelsammelrohr 11 in einem Zustand herausragen, bei dem der Trägerteil 21 das Stapelsammelrohr 11 lagert. Im Zugmechanismus 22 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird beim Antrieb des Motors 22b die bewegliche Platte 22c durch die Gewindestange 22d in Z-Achsen-Richtung bewegt.
Das Zugelement 23 beinhaltet einen vertikalen Teil 23a, der sich in Z-Achsen-Richtung erstreckt, und einen Hakenteil 23b, der sich in X-Achsen-Richtung erstreckt. Der Hakenteil 23b erstreckt sich von einem Ende auf der positiven Z-Achsen-Seite des vertikalen Teils 23a. Weiterhin weist das Zugelement 23 eine umgekehrte L-Form auf. Darüber hinaus ist eine Mehrzahl von Paaren, die jeweils aus zwei in X-Achsen-Richtung gegenüberliegenden Zugelementen 23 bestehen, in etwa gleichen Abständen in Y-Achsen-Richtung angeordnet.
Ein Ende auf der negativen Z-Achsen-Seite des vertikalen Teils 23a ist an der beweglichen Platte 22c befestigt. Der Hakenteil 23b wird an der zweiten Druckplatte 4 eingehängt, wenn der Brennstoffzellenstapel 2 mit Hilfe der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 mit Druck beaufschlagt wird. Die Konfiguration der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Das heißt, die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 kann jede beliebige Konfiguration aufweisen, solange sie den Brennstoffzellenstapel 2 mit Druck beaufschlagen kann.
Zunächst wird, wie in 7 dargestellt ist, ein an einer ersten Druckplatte 3 befestigtes Stapelsammelrohr 11 in den Ausschnittteilen 21a der Trägerteile 21 der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 angeordnet. Dann wird ein Brennstoffzellenstapel 2 gebildet, indem Brennstoffzellenzellen 100 und Isolierschichten auf einer Oberfläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der ersten Druckplatte 3 zwischen Stapelvorrichtungen 30 gestapelt werden, die so angeordnet sind, dass sie die erste Druckplatte 3 in Y-Achsen-Richtung sandwichartig halten. Bei diesem Verfahren wird jeweils eine Anschluss- bzw. Klemmenplatte auf der negativen und der positiven Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet.
Weiterhin wird eine zweite Druckplatte 4 auf einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite des Brennstoffzellenstapels 2 (insbesondere auf einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der Klemmenplatte auf der positiven Z-Achsen-Seite) zwischen den Stapelvorrichtungen 30 angeordnet. Jede der Stapelvorrichtungen 30 weist beispielsweise eine Referenzfläche 30a parallel zur XZ-Ebene auf. Durch das oben beschriebene Stapeln der Brennstoffzellenzellen 100 und Isolierschichten mittels der Stapelvorrichtungen 30 können die Brennstoffzellenzellen 100 und die Isolierschichten präzise gestapelt werden.
Anschließend wird der Brennstoffzellenstapel 2 unter Verwendung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 mit Druck beaufschlagt, so dass ein Flächendruck, der gleich oder höher als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebracht wird. Insbesondere werden die Hakenteile 23b der Zugelemente 23 der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 an einer Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der zweiten Druckplatte 4 eingehängt. Anschließend wird durch Antreiben des Motors 22b das Zugelement 23 durch die Gewindestange 22d und die bewegliche Platte 22c in Richtung der negativen Z-Achsen-Seite gezogen.
Dadurch wird der Brennstoffzellenstapel 2 in Richtung der negativen Z-Achsen-Seite komprimiert und dadurch mit Druck beaufschlagt, so dass ein Flächendruck, der gleich oder höher als der vorbestimmte Schwellenwert ist, auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebracht wird. Es sei angemerkt, dass die Last, die zur Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels 2 aufgebracht wird, entsprechend dem vorbestimmten Schwellenwert eingestellt (d.h. bestimmt) werden kann. So wird beispielsweise die Kraft bzw. Last auf 50 kN eingestellt.
Anschließend wird in dem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel 2 durch die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20, wie in 8 dargestellt, mit Druck beaufschlagt wird, eine dritte Druckplatte 6 zwischen den Stapelvorrichtungen 30 über eine Fläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der zweiten Druckplatte 4 mit einer dazwischen liegenden elastischen Platte 5 gelegt.
Dabei werden die elastische Platte 5 und die dritte Druckplatte 6 so angeordnet, dass die Hakenteile 23b der Zugelemente 23 innerhalb der Ausschnittteile 5c der elastischen Platte 5 und der Ausschnittteile 6c der dritten Druckplatte 6 angeordnet sind.
Zu diesem Zweck können die Stellen der Ausschnittteile 5c der elastischen Platte 5 und der Ausschnittteile 6c der dritten Druckplatte 6 entsprechend den Stellen der vorstehend beschriebenen Hakenteile 23b der Zugelemente 23 verändert werden.
Es sei angemerkt, dass die Höhe der Vorsprünge 5b der elastischen Platte 5 vorzugsweise so eingestellt (d.h. bestimmt) wird, dass diese eine im Voraus geschätzte Kriechmenge bzw. einen im Voraus geschätzten Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen 100 absorbieren (im Folgenden auch als der vorab geschätzte Kriechmenge bezeichnet).
Weiterhin werden die Dicke des Hauptteils 5a der elastischen Platte 5 sowie die Form und die Anordnung der Vorsprünge 5b vorzugsweise auf der Grundlage der vorab geschätzten Kriechmenge der Brennstoffzellenzellen 100 eingestellt (d.h. bestimmt), so dass der auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebrachte Flächendruck auch beim Kriechen der Brennstoffzellenzellen 100 auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, einen Elastizitätsmodul der elastischen Platte 5 einzustellen.
Weiterhin wird die Anzahl der elastischen Platten 5 vorzugsweise basierend auf der vorab geschätzten Kriechmenge der Brennstoffzellenzellen 100 so eingestellt (d.h. bestimmt), dass der auf die Brennstoffzellenzellen 100 ausgeübte Flächendruck auch beim Kriechen der Brennstoffzellenzellen 100 auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine Gesamtfederkonstante einer Mehrzahl von elastischen Platten 5 einzustellen.
Kurz gesagt, kann die Form und die Anzahl der elastischen Platten 5 entsprechend der vorab geschätzten Kriechmenge der Brennstoffzellenzellen 100 so eingestellt (d.h. bestimmt) werden, dass der auf die Brennstoffzellenzellen 100 ausgeübte Flächendruck auch beim Kriechen der Brennstoffzellenzellen 100 auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird.
Anschließend werden, wie in 9 dargestellt ist, in dem Zustand, in dem die Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels 2 durch die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 aufrechterhalten wird, erste Rückhalteelemente 7a so angeordnet, dass sie die dritte Druckplatte 6 in X-Achsen-Richtung überspannen und umgekantete bzw. umgebogene Teile der ersten Rückhalteelemente 7a innerhalb der ersten Nutteile 6d der dritten Druckplatte 6 angeordnet sind. Weiterhin werden die Enden auf der negativen Z-Achsen-Seite der ersten Rückhalteelemente 7a an der ersten Druckplatte 3 befestigt.
Infolgedessen wird der Brennstoffzellenstapel 2 in einem druckbeaufschlagten Zustand gehalten, in dem ein Flächendruck, der gleich oder höher als der vorbestimmte Schwellenwert ist, auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebracht wird. Anschließend wird das elastische Platte 5 zwischen der zweiten und dritten Druckplatte 4 und 6 in einem komprimierten Zustand angeordnet, so dass der auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebrachte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen 100 kriechen.
Weiterhin werden, wie in 10 dargestellt ist, die Positionierstifte 6f der dritten Druckplatte 6 in die Einsetzteile 7c der ersten Rückhalteelemente 7a eingesetzt. Dadurch wird eine Verschiebung (d.h. eine Positionsabweichung) des ersten Rückhalteelements 7a gegenüber dem Brennstoffzellenstapel 2 durch die ersten Nutteile 6d und die Positionierstifte 6f der dritten Druckplatte 6 verhindert.
Dann werden, wie in 11 dargestellt ist, in dem Zustand, in dem die Druckbeaufschlagung des Brennstoffzellenstapels 2 durch die ersten Rückhalteelemente 7a aufrechterhalten wird, die Hakenteile 23b der Zugelemente 23 aus dem eingehängten Zustand gelöst, in dem die Hakenteile 23b an der dritten Druckplatte 6 eingehängt sind. Es sei angemerkt, dass die Darstellung eines Teils der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 20 in 11 weggelassen wurde.
Diesbezüglich können, da die Hakenteile 23b der Zugelemente 23b innerhalb der Ausschnitte 5c der elastischen Platte 5 und der Ausschnitte 6c der dritten Druckplatte 6 angeordnet sind, die Hakenteile 23b von der Oberfläche auf der positiven Z-Achsen-Seite der zweiten Druckplatte 4 ohne Auswirkungen auf die elastische Platte 5 und die dritte Druckplatte 6 (d.h. ohne Kollision) entfernt werden.
Anschließend werden die Stapelvorrichtungen 30 vom Brennstoffzellenstapel 2 wegbewegt und ein zweites Rückhalteelement 7b wird so angeordnet, dass es die dritte Druckplatte 6 in Y-Achsen-Richtung überspannt. Weiterhin wird ein umgekanteter bzw. umgebogener Teil des zweiten Rückhalteelements 7b innerhalb des zweiten Nutteils 6e der dritten Druckplatte 6e angeordnet und ein Ende auf der negativen Z-Achsen-Seite des zweiten Rückhalteelements 7b wird an der ersten Druckplatte 3 befestigt.
Weiterhin wird, wie in 2 dargestellt ist, ein Positionierstift 6f der dritten Druckplatte 6 in ein Einsetzteil 7d des zweiten Rückhalteelements 7b eingesetzt. Dadurch wird eine Verschiebung (d.h. eine Positionsabweichung) des zweiten Rückhalteelements 7b gegenüber dem Brennstoffzellenstapel 2 durch das zweite Nutteil 6e und den Positionierstift 6f der dritten Druckplatte 6 verhindert.
Anschließend kann eine Brennstoffzelle 1 hergestellt werden, indem Sammelschienen 10 mit dem Brennstoffzellenstapel 2 mit dazwischen liegenden Klemmenplatten elektrisch verbunden werden, der Brennstoffzellenstapel 2 mit einem Gehäuse umschlossen wird und die Rohre 12 mit dem Stapelsammelrohr 11 verbunden werden.
In der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle 1 und dem Herstellungsverfahren dafür wird die elastische Platte 5 in einem im Voraus komprimierten Zustand angeordnet. Wenn die Brennstoffzellenzellen 100 kriechen, verformt sich daher die elastische Platte 5 derart, dass sie „wiederhergestellt“ wird (d.h. sich ausdehnt). Bei diesem Verfahren wird der Brennstoffzellenstapel 2 durch die Rückstellkraft der elastischen Platte 5 in Richtung der negativen Z-Achsen-Seite geschoben und somit der auf die Brennstoffzellenzellen 100 aufgebrachte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten. Daher können die Brennstoffzelle 1 und das Herstellungsverfahren hierfür gemäß dieser Ausführungsform verhindern, dass sich die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 2 verschlechtert, selbst wenn die Brennstoffzellenzellen 100 kriechen.
Darüber hinaus ist es möglich, die oben beschriebene Technik leicht auf verschiedene Brennstoffzellenstapel 2 anzuwenden, indem die Form, die Anzahl usw. der elastischen Platten 5 basierend auf dem Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen 100 angepasst wird.
<Weitere Ausführungsformen>
Obwohl das Rückhalteelement 7 bei der ersten Ausführungsform das erste und das zweite Rückhalteelement 7a und 7b beinhaltet, ist das Rückhalteelement 7 nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Wie beispielsweise in 12 dargestellt ist, kann in dem Fall, in dem ein Verhältnis der Länge des Brennstoffzellenstapels 2 in der Richtung der kurzen Seite zu seiner Länge in der Richtung der langen Seite groß ist, das zweite Rückhalteelement 7b weggelassen werden und der Brennstoffzellenstapel 2 kann nur durch das/die erste(n) Rückhalteelement(e) 7a mit Druck beaufschlagt werden.
Weiterhin kann der Brennstoffzellenstapel 2, wie in 13 dargestellt ist, in dem Fall, dass eine Differenz zwischen der Länge des Brennstoffzellenstapels 2 in Richtung der langen Seite und der Länge desselben in Richtung der kurzen Seite gering ist, unter Verwendung eines ersten Rückhalteelements 7a und eines zweiten Rückhalteelements 7b mit Druck beaufschlagt werden. Kurz gesagt, die Anordnung und die Anzahl der Rückhalteelemente 7 kann entsprechend der Form des Brennstoffzellenstapels 2 geändert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann gegebenenfalls geändert werden, ohne vom Umfang und der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obwohl die dritte Druckplatte 6 der Brennstoffzelle 1 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen die Nutteile 6b und die Positionierstifte 6f beinhaltet, kann die vorliegende Erfindung auch ohne Verwendung dieser Komponenten realisiert werden.
Ausgehend von der hier beschriebenen Erfindung ist ersichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung in vielerlei Hinsicht verändert werden können. Solche Veränderungen sind nicht als Abweichung von der Idee und dem Umfang der Erfindung zu verstehen, und alle Änderungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind, gelten als vom Umfang der folgenden Ansprüche umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005142145 A [0003, 0006]

Claims

Brennstoffzelle (1), in der eine Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen (100) gestapelt ist und durch ein Rückhalteelement (7) in einem druckbeaufschlagten Zustand gehalten wird, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel (2), der eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellenzellen (100) aufweist; eine erste Druckplatte (3), die auf einer der Seiten des Brennstoffzellenstapels (2) in einer Stapelrichtung der Brennstoffzellenzellen (100) angeordnet ist; eine zweite Druckplatte (4), die auf einer anderen Seite des Brennstoffzellenstapels (2) in Stapelrichtung der Brennstoffzellenzellen (100) angeordnet ist; eine dritte Druckplatte (6), die über der zweiten Druckplatte (4) angeordnet ist; eine elastische Platte (5), die zwischen der zweiten und dritten Druckplatte in einem komprimierten Zustand angeordnet ist, wobei die elastische Platte (5) so angeordnet ist, dass ein auf die Brennstoffzellenzellen (100) aufgebrachter Flächendruck auf oder über einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen (100) kriechen; und ein Rückhalteelement (7), das ausgestaltet ist, um den Brennstoffzellenstapel (2) zwischen der ersten und dritten Druckplatte in einem druckbeaufschlagten Zustand zu halten, wobei die elastische Platte (5) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (5b) aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die elastische Platte eine Mehrzahl von übereinander gestapelten elastischen Platten (5) aufweist, wobei die Anzahl der Mehrzahl von elastischen Platten (5) basierend auf einem Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen (100) eingestellt wird, der im Voraus geschätzt wird, so dass der auf die Brennstoffzellenzellen (100) aufgebrachte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dritte Druckplatte (6) einen Positionierstift (6f) umfasst, der von einer Oberfläche auf einer Seite der dritten Druckplatte (6) vorsteht, die einer Seite derselben gegenüberliegt, auf der sich die zweite Druckplatte (4) befindet, und das Rückhalteelement (7) einen Einsetzteil (7c, 7d) aufweist, in den der Positionierstift (6f) eingesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle (1), in der eine Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen (100) gestapelt ist und durch ein Rückhalteelement (7) in einem druckbeaufschlagten Zustand gehalten wird, aufweisend: Bilden eines Brennstoffzellenstapels (2) durch Stapeln der Mehrzahl von Brennstoffzellenzellen (100) und Beaufschlagen des Brennstoffzellenstapels (2) mit Druck in einem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel (2) zwischen einer ersten Druckplatte (3) und einer zweiten Druckplatte (4) angeordnet ist; Stapeln einer dritten Druckplatte (6) auf die zweite Druckplatte (4) mit einer dazwischen angeordneten elastischen Platte (5) in einem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel (2) druckbeaufschlagt ist, wobei die elastische Platte (5) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (5b) aufweist; und Verbinden der dritten Druckplatte (6) mit der ersten Druckplatte (3) durch ein Rückhalteelement (7) in dem Zustand, in dem der Brennstoffzellenstapel (2) druckbeaufschlagt ist, wobei die elastische Platte (5) zwischen der zweiten und dritten Druckplatte komprimiert wird, so dass ein auf die Brennstoffzellenzellen (100) aufgebrachter Flächendruck auf oder über einem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird, wenn die Brennstoffzellenzellen (100) kriechen.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 4, ferner aufweisend das Einstellen der Anzahl der elastischen Platten (5), die zwischen der zweiten und dritten Druckplatte angeordnet sind, basierend auf einem Betrag des Kriechens der Brennstoffzellenzellen (100), der im Voraus geschätzt wird, so dass der auf die Brennstoffzellenzellen (100) aufgebrachte Flächendruck auf oder über dem vorbestimmten Schwellenwert gehalten wird.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Beaufschlagen des Brennstoffzellenstapels (2) mit Druck das Einhängen eines Zugelements (23) an die zweite Druckplatte (4) und das Ziehen des Brennstoffzellenstapels (2) in Richtung der ersten Druckplatte (3) umfasst, und die elastische Platte (5) und die dritte Druckplatte (6) einen Ausschnittteil (5c, 6c) aufweisend, wobei der Ausschnittteil (5c, 6c) so ausgebildet ist, dass die elastische Platte (5) und die dritte Druckplatte (6) das Zugelement (23) nicht behindern.