DE102019203743A1 - Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle - Google Patents

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Abstract

Ein Brennstoffzellenstapel (10) umfasst wenigstens eine erste Dummyzelle (18), welche an einem Ende eines Stapelkörpers (14) bereitgestellt ist, welcher mittels Stapelns einer Mehrzahl von Energieerzeugungszellen (12) in einer Stapelrichtung ausgebildet ist. Eine Dummyanordnung (110) der ersten Dummyzelle (18) umfasst einen ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), einen zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und einen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116), welche in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Eine erste Verbindungsschicht (118a) ist zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) eingefügt, um den ersten mit dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper zu verbinden, und eine zweite Verbindungsschicht (118b) ist zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) eingefügt, um den zweiten mit dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) zu verbinden. Die erste Verbindungsschicht (118a) und die zweite Verbindungsschicht (118b) sind an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung bereitgestellt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel, welcher einen Stapelkörper und eine Dummyzelle umfasst. Der Stapelkörper ist mittels Aufeinanderstapelns in einer Stapelrichtung einer Mehrzahl von Energieerzeugungszellen ausgebildet. Jede der Energieerzeugungszellen umfasst eine Membranelektrodenanordnung, ein um die Membranelektrodenanordnung herum bereitgestelltes Harz/Kunststoff-Rahmenelement und Separatoren. Die Dummyzelle ist in der Stapelrichtung an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers bereitgestellt. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle.
  • Beschreibung des verwandten Stands der Technik:
  • Im Allgemeinen nutzt eine Festpolymer-Elektrolytbrennstoffzelle eine Festpolymer-Elektrolytmembran (im Folgenden der Einfachheit halber als die Elektrolytmembran bezeichnet). Die Festpolymer-Elektrolytmembran ist eine Polymerionenaustauschmembran. Die Brennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodenanordnung (MEA), welche eine an einer Fläche der Elektrolytmembran bereitgestellte Anode und eine an der anderen Fläche der Elektrolytmembran bereitgestellte Kathode umfasst.
  • Die Membranelektrodenanordnung ist sandwichartig zwischen Separatoren aufgenommen, um eine Energieerzeugungszelle auszubilden, und eine Mehrzahl der Energieerzeugungszellen sind aufeinandergestapelt, um einen Stapelkörper auszubilden. Energiesammelanschlüsse zum Sammeln von durch eine Energieerzeugung in jeder der Energieerzeugungszellen erzeugten elektrischen Ladungen sowie Endplatten zum Halten der Energieerzeugungszellen in dem gestapelten Zustand sind an beiden Enden des Stapelkörpers in der Stapelrichtung bereitgestellt, um den Brennstoffzellenstapel auszubilden.
  • Da eine Wärmeabgabe von Enden des Stapelkörpers in der Stapelrichtung (im Folgenden auch der Einfachheit halber zu dem Ende/den Enden oder der Endseite/den Endseiten bezeichnet) mittels Anschlussplatten usw. begünstigt ist, haben die Endseiten des Stapelkörpers in der Stapelrichtung oft eine geringe Temperatur im Vergleich zu der zentralen Seite des Stapelkörpers in der Stapelrichtung. Wenn die Temperatur der Endseiten des Stapelkörpers aufgrund eines Einflusses der Außentemperatur usw. niedrig wird und eine Wasserkondensation auftritt, besteht ein Bedenken, dass Reaktionsgase nicht problemlos diffundieren und die gewünschte Energieerzeugungsstabilität des Brennstoffzellenstapels möglicherweise nicht erreicht wird.
  • In einem Versuch dieses Problem zu adressieren, sind zum Beispiel in einem in dem japanischen Patent mit der Nummer 4,727,972 offenbarten Brennstoffzellenstapel sogenannte Dummyzellen an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers in der Stapelrichtung bereitgestellt. In den Dummyzellen wird keine Energieerzeugung durchgeführt und wird kein Wasser erzeugt, da Metallplatten anstelle von Elektrolytmembranen verwendet sind. Demzufolge wirken die Dummyzellen selbst als Wärmeisolierschichten zwischen den Anschlussplatten und dem Stapelkörper. Daher ist es mittels eines Bereitstellens der Dummyzellen, wie zuvor beschrieben, möglich, eine Abnahme der Temperatur an den Enden des Stapelkörpers zu unterbinden. D.h. es ist möglich, den Einfluss der Außentemperatur an dem Brennstoffzellenstapel zu verringern und die Energieerzeugungsstabilität zu verbessern.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, welcher es ermöglicht, eine Energieerzeugungsstabilität zu verbessern.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle bereitzustellen, welche es ermöglicht, eine Energieerzeugungsstabilität zu verbessern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellenstapel bereitgestellt, welcher einen Stapelkörper und eine Dummyzelle umfasst. Der Stapelkörper umfasst eine Mehrzahl von in einer Stapelrichtung aufeinandergestapelten Energieerzeugungszellen. Jede der Energieerzeugungszellen umfasst eine Membranelektrodenanordnung, ein um die Membranelektrodenanordnung herum bereitgestelltes Harz/Kunststoff-Rahmenelement und die Membranelektrodenanordnung sandwichartig umgebende Separatoren, wobei die Membranelektrodenanordnung eine Elektrolytmembran und an beiden Seiten der Elektrolytmembran bereitgestellte Elektroden umfasst, wobei die Elektroden jeweils eine Gasdiffusionsschicht eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers aufweisen. Die Dummyzelle ist in der Stapelrichtung an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers bereitgestellt. Die Dummyzelle umfasst eine der Membranelektrodenanordnung entsprechende Dummyanordnung, ein um die Dummyanordnung herum bereitgestelltes Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement und die Dummyanordnung sandwichartig umgebende Dummyseparatoren. Die Dummyanordnung ist mittels Stapelns eines ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, eines zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und eines dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers ausgebildet, welche jeweils eine unterschiedliche Flächengröße in einer Weise aufweisen, dass der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper auf dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper gestapelt ist, und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper auf dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper gestapelt ist. Eine erste Verbindungsschicht, welche zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper eingefügt ist, um den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper und den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper miteinander zu verbinden, und eine zweite Verbindungsschicht, welche zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eingefügt ist, um den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper miteinander zu verbinden, sind bereitgestellt. Die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht sind an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung angeordnet.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist die die Dummyanordnung umfassende Dummyzelle anstelle der Membranelektrodenanordnung der Energieerzeugungszelle wenigstens an einem Ende des Stapelkörpers in der Stapelrichtung bereitgestellt. In der Dummyanordnung sind die erste Verbindungsschicht, welche den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper mit dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper verbindet, und die zweite Verbindungsschicht, welche den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper mit dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper verbindet, an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung bereitgestellt. Daher ist es im Vergleich mit dem Fall, in welchem die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht an der gleichen Position bereitgestellt sind, möglich, einen partiellen Anstieg der Dicke der Dummyzelle zu unterbinden. Auch wenn die Dummyzelle auf die Energieerzeugungszelle gestapelt ist, ist es möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks in der Energieerzeugungszelle zu unterbinden, und somit ist es möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran, beispielsweise aufgrund von Dehnungen der Elektrolytmembran der Energieerzeugungszelle, zu unterbinden.
  • Ferner wird eine Energieerzeugung nicht durchgeführt und somit ergibt sich kein Wasser als ein Ergebnis einer Energieerzeugung, weil die Dummyzelle die Festpolymer-Elektrolytmembran und die Elektrodenkatalysatorschicht nicht umfasst. Demzufolge wirkt jede der Dummyzellen selbst als eine Wärmeisolierschicht und es ist möglich, eine Wasserkondensation in jeder der Dummyzellen zu unterbinden. Da die Dummyzelle an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers bereitgestellt ist, ist es möglich, das Wärmeisolierverhalten an den Enden des Stapelkörpers zu verbessern. Demzufolge ist es sogar in einer Umgebung mit niedriger Temperatur möglich, ein Absenken der Temperatur an den Enden des Stapelkörpers im Vergleich zu der zentralen Position des Stapelkörpers zu unterbinden. D.h. es ist möglich, die Energieerzeugungsstabilität zu verbessern.
  • Ferner ist es möglich, die Temperatur des gesamten Stapelkörpers effektiv zu erhöhen, da es sogar in dem Fall einer beginnenden Betätigung des Brennstoffzellenstapels unterhalb der Gefriertemperatur möglich ist, das Wärmeisolierverhalten an den Enden des Stapelkörpers zu verbessern. Demzufolge ist es möglich, einen Spannungsabfall aufgrund von einem Gefrieren des an den Enden des Stapelkörpers erzeugten Wassers zu unterbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, wird es in dem Brennstoffzellenstapel möglich, die Energieerzeugungsstabilität, ohne ein Herabsetzen einer Haltbarkeit der Elektrolytmembran, zu verbessern, weil die Dummyzelle auf die Energieerzeugungszelle gestapelt sein kann, während ein lokaler Anstieg des Flächendruckes unterbunden ist.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise die erste Verbindungsschicht an einer Randposition eines ersten Stapelteils, wo der erste elektrisch leitfähige poröse Körper und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper aufeinandergestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt und ist vorzugsweise die zweite Verbindungsschicht an einer Randposition eines zweiten Stapelteils, wo der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper aufeinandergestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt. In diesem Fall wird im Vergleich zu dem Fall eines kontinuierlichen Bereitstellens der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht in den Randabschnitten des ersten Stapelteils und des zweiten Stapelteils eine Verbesserung in der Herstellungseffizienz der Brennstoffzelle erzielt, da es möglich ist, die Dummyanordnung in dem einfachen Schritt zu erhalten.
  • In dem Brennstoffzellenstapel sind vorzugsweise die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht in einer Umfangsrichtung des ersten Stapelteils und des zweiten Stapelteils abwechselnd bereitgestellt. In diesem Fall ist es möglich, den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper in dem einfachen Verbindungsschritt mit der hinreichenden Festigkeit zu verbinden. Ferner wird es möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks in der auf die Dummyzelle gestapelten Energieerzeugungszelle effektiv zu unterbinden.
  • In dem Brennstoffzellenstapel weist vorzugsweise jeder aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eine rechteckige Fläche auf und sind vorzugsweise die erste Verbindungsschicht sowie die zweite Verbindungsschicht an Längsseiten, ausgenommen Schmalseiten, der rechteckigen Fläche bereitgestellt. In diesem Fall wird es möglich, die Dummyzelle in den Brennstoffzellenstapel einzubeziehen, ohne irgendeinen Einfluss auf das Energieerzeugungsverhalten zu verursachen, weil ein Anstieg des inneren Widerstands mittels Stapelns der Dummyzelle auf die Energieerzeugungszelle unterbunden ist.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, ist vorzugsweise die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, umfasst vorzugsweise das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement einen äußeren Randabschnitt, eine nach innen von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts über einen gesamten Umfang durch eine erste gestufte Fläche hervorstehende Ablageplatte und einen nach innen von einem inneren Ende der Ablageplatte über einen gesamten Umfang durch eine zweite gestufte Fläche hervorstehenden dünnen Abschnitt, und überschneidet sich vorzugsweise ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit der Ablageplatte des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements, ist vorzugsweise der äußere Randabschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers benachbart zu dem dünnen Abschnitt des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements positioniert und ist vorzugsweise eine äußere Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers einer inneren Endfläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zugewandt.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise die Dicke des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Höhe der zweiten gestuften Fläche.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise ein Raum zwischen dem dünnen Abschnitt des Dummy-Harz-/Kunststoff-Rahmenelements und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper ausgebildet.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, ist vorzugsweise die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, umfasst vorzugsweise das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement eine erste gestufte Fläche, welche einer äußeren Endfläche des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit einem Abstand La dazwischen zugewandt ist, eine zweite gestufte Fläche, welche einer äußeren Endfläche des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit einem Abstand Lb dazwischen zugewandt ist, sowie eine innere Endfläche, welche einer äußeren Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit einem Abstand Lc dazwischen zugewandt ist, und ist vorzugsweise ein Zusammenhang von La < Lc < Lb erfüllt.
  • Der Abstand La zwischen der äußeren Endfläche des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, welcher die größte Flächengröße aufweist, und der ersten gestuften Fläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements ist kleiner als der Abstand Lb zwischen der äußeren Endfläche des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und der zweiten gestuften Fläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements Lb und der Abstand Lc zwischen der äußeren Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und der inneren Endfläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements. Daher ist es zum Zeitpunkt eines Bereitstellens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements um die Dummyanordnung herum möglich, die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern, weil es möglich ist, die Dummyanordnung und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement in Übereinstimmung mit dem kleinen Abstand La, wie zuvor beschrieben, zu positionieren. Auf diese Weise wird es möglich, jede der Dummyzellen mit hoher Qualität in dem einfachen Schritt zu erhalten.
  • Der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper ist zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eingefügt. Demzufolge ist es in dem mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen nicht einfach, die Lagebeziehung zwischen der äußeren Endfläche des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und der zweiten gestuften Fläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements visuell oder unter Verwendung von Bildverarbeitung, usw., im Vergleich mit der Lagebeziehung zwischen der zweiten Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und der inneren Endfläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zu bestätigen.
  • Auch in dem Fall eines Bereitstellens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements um eine solche Dummyanordnung herum, ist der Abstand Lb größer als der Abstand Lc, wie zuvor beschrieben. Demzufolge ist es mittels eines Beabstandens der äußeren Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers von der inneren Endfläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements durch den Abstand Lc möglich, eine Beeinflussung (einen Kontakt) zwischen der äußeren Endfläche des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und der zweiten gestuften Fläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zu verhindern. Auch ist es auf diese Weise möglich, jede der Dummyzellen mit hoher Qualität in dem einfachen Schritt zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, sind die Flächengrößen des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers derart bestimmt, dass sie den folgenden Zusammenhang aufweisen: der erste elektrisch leitfähige poröse Körper < der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper < der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper. Demzufolge wird beispielsweise nachdem der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper auf den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper gestapelt ist, der erste elektrisch leitfähige poröse Körper auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper gestapelt. Auf diese Weise ist es möglich, die Dummyanordnung auszubilden, während die Lagebeziehung zwischen den elektrisch leitfähigen porösen Körpern eingestellt wird. D.h. zum Zeitpunkt eines Stapelns des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers auf den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper ist es möglich, den Abstand Lb einfach einzustellen, und ist es zum Zeitpunkt eines Stapelns des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper möglich, den Abstand Lc leicht einzustellen. Infolgedessen ist es möglich, den Herstellungsprozess der Dummyzelle zu vereinfachen.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Brennstoffzellenstapel möglich, die Energieerzeugungsstabilität mittels der mit hoher Qualität in dem einfachen Schritt erhaltenen Dummyzelle zu verbessern.
  • In dem Brennstoffzellenstapel umfasst das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement vorzugsweise einen äußeren Randabschnitt, einen nach innen von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts über einen gesamten Umfang durch die erste gestufte Fläche hervorstehende Ablageplatte und einen nach innen von einem inneren Ende der Ablageplatte über einen gesamten Umfang durch die zweite gestufte Fläche hervorstehenden dünnen Abschnitt und ist vorzugsweise ein äußerer freiliegender Abschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, welcher von einer äußeren Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers nach außen hervorsteht, dazu eingerichtet, dem dünnen Abschnitt zugewandt zu sein und eine hervorstehende Endfläche einer Überhöhung/Bank, welche von dem dünnen Abschnitt in Richtung des äußeren freiliegenden Abschnitts des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers hervorsteht, zu kontaktieren.
  • In dem Brennstoffzellenstapel sind vorzugsweise ein äußerer freiliegender Abschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, welcher sich über eine äußere Endfläche des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers hinaus erstreckt, und die Ablageplatte des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mittels eines Imprägnierungs-Verbindungteils miteinander verbunden, wobei der äußere freiliegende Abschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers vorzugsweise mit einem Haftharz/-kunststoff imprägniert ist. In der Struktur ist es möglich, im Vergleich mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement und der Dummyanordnung, welche unter Verwendung von nur Haftmittel zwischen dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement und der Dummyanordnung miteinander verbunden sind, die Verbindungsfestigkeit einer Verbindung des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mit der Dummyanordnung zu erhöhen, da der Haftharz/-kunststoff in den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper hinein imprägniert ist.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise der Harz/Kunststoff-Imprägnierungs-Verbindungsteil in dem äußeren freiliegenden Abschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers in einer Umfangsrichtung diskontinuierlich bereitgestellt. Im Gegensatz zu der Energieerzeugungszelle, welche eine Querleckage usw. mittels eines Verbindens des Harz/Kunststoff-Rahmenelements und des äußeren Endes der Membranelektrodenanordnung in einer luftdichten Art unterbindet, besteht in den Dummyzellen, welche keine Energieerzeugung durchführen, keine Notwendigkeit, eine Querleckage usw. zu überwachen. Demzufolge wird es mittels des diskontinuierlichen Bereitstellens des Verbindungsteils in dem Umfangsabschnitt möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu vereinfachen und die Herstelleffizienz des Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
  • In dem Brennstoffzellenstapel weisen vorzugsweise der erste elektrisch leitfähige poröse Körper, der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper die gleiche Dicke auf. In diesem Fall wird es möglich, den Schritt eines Erhaltens der Dummyzelle in einem größeren Ausmaß zu vereinfachen.
  • In dem Brennstoffzellenstapel sind vorzugsweise ein elektrisch leitfähiger poröser Körper, wie einer aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper sowie dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper, und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement mittels eines Bereitstellens eines Imprägnierungs-Verbindungsteils miteinander verbunden, wobei der elektrisch poröse Körper vorzugsweise mit Haftharz/- kunststoff diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung eines äußeren Umfangs des elektrisch leitfähigen porösen Körpers imprägniert ist, und umfasst vorzugsweise der Imprägnierungs-Verbindungsteil einen Eck-Verbindungsteil, welcher an einer Ecke des elektrisch leitfähigen porösen Körpers bereitgestellt ist, und einen benachbarten Verbindungsteil, welcher an einer Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers an einer dem Eck-Verbindungsteil benachbarten Position bereitgestellt ist.
  • Wie zuvor beschrieben, besteht in der Dummyzelle, welche keine Energieerzeugung durchführt, keine Notwendigkeit, eine Querleckage usw. zu unterbinden. Demzufolge wird es mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils in der Umfangsrichtung in dem äußeren Umfang wenigstens eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers der Dummyanordnung möglich, den Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung und des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zu vereinfachen und die Dummyzelle effizient zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, wird, obwohl der Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt vereinfacht ist, weil das Imprägnierungs-Verbindungsteil das Eck-Verbindungsteil und das benachbarte Verbindungsteil umfasst, die hinreichende Verbindungsfestigkeit eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement erzielt. Ferner ist es, zum Beispiel im Vergleich mit dem Fall, in welchem Haftmittel lediglich zwischen dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement und dem elektrisch leitfähigen porösen Körper bereitgestellt ist, möglich, die Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement mit hoher Festigkeit zu verbinden, weil das Imprägnierungs-Verbindungsteil den mittels Imprägnierens des elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit Haftharz/-kunststoff ausgebildeten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt umfasst. Folglich ist es möglich, die hohe Qualität der Dummyzelle zu erzielen.
  • Zum Zeitpunkt eines Imprägnierens des elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit durch Erwärmen geschmolzenen Haftharz/-kunststoff wird die Temperatur des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements um den Harz/Kunststoff-Verbindungsteil relativ hoch. Mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils, wie zuvor beschrieben, ist es beispielsweise im Vergleich zu dem Fall eines Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils um den elektrisch leitfähigen porösen Körper herum möglich, die Zone des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mit hoher Temperatur zu verringern. Infolgedessen ist es möglich, die Dummyzelle auch unter diesem Gesichtspunkt mit hoher Qualität zu erhalten, weil es möglich ist, einen Verzug usw. mittels eines Erwärmens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zu unterbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Brennstoffzellenstapel mittels der in dem einfachen Schritt mit hoher Qualität effizient erhaltenen Dummyzelle möglich, die Energieerzeugungsstabilität zu verbessern.
  • In dem Brennstoffzellenstapel umfasst vorzugsweise der Imprägnierungs-Verbindungsteil ferner einen Längsseiten-Verbindungsteil, welcher derart positioniert ist, dass er die Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen in eine Mehrzahl von Längsseitensegmenten teilt, und einen Schmalseiten-Verbindungsteil, welcher derart positioniert ist, dass er die Schmalseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen in eine Mehrzahl von Schmalseitensegmenten teilt und ist vorzugsweise die Länge jedes der Längsseitensegmente größer als die Länge jedes der Schmalsegmente. In der Struktur wird es möglich, die Dummyanordnung und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement nicht nur effizient, sondern auch mit der erhöhten Verbindungsfestigkeit zu verbinden.
  • In dem Brennstoffzellenstapel weisen vorzugsweise die Längsseitensegmente die gleiche Länge auf, weisen vorzugsweise die Schmalseitensegmente die gleiche Länge auf und ist vorzugsweise der Zusammenhang von Ld < Lf < Le erfüllt, wobei vorzugsweise Ld das Intervall zwischen dem Eck-Verbindungsteil und dem benachbarten Verbindungsteil benachbart zu dem Eck-Verbindungsteil ist, Le eine Länge des Längsseitensegments ist und Lf eine Länge des Schmalseitensegments ist. In diesem Fall ist es möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu vereinfachen und die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Herz/Kunststoff-Rahmenelement effektiv zu erhöhen sowie die Dummyzelle mit hoher Qualität zu erhalten.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise der Haftharz/-kunststoff ein Teil des geschmolzenen Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements. In diesem Fall ist es mit dem einfacheren Schritt eines Schmelzens eines Teils des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements und eines Imprägnierens des elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit dem Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements möglich, den Schritt eines Verbindens der Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenanordnung mit dem elektrisch leitfähigen porösen Körper mit einem größeren Ausmaß zu vereinfachen sowie die Dummyzelle effizient zu erhalten.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise der Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements ein Harz-/Kunststoffansatz, welcher vorzugsweise derart bereitgestellt ist, dass er in einer Dickenrichtung des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements hervorsteht. In diesem Fall ist es möglich, den elektrisch leitfähigen porösen Körper mit einer hinreichenden Menge von durch Schmelzen des Dummy-Harz/Kunststoffansatzes erhaltenen Haftharz/-kunststoff zu imprägnieren, um den Imprägnierungs-Verbindungsteil adäquat auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mit dem elektrisch leitfähigen porösen Körper in dem einfachen Schritt zu erhöhen.
  • In dem Brennstoffzellenstapel ist vorzugsweise die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, ist vorzugsweise die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers größer als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, umfasst vorzugsweise das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement einen äußeren Randabschnitt, eine von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts durch eine erste gestufte Fläche über den gesamten Umfang nach innen hervorstehende Ablageplatte und einen von einem inneren Ende der Ablageplatte durch eine zweite gestufte Fläche über den gesamten Umfang nach innen hervorstehenden dünnen Abschnitt, überschneidet sich vorzugsweise ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit der Ablageplatte des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements, ist vorzugsweise ein äußerer Randabschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers zu dem dünnen Abschnitt des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements benachbart positioniert, ist vorzugsweise eine äußere Endfläche des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers einer inneren Endfläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements zugewandt und sind vorzugsweise die Ablageplatte des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements und ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers mittels des Imprägnierungs-Verbindungsteils miteinander verbunden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle bereitgestellt. Die Dummyzelle wird in einer Stapelrichtung an wenigstens einem Ende eines Stapelkörpers eines Brennstoffzellenstapels bereitgestellt. Der Brennstoffzellenstapel umfasst den Stapelkörper, welcher eine Mehrzahl von in der Stapelrichtung aufeinandergestapelten Energieerzeugungszellen umfasst. Jede einer Mehrzahl von Energieerzeugungszellen umfasst eine Membranelektrodenanordnung, ein um die Membranelektrodenanordnung herum bereitgestelltes Harz/Kunststoff-Rahmenelement und die Membranelektrodenanordnung sandwichartig umgebende Separatoren, wobei die Membranelektrodenanordnung eine Elektrolytmembran und an beiden Seiten der Elektrolytmembran bereitgestellte Elektroden umfasst, wobei die Elektroden jeweils eine Gasdiffusionsschicht eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers aufweisen. Das Verfahren umfasst einen ersten Stapelschritt eines in einer Stapelrichtung Stapelns eines ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, eines zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und eines dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, welche jeweils eine unterschiedliche Flächengröße aufweisen, in einer Weise, dass eine erste Haftschicht zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper eingefügt ist und eine zweite Haftschicht zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eingefügt ist, einen Härteschritt eines Härtens der ersten Haftschicht und der zweiten Haftschicht, um eine erste Verbindungsschicht zum Verbinden des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers auszubilden, und um eine zweite Verbindungsschicht zum Verbinden des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers auszubilden, wodurch eine Dummyanordnung, welche der Membranelektrodenanordnung entspricht, erhalten wird, einen Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Bereitstellens eines Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements an der Dummyanordnung und um die Dummyanordnung herum, um somit eine mit einem Harz-/Kunststoffrahmen ausgestattete Dummyanordnung zu erhalten, und einen zweiten Stapelschritt eines sandwichartigen Aufnehmens des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens zwischen Dummyseparatoren, um somit die Dummyzelle zu erhalten. Die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht sind an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung in dem ersten Stapelschritt bereitgestellt, um somit die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung in dem Härteschritt auszubilden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle ist es möglich, die Dummyzelle zu erhalten, welche die Dummyanordnung mit der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht umfasst, in welcher sich die Positionen der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht in der Stapelrichtung voneinander unterscheiden. In der Struktur ist es im Vergleich zu dem Fall, in welchem die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht an der gleichen Position bereitgestellt sind, möglich, einen Anstieg der Dicke jeder der Dummyzellen teilweise zu unterbinden. Auch wenn die Dummyzellen auf die Energieerzeugungszelle gestapelt sind, ist es möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks in der Energieerzeugungszelle zu unterbinden, und ist es somit möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran, beispielsweise aufgrund von Dehnungen in der Elektrolytmembran der Energieerzeugungszelle, zu unterbinden.
  • In der Dummyzelle wird eine Energieerzeugung nicht durchgeführt und wird somit kein Wasser erzeugt. In dem die Dummyzelle an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers in der Stapelrichtung umfassenden Brennstoffzellenstapel ist es möglich, das Wärmeisolierverhalten an dem Ende des Stapelkörpers zu verbessern und somit die Energieerzeugungsstabilität des Stapelkörpers zu verbessern.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle möglich, die Dummyzelle zu erhalten, welche auf die Energieerzeugungszelle gestapelt werden kann, während ein lokaler Anstieg des Flächendrucks unterbunden wird, wird es möglich, die Energieerzeugungsstabilität ohne eine Verschlechterung einer Haltbarkeit der Elektrolytmembran des diese Dummyzelle umfassenden Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle werden vorzugsweise nachdem der erste elektrisch leitfähige poröse Körper, der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper in dem ersten Stapelschritt in einem Zustand aufeinandergestapelt werden, in welchem ein Flächendruck, welcher dem während einer Energieerzeugung des Brennstoffzellenstapels aufgebrachten Flächendruck gleicht, auf den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper aufgebracht wird, die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht in dem Härteschritt gehärtet. In dem Zustand, in welchem der Flächendruck auf diese Weise angewendet wird, wenn die Dummyzelle in dem Brennstoffzellenstapel angeordnet wird, ist es möglich, den lokalen Anstieg des Flächendrucks der Energieerzeugungszellen mit einem größeren Ausmaß zu unterbinden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird vorzugsweise in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht in einem Randabschnitt eines ersten Stapelteils, wo der erste elektrisch leitfähige poröse Körper und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper aufeinander gestapelt werden, diskontinuierlich bereitgestellt, und wird vorzugsweise die zweite Haftschicht in einem Randabschnitt eines zweiten Stapelteils, wo der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper gestapelt werden, diskontinuierlich bereitgestellt. Im Vergleich mit dem Fall eines kontinuierlichen Bereitstellens der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht in den Randabschnitten des ersten Stapelteils und des zweiten Stapelteils möglich, die Dummyzelle in dem einfachen Schritt effizient zu erhalten.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle werden vorzugsweise in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht abwechselnd in einer Umfangsrichtung des ersten Stapelteils und des zweiten Stapelteils bereitgestellt. In diesem Fall ist es möglich, den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper in dem einfachen Verbindungsschritt mit der hinreichenden Festigkeit zu verbinden. Ferner wird es möglich, die Dummyzelle zu erhalten, welche es ermöglicht, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks effektiv zu unterbinden, wenn die Dummyzelle auf die Energieerzeugungszelle gestapelt ist.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle werden vorzugsweise in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht an Längsseiten, ausgenommen Schmalseiten, des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers und des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers, welche jeweils eine rechteckige Fläche aufweisen, bereitgestellt. In diesem Fall wird es möglich, die Dummyzelle in den Brennstoffzellenstapel einzubeziehen, ohne irgendeinen Einfluss auf das Energieerzeugungsverhalten zu veranlassen, da ein Anstieg des inneren Widerstands mittels der auf die Energieerzeugungszelle gestapelten Dummyzelle unterbunden wird.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird vorzugsweise in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt ein äußerer Randabschnitt eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers, wie wenigstens einem aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper, dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper, in einem Zustand, in welchem das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement um die Dummyanordnung herum bereitgestellt ist, mit einem Haftharz/-kunststoff diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung des äußeren Randabschnitts imprägniert, um einen Imprägnierungs-Verbindungsteil auszubilden, um somit die Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu verbinden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt der Imprägnierungs-Verbindungsteil diskontinuierlich in dem Umfangsabschnitt in dem äußeren Umfang von wenigstens einem elektrisch leitfähigen porösen Körper der Dummyanordnung bereitgestellt, um die Dummyanordnung und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu verbinden. Daher ist es im Vergleich zu dem Fall eines Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils um den elektrisch leitfähigen porösen Körper herum möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt zu vereinfachen und die Dummyzelle effizient zu erhalten.
  • Auch in solch einem einfachen Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt ist es möglich, die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mit dem elektrisch leitfähigen porösen Körper zu erhöhen, weil der Imprägnierungs-Verbindungsteil mittels eines Imprägnierens des elektrisch leitfähigen porösen Körpers mit dem Haftharz/-kunststoff ausgebildet wird. Ferner ist es mittels eines Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils, wie zuvor beschrieben, möglich, ein Auftreten eines Verzugs usw. des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements aufgrund einer Erwärmung zu unterbinden.
  • Mittels eines Bereitstellens der Dummyzelle an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers in der Stapelrichtung, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, das Wärmeisolierverhalten an dem Ende des Stapelkörpers zu erhöhen, und somit ist es möglich, die Energieerzeugungsstabilität des Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle in dem einfachen Schritt möglich, die Dummyzelle mit hoher Qualität effizient zu erhalten und die Energieerzeugungsstabilität des die Dummyzelle umfassenden Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
  • In dem Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellenstapels wird vorzugsweise in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als der Imprägnierungs-Verbindungsteil ein Eck-Verbindungsteil an einer Ecke des elektrisch leitfähigen porösen Körpers ausgebildet und ein benachbarter Verbindungsteil an einer dem Eck-Verbindungsteil an einer Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers benachbarten Position ausgebildet. In diesem Fall ist es auch in dem mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des Imprägnierungs-Verbindungsteils vereinfachten Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt möglich, die Dummyzelle mit hoher Qualität zu erhalten, weil es möglich ist, das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement und den elektrisch leitfähigen porösen Körper mit hinreichender Festigkeit zu verbinden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird vorzugsweise in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als der Imprägnierungs-Verbindungsteil ein Längsseiten-Verbindungsteil bereitgestellt, um die Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen in eine Mehrzahl von Längsseitensegmenten zu teilen, und wird vorzugsweise ein Schmalseiten-Verbindungsteil bereitgestellt, um die Schmalseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen in eine Mehrzahl von Schmalseitensegmenten in solch einer Weise zu teilen, dass jedes der Längsseitensegmente länger ist als jedes der Schmalseitensegmente. In der Struktur wird es möglich, den Dummy-Strukturkörper mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement nicht nur effizient zu verbinden, sondern auch mit hinreichender Festigkeit.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt der Imprägnierungs-Verbindungsteil an dem elektrisch leitfähigen porösen Körper derart bereitgestellt, dass die Längsseitensegmente die gleiche Länge aufweisen, die Schmalseitensegmente die gleiche Länge aufweisen sowie der Zusammenhang von Ld < Lf < Le erfüllt ist, wobei Ld das Intervall zwischen dem Eck-Verbindungsteil und dem benachbarten Verbindungsteil, welcher benachbart zu dem Eck-Verbindungsteil ist, Le die Länge des Längsseitensegments ist und Lf die Länge des Schmalseitensegments ist. In diesem Fall ist es möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu vereinfachen, und die Verbindungsfestigkeit der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement zu erhöhen sowie die Dummyzelle mit hoher Qualität zu erhalten.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird vorzugsweise in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als das/der Haftharz/-kunststoff der elektrisch leitfähige poröse Körper mit einem Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements, welcher geschmolzen worden ist, imprägniert, um somit den Imprägnierungs-Verbindungsteil auszubilden. In diesem Fall ist es in dem einfachen Schritt, in welchem ein Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements geschmolzen wird und der elektrisch leitfähige poröse Körper mit dem geschmolzenen Harz/Kunststoff des Dummy-Hass/Kunststoff-Rahmenelements imprägniert wird, möglich, den Schritt eines Verbindens der Dummyanordnung mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement mit einem größeren Ausmaß zu vereinfachen und die Dummyzelle effizient zu erhalten.
  • In dem Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle wird vorzugsweise in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt ein Harz-/Kunststoffansatz, welcher derart bereitgestellt ist, dass er in der Dickenrichtung des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements hervorsteht, als der Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements verwendet. In diesem Fall ist es möglich, den elektrisch leitfähigen porösen Körper mit einer hinreichenden Menge von durch Schmelzen des Dummy-Harz-/Kunststoffansatzes erhaltenen Haftharz/-kunststoff zu imprägnieren, um den Imprägnierungs-Verbindungsteil adäquat zu erhalten. In diesem Fall ist es möglich, die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements mit dem elektrisch leitfähigen porösen Körper in einem einfachen Schritt zu erhöhen.
  • Die zuvor genannten und andere Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlicher werden, wenn sie gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen erfasst werden, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines illustrativen Beispiels gezeigt ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche den entlang einer Linie II-II in 1 gesehenen Brennstoffzellenstapel zeigt;
    • 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Energieerzeugungszelle zeigt;
    • 4 ist eine Frontansicht, welche ein Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas eines ersten Separators zeigt;
    • 5 ist eine Frontansicht, welche ein Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas eines zweiten Separators zeigt;
    • 6 ist eine Frontansicht, welche ein Kühlmittel-Strömungsfeld eines dritten Separators zeigt;
    • 7 ist eine Frontansicht, welche eine Anode eines mit einer MEA ausgestatteten Harz/-Kunststoffrahmens zeigt;
    • 8 ist eine entlang einer Linie VIII-VIII in 7 gesehene Querschnittsansicht;
    • 9 ist eine Frontansicht, welche einen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eines mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens zeigt;
    • 10 ist ein entlang einer Linie X-X in 9 gesehene Querschnittsansicht;
    • 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Dummyanordnung zeigt;
    • 12 ist eine Frontansicht, welche einen ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper der Dummyanordnung zeigt;
    • 13 ist eine entlang einer Linie XIII-XIII in 12 gesehene Querschnittsansicht;
    • 14 ist eine Frontansicht, welche einen zweiten Raum eines ersten Dummy-Separators und eines zweiten Dummy-Separators zeigt;
    • 15 ist eine Frontansicht, welche einen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper eines mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt; und
    • 16 ist eine entlang einer Linie XVI-XVI in 15 gesehene Querschnittsansicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines Brennstoffzellenstapels und ein Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen sind konstitutive Elemente, welche die gleichen oder ähnliche Funktionen aufweisen und welche die gleichen oder ähnliche Vorteile bieten, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und wird möglicherweise eine Beschreibung solcher konstitutiven Elemente nicht wiederholt.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Brennstoffzellenstapel 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Stapelkörper 14, welcher mittels Stapelns einer Mehrzahl von Energieerzeugungszellen 12 in einer (mittels Pfeilen A1 und A2 angezeigten) horizontalen Richtung oder in der (mittels Pfeilen C1 und C2 angezeigten) Schwerkraftrichtung ausgebildet ist. Zum Beispiel ist der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Brennstoffzellenfahrzeug, wie beispielsweise einem (nicht dargestellten) Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, montiert.
  • Wie in 2 gezeigt, ist an einem Ende des Stapelkörpers 14 in einer Stapelrichtung des Stapelkörpers 14 (mittels einem Pfeil A1 dargestellt) eine erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16 bereitgestellt. Eine erste Dummyzelle 18 ist außerhalb der ersten Energieerzeugungs-Endeinheit 16 bereitgestellt und eine zweite Dummyzelle 20 ist außerhalb der ersten Dummyzelle 18 bereitgestellt. Ferner ist eine zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 an dem anderen Ende des Stapelkörpers 14 in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Stapelrichtung bereitgestellt, wobei eine zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 bereitgestellt ist. Eine dritte Dummyzelle 24 ist außerhalb der zweiten Energieerzeugungs-Endeinheit 22 bereitgestellt. Eine Anschlussplatte 26a ist außerhalb der zweiten Dummyzelle 20 des Stapelkörpers 14 in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung bereitgestellt und ein Isolator 28a ist außerhalb der Anschlussplatte 26a bereitgestellt und eine Endplatte 30a ist außerhalb des Isolators 28a bereitgestellt. Eine Anschlussplatte 26b ist außerhalb der dritten Dummyzelle 24 des Stapelkörpers 14 in der mittels eines Pfeils A2 angezeigten Richtung bereitgestellt. Ein Isolator 28b ist außerhalb der Anschlussplatte 26b bereitgestellt und eine Endplatte 30b ist außerhalb des Isolators 28b bereitgestellt.
  • Wie in 1 gezeigt, sind (nicht dargestellte) Koppelstangen zwischen Seiten von rechteckigen Endplatten 30a, 30b bereitgestellt. Beide Enden jeder der Koppelstangen sind an inneren Flächen der Endplatten 30a, 30b unter Verwendung (nicht dargestellter) Bolzen fixiert, um eine Spannkraft auf eine Mehrzahl von Energieerzeugungszellen 12 in der mittels Pfeilen A1, A2 angezeigten Stapelrichtung aufzubringen. Der Brennstoffzellenstapel 10 kann ein die Endplatten 30a, 30b aufweisendes Gehäuse umfassen und der Stapelkörper 14 usw. können in dem Gehäuse platziert sein.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die Energieerzeugungszelle 12 einen ersten Separator 32, einen auf den ersten Separator 32 gestapelten mit einer MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34, einen auf den mit einer MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34 gestapelten zweiten Separator 36, einen auf den zweiten Separator 36 gestapelten mit einer MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34 und einen auf den mit einer MEA ausgestatteten Kunststoffrahmen 34 gestapelten dritten Separator 38. Jeder aus dem ersten Separator 32, dem zweiten Separator 36 und dem dritten Separator 38 (jeder der Separatoren) besitzt die Gestalt einer Stahlplatte, einer Edelstahlplatte, einer Aluminiumplatte, einer beschichteten/galvanisierten Stahlplatte und ist mittels Pressformen usw. ausgebildet, um in einer Aufsicht eine rechteckige Gestalt aufzuweisen und in einem Querschnitt eine gewellte Form aufzuweisen.
  • Wie in 1 und 3 gezeigt, sind an einem Ende jedes Separators in der mittels eines Pfeils B1 angezeigten longitudinalen Richtung (horizontalen Richtung) ein Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 und ein Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 bereitgestellt. Der Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 und der Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 erstrecken sich durch jeden Separator in der mittels der Pfeile A1 bzw. A2 angezeigten Stapelrichtung. Ein sauerstoffbeinhaltendes Gas wird durch den Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 zugeführt. Ein Brennstoffgas wird durch den Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 abgeführt. Dieses sauerstoffbeinhaltende Gas und das Brennstoffgas werden auch gemeinsam als die reaktiven Gase bezeichnet.
  • An dem anderen Ende jedes Separators in der mittels eines Pfeils B2 angezeigten Längsrichtung sind ein Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 zum Zuführen des Brennstoffgases und ein Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 zum Abführen des sauerstoffbeinhaltenden Gases bereitgestellt. Der Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 und der Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 erstrecken sich durch jeden Separator in der mittels der Pfeile A1 bzw. A2 angezeigten Stapelrichtung. Der Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40, der Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42, der Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 und der Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 werden auch gemeinsam als Durchlass für reaktives Gas bezeichnet.
  • An beiden Enden in der lateralen Richtung jedes Separators (mittels der Pfeile C1, C2 angezeigten vertikalen Richtung) ist ein Paar von Kühlmittel-Zufuhrdurchlässen 48 zum Zuführen eines Kühlmittels an der mittels des Pfeils B1 angezeigten Seite bereitgestellt. Die Kühlmittel-Zufuhrdurchlässe 48 erstrecken sich durch jeden Separator in der mittels Pfeilen A1, A2 angezeigten Richtung. An beiden Enden in der lateralen Richtung jedes Separators ist ein Paar von Kühlmittel-Abfuhrdurchlässen 50 zum Abführen des Kühlmittels an der mittels des Pfeils B2 angezeigten Seite bereitgestellt. Die Kühlmittel-Abfuhrdurchlässe 50 erstrecken sich durch jeden Separator in der durch die Pfeile A1, A2 angezeigten Richtung.
  • Wie in 3 gezeigt, wird ein Kühlmittel-Strömungsfeld 52 an einer Fläche 32a des ersten Separators 32 ausgebildet, welche in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichtet ist. Das Kühlmittel-Strömungsfeld 52 ist mit dem Kühlmittel-Zufuhrdurchlass 48 und dem Kühlmittel-Abfuhrdurchlass 50 verknüpft. Eine Mehrzahl von Auslassverbindungsrillen 54b ist zwischen dem Kühlmittel-Zufuhrdurchlässen 48 und dem Kühlmittel-Strömungsfeld 52 ausgebildet. Eine Mehrzahl von Auslassverbindungsrillen 54b ist zwischen dem Kühlmittel-Strömungsfeld 52 und den Kühlmittel-Abfuhrdurchlässen 50 ausgebildet. Ferner ist ein Dichtungselement 55 an der Fläche 32a des ersten Separators 32 um die Kühlmittel-Zufuhrdurchlässe 40, die Kühlmittel-Abfuhrdurchlässe 50, das Kühlmittel-Strömungsfeld 52, die Einlassverbindungsrillen 54a und die Auslassverbindungsrillen 54b herum bereitgestellt und stellt dieses eine Dichtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Dichtungselements 55 in der Flächenrichtung bereit.
  • Wie in 4 gezeigt, weist der erste Separator 32 ein Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 an seiner Fläche 32b auf, welche in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist. Das Strömungsfeld des sauerstoffbeinhaltenden Gases 56 ist mit dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 und dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 verknüpft. Das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 umfasst eine Mehrzahl von parallel angeordneten wellenförmigen Strömungsrillen (oder geraden Strömungsrillen).
  • Ein Einlasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 58 ist mit einem Einlassende des Strömungsfeldes für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 bei einer Position außerhalb der Energieerzeugungszone verknüpft und ein Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 60 ist mit einem Auslassende des Strömungsfeldes für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 bei einer Position außerhalb der Energieerzeugungszone verknüpft.
  • Eine Mehrzahl von Einlassverbindungsrillen 62a ist zwischen dem Einlasspuffer für sauerstoff beinhaltendes Gas 58 und dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 ausgebildet. Eine Mehrzahl von Auslassverbindungsrillen 62b ist zwischen dem Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 60 und dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 ausgebildet. Ferner ist ein Dichtungselement 63 an der Fläche 32b des ersten Separators 32 um den Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40, dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46, das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56, dem Einlasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 58, dem Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 60, die Einlassverbindungsrillen 62a und die Auslassverbindungsrillen 62b herum bereitgestellt, und stellt dieses eine Dichtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Dichtungselements 63 in der Flächenrichtung bereit. In dem ersten Separator 32 bildet die Rückfläche des Strömungsfeldes für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 einen Teil des Kühlmittel-Strömungsfeldes 52 aus (siehe 2 und 3).
  • Wie in 3 gezeigt, weist der zweite Separator 36 ein Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 an seiner Fläche 36a auf, welche in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichtet ist. Das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 ist mit dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 und dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 verknüpft. Das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 umfasst eine Mehrzahl von parallel angeordneten wellenförmigen Strömungsrillen (oder geraden Strömungsrillen).
  • Ein Brennstoffgas-Einlasspuffer 68 ist mit dem Einlassende des Brennstoffgas-Strömungsfeldes 66 außerhalb der Energieerzeugungszone verknüpft und ein Brennstoffgas-Auslasspuffer 70 ist mit dem Auslassende des Brennstoffgas-Strömungsfeldes 66 außerhalb der Energieerzeugungszone verknüpft. Eine Mehrzahl von Brennstoffgas-Zufuhrlöchern 72a ist zwischen dem Brennstoffgas-Einlasspuffer 68 und dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 bereitgestellt. Die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a durchtreten den zweiten Separator 36 in der Dickenrichtung. Eine Mehrzahl von Brennstoffgas-Abfuhrlöchern 72b ist zwischen dem Brennstoffgas-Auslasspuffer 70 und dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 ausgebildet. Die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b durchtreten den zweiten Separator 36 in der Dickenrichtung.
  • Ein Dichtungselement 73 ist an der Fläche 36a des zweiten Separators 36 um das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66, den Brennstoffgas-Einlasspuffer 68, den Brennstoffgas-Auslasspuffer 70, den Brennstoffgas-Zufuhrlöchern 72a, den Brennstoffgas-Abfuhrlöchern 72b herum bereitgestellt und es stellt eine Dichtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Dichtungselements 73 in der Flächenrichtung bereit.
  • Wie in 5 gezeigt, weist die Fläche 36b des zweiten Separators 36, welcher in der Richtung von Pfeil A2 ausgerichtet ist, die gleiche Struktur wie die Fläche 32b des ersten Separators 32 auf (siehe 4), welche in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist, abgesehen davon, dass Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b, welche von den Dichtungselementen 71 umgeben sind, bereitgestellt sind. D.h. das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 ist an der Fläche 36b des zweiten Separators 36 ausgebildet. Das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 ist mit dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 und dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 verknüpft. Ferner sind ein Einlasspuffer für sauerstoff beinhaltendes Gas 58, ein Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 60, Einlassverbindungsrillen 62a, Auslassverbindungsrillen 62b und ein Dichtungselement 63 an der Fläche 36b des zweiten Separators 36 ausgebildet.
  • An der Fläche 36b des zweiten Separators 36 sind die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b von dem Einlasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 58 und dem Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 60 mittels der Dichtungselemente 63, 71 getrennt.
  • Wie in 3 gezeigt, weist die Fläche 38a des dritten Separators 38, welche in Richtung des Pfeils A1 ausgerichtet ist, die gleiche Struktur wie die Fläche 36a des zweiten Separators 36 auf, welche in Richtung des Pfeils A1 ausgerichtet ist. D.h. das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 ist an der Fläche 38a des dritten Separators 38 ausgebildet. Das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 ist mit dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 und dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 verknüpft. Ferner sind der Brennstoffgas-Einlasspuffer 68, der Brennstoffgas-Auslasspuffer 70, die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a, die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b und das Dichtungselement 73 an der Fläche 38a des dritten Separators 38 ausgebildet.
  • Wie in 6 gezeigt, weist die Fläche 38b des dritten Separators 38, welche in der Richtung von Pfeil A2 ausgerichtet ist, die gleiche Struktur wie die Fläche 32a des ersten Separators 32 auf, welche in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichtet ist (siehe 3), abgesehen davon, dass die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b, welche von dem Dichtungselement 71 umgeben sind, bereitgestellt sind. D.h. das Kühlmittel-Strömungsfeld 52, die Einlassverbindungsrillen 54a, die Auslassverbindungsrillen 54b und das Dichtungselement 55 sind an der Fläche 38b des dritten Separators 38 bereitgestellt. An der Fläche 38b des dritten Separators 38 ist jedes der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b von dem Kühlmittel-Strömungsfeld 52, den Einlassverbindungsrillen 54a, den Auslassverbindungsrillen 54b usw. mittels der Dichtungselemente 55, 71 getrennt.
  • Wie in 2 gezeigt, kann das Kühlmittel zwischen dem Kühlmittel-Strömungsfeld 52 an der Fläche 38b des dritten Separators 38 in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung und dem Kühlmittel-Strömungsfeld 52 an der Fläche 32a des ersten Separators 32 in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung, welche zueinander benachbart sind, strömen.
  • Wie in 3, 5 und 6 gezeigt, strömt in dem zweiten Separator 36 und dem dritten Separator 38, weil die Dichtungselemente 71, 73 wie zuvor beschrieben bereitgestellt sind, nachdem das Brennstoffgas den Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite durchströmt, das Brennstoffgas durch die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a von der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite, und strömt dann in den Brennstoffgas-Einlasspuffer 68 und das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66. Ferner, nachdem das Brennstoffgas das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 durchströmt und in den Brennstoffgas-Auslasspuffer 70 strömt, strömt das Brennstoffgas durch die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite und durchströmt den Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 von der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite.
  • Ein (nicht dargestelltes) Dichtungselement ist mit jeder von beiden Flächen der Separatoren integral ausgebildet. Das Dichtungselement ist aus einem elastischen Material hergestellt und um den äußeren Randabschnitt jedes Separators bereitgestellt.
  • Wie in 3, 7 und 8 gezeigt, ist der mit einer MEA ausgestattete Harz-/Kunststoffrahmen 34 mittels eines Verbindens eines Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 an den äußeren Enden der Membranelektrodenanordnung (MEA) 80 ausgebildet. Wie in 8 gezeigt, umfasst die Membranelektrodenanordnung 80 eine Feststoffpolymer-Elektrolytmembran (im Folgenden der Einfachheit halber als die Elektrolytmembran bezeichnet) 84, welche beispielsweise eine dünne Membran von perfluorsulfonsäurebeinhaltendem Waser ist. Ein auf Fluor basierendes Elektrolyt kann als die Elektrolytmembran 84 verwendet werden. Alternativ kann ein auf HC (Kohlenwasserstoff) basierendes Elektrolyt als die Elektrolytmembran 84 verwendet werden. Die Elektrolytmembran 84 ist zwischen einer Kathode 86 und eine Anode 88 eingefügt.
  • Die Membranelektrodenanordnung 80 ist eine MEA, welche unterschiedliche Größen von Komponenten aufweist, wobei die Flächengröße der Kathode 86 kleiner ist als die Flächengröße der Anode 88 und der Elektrolytmembran 84. Die Kathode 86, die Anode 88 und die Elektrolytmembran 84 können die gleiche Flächengröße aufweisen. Alternativ kann die Flächengröße der Anode 88 kleiner sein als die Flächengröße der Kathode 86 und der Elektrolytmembran 84.
  • Die Kathode 86 umfasst eine erste Elektrodenkatalysatorschicht 90, welche mit einer Endfläche 84a der Elektrolytmembran 84 (mittels des Pfeils A1 angezeigt) verbunden ist, und eine erste Gasdiffusionsschicht 92, welche auf die erste Elektrodenkatalysatorschicht 90 gestapelt ist. Die Flächengröße der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 ist größer als die Flächengröße der ersten Gasdiffusionsschicht 92 und umfasst einen äußeren freiliegenden Abschnitt 90a, welcher nach außen von einer äußeren Endfläche 92a der ersten Gasdiffusionsschicht 92 hervorsteht. Die Flächengröße der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 ist kleiner als die Flächengröße der Elektrolytmembran 84.
  • Die Anode 88 umfasst eine zweite Elektrodenkatalysatorschicht 94, welche mit der äußeren Endfläche 84b der Elektrolytmembran 84 (mittels des Pfeils A2 angezeigt) verbunden ist, und eine zweite Gasdiffusionsschicht 96, welche auf die zweite Elektrolytkatalysatorschicht 94 gestapelt ist. Die zweite Elektrolytkatalysatorschicht 94 und die zweite Gasdiffusionsschicht 96 weisen die gleiche Flächengröße auf, welche gleich groß ist wie (oder kleiner ist als) die Flächengröße der Elektrolytmembran 84.
  • Zum Beispiel ist die erste Elektrodenkatalysatorschicht 90 mittels gleichförmig abgeschiedener poröser Kohlenstoffpartikel an der Fläche der ersten Gasdiffusionsschicht 92 zusammen mit einem ionenleitfähigen Polymerbindemittel und einer Platinlegierung ausgebildet, welche von den porösen Kohlenstoffpartikeln getragenen werden. Zum Beispiel ist die zweite Elektrodenkatalysatorschicht 94 mittels gleichförmig abgeschiedener poröser Kohlenstoffpartikel an der Fläche der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 zusammen mit einem ionenleitfähigen Polymerbindemittel und einer Platinlegierung ausgebildet, welche von den porösen Kohlenstoffpartikeln getragenen werden.
  • Jede aus der ersten Gasdiffusionsschicht 92 und der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 ist aus einem elektrisch leitfähigen porösen Körper, wie beispielsweise Kohlenstoffpapier oder Kohlenstoffgewebe usw., ausgebildet. Die Flächengröße der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 ist größer als die Flächengröße der ersten Gasdiffusionsschicht 92.
  • Zum Beispiel ist das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 aus einem Harz-/Kunststoffmaterial ausgebildet, wie beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid), PPA (Polyphthalamid), PEN (Polyphenylennaphthalat), PES (Polyethersulfon), LCP (Flüssigkristallpolymer), PVDF (Polyvinylidenfluorid), ein Silikonharz/-kunststoff, ein Fluorharz/-kunststoff, m-PPE (modifiziertes Polyphenylenether) -Hartz/Kunststoff, PET (Polyethylenterephthalat), PBT (Polybutylenterephthalat) oder modifizierten Polyolefin. Es ist zu beachten, dass das Harz-/Kunststoffmaterial aus einem Film usw. hergestellt sein kann.
  • Wie in 3 gezeigt, weist das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 eine Rahmengestalt auf und ist das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 im Inneren einer Gruppe von Fluiddurchlässen 40, 42, 44, 46, 48, 50 bereitgestellt, welche den Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 umfassen. Die Fluiddurchlässe 40, 42, 44, 46, 48, 50 sind nicht in dem Harz-/Kunststoff-Rahmenelement 82 ausgebildet. Ferner, wie in 8 gezeigt, umfasst das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 einen äußeren Randabschnitt 82b über die vorbestimmte Länge im Inneren des äußeren Endes 82a (siehe 7) und eine innere Ausdehnung 82c im Inneren des äußeren Randabschnitts 82b.
  • Die innere Ausdehnung 82c umfasst eine Ablageplatte 82e, welche sich von dem inneren Ende des äußeren Randabschnitts 82b durch die erste gestufte Fläche 82d nach innen erstreckt, und einen dünnen Abschnitt 82g, welcher sich von dem inneren Ende der Ablageplatte 82e durch eine zweite gestufte Fläche 82f nach innen erstreckt. Die Ablageplatte 82e ist dünner als der äußere Randabschnitt 82b und der dünne Abschnitt 82g ist dünner als die Ablageplatte 82e. Ferner sind die erste gestufte Fläche 82d, die Ablageplatte 82e, die zweite gestufte Fläche 82f und der dünne Abschnitt 82g über den gesamten Umfang des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 bereitgestellt. Der äußere Randabschnitt der Fläche 82b der Elektrolytmembran 84 kontaktiert die Fläche 82ea der Ablageplatte 82e, welche in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist. An dem inneren Ende des dünnen Abschnitts 82g ist eine Überhöhung/Bank 82h, welche dem äußeren freiliegenden Abschnitt 90a der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 zugewandt ist, über den gesamten Umfang bereitgestellt. Ferner ist eine Rille 82ha zwischen der Überhöhung/Bank 82h und der zweiten gestuften Fläche 82f bereitgestellt.
  • Ein Haftmittel 98a ist zur Ausbildung eines Haftabschnitts 98 auf die der Rille benachbarte 82ha Fläche 84a der Elektrolytmembran 84 und den äußeren freiliegenden Abschnitt 90a der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 um den äußeren freiliegenden Abschnitt 90a herum gefüllt. Ferner ist das Haftmittel 98a des Haftabschnitts 98 zwischen die innere Endfläche 82i des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 und die äußere Endfläche 92a der ersten Gasdiffusionsschicht 92 gefüllt. Als das Haftmittel 98a kann zum Beispiel FluorkohlenstoffharzJ-kunststoff, Silikonharz/-kunststoff, Epoxidharz/-kunststoff usw. in geeigneter Weise verwendet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in diesem Aspekt nicht beschränkt. Das Haftmittel 98a ist nicht beschränkt auf ein Haftmittel in dem flüssigen oder festen Zustand, einen Thermoplast, einen Duroplast, usw.
  • Das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 und der äußere Randabschnitt der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 sind mittels eines ersten Verbindungsteils 100 unter Verwendung eines Haftharzes/-kunststoffes miteinander verbunden. Wie in 7 gezeigt, ist der erste Verbindungsteil 100 um das äußere Ende der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 herum bereitgestellt. Wie in 8 gezeigt, ist beispielsweise der erste Verbindungsteil 100 mittels eines thermischen Verformens eines Harz-/Kunststoffansatzes 100a ausgebildet, welcher mit dem Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 in einer Weise integral ausgebildet ist, dass der Harz-/Kunststoffansatz 100a um das innere Ende des äußeren Randabschnitts 82b herum bereitgestellt ist und in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung hervorsteht. Das erste Verbindungsteil 100 umfasst einen ersten Harz-/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 100b und einen ersten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 100c.
  • Der erste Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 100b ist mittels eines Imprägnierens des äußeren Randabschnitts der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 mit geschmolzenem Harz/Kunststoff des Harz-/Kunststoffansatzes 100a ausgebildet. In dem Zustand, in welchem die erste gestufte Fläche 82d des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 von einer äußeren Endfläche 101 der Elektrolytmembran 84 und der Anode 88 beabstandet ist, wird ein geschmolzener Harz-/Kunststoffansatz 100a in die erste gestufte Fläche 82d des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 und die äußere Endfläche 101 der Elektrolytmembran 84 und die Anode 88 zugeführt und verfestigt sich dazwischen, um den ersten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 100c auszubilden. In 8 sind die Fläche der Ablageplatte 82e und der ersten gestuften Fläche 82d, welche mit dem ersten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 100c integral ausgebildet sind, mittels einer Zwei-Punkt-Strichlinie angegeben.
  • Der Haftabschnitt 98 ist um den äußeren freiliegenden Abschnitt 90a der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 und der äußeren Endfläche 92a der ersten Gasdiffusionsschicht 92 bereitgestellt. Der erste Verbindungsteil 100 ist um den äußeren Randabschnitt der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 bereitgestellt, um eine Querleckage usw. zwischen der Kathode 86 und der Anode 88 zu verhindern.
  • Wie in 3 gezeigt, sind ein Einlasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 102a und ein Auslasspuffer für sauerstoffbeinhaltendes Gas 102b an einer Fläche 82j des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 bereitgestellt, welche der (in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichteten) Kathode 86 zugewandt ist. Wie in 7 gezeigt, sind ein Brennstoffgas-Einlasspuffer 105a und ein Brennstoffgas-Auslasspuffer 105b an einer Fläche 82k des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 bereitgestellt, welche der (in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichteten) Anode 88 zugewandt ist.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16 mittels Stapelns eines mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 auf den ersten Separator 32, eines ersten Dummyseparators 108 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, des mit einer MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 34 auf den ersten Dummyseparator 108 und des ersten Separators 38 auf den mit der MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34 von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite ausgebildet.
  • Wie in 9 und 10 gezeigt, ist der mit der Dummyanordnung ausgestattete Harz-/Kunststoffrahmen 106 mittels eines Verbindens eines Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 mit dem äußeren Ende der Dummyanordnung 110 ausgebildet. Wie in 10, 11 und 12 gezeigt, ist die Dummyanordnung 110 mittels Stapelns dreier elektrisch leitfähiger poröser Körper miteinander ausgebildet, welche unterschiedliche Flächengrößen (Flächeninhalte/äußere Größen) aufweisen, um von dem Pfeil A1 zu dem Pfeil A2 einen ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112, einen zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114, welcher auf den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 gestapelt ist, und einen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116, welcher auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 gestapelt ist, zu umfassen. In Bezug auf die Flächengrößen ist die folgende Beziehung gegenwärtig: erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 < zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 < dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116.
  • Demzufolge ist, wie in 10 und 12 gezeigt, ein äußerer freiliegender Abschnitt 116a an dem äußeren Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 bereitgestellt. Der äußere freiliegende Abschnitt 116a überragt nach außen eine äußere Endfläche 116a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 über den gesamten Umfang. Der äußere freiliegende Abschnitt 114b ist in dem äußeren Randabschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 bereitgestellt. Der äußere freiliegende Abschnitt 114b überragt nach außen die äußere Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 über den gesamten Umfang.
  • Der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112, der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 sind aus dem gleichen Material hergestellt und können aus dem Material hergestellt sein, welches für den elektrisch leitfähigen porösen Körper der ersten Gasdiffusionsschicht 92 oder der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 verwendet ist.
  • Ferner weisen in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112, der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 die gleiche Dicke wie der elektrisch leitfähige poröse Körper der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 auf. Auf diese Weise wird es mittels eines Einstellens der Flächengröße des elektrisch leitfähigen porösen Körpers möglich, die Dummyanordnung 110 einfacher zu erhalten.
  • Wie in 12 und 13 gezeigt, sind der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114, welche aufeinandergestapelt sind, mittels einer zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 eingefügten Verbindungsschicht 118a miteinander verbunden. Der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 sind mittels einer zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 eingefügten zweiten Verbindungsschicht 118b miteinander verbunden. Wie später beschrieben wird, sind die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b mittels eines Härtens der ersten Haftschicht 119a bzw. der zweiten Haftschicht 119b ausgebildet. Die Haftschicht 98a kann als Material der ersten Haftschicht 119a und der zweiten Haftschicht 119b verwendet werden.
  • Wie in 12 gezeigt, ist die erste Verbindungsschicht 118a (in einem Punktmuster) in der Längsseite eines ersten Stapelteils 112b als ein Stapelteil des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 und des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 diskontinuierlich bereitgestellt. Ferner ist die zweite Verbindungsschicht 118b (in einem Punktmuster) in der Längsseite eines zweiten Stapelteils 114c als ein Stapelteil des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 und des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 diskontinuierlich bereitgestellt. Ferner sind die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b in der (mittels der Pfeile B1, B2 angezeigten) Richtung abwechselnd bereitgestellt, in welcher sich die Längsseiten des ersten Stapelteils 112b und des zweiten Stapelteils 114c erstrecken.
  • Wie in 13 gezeigt, sind die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b an unterschiedlichen Positionen in der (mittels der Pfeile A1 und A2 angezeigten) Stapelrichtung bereitgestellt.
  • Wie in 9 und 10 gezeigt, weist das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 die gleiche Struktur auf wie das Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 des mit der MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 34 in 7 und 8 und umfasst das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 einen äußeren Randabschnitt 82b sowie eine innere Ausdehnung 82c. Wie in 10 gezeigt, kontaktiert der äußere freiliegende Abschnitt 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite die Ablageplatte 82e der inneren Ausdehnung 82c. In dieser Hinsicht ist eine äußere Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 von der ersten gestuften Fläche 82d durch den Abstand La beabstandet.
  • Ein Teil des äußeren freiliegenden Abschnitts 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite und ein Teil des äußeren freiliegenden Abschnitts 114b des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite sind benachbart zu dem dünnen Abschnitt 82g positioniert. In dieser Hinsicht ist die äußere Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 von der zweiten gestuften Fläche 82f durch den Abstand Lb beabstandet. Der äußere freiliegende Abschnitt 114b des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 kontaktiert an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite die hervorstehende Endfläche der Überhöhung/Bank 82h. In der mittels der Pfeile A1, A2 angezeigten Richtung ist die äußere Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 zwischen dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 und dem dünnen Abschnitt 82g positioniert. Die Höhe der zweiten gestuften Fläche 82f ist kleiner als die Dicke des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114.
  • In der mittels Pfeilen C1, C2 angezeigten Richtung, welche senkrecht zu der (mittels der Pfeile A1, A2 angezeigten) Stapelrichtung ist, ist eine innere Endfläche 82i des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zwischen der äußeren Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 und der äußeren Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 positioniert. Die äußere Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 ist von der inneren Endfläche 82i des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 durch den Abstand Lc beabstandet. Die zuvor genannten Abstände La, Lb, Lc weisen den folgenden Zusammenhang auf: La < Lc < Lb.
  • Der Abstand La kann über die gesamte äußere Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 in der Umfangsrichtung den gleichen Wert aufweisen oder er kann sich abhängig von dem Abschnitt in der Umfangsrichtung ändern, solange die Beziehung La < Lc < Lb erfüllt ist. Demzufolge kann sich zum Beispiel der Abstand La abhängig von den vier Seiten des rechteckigen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 ändern. Das gleiche trifft auf die Abstände Lb und Lc zu. D.h. der Abstand Lb kann über die gesamte äußere Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 in der Umfangsrichtung den gleichen Wert aufweisen oder er kann sich abhängig von dem Abschnitt in der Umfangsrichtung ändern. Der Abstand Lc kann über die gesamte äußere Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 in der Umfangsrichtung den gleichen Wert aufweisen oder er kann sich abhängig von dem Abschnitt in der Umfangsrichtung ändern.
  • Der äußere freiliegende Abschnitt 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 und der Fläche 82ea der Ablageplatte 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 sind an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite miteinander durch den zweiten Verbindungsteil 120 (Imprägnierungs-Verbindungsteil) verbunden, um den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 auszubilden. Wie in 9 gezeigt, ist der zweite Verbindungsteil 120 in der Umfangsrichtung in dem äußeren Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 diskontinuierlich bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass der zweite Verbindungsteil 120 um die Dummyanordnung 110 herum ausgebildet sein kann.
  • Wie in 10 gezeigt, kann der zweite Verbindungsteil 120 ausgebildet sein mittels eines thermischen Verformens eines Teils des Harz-/Kunststoffansatzes 120a, welcher mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 in einer Weise integral ausgebildet ist, dass der Harz-/Kunststoffansatz 120a in der durch den Pfeil A2 angezeigten Richtung hervorsteht, um das innere Ende des äußeren Randabschnitts 82b des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 herum. In diesem Fall umfasst der zweite Verbindungsteil 120 einen zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 120b und einen zweiten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 120c. Es ist zu beachten, dass ein Abschnitt des Harz-/Kunststoffansatzes 120a, welcher den zweiten Verbindungsteil 120 nicht ausbildet, zum Beispiel der verbleibende Abschnitt des Harz-/Kunststoffansatzes, welcher nicht thermisch verformt wurde, mittels eines maschinellen Bearbeitens eliminiert usw. werden kann.
  • Der zweite Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 120b ist mittels eines Imprägnierens eines äußeren Randabschnitts des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 mit geschmolzenem Harz/Kunststoff des Harz-/Kunststoffansatzes 120a ausgebildet. In dem Zustand, in welchem die erste gestufte Fläche 82d des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 von der äußeren Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 beabstandet ist, ist der zweite geschmolzene und erstarrte Abschnitt 120c mittels eines Zuführens von geschmolzenem Harz/Kunststoff des Harz-/Kunststoffansatzes 120a zwischen die erste gestufte Fläche 82d des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 und die äußere Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 und eines Erstarrens von diesem ausgebildet. In 10 sind die Fläche der Ablageplatte 82e und die erste gestufte Fläche 82d, welche mit dem zweiten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 120c integral ausgebildet sind, mittels einer Zwei-Punkt-Strichlinie angegeben.
  • Es ist zu beachten, dass der erste Verbindungsteil 100 und der zweite Verbindungsteil 120 mittels Schmelzens eines (nicht dargestellten) Harz-/Kunststoffstücks, welches von dem Harz/Kunststoff-Rahmenelement 82 und dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 getrennt ist, anstelle der Harz-/Kunststoffansätze 100a, 120e, und mittels Imprägnierens der zweiten Gasdiffusionsschicht 96 und des äußeren Randabschnitts des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 mit dem geschmolzenen Harz/Kunststoff des Harz-/Kunststoffstücks ausgebildet ist. Wie in dem Fall des Haftabschnitts 98 kann der Haftabschnitt 98a für den ersten Verbindungsteil 100 und den zweiten Verbindungsteil 120 verwendet werden.
  • Wie in 2, 3 und 14 gezeigt, weist der erste Dummyseparator 108 die gleiche Struktur auf wie der zweite Separator 36, abgesehen davon, dass ein Einlassblockierteil 122a anstelle der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a bereitgestellt ist und ein Auslassblockierteil 122b anstelle der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b bereitgestellt ist. D.h. die Fläche 108b weist an dem äußeren Ende des ersten Dummyseparators 108 (welches in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist) die gleiche Struktur auf wie die Fläche 32b an dem äußeren Ende des in 4 gezeigten ersten Separators 32 (welches in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist).
  • Wie in 2 und 4 gezeigt, ist ein erster Raum 124, welcher dem Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 entspricht, zwischen der Fläche 108b des ersten Dummyseparators 108 an dem (mittels des Pfeils A2 angezeigten) anderem Ende und dem mit der MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34 (an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite, welche der Kathode 36 näher ist) bereitgestellt. Der erste Raum 124 ist mit dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 und dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 mittels eines Verbindungskanals 125 verknüpft, welcher im Inneren der Einlassverbindungsrillen 62a und der Auslassverbindungrillen 62b ausgebildet ist. Demzufolge kann das sauerstoffbeinhaltende Gas den ersten Raum 124 durchströmen, ähnlich wie das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56.
  • Wie in 2 und 14 gezeigt, ist ein zweiter Raum 126, welcher dem Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 entspricht, zwischen der Fläche 108a an einem Ende des ersten Dummyseparators 108 (welches in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichtet ist) und dem mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 an der dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 näheren Seite (welche in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist) bereitgestellt. Der zweite Raum 126 ist mittels des Einlassblockierteils 122a von dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 getrennt und der zweite Raum ist mittels des Auslassblockierteils 122b von dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 getrennt. D.h., weil die Strömung des Brennstoffgases in dem zweiten Raum 126 mittels des Einlassblockierteils 122a und des Auslassblockierteils 122b (im Folgenden werden der Einlassblockierteil 192a und der Auslassblockierteil 122b auch gemeinschaftlich als der Blockierteil bezeichnet) begrenzt ist, ist ein Wärmeisolierraum im Inneren des zweiten Raums 126 ausgebildet.
  • Lediglich eines aus dem Einlassblockierteil 122a und dem Auslassblockierteil 122b kann bereitgestellt sein, um die Strömung des Brennstoffgases in den zweiten Raum 126 zu begrenzen und den Wärmeisolierraum auszubilden. Ferner kann in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Blockierteil ausgebildet sein, beispielsweise mittels Herstellens der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b, welche im Voraus den ersten Dummyseparator 108 nicht durchtreten (siehe 3). Jedoch ist die vorliegende Erfindung in diesem Aspekt nicht beschränkt. Zum Beispiel kann der Blockierteil mittels eines Herstellens der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b, welche den ersten Dummyseparator 108 durchtreten, und danach eines Schließens der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b ausgebildet werden. Wie in 14 gezeigt, ist ein Dichtungselement 127 an der Fläche 108a des ersten Dummyseparators 108 um den zweiten Raum 126 herum bereitgestellt, um eine Dichtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Dichtungselements 127 in der Flächenrichtung bereitzustellen.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die erste Dummyzelle 18 von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite den ersten Separator 32 (Dummyseparator), den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, welcher auf den ersten Separator 32 gestapelt ist, den ersten Dummyseparator 108 (Dummyseparator), welcher auf den mit der Dummyanordnung 106 ausgestapelten Harz-/Kunststoffrahmen gestapelt ist, den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, welcher auf den ersten Dummyseparator 108 gestapelt ist, und den zweiten Dummyseparator 130 (Dummyseparator), welcher auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 gestapelt ist.
  • Wie in 2, 3 und 14 gezeigt, weist der zweite Dummyseparator 130 die gleiche Struktur auf wie der dritte Separator 38, abgesehen davon, dass ein Einlassblockierteil 122a anstelle der Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und ein Auslassblockierteil 122b anstelle der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b bereitgestellt ist.
  • D.h., wie in 2, 3 und 6 gezeigt, weist die Fläche 130b an dem anderen Ende des zweiten Dummyseparators 130 (an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite) die gleiche Struktur auf wie die Fläche 38b des dritten Separators 38 an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite, abgesehen davon, dass die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a und die Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b nicht um das Dichtungselement 71 herum bereitgestellt sind. Dementsprechend kann die Fläche 130b des zweiten Dummyseparators 130 die gleiche Struktur aufweisen wie die Fläche 32a an einem Ende des ersten Separators 32 (an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite), wie in 3 gezeigt. Ferner, wie in 2 und 14 gezeigt, weist die Fläche 130a des zweiten Dummyseparators 130 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite die gleiche Struktur auf wie die Fläche 108a des ersten Dummyseparators 108 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite.
  • Wie in 2 gezeigt, ist in der ersten Dummyzelle 18 ein Kühlmittel-Strömungsfeld 52 zwischen der Fläche 130b des zweiten Dummyseparators 130, welche in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist, und dem ersten Separator 32 der ersten Energieerzeugungs-Endeinheit 16 bereitgestellt. Wie in 2 gezeigt, ist in der ersten Dummyzelle 18 der zweite Raum 126, welcher dem Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 entspricht, zwischen der Fläche 130a des zweiten Dummyseparators 130, welche in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung ausgerichtet ist, und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 (11) des mit der Dummyanordnung 106 ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 (welcher in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung ausgerichtet ist) bereitgestellt.
  • Die zweite Dummyzelle 20 umfasst von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite einen ersten Separator 32 (Dummyseparator), einen mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, welcher auf den ersten Separator 32 gestapelt ist, und einen zweiten Dummyseparator 130 (Dummyseparator), welcher auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 gestapelt ist. Demzufolge ist in der zweiten Dummyzelle 20 ein zweiter Raum 126 zwischen der Fläche 130a des zweiten Dummyseparators 130 in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens (an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite) bereitgestellt. Die dritte Dummyzelle 24 weist die gleiche Struktur auf wie die zweite Dummyzelle 20.
  • Die zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 umfasst von der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite zu der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite den ersten Separator 32, den mit einer MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34, welcher auf den ersten Separator 32 gestapelt ist, den zweiten Separator 36, welcher auf den mit der MEA ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 34 gestapelt ist, den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, welche auf den zweiten Separator 36 gestapelt ist, und den zweiten Dummyseparator 130, welcher auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 gestapelt ist. Demzufolge ist in der zweiten Energieerzeugungs-Endeinheit 22, der zweite Raum 126 zwischen der Fläche 130a des zweiten Dummyseparators 130 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 (an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite) ausgebildet.
  • Die Anschlussplatten 26a, 26b sind aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt. Zum Beispiel sind die Anschlussplatten 26a, 26b aus einem Metall hergestellt, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Edelstahl. Wie in 1 gezeigt, sind Anschlüsse 132a, 132b an im Wesentlichen zentralen Positionen der Anschlussplatten 26a, 26b bereitgestellt. Die Anschlussplatten 26a, 26b stehen nach außen in der Stapelrichtung hervor.
  • Der Anschluss 132a ist in einem Isolierzylinder 134a eingesetzt, um ein Loch 136a des Isolators 28a und ein Loch 138a der Endplatte 30a zu durchtreten. Der Anschluss 132a steht von der Außenseite der Endplatte 30a hervor. Der Anschluss 132b ist in einem Isolierzylinder 134b eingesetzt, um ein Loch 136b des Isolators 28b und ein Loch 138b der Endplatte 30b zu durchtreten. Der Anschluss 132b steht von der Außenseite der Endplatte 30b hervor.
  • Die Isolatoren 28a, 28b sind aus einem elektrisch isolierenden Harz/Kunststoff hergestellt, wie beispielsweise Polykarbonat (PC) -Harz/Kunststoff, Phenolharz/-kunststoff usw. Aussparungen 140a, 140b, welche zu dem Stapelkörper 14 hin geöffnet sind, sind an Zentren der Isolatoren 28a, 28b ausgebildet. Die Aussparungen 140a, 140b sind mit den Löchern 136a, 136b verknüpft.
  • Reaktionsgas-Durchlässe sind in dem Isolator 28a und der Endplatte 30a ausgebildet. Ein Kühlmittel-Zufuhrdurchlass 48 und ein Kühlmittel-Abfuhrdurchlass 50 sind in dem Isolator 28b und der Endplatte 30b ausgebildet.
  • Die Endplatte 26a und ein Wärmeisolierkörper 142 sind in der Aussparung 140a aufgenommen. Eine Endplatte 26b und ein Wärmeisolierkörper 142 sind in der Aussparung 140b aufgenommen. Der Wärmeisolierkörper 142 ist mittels eines sandwichartigen Aufnehmens eines elektrisch leitfähigen Wärmeisolierelements 146 zwischen einem Paar von elektrisch leitfähigen Wärmeisolierplatten 144 ausgebildet. Zum Beispiel ist die Wärmeisolierplatte 144 eine flache poröse Kohlenstoffplatte und das Wärmeisolierelement 146 ist beispielsweise eine Metallplatte mit einer gewellten Gestalt im Querschnitt.
  • Die Wärmeisolierplatte 144 kann aus demselben Material wie das des Wärmeisolierelements 146 hergestellt sein. Ferner kann der Wärmeisolierkörper 142 eine Wärmeisolierplatte 144 und ein Wärmeisolierelement 146 umfassen. Ferner können (nicht dargestellte) Harz-/Kunststoffabstandshalter zwischen den Anschlussplatten 26a, 26b und unteren Enden der Aussparungen 140a, 140b der Isolatoren 28a, 28b eingesetzt sein.
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 weist im Grunde die zuvor beschriebene Struktur auf. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dummyanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wofür ein Fall betrachtet wird, in welchem die erste Dummyzelle 18 des Brennstoffzellenstapels 10 beispielsweise erhalten wird.
  • Zunächst, wie in 11 bis 13 gezeigt, wird ein erster Stapelschritt mittels Stapelns des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 auf den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 durch die zweite Haftschicht 119b und danach mittels Stapelns des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 durch die erste Haftschicht 119a durchgeführt.
  • Zum Beispiel ist die zweite Haftschicht 119b an wenigstens einem aus dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 bereitgestellt. Insbesondere ist die zweite Haftschicht 119b diskontinuierlich bereitgestellt entlang der Längsseite des rechteckigen Abschnitts, wo der zweite Stapelteil 114c in dem Fall ausgebildet ist, in welchem der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 aufeinandergestapelt sind. Demzufolge sind der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 aufeinandergestapelt, um den zweiten Stapelteil 114c auszubilden.
  • Ferner ist die erste Haftschicht 119a an wenigstens einem aus dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 bereitgestellt. Insbesondere ist in dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 die erste Haftschicht 119a diskontinuierlich bereitgestellt entlang der Längsseite des rechteckigen Abschnitts, wo der erste Stapelteil 112b ausgebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die erste Haftschicht 119a und die zweite Haftschicht 119b in einer Weise bereitgestellt, dass sich die Positionen der ersten Haftschicht 119a und der zweiten Haftschicht 119b in der (mittels der Pfeile A1 und A2 angezeigten) Stapelrichtung einander nicht überschneiden. Danach wird der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 gestapelt, um den ersten Stapelteil 112b auszubilden.
  • Als nächstes wird ein Härteschritt mittels eines Härtens der ersten Haftschicht 119a und der zweiten Haftschicht 119b zum Ausbilden der ersten Verbindungsschicht 118a bzw. der zweiten Verbindungsschicht 118b durchgeführt, um die Dummyanordnung 110 zu erhalten. In dem Härteschritt wird in dem Zustand, in welchem der Flächendruck den gleichen Druck aufweist, welcher auf den Brennstoffzellenstapel 10 während eines Energieerzeugungsbetriebs (zum Beispiel in etwa 1,0 bis 10,0 MPa) aufgebracht wird, auf den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 aufgebracht, welche in dem ersten Stapelschritt gestapelt worden, wobei die erste Haftschicht 119a und die zweite Haftschicht 119b gehärtet werden, um die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b auszubilden.
  • Als nächstes wird, wie in 9 und 10 gezeigt, ein Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt mittels eines Bereitstellens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 um die in dem Härteschritt erhaltene Dummyanordnung 110 herum durchgeführt, um den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 zu erhalten.
  • Insbesondere überschneidet sich der äußere freiliegende Abschnitt 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite mit der Ablageplatte 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 und wird der äußere freiliegende Abschnitt 114b des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 benachbart zu dem dünnen Abschnitt 82g des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 positioniert und wird die äußere Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 derart positioniert, dass sie der inneren Endfläche 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zugewandt ist. Die Dummyanordnung 110 und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 sind in einer Weise positioniert, dass der Abstand zwischen der äußeren Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 und der ersten gestuften Fläche 82d des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 über den gesamten Umfang La wird. Ferner wird der äußere freiliegende Abschnitt 114b des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite in Kontakt mit der hervorstehenden Endfläche der Überhöhung/Bank 82h gebracht.
  • Ferner wird der in dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 bereitgestellte Harz-/Kunststoffansatz 120a mittels einer (nicht dargestellten) Wärmevorrichtung erwärmt und wird der Harz-/Kunststoffansatz 120a geschmolzen und verformt, um den zweiten Verbindungsteil 120 auszubilden, welcher den zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 120b und den zweiten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 120c umfasst. Demzufolge ist es mittels eines Verbindens der Ablageplatte 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 und des äußeren Randabschnitts des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 möglich, den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 zu erhalten.
  • Nachdem die zwei mit der Dummyanordnung ausgestatteten Rahmenelemente 106 wie zuvor beschrieben erhalten sind, wird, wie in 2 gezeigt, ein zweiter Stapelschritt durchgeführt mittels eines Stapelns des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 auf den ersten Separator 32, eines Stapelns des ersten Dummyseparators 108 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106, eines Stapelns des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 auf den ersten Dummyseparator 108 und eines Stapelns des zweiten Dummyseparators 130 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106. Auf diese Weise ist es möglich, die erste Dummyzelle 18 zu erhalten.
  • Die zweite Dummyzelle 20 und die dritte Dummyzelle 24 können mittels eines sandwichartigen Aufnehmens des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 zwischen dem ersten Separator 32 und dem zweiten Dummyseparator 130 erhalten werden. Die Separatoren, welche als die zweite Dummyzelle 20 und die dritte Dummyzelle 24 verwendet werden können, sind nicht darauf beschränkt, die zuvor beschriebene Struktur aufzuweisen. Zum Beispiel kann die zweite Dummyzelle 20 ausgebildet werden mittels eines Stapelns des ersten Dummyseparators 108 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite und mittels eines Stapelns des ersten Separators 32 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite. Ferner kann eine dritte Dummyzelle 24 ausgebildet werden mittels eines Stapelns des ersten Separators 32 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite und mittels eines Stapelns des ersten Dummyseparators 108 auf den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite.
  • Ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels 10, welcher die erste Dummyzelle 18, die zweite Dummyzelle 20 und die dritte Dummyzelle 24 aufweist, welche wie zuvor beschrieben erhalten wurden, wird im Folgenden beschrieben werden. Zunächst wird, wie in 1 gezeigt, ein sauerstoffbeinhaltendes Gas dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 der Endplatte 30a zugeführt. Ein Brennstoffgas, wie beispielsweise ein wasserstoffbeinhaltendes Gas, wird dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 der Endplatte 30a zugeführt. Ein Kühlmittel, wie beispielsweise ein Reinwasser-Ethylenglykol oder Öl, wird den Kühlmittel-Zufuhrdurchlässen 48 der Endplatte 30b zugeführt.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt, strömt das dem Zufuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 40 zugeführte sauerstoffbeinhaltende Gas in das Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 und den ersten Raum 124 durch den Verbindungskanal 125, welcher im Inneren der Einlassverbindungsrillen 62a ausgebildet ist. Somit strömt das sauerstoffbeinhaltende Gas in der mittels der Pfeile B1 und B2 angezeigten Längsrichtung und wird das sauerstoffbeinhaltende Gas der Kathode 86 der Membranelektrodenanordnung 80 und der Dummyanordnung 110 zugeführt.
  • Wie in 3 gezeigt, strömt das dem Brennstoffgas-Zufuhrdurchlass 44 zugeführte Brennstoffgas in das Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 des zweiten Separators 36 und des dritten Separators 38 durch die Brennstoffgas-Zufuhrlöcher 72a. Demzufolge strömt das Brennstoffgas in der mittels der Pfeile B1 und B2 angezeigten Richtung und wird das Brennstoffgas der Anode 88 der Membranelektrodenanordnung 80 zugeführt. In der Zwischenzeit wird, wie in 14 gezeigt, die Strömung des Brennstoffgases in den zweiten Raum 126 des ersten Dummyseparators 108 und des zweiten Dummyseparators 130 mittels des Einlassblockierteils 122a blockiert.
  • In der Membranelektrodenanordnung 80, zu welcher, wie zuvor beschrieben, die Reaktionsgase zugeführt werden, werden das zu jeder Kathode 86 zugeführte sauerstoffbeinhaltende Gas und das jeder Anode 88 zugeführte Brennstoffgas in elektrochemischen Reaktionen in der ersten Elektrodenkatalysatorschicht 90 und der zweiten Elektrodenkatalysatorschicht 94 verbraucht, um Elektrizität zu erzeugen.
  • Im Anschluss, nachdem das sauerstoffbeinhaltende Gas jeder Kathode 86 zugeführt wurde und einiges des sauerstoffbeinhaltenden Gases an der Kathode 86 verbraucht wurde, wird das sauerstoffbeinhaltende Gas von sowohl dem Strömungsfeld für sauerstoffbeinhaltendes Gas 56 als auch dem ersten Raum 124 zu dem Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 abgeführt durch den Verbindungskanal 125, welcher im Inneren der Auslassverbindungsrillen 62b ausgebildet ist. Dann wird das sauerstoffbeinhaltende Gas zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch den Abfuhrdurchlass für sauerstoffbeinhaltendes Gas 46 der Endplatte 30a abgeführt.
  • Gleichermaßen, nachdem das Brennstoffgas jeder Anode 88 zugeführt wurde und einiges des Brennstoffgases von dem Brennstoffgas-Strömungsfeld 66 dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 zugeführt wird durch das Innere der Brennstoffgas-Abfuhrlöcher 72b, wird dann das Brennstoffgas zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch den Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 der Endplatte 30a abgeführt.
  • In diesem Zusammenhang wird die Strömung des Brennstoffgases zwischen dem zweiten Raum 126 und dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 mittels des Auslassblockierteils 122b blockiert. Demzufolge wird, wie zuvor beschrieben, die Strömung des Brennstoffgases in den zweiten Raum 126 mittels des Einlassblockierteils 122a blockiert und ein Eintritt des Brennstoffgases von dem Brennstoffgas-Abfuhrdurchlass 42 in den zweiten Raum 126 wird mittels des Auslassblockierteils 122b verhindert. Infolgedessen wird in dem zweiten Raum 126 die Strömung des Brennstoffgases mittels des Blockierteils blockiert. Somit fungiert der zweite Raum 126 als ein Wärmeisolierraum.
  • Ferner strömt das jedem der Kühlmittel-Zufuhrdurchlässe 48 zugeführte Kühlmittel in das Kühlmittel-Strömungsfeld 52 zwischen den zweiten Dummyseparator 130 und den ersten Separator 32, welche zueinander benachbart sind, und das Kühlmittel-Strömungsfeld 52 zwischen dem dritten Separator 38 und dem ersten Separator 32, welche benachbart zueinander sind. Das Kühlmittel, welches von jedem der Kühlmittel-Zufuhrdurchlässe 48 an der Seite in der mittels des Pfeils C1 angezeigten Richtung strömt, und das Kühlmittel, welches von dem Kühlmittel-Zufuhrdurchlass 48 an der mittels des Pfeils C2 angezeigten Seite strömt, strömen gegeneinander in der mittels der Pfeile C1 und C2 angezeigten Richtung und strömen dann in der mittels des Pfeils B2 angezeigten Richtung und bewegen sich voneinander weg in der mittels der Pfeile C1 und C2 angezeigten Richtung, während ein Kühlen der Membranelektrodenanordnung 80 erfolgt. Das Kühlmittel wird durch jeden der Kühlmittel-Abfuhrdurchlässe 50 abgeführt.
  • Wie zuvor beschrieben, umfasst jede der Dummyzellen (die erste Dummyzelle 18, die zweite Dummyzelle 20, die dritte Dummyzelle 24) des Brennstoffzellenstapels 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Dummyanordnung 110 in Entsprechung mit der Membranelektrodenanordnung 80 der Energieerzeugungszelle 12. D.h., weil keine der Dummyzellen die Elektrolytmembran 84, die erste Elektrodenkatalysatorschicht 90 und die zweite Elektrodenkatalysatorschicht 94 umfasst, wird keine Energieerzeugung ausgeführt und wird somit kein Wasser infolge einer Energieerzeugung produziert. Demzufolge wirkt jede der Dummyzellen selbst als eine Wärmeisolierschicht und ist es möglich, eine Wasserkondensation in jeder der Dummyzellen zu unterbinden.
  • Da die erste Dummyzelle 18 und die zweite Dummyzelle 20 in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Stapelrichtung an einem Ende des Stapelkörpers 14 bereitgestellt sind und die dritte Dummyzelle 24 in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung an dem anderen Ende des Stapelkörpers 14 bereitgestellt ist, ist es möglich, das Wärmeisolierverhalten an dem Ende des Stapelkörpers 14 zu verbessern. Demzufolge ist es sogar in der Umgebung bei niedriger Temperatur möglich, ein Absenken der Temperatur an den Enden des Stapelkörpers 14 im Vergleich mit der zentralen Position des Stapelkörpers 14 zu unterbinden.
  • Ferner ist es sogar in dem Fall eines beginnenden Betriebs des Brennstoffzellenstapels 10 unterhalb der Gefrierpunkttemperatur möglich, die Temperatur des gesamten Stapelkörpers 14 effektiv zu erhöhen, da es möglich ist, das Wärmeisolierverhalten an den Enden des Stapelkörpers 14, wie zuvor beschrieben, zu verbessern. Demzufolge ist es möglich, einen Spannungsabfall aufgrund eines Gefrierens des produzierten Wassers usw. an den Enden des Stapelkörpers 14 und einen Spannungsabfall zu unterbinden.
  • In der Dummyanordnung 110 jeder Dummyzellen unterscheidet sich die Position der ersten Verbindungsschicht 118a, welche den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 und den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 verbindet, und die Position der zweiten Verbindungsschicht 118b, welche den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 verbindet, in der Stapelrichtung voneinander. In der Struktur ist es im Vergleich mit dem Fall, in welchem die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b in der Stapelrichtung an der gleichen Position bereitgestellt sind, möglich, einen Anstieg der Dicke jeder der Dummyzellen partiell zu unterbinden. Auch wenn die Dummyzellen auf die Energieerzeugungszelle 12 gestapelt sind, ist es möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks in der Energieerzeugungszelle 14 zu unterbinden, und somit ist es möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran usw. aufgrund von Dehnungen in der Elektrolytmembran 84 zu unterbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, wird es in dem Brennstoffzellenstapel 10 möglich, eine Energieerzeugungsstabilität zu verbessern, ohne eine Haltbarkeit der Elektrolytmembran 84 zu verschlechtern, weil jede der Dummyzellen auf die Energieerzeugungszelle 12 gestapelt sein kann, während ein lokaler Anstieg des Flächendrucks unterbunden wird.
  • Wie zuvor beschrieben, ist in dem Brennstoffzellenstapel 10 die erste Verbindungsschicht 118a in dem Randabschnitt des ersten Stapelteils 112b diskontinuierlich bereitgestellt und ist die zweite Verbindungsschicht 118b in dem Randabschnitt des zweiten Stapelteils 114c diskontinuierlich bereitgestellt. Im Vergleich mit dem Fall eines kontinuierlichen Bereitstellens der ersten Verbindungsschicht 118a und der zweiten Verbindungsschicht 118b in den Randabschnitten des ersten Stapelteils 112b und des zweiten Stapelteils 114c wird eine Verbesserung in der Produktionseffizienz des Brennstoffzellenstapels 10 erzielt, da es möglich ist, die Dummyanordnung 110 in dem einfachen Schritt zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, sind in dem Brennstoffzellenstapel 10 die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b in der Umfangsrichtung des ersten Stapelteils 112b und des zweiten Stapelteils 114c abwechselnd bereitgestellt. In diesem Fall ist es möglich, den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 in dem einfachen Verbindungsschritt mit der hinreichenden Festigkeit zu verbinden. Ferner wird es möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks in der Energieerzeugungszelle 12, welche auf jede der Dummyzellen gestapelt ist, effektiv zu unterbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, weist in dem Brennstoffzellenstapel 10 jeder aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112, dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 eine rechteckige Fläche auf und sind die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b an den Längsseiten, ausgenommen der Schmalseiten, der rechteckigen Fläche bereitgestellt. In diesem Fall wird es möglich, jede der Dummyzellen in dem Brennstoffzellenstapel 10 zu umfassen, ohne irgendeinen Einfluss auf das Energieerzeugungsverhalten zu verursachen, weil ein Anstieg des inneren Widerstands durch jede der auf die Energieerzeugungszelle 12 gestapelten Dummyzellen unterbunden wird.
  • In dem zuvor genannten Härteschritt wird in dem Zustand, in welchem der Flächendruck, welcher gleich dem während eines Energieerzeugungsbetriebs des Brennstoffzellenstapels 10 aufgebrachten Flächendruck ist, auf den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112, den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 aufgebracht wird, welche in dem ersten Stapelschritt aufeinander gestapelt worden sind, die erste Haftschicht 119a und die zweite Haftschicht 119b gehärtet. In dem Zustand, in welchem der Flächendruck auf diese Weise aufgebracht wird, ist es in jeder der Dummyzellen, welche die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b ausbilden, wenn die Dummyzellen in dem Brennstoffzellenstapel 10 zusammengesetzt werden, möglich, einen lokalen Anstieg des Flächendrucks der Energieerzeugungszellen 12 mit einem größeren Ausmaß zu unterbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, weist der mit der Dummyanordnung ausgestattete Harz-/Kunststoffrahmen 106 jeder der Dummyzellen den Zusammenhang der Flächengrößen auf: der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 < der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 < der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 und ist der Zusammenhang der Abstände La, Lb, Lc: La < Lc < Lb.
  • Wie zuvor beschrieben, ist der Abstand La zwischen der äußeren Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116, welcher die größte Flächengröße aufweist, und der ersten gestuften Fläche 82d des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 kleiner als die anderen Abstände Lb, Lc. Dementsprechend ist es zum Zeitpunkt eines Bereitstellens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 um die Dummyanordnung 110 möglich, die Positioniergenauigkeit zu verbessern, weil es möglich ist, die Dummyanordnung 110 und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 in Entsprechung mit dem kleinen Abstand La, wie zuvor beschrieben, zu positionieren. Auf diese Weise wird es möglich, jede der Dummyzellen in dem einfachen Schritt mit hoher Qualität zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, ist der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 zwischen den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 eingefügt. Dementsprechend ist es in dem mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 106 nicht leicht, die Lagebeziehung zwischen der äußeren Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 und der zweiten gestuften Fläche 82f des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 visuell oder unter Verwendung einer Bildverarbeitung usw. zu bestätigen im Vergleich mit der Lagebeziehung zwischen der äußeren Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 und der inneren Endfläche 82i des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111.
  • Sogar in dem Fall eines Bereitstellens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 um solch eine Dummyanordnung 110 herum, ist der Abstand Lb größer als der Abstand Lc, wie zuvor beschrieben. Demzufolge ist es mittels eines Beabstandens der äußeren Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 von der inneren Endfläche 82i des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 mittels des Abstandes Lc möglich, eine Beeinflussung (einen Kontakt) zwischen der äußeren Endfläche 114a des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 und der zweiten gestuften Fläche 82f des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu verhindern. Auch ist es auf diese Weise möglich, jede der Dummyzellen mit hoher Qualität in dem einfachen Schritt zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, wird die Flächengröße derart bestimmt, dass sie den Zusammenhang aufweist: der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 < der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 < der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116. Demzufolge ist beispielsweise nachdem der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper 114 auf den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 gestapelt ist, der erste elektrisch leitfähige poröse Körper 112 auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 gestapelt. Auf diese Weise ist es möglich, die Dummyanordnung 110 während eines Einstellens der Lagebeziehung zwischen den elektrisch leitfähigen porösen Körpern 112, 114, 116 auszubilden. D.h. es ist zum Zeitpunkt eines Stapelns des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 auf den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 möglich, den Abstand Lb einfach einzustellen, und es ist zum Zeitpunkt eines Stapelns des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 auf den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 möglich, den Abstand Lc einfach einzustellen. Infolgedessen wird es möglich, das Herstellverfahren jeder der Dummyzellen mit einem größeren Ausmaß zu vereinfachen.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Brennstoffzellenstapel 10 möglich, die Energieerzeugungsstabilität mittels jeder der Dummyzellen zu verbessern, welche mit hoher Qualität in einfachen Schritten erhalten werden können.
  • Wie zuvor beschrieben, besteht in jeder der Energieerzeugungszellen, welche keine Energieerzeugung durchführen, keine Notwendigkeit, eine Querleckage usw. zu überwachen. Dementsprechend wird es mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des zweiten Verbindungsteils 120 in der Umfangsrichtung in dem äußeren Umfang des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 der Dummyanordnung 110 möglich, den Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Hartz/Kunststoff-Rahmenelement 111 zu vereinfachen und die Produktionseffizienz des Brennstoffzellenstapels 10 zu verbessern.
  • Ferner, wie zuvor beschrieben, wird der zweite Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 120b diskontinuierlich bereitgestellt. Demzufolge ist es im Gegensatz zu dem Fall eines Bereitstellens des zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitts 120b um den äußeren freiliegenden Abschnitt 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 herum möglich, den zum Zeitpunkt eines Verformens (Schmelzens) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 erwärmten Abschnitt zur verringern. Infolgedessen ist es möglich, ein Auftreten eines Verzugs usw. des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 aufgrund einer Erwärmung zu unterbinden.
  • Ferner ist der zweite Verbindungsteil 120 in dem äußeren Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 bereitgestellt und ist der zweite Verbindungsteil 120 in dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 bereitgestellt. Auch ist es hinsichtlich dieses Aspektes möglich, den Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung 110 und des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu vereinfachen und ein Auftreten eines Verzugs usw. des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 aufgrund einer Erwärmung zu unterbinden.
  • Der zweite Verbindungsteil 120 umfasst den zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 120b, wo der geschmolzene Harz-/Kunststoffansatz 120a in den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 hinein imprägniert wird. In der Struktur ist es im Vergleich mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 und der Dummyanordnung 110, welche unter Verwendung lediglich eines Haftmittels zwischen dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 und der Dummyanordnung 110 miteinander verbunden sind, möglich, die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 mit der Dummyanordnung 110 zu erhöhen. Ferner wird der Harz-/Kunststoffansatz 120a als Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 thermisch verformt, um den zweiten Verbindungsteil 120 einfach und in geeigneter Weise mit einer einfachen Struktur auszubilden. Demzufolge ist es möglich, jede der Dummyzellen effizienter zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung soll nicht speziell auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein. Verschiedene Modifikationen können, ohne von dem Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, vorgenommen werden.
  • Zum Beispiel kann der Brennstoffzellenstapel 10 einen mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 1106 gemäß einer in 15 und 16 gezeigten modifizierten Ausführungsform anstelle des zuvor genannten mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 106 umfassen. Das zweite Verbindungsteil 1120 des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 1106 umfasst Eck-Verbindungsteile 1120a, benachbarte Verbindungsteile 1120b, Längsseiten-Verbindungsteile 1120c und Schmalseiten-Verbindungsteile 1120d. Der Eck-Verbindungsteil 1120a ist an jeder Ecke (vier Ecken) des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 bereitgestellt. Der benachbarte Verbindungsteil 120b ist an jeder Position benachbart zu den Eck-Verbindungsteilen 1120a der Längsseiten 117a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 bereitgestellt. Das Intervall zwischen dem Eck-Verbindungsteil 1120a und dem benachbarten Verbindungsteil 1120b, welches benachbart zu dem Eck-Verbindungsteil 1120a ist, ist Ld.
  • Die Längsseiten-Verbindungsteile 1120c sind an Positionen bereitgestellt, welche das Intervall zwischen den Eck-Verbindungsteilen 1120a der Längsseite 117a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 in eine Mehrzahl von Längsseitensegmente teilen. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind drei Längsseiten-Verbindungsteile 1120c zwischen den Eck-Verbindungsteilen 1120a von jeder aus der Längsseite 117a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 an der Seite in der mittels des Pfeils C1 angezeigten Richtung und der Längsseite 117a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 an der Seite in der mittels des Pfeils C2 angezeigten Richtung bereitgestellt. Ferner weist jedes der Längssegmente, welche zwischen den Längsseiten-Verbindungsteilen 120c und zwischen den Eck-Verbindungsteilen 120a und den den Eck-Verbindungsteilen 120a benachbarten Längsseiten-Verbindungsteilen 1120c ausgebildet sind, die gleiche Länge Le auf.
  • Die Schmalverbindungsteile 120d sind an Positionen bereitgestellt, welche das Intervall zwischen den Eck-Verbindungsteilen 120a der Schmalseiten 117b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 in eine Mehrzahl von Schmalsegmenten teilen. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Schmalseiten-Verbindungsteil 120d an jeder Position zwischen den Eck-Verbindungsteilen 120a der Schmalseite 117b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 in der mittels des Pfeils B1 angezeigten Richtung und der Schmalseite 117b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 in der mittels des Pfeils B2 angezeigten Richtung bereitgestellt. Ferner weist jedes der Schmalsegmente, welche zwischen den Eck-Verbindungsteilen 120a und den den Eck-Verbindungsteilen 1120a benachbarten Schmalseiten-Verbindungsteilen 1120d ausgebildet sind, die gleiche Länge Lf auf.
  • Das Intervall Ld zwischen dem Eck-Verbindungsteil 1120a und dem benachbarten Verbindungsteil 1120b, welches dem Eck-Verbindungsteil 1120a benachbart ist, die Länge Le des Längsseitensegments und die Länge Lf des Schmalseitensegments Lf sind derart bestimmt, dass sie den Zusammenhang von Ld < Lf < Le erfüllen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle gemäß einer anderen Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben werden unter Verwendung eines Beispiels eines Erhaltens einer ersten Dummyzelle 18, welche einen mit einer Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 1106 aufweist, welcher beschrieben werden wird. Zunächst wird auf die gleiche Weise wie in der hervorstehenden Ausführungsform beschrieben, ein erster Stapelschritt durchgeführt. Demzufolge ist es möglich, die Dummyanordnung 110 zu erhalten.
  • Anschließend wird das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 um die Dummyanordnung 110 herum bereitgestellt. Insbesondere wird der äußere freiliegende Abschnitt 116a des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 auf die mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite auf die Ablageplatte 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 gestapelt und wird der äußere freiliegende Abschnitt 114b des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 114 benachbart zu der Rille 82ha des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 positioniert. Die äußere Endfläche 112a des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 112 wird derart positioniert, dass sie zu der inneren Endfläche 82i des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 weist.
  • Dann wird, wie in 16 gezeigt, der Harz-/Kunststoffansatz 120a, welcher für das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 bereitgestellt ist, mittels eines Erwärmens und eines Aufbringens einer Last mittels einer Verbindungsvorrichtung 150 verformt, um den zweiten Verbindungsteil 1120 auszubilden, welcher einen zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 1120f und einen zweiten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 1120g umfasst. Zum Beispiel umfasst die Verbindungsvorrichtung 150 einen Basisrahmen (einen Stempel) 152 und einen bewegbaren Stempel 154, welcher sich näher zu dem Basisrahmen 152 bewegen kann und sich von diesem weg bewegen kann. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154, welche den Harz-/Kunststoffansatz 120a kontaktiert, eine kreisrunde Gestalt auf. Unter Verwendung des bewegbaren Stempels 154, wie in 15 gezeigt, wird der zweite Verbindungsteil 1120 mit einer in Draufsicht kreisrunden Gestalt ausgebildet. Jedoch sind die Gestalt der Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154 und die Gestalt des zweiten Verbindungsteils 1120 nicht speziell auf die kreisförmige Gestalt in Draufsicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Gestalt der Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154 und die Gestalt des zweiten Verbindungsteils 1120 eine rechteckige Gestalt oder eine andere polygonale Gestalt in einer Draufsicht sein.
  • Wie in 16 gezeigt, sind die Dummyanordnung 110 an der dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 benachbarten Seite und die mittels des Pfeils A1 angezeigte Fläche des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 an dem Basisrahmen 152 platziert. Infolgedessen ist der Harz-/Kunststoffansatz 120a derart positioniert, dass er zu dem bewegbaren Stempel 154 weist.
  • Anschließend wird in dem Zustand, in welchem der bewegbare Stempel 154 bis zu einer vorbestimmten Temperatur erwärmt ist, der bewegbare Stempel 154 näher an den Basisrahmen 152 bewegt und wird eine Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154 in Kontakt mit dem Harz-/Kunststoffansatz 120a gebracht, um Wärme und Druck auf den Harz-/Kunststoffansatz 120a anzuwenden. Infolgedessen wird der geschmolzene Harz-/Kunststoffansatz 120a in der mittels des Pfeils C angezeigten Richtung entlang der Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154 ausgedehnt, und fließt das/der geschmolzene Harz/Kunststoff zwischen die erste gestufte Fläche 82d des Harz/Kunststoff-Rahmenelements 82 und die äußere Endfläche 116b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116, um den zweiten geschmolzenen und erstarrten Abschnitt 1120g auszubilden. Ferner wird der äußere Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 mit dem geschmolzenen Harz-/Kunststoffansatz 120a imprägniert, um den zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 1120f auszubilden.
  • Unter diesem Aspekt wird mittels eines Einstellens der Position, wo der Harz-/Kunststoffansatz 120a erwärmt und verformt wird, der zweite Verbindungsteil 1120 eingestellt, um den Eck-Verbindungsteil 1120a, den benachbarten Verbindungsteil 1120b, den Längsseiten-Verbindungsteil 1120c und den Schmalseiten-Verbindungsteil 1120d aufzuweisen. Zum Beispiel wird in Bezug auf ein Herstellen des Harz-/Kunststoffansatzes 120a, sodass dieser mittels einer geringen Last verformbar ist, vorzugsweise der bewegliche Stempel 154 sukzessive bewegt und wird vorzugsweise der zweite Verbindungsteil 1120 ausgebildet, um das zuvor genannte Layout anzunehmen. In Bezug auf ein effizientes Verformen des zweiten Verbindungsteils 1120 werden vorzugsweise die Kontaktflächen 154a des bewegbaren Stempels 154 in Kontakt mit einer Mehrzahl von Positionen des Harz-/Kunststoffansatzes 120a im Wesentlichen zur gleichen Zeit gebracht und wird der zweite Verbindungsteil 1120 ausgebildet, um das zuvor genannte Layout anzunehmen.
  • In dem Fall eines Verformens des zweiten Verbindungsteils 1120 unter Verwendung des zuvor genannten Harz-/Kunststoffstücks anstelle des Harz-/Kunststoffansatzes 120a, sollte das Harz-/Kunststoffstück erwärmt und unter Druck gesetzt werden, um das Harz-/Kunststoffstück mittels eines Bereitstellens des Harz-/Kunststoffstücks zwischen der Position des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 zu schmelzen, wo der zweite Verbindungsteil 1120 ausgebildet wird, und der Kontaktfläche 154a des bewegbaren Stempels 154.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es mittels eines Bereitstellens des Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritts eines Ausbildens des zweiten Verbindungsteils 1120 möglich, die Ablageplatte 82e des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 und den äußeren Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 zu verbinden, um den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen 1106 zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, besteht in keiner der Dummyzellen, welche keine Energieerzeugung durchführen, eine Notwendigkeit eine Querleckage usw. zu überwachen. Demzufolge ist es mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des zweiten Verbindungsteils 1120 in dem Umfangsabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 der Dummyanordnung 110 möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung 110 und des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu vereinfachen und jede der Dummyzellen effektiv zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, wird, obwohl der Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt vereinfacht ist, die hinreichende Verbindungsstärke eines Verwendens der Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 erreicht, weil der zweite Verbindungsteil 1120 den Eck-Verbindungsteil 1120a und den benachbarten Verbindungsteil 1120b umfasst. Ferner ist es zum Beispiel im Vergleich zu dem Fall, in welchem ein (nicht dargestelltes) Haftmittel nur zwischen dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 bereitgestellt ist, möglich die Dummyanordnung 110 mit dem Dummy- Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 mit einer hohen Festigkeit zu verbinden, weil der zweite Verbindungsteil 1120 den zweiten Harz/Kunststoff-Imprägnierungsabschnitt 1120f umfasst, welcher mittels eines Imprägnierens des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 mit einem Haftharz/-kunststoff ausgebildet ist. Demzufolge ist es möglich, die hohe Qualität jeder der Dummyzellen zu erreichen.
  • In dem Fall eines Verformens des Harz-/Kunststoffansatzes 120a, welcher für das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 bereitgestellt ist, wird mittels eines Erwärmens und eines Aufbringens einer Last auf den Harz-/Kunststoffansatz 120a zum Ausbilden des zweiten Verbindungsteils 1120 die Temperatur des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 um den zweiten Verbindungsteil 1120 ebenfalls relativ hoch. Mittels eines diskontinuierlichen Bereitstellens des zweiten Verbindungsteils 1120, wie zuvor beschrieben, ist es beispielsweise im Vergleich mit dem Fall eines Bereitstellens des zweiten Verbindungsteils 1120 um den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper 116 herum möglich, die Zone des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 mit hoher Temperatur zu reduzieren. Infolgedessen ist es, weil es möglich ist, einen Verzug usw. mittels eines Erwärmens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu unterbinden, möglich, jede der Dummyzellen auch in dieser Hinsicht mit hoher Qualität zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem Brennstoffzellenstapel 10, welcher den mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-Kunststoffrahmen 1106 gemäß der modifizierten Ausführungsform aufweist, möglich, die Energieerzeugungsstabilität durch jede der Dummyzellen zu verbessern, welche mit hoher Qualität in dem einfachen Schritt effizient erhalten werden.
  • Ferner wird, wie zuvor beschrieben, der zweite Verbindungsteil 1120 in dem äußeren Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 bereitgestellt und wird der zweite Verbindungsteil 1120 nicht in dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper 112 und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper 114 bereitgestellt. Also ist es auch in dieser Struktur möglich, den Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 zu verbessern, und einen Verzug usw. mittels eines Erwärmens des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu unterbinden. Ferner sollte in diesem Fall ein Prüfschritt zum Prüfen, ob die Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 mit einer vorbestimmten Verbindungsfestigkeit verbunden sind, nur in der Fläche des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens 1106 an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite durchgeführt werden. Demzufolge ist es beispielsweise möglich, den Prüfschritt zu vereinfachen im Vergleich mit dem Fall eines Ausführens der zuvor genannten Prüfung für jede beider Flächen des mit der Dummyanordnung ausgestatteten Harz/Kunststoff-Rahmens 1106.
  • Wie zuvor beschrieben, umfasst der zweite Verbindungsteil 1120 ferner die Längsseiten-Verbindungsteile 1120c, die Schmalseiten-Verbindungsteile 1120d und ist die Länge jedes der Längsseitensegmente Le länger als die Länge Lf jedes der Schmalseitensegmente. In der Struktur wird es möglich, die Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 nicht nur effizient, sondern auch mit hinreichender Festigkeit zu verbinden.
  • Wie zuvor beschrieben, weist die Mehrzahl der Längsseitensegmente die gleiche Länge Le auf und weist die Mehrzahl von Schmalseitensegmenten die gleiche Länge Lf auf. Ferner erfüllt das Intervall Ld zwischen dem Eck-Verbindungsteil 1120a und dem benachbarten Verbindungsteil 1120b, welcher dem Eck-Verbindungsteil 1120a benachbart ist, die Länge Le des Längsseitensegments, die Länge Lf des Schmalseitensegments den Zusammenhang von: Ld < Lf < Le. In diesem Fall ist es möglich, den Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Verbindens der Dummyanordnung 110 und des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 zu vereinfachen und die Verbindungsfestigkeit eines Verbindens der Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 zu erhöhen und jede der Dummyzellen mit hoher Qualität zu erhalten.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es in dem einfachen Schritt, in welchem der Harz-/Kunststoffansatz 120a als Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements 111 geschmolzen wird und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper 116 mit dem geschmolzenen Harz/Kunststoff des Harz-/Kunststoffansatzes 120a imprägniert wird, möglich, den zweiten Verbindungsschritt 1120 geeignet und effizient auszubilden. Es ist möglich, jede der Dummyzellen mit der erhöhten Festigkeit einer Verbindung der Dummyanordnung 110 mit dem Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement 111 effizient zu erhalten.
  • Es ist zu beachten, dass die Anzahl und das Layout der Längsseiten-Verbindungsteile 1120c und der Schmalseiten-Verbindungsteile 1120d nicht speziell beschränkt sind und geeignet bestimmt werden können, beispielsweise abhängig von den Längen der Längsseite 117a und der Schmalseite 117b des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers 116 und von dem Durchmesser usw. des zweiten Verbindungsteils 1120. Ferner weist die Mehrzahl der Längssegmente möglicherweise nicht die gleiche Länge auf und weist die Mehrzahl der Schmalsegmente möglicherweise nicht die gleiche Länge auf.
  • Solange die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung bereitgestellt sind, sind die Gestalten und die Anzahl der ersten Verbindungsschicht 118a und der zweiten Verbindungsschicht 118b sowie ein anderes Layout relativ zu dem ersten Stapelteil 112b und dem zweiten Stapelteil 114c nicht auf diejenigen beschränkt, welche in der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurden. Zum Beispiel können die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b in sowohl den Längsseiten als auch den Schmalseiten des ersten Stapelteils 112b und des zweiten Stapelteils 114c bereitgestellt sein oder können in nur den Schmalseiten des ersten Stapelteils 112b und des zweiten Stapelteils 114c bereitgestellt sein. Die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b sind möglicherweise nicht notwendigerweise in dem ersten Stapelteil 112b und dem zweiten Stapelteil 114c bereitgestellt. Die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b sind möglicherweise an der zentralen Position bereitgestellt oder sind möglicherweise in sowohl der äußeren Randposition als auch der zentralen Position bereitgestellt.
  • Ferner sind die erste Verbindungsschicht 118a und die zweite Verbindungsschicht 118b möglicherweise nicht abwechselnd mit dem ersten Stapelteil 112b und dem zweiten Stapelteil 114c bereitgestellt oder sind möglicherweise aufeinanderfolgend bereitgestellt.
  • In dem Brennstoffzellenstapel 10 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform sind die erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16, die erste Dummyzelle 18 und die zweite Dummyzelle 20 auf den Stapelkörper 14 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite gestapelt und sind die zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 und die dritte Dummyzelle 24 auf den Stapelkörper 14 an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite gestapelt.
  • Wie zuvor beschrieben, ist die Anzahl an Dummyzellen, welche an dem Stapelkörper 14 an der mittels des Pfeils A1 angezeigten Seite bereitgestellt sind, beispielsweise an dem Einlass des sauerstoffbeinhaltenden Gases, größer als die Anzahl der Dummyzellen, welche an dem Stapelkörper 14 an der mittels des Pfeils A2 angezeigten Seite bereitgestellt sind, beispielsweise an dem Auslass des sauerstoffbeinhaltenden Gases. In der Struktur ist es möglich, einen Eintritt von kondensiertem Wasser in die Energieerzeugungszelle 12 mit einem größeren Ausmaß effizient zu unterbinden. Jedoch ist solange der Brennstoffzellenstapel 10 die Dummyzelle an wenigstens einer Seite des Stapelkörpers 14 in der Stapelrichtung umfasst, die Anzahl an Dummyzellen nicht speziell beschränkt.
  • Ferner ist die erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16 oder die zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 zwischen der Energieerzeugungszelle 12 und der ersten Dummyzelle 14 oder zwischen der Energieerzeugungszelle 12 und der dritten Dummyzelle 24 eingefügt. Die Membranelektrodenanordnung 80 kann in der ersten Energieerzeugungs-Endeinheit 16 und in der zweiten Energieerzeugungs-Endeinheit 22 zum Durchführen einer Energieerzeugung an beiden Enden des Stapelkörpers 14 in der Stapelrichtung unter denselben Bedingungen wie die andere Membranelektrodenanordnung 80 gekühlt werden. Infolgedessen wird die Ausgeglichenheit zwischen einer Wärmeerzeugung und einem Kühlen über den gesamten Stapelkörper 14 erzielt. Demzufolge ist es möglich, eine weitere Verbesserung des Energieerzeugungsverhaltens und der Energieerzeugungsstabilität zu erzielen.
  • Jedoch sind die erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16 und die zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 keine essenziellen Bauelemente. Der Brennstoffzellenstapel 10 kann lediglich eine aus der ersten Energieerzeugungs-Endeinheit 16 und der zweiten Energieerzeugungs-Endeinheit 22 umfassen oder kann weder die erste Energieerzeugungs-Endeinheit 16 noch die zweite Energieerzeugungs-Endeinheit 22 umfassen.
  • Ein Brennstoffzellenstapel (10) umfasst wenigstens eine erste Dummyzelle (18), welche an einem Ende eines Stapelkörpers (14) bereitgestellt ist, welcher mittels Stapelns einer Mehrzahl von Energieerzeugungszellen (12) in einer Stapelrichtung ausgebildet ist. Eine Dummyanordnung (110) der ersten Dummyzelle (18) umfasst einen ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), einen zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und einen dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116), welche in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Eine erste Verbindungsschicht (118a) ist zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) eingefügt, um den ersten mit dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper zu verbinden, und eine zweite Verbindungsschicht (118b) ist zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) eingefügt, um den zweiten mit dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) zu verbinden. Die erste Verbindungsschicht (118a) und die zweite Verbindungsschicht (118b) sind an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung bereitgestellt.
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    • JP 4727972 [0005]

Claims (29)

  1. Brennstoffzellenstapel (10), umfassend: einen Stapelkörper (14), welcher eine Mehrzahl von in einer Stapelrichtung aufeinandergestapelten Energieerzeugungszellen (12) umfasst, wobei die Energieerzeugungszellen (12) jeweils eine Membranelektrodenanordnung (80), ein um die Membranelektrodenanordnung (80) herum bereitgestelltes Harz-/Kunststoff-Rahmenelement (82) und die Membranelektrodenanordnung (80) sandwichartig umgebende Separatoren (32, 36, 38) umfasst, wobei die Membranelektrodenanordnung (80) eine Elektrolytmembran (84) und an beiden Seiten der Elektrolytmembran (84) bereitgestellte Elektroden (86, 88) umfasst, wobei die Elektroden (86, 88) jeweils eine Gasdiffusionsschicht (92, 96) eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers aufweisen; und eine Dummyzelle (18, 20, 24), welche in der Stapelrichtung an wenigstens einem Ende des Stapelkörpers (14) bereitgestellt ist; wobei die Dummyzelle (18, 20, 24) eine der Membranelektrodenanordnung (80) entsprechende Dummyanordnung (110), ein um die Dummyanordnung (110) herum bereitgestelltes Dummy- Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) und die Dummyanordnung (110) sandwichartig umgebende Dummyseparatoren (108, 130) umfasst; wobei die Dummyanordnung (110) mittels Stapelns eines ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112), eines zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) und eines dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) ausgebildet ist, welche jeweils eine unterschiedliche Flächengröße in einer Weise aufweisen, dass der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) auf dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) gestapelt ist, und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper (116) auf dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) gestapelt ist; und wobei eine erste Verbindungsschicht (118a), welche zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) eingefügt ist, um den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) und den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) miteinander zu verbinden, und eine zweite Verbindungsschicht (118b), welche zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) eingefügt ist, um den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) miteinander zu verbinden, bereitgestellt sind, wobei die erste Verbindungsschicht (118a) und die zweite Verbindungsschicht (118b) an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung angeordnet sind.
  2. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Verbindungsschicht (118a) an einer Randposition eines ersten Stapelteils (112b), wo der erste elektrisch leitfähige poröse Körper (112) und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) aufeinandergestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt ist; und die zweite Verbindungsschicht (118b) an einer Randposition eines zweiten Stapelteils (114c), wo der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper (116) aufeinandergestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt ist.
  3. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 2, wobei die erste Verbindungsschicht (118a) und die zweite Verbindungsschicht (118b) in einer Umfangsrichtung des ersten Stapelteils (112b) und des zweiten Stapelteils (114c) abwechselnd bereitgestellt sind.
  4. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) eine rechteckige Fläche aufweist, und wobei die erste Verbindungsschicht (118a) sowie die zweite Verbindungsschicht (118b) an Längsseiten, ausgenommen Schmalseiten, der rechteckigen Fläche bereitgestellt sind.
  5. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) größer ist als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112); die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) größer ist als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114); das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) einen äußeren Randabschnitt (82b), eine nach innen von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts (82b) über einen gesamten Umfang durch eine erste gestufte Fläche (82d) hervorstehende Ablageplatte (82e) und einen nach innen von einem inneren Ende der Ablageplatte (82e) über einen gesamten Umfang durch eine zweite gestufte Fläche (82f) hervorstehenden dünnen Abschnitt (82g) umfasst; sich ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) mit der Ablageplatte (82e) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) überschneidet; ein äußerer Randabschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) benachbart zu dem dünnen Abschnitt (82g) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) positioniert ist; und eine äußere Endfläche (112a) des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112) einer inneren Endfläche (82i) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) zugewandt ist.
  6. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 5, wobei eine Dicke des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) größer ist als eine Höhe der zweiten gestuften Fläche (82f).
  7. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Raum zwischen dem dünnen Abschnitt (82g) des Dummy-Harz-/Kunststoff-Rahmenelements (111) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) ausgebildet ist.
  8. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 1, wobei die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) größer ist als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112); die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) größer ist als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114); und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) eine erste gestufte Fläche (82d), welche einer äußeren Endfläche des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) mit einem Abstand La dazwischen zugewandt ist, eine zweite gestufte Fläche (82f), welche einer äußeren Endfläche (114a) des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) mit einem Abstand Lb dazwischen zugewandt ist, sowie eine innere Endfläche (82i) umfasst, welche einer äußeren Endfläche (112a) des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112) mit einem Abstand Lc dazwischen zugewandt ist, und ein Zusammenhang von La < Lc < Lb erfüllt ist.
  9. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 8, wobei das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) einen äußeren Randabschnitt (82b), einen nach innen von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts (82b) über einen gesamten Umfang durch die erste gestufte Fläche (82d) hervorstehende Ablageplatte (82e) und einen nach innen von einem inneren Ende der Ablageplatte (82e) über einen gesamten Umfang durch die zweite gestufte Fläche (82f) hervorstehenden dünnen Abschnitt (82g) umfasst; und ein äußerer freiliegender Abschnitt (114b) des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114), welcher von einer äußeren Endfläche (112a) des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112) nach außen hervorsteht, dazu eingerichtet ist, dem dünnen Abschnitt (82g) zugewandt zu sein und eine hervorstehende Endfläche einer Überhöhung/Bank (82h), welche von dem dünnen Abschnitt (82g) in Richtung des äußeren freiliegenden Abschnitts (114b) des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) hervorsteht, zu kontaktieren.
  10. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 9, wobei ein äußerer freiliegender Abschnitt (116a) des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116), welcher sich über eine äußere Endfläche (114a) des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) hinaus erstreckt, und die Ablageplatte (82e) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) mittels eines Imprägnierungs-Verbindungteils (120) miteinander verbunden sind, wobei der äußere freiliegende Abschnitt (116a) des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) mit einem Haftharz/-kunststoff imprägniert ist.
  11. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 10, wobei der Harz/Kunststoff-Imprägnierungs-Verbindungsteil (120) in dem äußeren freiliegenden Abschnitt (116a) des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) in einer Umfangsrichtung diskontinuierlich bereitgestellt ist.
  12. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der erste elektrisch leitfähige poröse Körper (112), der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper (116) eine gleiche Dicke aufweisen.
  13. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 1, wobei ein elektrisch leitfähiger poröser Körper, wie einer aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) sowie dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116), und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) mittels eines Bereitstellens eines Imprägnierungs-Verbindungsteils (1120) miteinander verbunden sind, wobei der elektrisch poröse Körper mit einem Haftharz/-kunststoff diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung eines äußeren Umfangs des elektrisch leitfähigen porösen Körpers imprägniert ist; und der Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) einen Eck-Verbindungsteil (1120a), welcher an einer Ecke des elektrisch leitfähigen porösen Körpers bereitgestellt ist, und einen benachbarten Verbindungsteil (1120b) umfasst, welcher an einer Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers an einer dem Eck-Verbindungsteil (1120a) benachbarten Position bereitgestellt ist.
  14. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 13, wobei der Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) ferner einen Längsseiten-Verbindungsteil (1120c), welcher derart positioniert ist, dass er die Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen (1120a) in eine Mehrzahl von Längsseitensegmenten teilt, und einen Schmalseiten-Verbindungsteil (1120d) umfasst, welcher derart positioniert ist, dass er die Schmalseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen (1120a) in eine Mehrzahl von Schmalseitensegmenten teilt; und eine Länge jedes der Längsseitensegmente größer ist als eine Länge jedes der Schmalsegmente.
  15. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 14, wobei die Längsseitensegmente eine gleiche Länge aufweisen, die Schmalseitensegmente eine gleiche Länge aufweisen; und ein Zusammenhang von Ld < Lf < Le erfüllt ist, wobei Ld ein Intervall zwischen dem Eck-Verbindungsteil (1120a) und dem benachbarten Verbindungsteil (1120b) benachbart zu dem Eck-Verbindungsteil (1120a) ist, Le eine Länge des Längsseitensegments ist und Lf eine Länge des Schmalseitensegments ist.
  16. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Haftharz/-kunststoff ein Teil des geschmolzenen Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) ist.
  17. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 16, wobei der Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) ein Harz-/Kunststoffansatz (120a) ist, welcher derart bereitgestellt ist, dass er in einer Dickenrichtung des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) hervorsteht.
  18. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) größer ist als die Flächengröße des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112), die Flächengröße des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) größer ist als die Flächengröße des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114); das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) einen äußeren Randabschnitt (82b), eine von einem inneren Ende des äußeren Randabschnitts (82b) durch eine erste gestufte Fläche (82d) über einen gesamten Umfang nach innen hervorstehende Ablageplatte (82e) und einen von einem inneren Ende der Ablageplatte (82e) durch eine zweite gestufte Fläche (82f) über einen gesamten Umfang nach innen hervorstehenden dünnen Abschnitt (82g) umfasst; sich ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) mit der Ablageplatte (82e) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) überschneidet; ein äußerer Randabschnitt des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) zu dem dünnen Abschnitt (82g) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) benachbart positioniert ist; eine äußere Endfläche (112a) des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112) einer inneren Endfläche (82i) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) zugewandt ist; und die Ablageplatte (82e) des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) und ein äußerer Randabschnitt des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) mittels des Imprägnierungs-Verbindungsteils (1120) miteinander verbunden sind.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Dummyzelle (18, 20, 24), welche in einer Stapelrichtung an wenigstens einem Ende eines Stapelkörpers (14) eines Brennstoffzellenstapels (10) bereitgestellt wird, wobei der Brennstoffzellenstapel (10) umfasst: den Stapelkörper (14), welcher eine Mehrzahl von in der Stapelrichtung aufeinandergestapelten Energieerzeugungszellen (12) umfasst, wobei die Energieerzeugungszellen jeweils eine Membranelektrodenanordnung (80), ein um die Membranelektrodenanordnung (80) herum bereitgestelltes Harz/Kunststoff-Rahmenelement (82) und die Membranelektrodenanordnung (80) sandwichartig umgebende Separatoren (32, 36, 38) umfassen, wobei die Membranelektrodenanordnung eine Elektrolytmembran (84) und an beiden Seiten der Elektrolytmembran (84) bereitgestellte Elektroden (86, 88) umfasst, wobei die Elektroden jeweils eine Gasdiffusionsschicht (92, 96) eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers aufweisen, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Stapelschritt eines in einer Stapelrichtung Stapelns eines ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112), eines zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) und eines dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116), welche jeweils eine unterschiedliche Flächengröße aufweisen, in einer Weise, dass eine erste Haftschicht (119a) zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112) und dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) eingefügt ist und eine zweite Haftschicht (119b) zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) eingefügt ist; einen Härteschritt eines Härtens der ersten Haftschicht (119a) und der zweiten Haftschicht (119b), um eine erste Verbindungsschicht (118a) zum Verbinden des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112) und des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) auszubilden und um eine zweite Verbindungsschicht (118b) zum Verbinden des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) und des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116) auszubilden, wodurch eine Dummyanordnung (110), welche der Membranelektrodenanordnung (80) entspricht, erhalten wird; einen Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt eines Bereitstellens eines Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) an der Dummyanordnung (110) und um die Dummyanordnung (110) herum, um somit einen mit einer Dummyanordnung (110) ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmen zu erhalten, und einen zweiten Stapelschritt eines sandwichartigen Aufnehmens des mit der Dummyanordnung (110) ausgestatteten Harz-/Kunststoffrahmens zwischen Dummyseparatoren (108, 130), um somit die Dummyzelle (18, 20, 24) zu erhalten, wobei die erste Haftschicht (119a) und die zweite Haftschicht (119b) an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung in dem ersten Stapelschritt bereitgestellt werden, um somit die erste Verbindungsschicht (118a) und die zweite Verbindungsschicht (118b) an unterschiedlichen Positionen in der Stapelrichtung in dem Härteschritt auszubilden.
  20. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 19, wobei nachdem der erste elektrisch leitfähige poröse Körper (112), der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper (116) in dem ersten Stapelschritt in einem Zustand aufeinander gestapelt werden, in welchem ein Flächendruck, welcher dem während einer Energieerzeugung des Brennstoffzellenstapels (10) aufgebrachten Flächendruck gleicht, auf den ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), den zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und den dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116) aufgebracht wird, die erste Haftschicht (119a) und die zweite Haftschicht (119b) in dem Härteschritt gehärtet werden.
  21. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 19 oder 20, wobei in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht (119a) in einem Randabschnitt eines ersten Stapelteils (112b), wo der erste elektrisch leitfähige poröse Körper (112) und der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) aufeinander gestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt wird, und die zweite Haftschicht (119b) in einem Randabschnitt eines zweiten Stapelteils (114c), wo der zweite elektrisch leitfähige poröse Körper (114) und der dritte elektrisch leitfähige poröse Körper (116) aufeinander gestapelt sind, diskontinuierlich bereitgestellt wird.
  22. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 21, wobei in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht (119a) und die zweite Haftschicht (119b) abwechselnd in einer Umfangsrichtung des ersten Stapelteils (112b) und des zweiten Stapelteils (114c) bereitgestellt werden.
  23. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei in dem ersten Stapelschritt die erste Haftschicht (119a) und die zweite Haftschicht (119b) an Längsseiten, ausgenommen Schmalseiten, des ersten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (112), des zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (114) und des dritten elektrisch leitfähigen porösen Körpers (116), welche jeweils eine rechteckige Fläche aufweisen, bereitgestellt werden.
  24. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 19, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt ein äußerer Randabschnitt eines elektrisch leitfähigen porösen Körpers, wie wenigstens einem aus dem ersten elektrisch leitfähigen porösen Körper (112), dem zweiten elektrisch leitfähigen porösen Körper (114) und dem dritten elektrisch leitfähigen porösen Körper (116), in einem Zustand, in welchem das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) um die Dummyanordnung (110) herum bereitgestellt ist, mit einem Haftharz/-kunststoff diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung des äußeren Randabschnitts imprägniert wird, um einen Imprägnierungs-Verbindungsteil (120) auszubilden, um somit die Dummyanordnung (110) und das Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelement (111) miteinander zu verbinden.
  25. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 24, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als der Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) ein Eck-Verbindungsteil (1120a) an einer Ecke des elektrisch leitfähigen porösen Körpers ausgebildet wird und ein benachbarter Verbindungsteil (1120b) an einer dem Eck-Verbindungsteil (1120a) an einer Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers benachbarten Position ausgebildet wird.
  26. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 25, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als der Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) ein Längsseiten-Verbindungsteil (1120c) bereitgestellt wird, um die Längsseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen (1120a) in eine Mehrzahl von Längsseitensegmenten zu teilen, und ein Schmalseiten-Verbindungsteil (1120d) bereitgestellt wird, um die Schmalseite des elektrisch leitfähigen porösen Körpers zwischen den Eck-Verbindungsteilen (1120a) in eine Mehrzahl von Schmalseitensegmenten zu teilen in solch einer Weise, dass jedes der Längsseitensegmente länger ist als jedes der Schmalseitensegmente.
  27. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 26, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt der Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) an dem elektrisch leitfähigen porösen Körper derart bereitgestellt wird, dass: die Längsseitensegmente eine gleiche Länge aufweisen, die Schmalseitensegmente eine gleiche Länge aufweisen sowie ein Zusammenhang von Ld < Lf < Le erfüllt ist, wobei Ld ein Intervall zwischen dem Eck-Verbindungsteil (1120a) und dem benachbarten Verbindungsteil (1120b) benachbart zu dem Eck-Verbindungsteil (1120a) ist, Le eine Länge des Längsseitensegments ist und Lf eine Länge des Schmalseitensegments ist.
  28. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt als das/der Haftharz/-kunststoff der elektrisch leitfähige poröse Körper mit einem Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111), welcher geschmolzen worden ist, imprägniert wird, um somit den Imprägnierungs-Verbindungsteil (1120) auszubilden.
  29. Verfahren zum Herstellen der Dummyzelle (18, 20, 24) nach Anspruch 28, wobei in dem Harz-/Kunststoffrahmen-Verbindungsschritt ein Harz-/Kunststoffansatz (120a), welcher derart bereitgestellt ist, dass er in einer Dickenrichtung des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) hervorsteht, als der Teil des Dummy-Harz/Kunststoff-Rahmenelements (111) verwendet wird.
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