DE112009001377T5

DE112009001377T5 - Gasströmungsweg-Bildendes Element, Verfahren zum Herstellen des Gasströmungsweg-Bildenden Elements und Vorrichtung zur Ausbildung des Gasströmungsweg-Bildenden Elements

Info

Publication number: DE112009001377T5
Application number: DE112009001377T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kariya Futami; Keiji Kariya Hashimoto; Tomokazu Toyota Hayashi
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US20110076596A1; CN101946349B; US9160026B2; CA2713192A1; CN101946349A; CA2713192C

Abstract

Gasströmungsweg-bildendes Element, das in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie verwendet wird, wobei die Leistung erzeugende Zelle eine Gasdiffusionsschicht, die einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Separator aufweist zum Isolieren benachbarter, Leitung erzeugender Zellen gegeneinander, und wobei das Gasströmungsweg-bildende Element zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet ist und einen Gasströmungsweg aufweist, wobei die Leistung erzeugende Zelle so aufgebaut ist, dass sie über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht dadurch erzeugt wird, dass Brenngas oder Oxidierungsgas durch den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird, Leistung erzeugt, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasströmungsweg-bildende Element aus einer Metallgitterstruktur besteht, die aus einer dünnen Metallplatte gebildet ist, wobei eine Vielzahl von durchgehenden Öffnungen in der Metallgitterstruktur nach Art eines Gitters ausgebildet sind, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten aufweist, welche die durchgehenden Öffnungen bilden, wobei die ringförmigen Abschnitte jeweils einen flachen Oberflächenabschnitt in einem Kontaktabschnitt...

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasströmungsweg-bildendes Element, das zwischen einer Gasdiffusionsschicht und einem Separator in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie angeordnet ist, ein Verfahren zur Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements, eine Ausbildungs- bzw. Formgebungsvorrichtung, die verwendet wird, um das Gasströmungsweg-bildende Element herzustellen, eine Leistung erzeugende Zelle für eine Brennstoffbatterie, die das Gasströmungsweg-bildende Element beinhaltet, und ein Verfahren zum Herstellen der Leistung erzeugenden Zelle für die Brennstoffbatterie.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Der Stand der Technik schlägt eine Polymerelektrolyt-Brennstoffbatterie vor, wie sie im Patentdokument 1 offenbart ist. Diese Art einer Brennstoffbatterie besteht aus einem Brennstoffbatteriestapel, der durch Stapeln von Leistung erzeugenden Zellen gebildet wird. Jeder der Leistung erzeugenden Zellen weist eine Membran/Elektroden-Anordnung mit einer Elektrolytmembran, einer Anoden-Elektrodenschicht und einer Kathoden-Elektrodenschicht auf. Die Anoden-Elektrodenschicht ist auf einer ersten Oberfläche der Elektrolytmembran ausgebildet, und die Kathoden-Elektrodenschicht ist auf einer zweiten Oberfläche der Elektrolytmembran aufgebracht. Brenngas, wie Wasserstoffgas, und Oxidierungsgas, wie Luft, werden über ein Gasströmungsweg-bildendes Element (einen Kollektor) zur Anoden-Elektrodenschicht und zur Kathoden-Elektrodenschicht geliefert. Dies bewirkt eine Elektrodenreaktion in der Membran/Elektroden-Anordnung, wodurch Leistung erzeugt wird. Die erzeugte Leistung wird über den Kollektor und einen plattenähnlichen Separator nach außen abgegeben.
Das Gasströmungsweg-bildende Element muss in der Lage sein, sowohl das Brenngas als auch das Oxidierungsgas effizient zur Anoden-Elektrodenschicht und zur Kathoden-Elektrodenschicht zu liefern. Gemäß dem Aufbau, der im Patentdokument 1 offenbart ist, besteht das Gasströmungsweg-bildende Element aus einer Metallgitterstruktur, aus der eine Metallplatte gebildet wurde. Eine Vielzahl von kleinen durchgehenden Öffnungen mit vorgegebenen Formen werden in der Metallgitterstruktur ausgebildet. Ebenso werden durch Bearbeiten einer Edelstahlplatte mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm in eine Metallgitterstruktur im Wesentlichen sechseckige durchgehende Öffnungen nach Art eines Gitters in der Metallgitterstruktur ausgebildet. Ringförmige Abschnitte (Stränge), die jeweils die hexagonale durchgehende Öffnung bilden, sind in einem gegenseitig überlappenden Zustand miteinander verbunden. Somit weist das Metallgitter einen stufigen Querschnitt auf.
In der Leistung erzeugenden Zelle ist ein Kohlepapierblatt bzw. -flächengebilde, das aus leitenden Fasern besteht, zwischen den Oberflächen der einzelnen Elektrodenschichten und dem Gasströmungsweg-bildenden Element angeordnet. Die Kohlepapierblätter diffundieren das Brenngas und das Oxidierungsgas effizient zu den entsprechenden Elektrodenschichten. Wenn der Brennstoffbatteriestapel durch Stapeln einer Vielzahl von Leistung erzeugenden Zellen aufgebaut wird, werden zwei Separatoren, die in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt jeder Leistung erzeugenden Zelle angeordnet sind, näher zusammengebracht, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Kohlepapierblatt und den Gasströmungsweg-bildenden Elementen zu bewirken. 49 zeigt ein herkömmliches Gasströmungsweg-bildendes Element 1021, das zwischen einem an eine Anoden-Elektrodenschicht 17 gebundenen Kohlepapierblatt 19 und einem Separator 23 angeordnet ist. In diesem Zustand werden, wenn der Separator 23 nach unten gepresst wird, Kontaktabschnitte 1028 des Gasströmungsweg-bildenden Elements 1021 fest gegen das Kohlepapierblatt 19 gepresst und schneiden in das Kohlepapierblatt 19, wie in 50 dargestellt.
Somit können die Kontaktabschnitte 1028 einen Teil des Kohlepapierblatts 19 abtrennen, wodurch die Funktionsfähigkeit des Kohlepapierblatts 19 als Gasdiffusionsschicht beeinträchtigt wird. Ebenso kann ein Teil der Gasdiffusionsschicht in den Brenngas-Strömungsweg im Gasströmungsweg-bildenden Element 1021 gelangen, wodurch der nutzbare Querschnitt des Brenngas-Strömungswegs verkleinert wird. Dadurch wird der Druckverlust des Brenngases vergrößert, wodurch die zugeführte Brenngasmenge verkleinert wird und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung herabgesetzt wird. Ferner können abgetrennte Kohlfasern vom Brenngas mitgerissen werden und an Wänden des engen Gasströmungswegs im Gasströmungsweg-bildenden Element hängen bleiben, wodurch der Weg verlegt wird. Dadurch wird der Strom des Brenngases behindert und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird herabgesetzt. Ebenso ist das Maß, in dem die Kontaktabschnitte 1028 in das Kohlepapierblatt 19 schneiden, von einer Leistung erzeugenden Zellen zur anderen verschieden. Dadurch wird die Leistungserzeugungsspannung instabil.
Das Gasströmungsweg-bildende Element 1021 weist Kontaktabschnitte 1030 auf, die an der den Kontaktabschnitten 1029 entgegengesetzten Seite angeordnet sind. Ecken der Kontaktabschnitte 1030 berühren den Separator 23, wodurch der Separator 23 beschädigt wird. Außerdem ist es in diesem Fall schwierig, die Kontaktfläche sicherzustellen, die für eine Stromübertragung zwischen dem Gasströmungsweg-bildenden Element 1021 und dem Separator 23 notwendig ist. Dadurch wird die Zufuhr von elektrischem Strom vom Gasströmungsweg-bildenden Element 1021 zum Separator 23 behindert, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung herabgesetzt wird.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, wird eine Metallgitterstruktur-bildende Vorrichtung verwendet, wie sie in 40 dargestellt ist. Wie in 40 dargestellt, weist die Metallgitterstruktur-bildende Vorrichtung ein erstes Scherwerkzeug bzw. eine erste Scherform 333 mit einer einzigen Scherkante 333b und ein zweites Scherwerkzeug bzw. eine zweite Scherform 334 auf, die oberhalb der ersten Scherform 333 angeordnet ist und abwechselnd angeordnete Aussparungen 334b und Vorsprünge 334a aufweist. Wenn unter Verwendung dieser Vorrichtung eine Metallgitterstruktur gebildet wird, bilden die Aussparungen 334b und die Vorsprünge 334a in einem einzigen Absenkungs- und Anhebungszyklus der zweiten Scherform 334 abwechselnd obere halbringförmige Abschnitte und untere halbringförmige Abschnitte aus. In diesem Fall werden die unteren halbringförmigen Abschnitte, die von den Vorsprüngen 334a ausgebildet werden, nach unten verformt, was bewirkt, dass die oberen halbringförmigen Abschnitte, die von den Aussparungen 334b ausgebildet werden, sich diagonal nach unten senken. Jeder dieser abgesenkten Abschnitte bildet einen umgebogenen, flachen Oberflächenabschnitt 1029, wie in 51 dargestellt. Der umgebogene, flache Oberflächenabschnitt 1029 dient als Kontaktabschnitt 1029 des Gasströmungsweg-bildenden Elements 1021 und wird mit der Gasdiffusionsschicht 1019 in Oberflächenkontakt gehalten. Auf diese Weise werden die genannten Probleme, die durch das Einschneiden der Kontaktabschnitte 1029 bewirkt werden, gelöst. Durch die Ausbildung des umgebogenen, flachen Oberflächenabschnitts 1029a nimmt jedoch die Dicke T des Gasströmungsweg-bildenden Elements 1021 ab. Dadurch wird der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs verkleinert und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird herabgesetzt.
Patentdokument

Patentdokument 1: japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-87768 .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM, DAS VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
Somit betrifft ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Gasströmungsweg-bildendes Element, das verhindern kann, dass ein Kontaktabschnitt des Gasströmungsweg-bildenden Elements in eine Gasdiffusionsschicht einschneidet, und das somit den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung einer Brennstoffbatterie verbessern kann, ein Verfahren zum Herstellen des Gasströmungsweg-bildenden Elements, eine Formgebungsvorrichtung, die verwendet wird, um das Gasströmungsweg-bildende Element herzustellen, eine Leistung erzeugende Zelle für eine Brennstoffbatterie, die das Gasströmungsweg-bildende Element beinhaltet, und ein Verfahren zum Herstellen der Leistung erzeugenden Zelle für die Brennstoffbatterie.
MITTEL ZU LÖSUNG DER PROBLEME
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gasströmungsweg-bildendes Element, das in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie verwendet wird, geschaffen. Die Leistung erzeugende Zelle beinhaltet eine Gasdiffusionsschicht, die in einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Separator zum Isolieren benachbarter Leistung erzeugender Zellen gegeneinander. Das Gasströmungsweg-bildende Element ist zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet und weist einen Gasströmungsweg auf. Die Leistung erzeugende Zelle ist so aufgebaut, dass sie Leistung über eine Elektrodenreaktion erzeugt, die in der Elektrodenschicht dadurch bewirkt wird, dass Brenngas oder Oxidierungsgas über den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird. Das Gasströmungsweg-bildende Element besteht aus einer Metallgitterstruktur, die aus einer dünnen Metallplatte gebildet ist. Eine Vielzahl von durchgehenden Öffnungen ist nach Art eines Gitters in der Metallgitterstruktur ausgebildet. Das Gasströmungsweg-bildende Element weist eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten auf, welche die durchgehenden Öffnungen bilden. Die ringförmigen Abschnitte weisen jeweils einen flachen Oberflächenabschnitt in einem Kontaktabschnitt zwischen dem ringförmigen Abschnitt und der Gasdiffusionsschicht auf.
Bei diesem Aufbau ist der flache Oberflächenabschnitt im Kontaktabschnitt zwischen den einzelnen die durchgehenden Öffnungen bildenden, ringförmigen Abschnitten des Gasströmungsweg-bildenden Elements und der Gasdiffusionsschicht, beispielsweise einem Kohlepapierblatt, ausgebildet. Der Kontaktabschnitt wird somit in Oberflächenkontakt mit der Gasdiffusionsschicht gehalten. Dadurch wird verhindert, dass der Kontaktabschnitt in die Gasdiffusionsschicht schneidet, wodurch eine Beschädigung der Gasdiffusionsschicht verhindert wird. Somit geraten keine Fragmente der Gasdiffusionsschicht in den Gasströmungsweg des Gasströmungsweg-bildenden Elements. Dadurch wird eine Verkleinerung des nutzbaren Querschnitts des Gasströmungswegs verhindert.
Das genannte Gasströmungsweg-bildende Element weist vorzugsweise in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Gasströmungsweg-bildenden Element und dem Separator einen flachen Oberflächenabschnitt auf.
In dem genannten Gasströmungsweg-bildenden Element sind die durchgehenden Öffnungen und die ringförmigen Abschnitte vorzugsweise jeweils so ausgebildet, dass sie einen sechseckigen Querschnitt aufweisen, und jeder Kontaktabschnitt ist vorzugsweise an einem Abschnitt angeordnet, der einer bestimmten Seite der Sechseckform entspricht.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements, das in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie verwendet wird, geschaffen. Die Leistung erzeugende Zelle weist eine Gasdiffusionsschicht, die in einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Separator zum gegenseitigen Isolieren benachbarter Leistung erzeugender Zellen auf. Das Gasströmungsweg-bildende Element ist zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet und weist einen Gasströmungsweg auf. Die Leistung erzeugende Zelle ist so aufgebaut, dass sie Leistung über eine Elektrodenreaktion erzeugt, die in der Elektrodenschicht dadurch bewirkt wird, dass Brenngas oder Oxidierungsgas über den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird. Das Verfahren zum Herstellen des Gasströmungsweg-bildenden Elements beinhaltet: einen ersten Schritt, in dem eine Metallgitterstruktur durch Ausbilden einer Vielzahl von durchgehenden Öffnungen in einer dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters hergestellt wird; und einen zweiten Schritt, in dem nach dem ersten Schritt ein flacher Oberflächenabschnitt in einem Kontaktabschnitt zwischen den einzelnen die durchgehenden Öffnungen der Metallgitterstruktur bildenden, ringförmigen Abschnitten und der Gasdiffusionsschicht ausgebildet wird.
In dem genannten Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements wird der flache Oberflächenabschnitt im zweiten Schritt vorzugsweise dadurch ausgebildet, dass die im ersten Schritt erhaltene Metallgitterstruktur zwischen einem Walzenpaar angeordnet und zusammengepresst wird, um den Kontaktabschnitt plastisch umzuformen.
In dem genannten Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements wird die Ausbildung des flachen Oberflächenabschnitts im zweiten Schritt vorzugsweise dadurch ausgeführt, dass der Kontaktabschnitt in Dickenrichtung der Metallgitterstruktur unter Verwendung einer feststehenden Stanzform und einer beweglichen Stanzform im ersten Schritt, in dem die Metallgitterstruktur ausgebildet wird, plastisch umgeformt wird.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Formgebungsvorrichtung geschaffen, die verwendet wird, um ein Gasströmungsweg-bildendes Element herzustellen. Die Formgebungsvorrichtung beinhaltet eine feststehende Stanzform mit ersten Aussparungen und ersten Vorsprüngen, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand bzw. einer vorgegebenen Schrittlänge angeordnet sind, und eine bewegliche Stanzform mit zweiten Vorsprüngen und zweiten Aussparungen, die mit einem vorgegebenen Teilungsabstand bzw. einer vorgegebenen Schrittlänge angeordnet sind. Die zweiten Vorsprünge greifen in die ersten Aussparungen ein. Die zweiten Aussparungen greifen in die ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform ein. Die bewegliche Stanzform ist in der Lage, sich in Dicken- und Breitenrichtung der dünnen Metallplatte hin und her zu bewegen. Eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, welche die durchgehenden Öffnungen definieren, wird durch Ausbilden einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte in einem vorgegebenen Teilungsabstand und Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte durch Ineingriffbringen der ersten Aussparungen und der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform mit den zweiten Vorsprüngen und den zweiten Aussparungen der beweglichen Stanzform in der dünnen Metallplatte ausgebildet. Eine schräge Oberfläche ist in einer oberen Oberfläche jeder der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform ausgebildet. Die schräge Oberfläche ist abwärts und in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte nach unten geneigt.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Formgebungsvorrichtung geschaffen, die verwendet wird, um ein Gasströmungsweg-bildendes Element herzustellen. Die Formgebungsvorrichtung weist eine feststehende Stanzform mit ersten Aussparungen und ersten Vorsprüngen, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, und eine bewegliche Stanzform mit zweiten Vorsprüngen und zweiten Aussparungen, die mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, auf. Die zweiten Vorsprünge greifen in die ersten Aussparungen ein. Die zweiten Aussparungen greifen in die ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform ein. Die bewegliche Stanzform ist in der Lage, sich in Dicken- und Breitenrichtung der dünnen Metallplatte hin und her zu bewegen. Eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, welche die durchgehenden Öffnungen definieren, wird durch Ausbilden einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte in einem vorgegebenen Teilungsabstand und Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte durch Ineingriffbringen der ersten Aussparungen und der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform mit den zweiten Vorsprüngen und den zweiten Aussparungen der beweglichen Stanzform in der dünnen Metallplatte ausgebildet. Eine schräge Oberfläche ist in einer unteren Oberfläche jeder der zweiten Vorsprünge der beweglichen Stanzform ausgebildet. Die schräge Oberfläche ist aufwärts und entgegen der Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte nach oben geneigt.
In der genannten Formgebungsvorrichtung biegt die feststehende Stanzform oder die bewegliche Stanzform vorzugsweise zwei Seitenabschnitte jedes ringförmigen Abschnitts, die sich an einander entgegengesetzten Seiten eines Kontaktabschnitts des ringförmigen Abschnitts und einer Gasdiffusionsschicht der Brennstoffbatterie befinden, in Richtung auf die Mitte des ringförmigen Abschnitts.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gasströmungsweg-bildendes Element geschaffen mit einer Gasdiffusionsschicht, die in einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einem Gasströmungsweg, der zwischen der Gasdiffusionsschicht und einem Separator ausgebildet ist, um Brenngas oder Oxidierungsgas zu liefern. Das Gasströmungsweg-bildende Element ist so aufgebaut, dass es über eine Elektrodenreaktion, die durch Zuführen des Brenngases oder des Oxidierungsgases zur Elektrodenschicht durch den Gasströmungsweg in der Elektrodenschicht bewirkt wird, elektrische Leistung erzeugt. Das Gasströmungsweg-bildende Element ist aus einer Metallgitterstruktur gebildet, die durch Ausbilden einer Vielzahl von ringförmigen Abschnitten in einer dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters aufgebaut wird. Jeder der ringförmigen Abschnitte weist eine durchgehende Öffnung auf. Ein erster flacher Oberflächenabschnitt, der eine Oberfläche der Gasdiffusionsschicht berührt, ist in einem ersten Kontaktabschnitt jedes der ringförmigen Abschnitte ausgebildet. Ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt, der eine Rückseite des Separators berührt, ist in einem zweiten Kontaktabschnitt jedes ringförmigen Abschnitts ausgebildet. Eine Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs ist so eingestellt, dass sie größer ist als eine Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs.
Bei diesem Aufbau sind die ringförmigen Abschnitte, welche die durchgehenden Öffnungen bilden, im Gasströmungsweg-bildenden Element ausgebildet. Der erste flache Oberflächenabschnitt wird im ersten Kontaktabschnitt, der die Gasdiffusionsschicht, beispielsweise ein Kohlepapierblatt, berührt, durch Pressen im Außenrand jedes ringförmigen Abschnitts ausgebildet. Der erste flache Oberflächenabschnitt wird somit mit einer entsprechenden Oberfläche der Gasdiffusionsschicht in Oberflächenkontakt gehalten. Dadurch wird verhindert, dass der erste Kontaktabschnitt in die Gasdiffusionsschicht schneidet, wodurch eine Beschädigung der Gasdiffusionsschicht verhindert wird. Somit wird verhindert, dass der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs durch Fragmente der Gasdiffusionsschicht, die in den Gasströmungsweg des Gasströmungsweg-bildenden Elements gelangen, verkleinert wird.
Der zweite flache Oberflächenabschnitt wird im zweiten Kontaktabschnitt, der den Separator berührt, durch Pressen im Außenrand jedes ringförmigen Abschnitts ausgebildet. Der zweite flache Oberflächenabschnitt wird somit mit der Rückseite des Separators in Oberflächenkontakt gehalten, wodurch eine Beschädigung des Separators verhindert wird und eine notwendige Stromübertragungs-Oberfläche zwischen dem Gasströmungsweg-bildenden Element und dem Separator sichergestellt wird. Dadurch wird der elektrische Widerstand verringert, der durch eine Leistungserzeugung bewirkt wird, und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird verbessert.
Die Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts wird auf einen relativ großen Wert eingestellt, um zu verhindern, dass der erste flache Oberflächenabschnitt in die Gasdiffusionsschicht schneidet. Die Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts wird nur so viel kleiner eingestellt als die Breite des erste flachen Oberflächenabschnitts, dass eine Beschädigung des Separators verhindert wird und dass eine notwendige Stromübertragungs-Oberfläche zwischen dem zweiten flachen Oberflächenabschnitt und dem Separator sichergestellt ist. Dadurch wird eine geeignete Dicke des Gasströmungsweg-bildenden Elements aufrechterhalten und ein nutzbarer Querschnitt des Gasströmungswegs in dem Gasströmungsweg-bildenden Element wird ermöglicht. Wäre die Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts der Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts gleich, würde das Gasströmungsweg-bildende Element übermäßig zusammengepresst, wenn die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte gepresst werden. Dadurch würde die Dicke des Gasströmungsweg-bildenden Elements verringert und der Gasströmungsweg verkleinert werden.
Wie oben angegeben, ist das Gasströmungsweg-bildende Element vorzugsweise so aufgebaut, dass: Verbindungsplattenabschnitte, welche die ringförmigen Abschnitte miteinander verbinden, ausgebildet sind; ein erster, halbringförmiger Abschnitt, welcher der Gasdiffusionsschicht zugewandt ist, in jedem ringförmigen Abschnitt angeordnet ist; der erste halbringförmige Abschnitt ein Paar aus ersten Seitenplattenabschnitten, die mit den entsprechenden Verbindungsplattenabschnitten verbunden sind, ein Paar aus ersten schrägen Plattenabschnitten, die einstückig mit den Enden der ersten Seitenplattenabschnitte ausgebildet sind, und einen ersten flachen Plattenabschnitt aufweist, der solchermaßen einstückig mit den ersten schrägen Plattenabschnitten ausgebildet ist, dass er die ersten schrägen Plattenabschnitte miteinander verbindet, wobei der erste flache Plattenabschnitt einen ersten Kontaktabschnitt aufweist, der die Gasdiffusionsschicht berührt, wobei der erste flache Oberflächenabschnitt im ersten Kontaktabschnitt ausgebildet ist; ein zweiter halbringförmiger Abschnitt, der dem Separator zugewandt ist, in jedem ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist; und der zweite halbringförmige Abschnitt ein Paar aus zweiten schrägen Plattenabschnitten, die einstückig mit den Verbindungsplattenabschnitten ausgebildet sind, ein Paar aus parallelen Seitenplattenabschnitten, die einstückig mit Enden der zweiten schrägen Plattenabschnitten ausgebildet sind, und einen zweiten flachen Plattenabschnitt aufweist, der solchermaßen einstückig mit den zweiten Seitenplattenabschnitten ausgebildet ist, dass er die zweiten Seitenplattenabschnitte miteinander verbindet, wobei der zweite flache Plattenabschnitt einen zweiten Kontaktabschnitt aufweist, der den Separator berührt, wobei der zweite flache Oberflächenabschnitt im zweiten Kontaktabschnitt ausgebildet ist.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements geschaffen. Das Verfahren beinhaltet: einen ersten Schritt, in dem unter Verwendung einer ersten Scherform und einer zweiten Scherform abwechselnd die ersten halbringförmigen Abschnitte, die der Gasdiffusionsschicht zugewandt sind, und die zweiten halbringförmigen Abschnitte, die dem Separator zugewandt sind, an einer Vielzahl von Stellen an einem Ende der dünnen Metallplatte ausgebildet werden, wobei die erste Scherform eine Vielzahl von ersten Aussparungen und eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen aufweist, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, und die zweite Scherform zweite Vorsprünge und zweite Aussparungen aufweist, die abwechselnd an einer Vielzahl von Stellen mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, wobei die zweiten Vorsprünge den ersten Aussparungen entsprechen und die zweiten Aussparungen den ersten Vorsprüngen entsprechen; einen zweiten Schritt, in dem die ersten halbringförmigen Abschnitte und die zweiten halbringförmigen Abschnitt durch Bewegen der dünnen Metallplatte über eine vorgegebene Strecke und Versetzen der ersten Scherform und der zweiten Scherform senkrecht zu einer Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte abwechselnd an einer Vielzahl von Stellen der dünnen Metallplatte ausgebildet werden; einen dritten Schritt, in dem durch Ausbilden einer Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, die jeweils eine durchgehende Öffnung aufweisen, in der dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters mittels der ersten halbringförmigen Abschnitte und der entsprechenden zweiten halbringförmigen Abschnitte, die in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte durch abwechselndes Wiederholen eines Schritts, der dem ersten Schritt ähnlich ist, und eines Schritts, der dem zweiten Schritt ähnlich ist, nebeneinander bzw. angrenzend aneinander angeordnet werden, eine Metallgitterstruktur erhalten wird; und einen vierten Schritt, in dem durch gleichzeitiges Pressen von zwei Oberflächen der Metallgitterstruktur nach dem dritten Schritt ein erster flacher Oberflächenabschnitt im ersten Kontaktabschnitt des ersten halbringförmigen Abschnitts und ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt im zweiten Kontaktabschnitt jedes zweiten halbringförmigen Abschnitts ausgebildet werden, wobei die Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs so eingestellt wird, dass sie kleiner ist als die Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Formgebungsvorrichtung geschaffen, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements verwendet wird. Die Vorrichtung beinhaltet eine erste Scherform, eine zweite Scherform und eine Pressmaschine, welche die Metallgitterstruktur einschließlich von ringförmigen Abschnitten in Dickenrichtung einer Metallgitterstruktur presst. Die Metallgitterstruktur wird durch hin und her Bewegen der ersten Scherform und der zweiten Scherform in Dickenrichtung der dünnen Metallplatte und senkrecht zur Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte, wodurch ein Eingriff zwischen den ersten Aussparungen und den zweiten Vorsprüngen und zwischen den ersten Vorsprüngen und den zweiten Aussparungen bewirkt wird, und durch Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte nach der Ausbildung einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte mit einem vorgegebenen Teilungsabstand ausgebildet. Die ersten Vorsprünge, die ersten Aussparungen, die zweiten Aussparungen und die zweiten Vorsprünge sind so geformt, dass ein Maß, in dem jeder erste halbringförmige Abschnitt umgeformt wird, wenn er gepresst wird, und ein Maß, in dem der entsprechende zweite halbringförmige Abschnitt umgeformt wird, wenn er gepresst wird, verschieden sind, um die halbringförmigen Abschnitte zu pressen.
Bei der genannten Ausbildungsvorrichtung weist jeder erste Vorsprung der ersten Scherform und jede zweite Aussparung der zweiten Scherform jeweils eine Formgebungs-Oberfläche zur Ausbildung eines Paars aus ersten Seitenplatten, die den ersten halbringförmigen Abschnitt bilden, eine Formgebungs-Oberfläche zur Ausbildung eines Paars aus ersten schrägen Plattenabschnitten, die mit den ersten Seitenplatten verbunden sind, und eine Formgebungs-Oberfläche auf zur Ausbildung eines ersten flachen Plattenabschnitts, der solchermaßen mit den ersten schrägen Plattenabschnitten verbunden ist, dass er die ersten schrägen Plattenabschnitte miteinander verbindet. Ebenso weist jede erste Aussparung der ersten Scherform und jeder zweite Vorsprung der zweiten Scherform jeweils eine Formgebungs-Oberfläche zur Ausbildung eines Paars aus zweiten schrägen Plattenabschnitten, die den zweiten halbringförmigen Abschnitt bilden, eine Formgebungs-Oberfläche zur Ausbildung eines Paars aus zweiten Seitenplattenabschnitten, die mit den ersten schrägen Plattenabschnitten verbunden sind, und eine Formgebungs-Oberfläche auf zur Ausbildung des zweiten flachen Plattenabschnitts, der solchermaßen mit den zweiten Seitenplattenabschnitten verbunden ist, dass er die zweiten Seitenplattenabschnitte miteinander verbindet.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leistung erzeugende Zelle für eine Brennstoffbatterie geschaffen. Die Zelle weist auf: eine Elektrodenschicht, eine Gasdiffusionsschicht, die auf einer Oberfläche der Elektrodenschicht ausgebildet ist, einen Separator, der auf die Gasdiffusionsschicht gerichtet ist, und ein Gasströmungsweg-bildendes Element, das zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet ist und das einen Gasströmungsweg aufweist, durch den Brenngas oder Oxidierungsgas zur Elektrodenschicht geliefert wird. Die Leistung erzeugende Zelle erzeugt Leistung über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht bewirkt wird. Das Gasströmungsweg-bildende Element besteht aus einer Metallgitterstruktur, die von einer dünnen Metallplatte gebildet wird. Eine große Anzahl von ringförmigen Abschnitten, die jeweils eine durchgehende Öffnung mit vorgegebener Form aufweisen, ist in dem Gasströmungsweg-bildenden Element nach Art eines Gitters ausgebildet. Ein umgebogener flacher Oberflächenabschnitt, der mit einer Oberfläche der Gasdiffusionsschicht in Oberflächenkontakt gehalten wird, ist in jedem der ringförmigen Abschnitte ausgebildet. Ein nicht-umgebogener flacher Oberflächenabschnitt ist zwischen dem umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt und den Verbindungsplattenabschnitten, welche die entsprechenden ringförmigen Abschnitte verbinden, ausgebildet. Der umgebogene flache Oberflächenabschnitt und der nicht-umgebogene flache Oberflächenabschnitt werden in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Schritten unter Verwendung einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Metallgitterstruktur ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der umgebogene flache Oberflächenabschnitt in dem die Gasdiffusionsschicht, beispielsweise ein Kohlepapierblatt, berührenden Kontaktabschnitt im Außenrand jedes der ringförmigen Abschnitte des Gasströmungsweg-bildenden Elements, welche die durchgehenden Öffnungen bilden, ausgebildet. Der umgebogene flache Oberflächenabschnitt wird somit mit einer entsprechenden Oberfläche der Gasdiffusionsschicht in Oberflächenkontakt gehalten. Dadurch wird verhindert, dass der Kontaktabschnitt in die Gasdiffusionsschicht schneidet, wodurch eine Beschädigung der Gasdiffusionsschicht vermieden wird. Somit gelangen keine Fragmente der beschädigten Gasdiffusionsschicht in den Gasströmungsweg im Gasströmungsweg-bildenden Element. Somit wird verhindert, dass der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs verkleinert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte und die nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte in zwei Metallgitterstruktur-Bearbeitungsdurchgängen ausgebildet. Somit wird im Vergleich zu einem Fall, in dem ein breiter umgebogener flacher Oberflächenabschnitt in einem einzigen Bearbeitungsdurchgang im gesamten Bereich jedes ringförmigen Abschnitts in Breitenrichtung des ringförmigen Abschnitts ausgebildet wird, die Breite des ausgebildeten umgebogenen flachen Oberflächenabschnitts verringert und dementsprechend die Dicke des Gasströmungsweg-bildenden Elements vergrößert. Infolgedessen wird der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs vergrößert und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird verbessert.
In der Leistung erzeugenden Zelle für eine Brennstoffbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung wird jeder ringförmige Abschnitt vorzugsweise in fünf- oder sechseckiger Form ausgebildet.
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Leistung erzeugenden Zelle für eine Brennstoffbatterie geschaffen. Das Verfahren beinhaltet einen ersten Schritt, welcher beinhaltet: nacheinander Bearbeiten einer Vielzahl von ersten zu bearbeitenden Abschnitten und einer Vielzahl von zweiten zu bearbeitenden Abschnitten in der dünnen Metallplatte, die in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte abwechselnd angeordnet sind, unter Verwendung einer ersten Scherform und einer zweiten Scherform, wobei die erste Scherform eine lineare erste Scherkante aufweist und die zweite Scherform eine Vielzahl von Aussparungen und eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind, wobei zweite Scherkanten so in den Vorsprüngen ausgebildet sind, dass sie mit der ersten Scherkante zusammenwirken, um eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte zu bilden; und Ausbilden der halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, in den ersten zu bearbeitenden Abschnitten der dünnen Metallplatte in einem Stadium, in dem jeder der ersten zu bearbeitenden Abschnitte in eine in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform mittlere Formgebungsposition bewegt wurde. Das Verfahren beinhaltet außerdem: einen zweiten Schritt, in dem nach dem ersten Schritt in einem Stadium, wo jeder der ersten zu bearbeitenden Abschnitte in eine in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform letzte Position bewegt wurde, halbringförmige Abschnitte, die jeweils den nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, in den ersten zu bearbeitenden Abschnitten ausgebildet werden; einen dritten Schritt, in dem nach dem zweiten Schritt in einem Stadium, wo jeder der zweiten zu bearbeitenden Abschnitte, der an den entsprechenden ersten zu bearbeitenden Abschnitt in der dünnen Metallplatte angrenzt, von einer in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte oberen Seite zur in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform mittleren Formgebungsposition bewegt wurde, durch Versetzen der zweiten Scherform senkrecht zur Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte die halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, in den zweiten zu bearbeitenden Abschnitten ausgebildet werden; einen vierten Schritt, in dem nach dem dritten Schritt in einem Stadium, wo jeder der zweiten zu bearbeitenden Abschnitte in die in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform letzte Ausbildungsposition weiterbewegt wurde, die halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den nicht-umgebogenen flachen Abschnitt aufweisen, in den zweiten zu bearbeitenden Abschnitten ausgebildet werden; und einen Schritt, in dem durch Ausbilden der ringförmigen Abschnitte in der dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters durch abwechselndes Wiederholen der ersten und der zweiten Schritte und der dritten und der vierten Schritte die Metallgitterstruktur ausgebildet wird.
In dem Verfahren zum Herstellen einer Leistung erzeugenden Zelle für eine Brennstoffbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise der zweite Schritt und der vierte Schritt mehrfach ausgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Brennstoffbatteriestapels, der von Leistung erzeugenden Zellen gebildet wird, die ein Gasströmungsweg-bildendes Element gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen;
2 ist eine Explosionsdarstellung einer Leistung erzeugenden Zelle;
3 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Teil-Querschnittsdarstellung;
4 ist eine Querschnittsdarstellung einer Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur;
5 ist eine perspektivische Teildarstellung einer feststehenden Stanzform bzw. eines feststehenden Stanzwerkzeugs und einer beweglichen Stanzform bzw. eines beweglichen Stanzwerkzeugs;
6 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung der Bearbeitungsvorrichtung für die Metallgitterstruktur, wobei das feststehende Stanzwerkzeug und das bewegliche Stanzwerkzeug ineinander greifen;
7 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Metallgitterstruktur;
8 ist eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie 8-8 von 7;
9 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer Metallgitterstruktur vor der Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts;
10 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts;
11 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die ein Stadium darstellt, in dem ein Kohlepapierblatt, ein erstes Gasströmungsweg-bildendes Element und ein erster Separator übereinander gestapelt sind;
12 ist eine perspektivische Teildarstellung eines feststehendes Stanzwerkzeugs und eines beweglichen Stanzwerkzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform;
13 ist eine Querschnittsdarstellung eines Verfahrens zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts in einer Metallgitterstruktur unter Verwendung des feststehenden Stanzwerkzeugs und des beweglichen Stanzwerkzeugs, die in 12 dargestellt sind;
14 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die ein Stadium zeigt, in dem ein Kohlepapierblatt, ein erstes Gasströmungsweg-bildendes Element und ein erster Separator übereinander gestapelt sind;
15 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die eine Vorrichtung zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
16 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Metallgitterstruktur vor der Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts zeigt;
17 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Metallgitterstruktur nach der Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts zeigt;
18 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Metallgitterstruktur vor der Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts zeigt;
19 ist eine Querschnittsdarstellung, welche die Metallgitterstruktur nach der Ausbildung des flachen Oberflächenabschnitts zeigt;
20(a) und 20(b) sind Teil-Querschnittsdarstellungen, die jeweils eine Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigen;
21 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die ein feststehendes Stanzwerkzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
22 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die ein Gasströmungsweg-bildendes Element gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
23 ist eine Teil-Frontalansicht, die das Gasströmungsweg-bildende Element darstellt;
24 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
25 ist eine Querschnittsdarstellung einer Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur;
26 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung, die eine erste Scherform und eine zweite Scherform zeigt;
27 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung der Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur, und zeigt die Wirkungsweise der Vorrichtung;
28 ist eine perspektivische Teildarstellung einer Metallgitterstruktur;
29 ist eine Teil-Frontalansicht der Metallgitterstruktur;
30 ist eine Querschnittsdarstellung der Metallgitterstruktur;
31 ist eine vergrößerte Teil-Frontalansicht, die einen ringförmigen Abschnitt der Metallgitterstruktur darstellt;
32 ist eine Frontalansicht einer Pressvorrichtung;
33 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer Stapelstruktur, die eine Gasdiffusionsschicht, ein erstes Gasströmungsweg-bildendes Element und einen ersten Separator zeigt;
34 ist eine Teil-Frontalansicht eines ringförmigen Abschnitts gemäß einer anderen Ausführungsform;
35 ist eine perspektivische Teildarstellung eines Gasströmungsweg-bildenden Elements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
36 ist eine Frontalansicht eines Abschnitts eines ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements;
37 ist eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts des ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements;
38 ist eine Querschnittsdarstellung einer Stapelstruktur, die eine Gasdiffusionsschicht, das erste Gasströmungsweg-bildende Element und einen ersten Separator zeigt;
39 ist eine Querschnittdarstellung einer Metallgitterstruktur-Formgebungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur;
40 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer ersten Scherform und eines Abschnitts einer zweiten Scherform;
41(a) und 41(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung eines Gasströmungsweg-bildenden Elements;
42(a) und 42(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
43(a) und 43(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
44(a) und 44(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
45(a) und 45(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
46(a) und 46(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
47(a) und 47(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
48(a) und 48(b) sind eine seitliche Querschnittsdarstellung und eine Frontalansicht eines Schritts bei der Herstellung des Gasströmungsweg-bildenden Elements;
49 ist eine Querschnittsdarstellung eines Stapelungsstadiums eines Kohlepapierblatts, eines ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements und eines ersten Separators, die eine herkömmliche, Leistung erzeugende Zelle bilden;
50 ist ein Querschnittsdarstellung des ersten Separators, der gegen das Kohlepapierblatt gepresst wird; und
51 ist eine Querschnittsdarstellung einer Stapelstruktur, die eine Gasdiffusionsschicht, ein Gasströmungsweg-bildendes Element und einen Separator einer herkömmlichen, Leistung erzeugenden Zelle aufweist.
BESTE WEISE FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform eines Polymerelektrolyt-Brennstoffbatteriestapels 11, der ein erstes Gasströmungsweg-bildendes Element gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wird nun mit Bezug auf 1 bis 21 beschrieben.
Wie in 1 und 2 dargestellt, wird der Brennstoffbatteriestapel 11 durch Stapeln einer Vielzahl von Leistung erzeugenden Zellen 12 gebildet. Jede der Leistung erzeugenden Zellen 12 weist einen ersten Rahmen 13, einen zweiten Rahmen 14 und eine MEA (Membran/Elektroden-Anordnung) 15, die als Elektrodenstruktur dient, auf. Die ersten und zweiten Rahmen 13, 14 sind jeweils aus synthetischem Gummi oder synthetischem Harz gebildet und in einer rechteckigen Form ausgebildet. Der erste Rahmen 13 und der zweite Rahmen 14 weisen einen Brenngas-Durchgangsraum S1 bzw. einen Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 auf. Die MEA 15 ist zwischen den Rahmen 13, 14 angeordnet. Jede Leistung erzeugende Zelle 12 weist außerdem ein erstes, im Brenngas-Durchgangsraum S1 aufgenommenes Gasströmungsweg-bildendes Element 21 und ein zweites, im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 aufgenommenes Gasströmungsweg-bildendes Element 22 auf. Die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 sind beide aus Titan gebildet. Die Leistung erzeugende Zelle 12 weist ferner einen ersten Separator 23 und einen zweiten Separator 24 auf. Der erste Separator 23 ist an die obere Oberfläche bzw. Oberseite des ersten Rahmens 13 und die obere Oberfläche bzw. Oberseite des ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements 22 gebunden. Der zweite Separator 24 ist an die untere Oberfläche bzw. Unterseite des zweiten Rahmens 14 und die untere Oberfläche bzw. Unterseite des Gasströmungsweg-bildenden Elements 22 gebunden. Die ersten und zweiten Separatoren 23, 24 sind beide aus Titan gebildet und zu einer flachen Platte geformt. In 2 sind die Formen der Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 vereinfacht dargestellt.
Gasströmungswege 13a, 13b, die jeweils von einer länglichen Öffnung gebildet werden, sind in einem Paar einander entgegengesetzter Ränder des ersten Rahmens 13 ausgebildet. Gasströmungswege 14a, 14b, die jeweils von einer länglichen Öffnung gebildet werden, sind in einem Paar einander entgegengesetzter Ränder des zweiten Rahmens 14 ausgebildet. Genauer sind die Gasströmungswege 13a, 13b in den Rändern des ersten Rahmens 13 ausgebildet, die nicht den Rändern des zweiten Rahmens 14 entsprechen, in denen die Gasströmungswege 14a, 14b ausgebildet sind.
Die MEA 15 besteht aus einer Elektrodenmembran 16, einer Anoden-Elektrodenschicht 17, einer Kathoden-Elektrodenschicht 18 und aus Kohlepapierblättern 19, 20, die jeweils als leitfähige Gasdiffusionsschicht dienen. Die Anoden-Elektrodenschicht 17 wird durch Stapeln bzw. Auflegen eines vorgegebenen Katalysators auf die Oberseite der Elektrodenmembran 16 gebildet. Die Kathoden-Elektrodenschicht 18 wird durch Auflegen eines vorgegebenen Katalysators auf die Unterseite der Elektrodenmembran 16 gebildet. Das Kohlepapierblatt 19 ist an die entsprechende Oberfläche der Anoden-Elektrodenschicht 17 gebunden, und das Kohlepapierblatt 20 ist an die entsprechende Oberfläche der Kathoden-Elektrodenschicht 18 gebunden. Gaseinlassöffnungen 23a sind zwei Rändern des ersten Separators 23, die senkrecht zueinander verlaufen, ausgebildet. Gasauslassöffnungen 23b sind den zwei anderen Rändern des ersten Separators 23, die senkrecht zueinander verlaufen, ausgebildet. Ebenso sind Gaseinlassöffnungen 24a in zwei Rändern des zweiten Separators 24, die senkrecht zueinander verlaufen, ausgebildet. Gasauslassöffnungen 24b sind in den anderen zwei Rändern des zweiten Separators 24, die senkrecht zueinander verlaufen, ausgebildet.
Wie in 3 dargestellt, bestehen die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 jeweils aus einem Titanelement, das zu einer Gitterstruktur 25 (nachstehend einfach als Metallgitterstruktur bezeichnet) geformt wurde und das eine Dicke von etwa 0,1 mm aufweist. Im Wesentlichen sechseckige durchgehende Öffnungen 26 sind auf gestaffelte Weise in der Metallgitterstruktur 25 ausgebildet. Ringförmige Abschnitte 27, welche die durchgehenden Öffnungen 26 bilden, sind so miteinander verbunden, dass sie einander überlappen. Jeder der ringförmigen Abschnitte 27 weist einen ersten Kontaktabschnitt 28, der das Kohlepapierblatt 19, 20 berührt, und einen zweiten Kontaktabschnitt 29 auf, der die innere Oberfläche des ersten oder zweiten Separators 23, 24 berührt. Ein erster flacher Oberflächenabschnitt 28a und ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt 29a sind im ersten Kontaktabschnitt 28 bzw. im zweiten Kontaktabschnitt 29 ausgebildet. Der erste flache Oberflächenabschnitt 28a wird mit dem Kohlepapierblatt 19, 20 in Oberflächenkontakt gehalten, und der zweite flache Oberflächenabschnitt 29a wird mit dem Separator 23, 24 in Oberflächenkontakt gehalten.
Das erste Gasströmungsweg-bildende Element 21 ist auf solche Weise im Brenngas-Durchgangsraum S1 des ersten Rahmens 13 angeordnet, dass es die entsprechende Oberfläche des Kohlepapierblatts 19 und die innere Oberfläche des ersten Separators 23 berührt. Das zweite Gasströmungsweg-bildende Element 22 ist auf solche Weise im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 des zweiten Rahmens 14 angeordnet, dass es die entsprechende Oberfläche des Kohlepapierblatts 20 und die innere Oberfläche des zweiten Separators 24 berührt.
Wie von einem Pfeil G1 in 2 dargestellt, führt das erste Gasströmungsweg-bildende Element 21 Brenngas von der ersten Gaseinlassöffnung 23a des ersten Separators 23 in den Brenngas-Durchgangsraum S1 ein. Das Brenngas strömt dann zu den ersten Gasauslassöffnungen 23b oder dem Gasströmungsweg 14b des zweiten Rahmens 14 und zur entsprechenden ersten Gasauslassöffnung 24b des zweiten Separators 24. Wie von einem Pfeil G2 in 2 dargestellt, führt das zweite Gasströmungsweg-bildende Element 22 Oxidierungsgas von der zweiten Gaseinlassöffnung 23a des zweiten Separators 23 über den Gasströmungsweg 13a des ersten Rahmens 13 in den Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 ein. Das Oxidierungsgas strömt dann über den Gasströmungsweg 13b des ersten Rahmens 13 zur zweiten Gasauslassöffnung 23b oder zur zweiten Gasauslassöffnung 24b des zweiten Separators 24.
Um die Dichtheit einer Kontaktfläche zwischen dem ersten Rahmen 13 und der Elektrodenmembran 16 und dem zweiten Rahmen 14 sicherzustellen, sind die ersten und zweiten Rahmen 13, 14 jeweils aus synthetischem Harz geformt. Wenn der Brennstoffbatteriestapel 11 durch Stapeln der Leistung erzeugenden Zellen 12 aufgebaut wird, bewirkt daher die Last bzw. Kraft, die durch Einspannen des Brennstoffbatteriestapels 11 erzeugt wird, dass die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 in einem Zustand, in dem sie durch die entsprechenden ersten und zweiten Separatoren 23, 24 gegen die MEA 15 gepresst werden, zusammengesetzt werden. Dadurch werden ein angemessener Kontaktzustand zwischen den ersten flachen Oberflächenabschnitten 28a der ersten Kontaktabschnitt 28 und dem Kohlepapierblatt 19 und ein angemessener Kontaktzustand zwischen den zweiten flachen Oberflächenabschnitten 29a der zweiten Kontaktabschnitte 29 und dem ersten Separator 23 sichergestellt. Da das zweite Gasströmungsweg-bildende Element 22 auf die gleiche Weise aufgebaut ist wie das Gasströmungsweg-bildende Element 21, wird ein angemessener Kontaktzustand sowohl zwischen den ersten flachen Oberflächenabschnitten 28a der ersten Kontaktabschnitte 28 und dem Kohlepapierblatt 20 als auch zwischen den zweiten flachen Oberflächenabschnitten 29a der zweiten Kontaktabschnitte 29 und dem zweiten Separator 24 aufrechterhalten.
Zwischen jeweils zwei der gestapelten, Leistung erzeugenden Zellen 12, die aneinander angrenzen, stehen die ersten Gaseinlassöffnungen 23a des ersten Separators 23 über den Brenngas-Durchgangsraum S1 des ersten Rahmens 13 und den Gasströmungsweg 14a des zweiten Rahmens 14 mit den entsprechenden ersten Gaseinlassöffnungen 24a des zweiten Separators 24 in Verbindung. Auf diese Weise wird ein Brenngas-Strömungsweg (ein Wasserstoffgas-Strömungsweg) gebildet. Die zweiten Gaseinlassöffnungen 23a des ersten Separators 23 stehen über den Gasströmungsweg 13b des ersten Rahmens 13 und den Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 des zweiten Rahmens 14 mit den entsprechenden ersten Gaseinlassöffnungen 24a des zweiten Separators 14 in Verbindung. Auf diese Weise wird ein Oxidierungsgas-Strömungsweg (ein Luft-Strömungsweg) gebildet.
Das erste Gasströmungsweg-bildende Element 21 bewirkt, dass das Brenngas im Brenngas-Strömungsweg in einem gleichmäßig diffundierten Zustand in den Brenngas-Durchgangsraum S1 strömt. Das zweite Gasströmungsweg-bildende Element 22 bewirkt, dass das Oxidierungsgas im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 in einem gleichmäßig diffundierten Zustand in den Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 strömt. Anders ausgedrückt, der Strom des Brenngases im Brenngas-Durchgangsraum S1 strömt durch die durchgehenden Öffnungen 26, die im ersten Gasströmungsweg-bildenden Element 21 auf gestaffelte Weise ausgebildet sind, wodurch eine Turbulenz bewirkt wird. Infolgedessen wird das Brenngas im Gasstrom-Durchgangsraum S1 gleichmäßig diffundiert. Auf diese Weise wird das Brenngas durch Passieren des Kohlepapierblatts 19 diffundiert und gleichmäßig zur Anoden-Elektrodenschicht 17 geliefert.
Ebenso durchströmt das Oxidierungsgas im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 die durchgehenden Öffnungen 26, die im zweiten Gasströmungsweg-bildenden Element 22 auf gestaffelte Weise ausgebildet sind, wodurch eine Turbulenz verursacht wird. Infolgedessen wird das Oxidierungsgas im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 gleichmäßig diffundiert. Auf diese Weise wird das Oxidierungsgas durch Passieren des Kohlepapierblatts 20 diffundiert und gleichmäßig zur Kathoden-Elektrodenschicht 18 geliefert. Durch diese Zufuhr des Brenngases und des Oxidierungsgas zur MEA 15 wird eine Elektrodenreaktion in der MEA 15 bewirkt, und Leistung wird erzeugt. Da eine Vielzahl von Leistung erzeugenden Zellen 12 im Brennstoffbatteriestapel 11 gestapelt sind, wird die gewünschte Ausgangsleistung erhalten.
Nun wird ein Verfahren zum Herstellen der ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 beschrieben.
Das erste Gas strömungsweg-bildende Element 21 wird unter Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur, die in 4 dargestellt ist, ausgebildet. Die Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur weist ein Paar Vorschubwalzen 31 auf, die kontinuierlich dünne Titanplatten 25A zuführen. Die Bearbeitungsvorrichtung für eine Metallgitterstruktur weist einen Formgebungsmechanismus 32 auf, um die Metallgitterstruktur 25 zu bilden. Der Formgebungsmechanismus 32 bildet eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Titanplatte 25A und formt die dünne Titanplatte 25A durch Biegen und Strecken plastisch um. Der Formgebungsmechanismus 32 bildet die Vielzahl von sechseckigen durchgehenden Öffnungen 26 in der dünnen Titanplatte 25A nach Art eines Gitters aus und bringt die dünne Titanplatte 25A in eine stufige Form. Der Formgebungsmechanismus 32 weist ein feststehendes Stanzwerkzeug bzw. eine feststehende Stanzform 33, die unbeweglich an einer vorgegebenen Position befestigt ist, und ein bewegliches Stanzwerkzeug bzw. eine bewegliche Stanzform 34 auf, die sich nach oben, nach unten, nach links und nach rechts bewegen kann.
Wie in 5 dargestellt, weist das feststehende Stanzwerkzeug 33 eine Seitenwand 33a auf, die in Vorschubrichtung jeder dünnen Titanplatte 25A unten angeordnet ist. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 33b (ersten Vorsprüngen) und eine Vielzahl von Aussparungen 33c (ersten Aussparungen) sind in einem oberen Abschnitt der Seitenwand 33a ausgebildet. Die Vorsprünge 33b und die Aussparungen 33c sind abwechselnd mit einem vorgegebenen lateralen Teilungsabstand angeordnet. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 34a (zweiten Vorsprüngen), die mit den entsprechenden Aussparungen 33c des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 in Eingriff kommen, und eine Vielzahl von Aussparungen 34b (zweiten Aussparungen), die mit den entsprechenden Vorsprüngen 33b des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 in Eingriff kommen, sind in einem unteren Abschnitt des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 ausgebildet. Die Vorsprünge 34a und die Aussparungen 34b sind abwechselnd mit einem vorgegebenen lateralen Teilungsabstand angeordnet. Das feststehende Stanzwerkzeug 33 weist Scherkanten 33d auf, die jeweils am oberen Ende der inneren Oberfläche der zugehörigen Aussparung 33c ausgebildet sind und einen Einschnitt in der dünnen Titanplatte 25A bilden. Das bewegliche Stanzwerkzeug 34 weist Scherkanten 34c auf, die jeweils am unteren Ende des zugehörigen Vorsprungs 34a ausgebildet sind, um einen Einschnitt in der dünnen Titanplatte 25A zu bilden.
Wie in 4 dargestellt, bewegen die Vorschubwalzen 31 eine dünne Titanplatte 25A vom feststehenden Stanzwerkzeug 33 über vorgegebene Bearbeitungsschrittlängen zum beweglichen Stanzwerkzeug 34. In diesem Stadium werden die Scherkanten 33d des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 und die Scherkanten 34c des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 abgesenkt, damit die Scherkanten einen Abschnitt der dünnen Titanplatte 25A scheren können, um eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Titanplatte 25A zu bilden. Das bewegliche Stanzwerkzeug wird kontinuierlich auf eine unterste Position abgesenkt und drückt die dünne Titanplatte 25 nieder, wodurch die Platte 25A mittels der Vorsprünge 24a des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 gebogen und gestreckt wird. Durch ein solches Biegen und Strecken eines Abschnitts der dünnen Titanplatte 25A wird die dünne Titanplatte 25A in eine im Wesentlichen trapezoide Form gebracht, wie in 6 dargestellt. Danach bewegt sich das bewegliche Stanzwerkzeug 34 von der untersten Position nach oben und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück.
Dann bewegen die Vorschubwalzen 31 die dünne Titanplatte 25A wieder über eine vorgegebene Schrittlänge zum Formgebungsmechanismus 32. Synchron dazu bewegt sich das bewegliche Stanzwerkzeug 34 über eine Strecke, die der Hälfte des Ausrichtungsschritts der ringförmigen Abschnitte 27 entspricht, nach links oder rechts. Das bewegliche Stanzwerkzeug 34 senkt sich dann erneut ab, um an Stellen, die vom zuvor bearbeiteten gebogen-gestreckten Abschnitt um einen halben Schritt versetzt sind, Einschnitte in der dünnen Titanplatte 25A zu bilden, und biegt/streckt die dünne Titanplatte 25A. Auf diese Weise wird durch Ausbilden der Vielzahl von durchgehenden Öffnungen 26 in der dünnen Titanplatte 25A und durch Biegen und Strecken der dünnen Titanplatte 25A die Metallgitterstruktur 25 fertiggestellt.
Durch Wiederholen des oben beschriebenen Ablaufs werden die durchgehenden Öffnungen 26 nach Art eines Gitters und auf gestaffelte Weise in der Metallgitterstruktur 25 ausgebildet, wie in 7 bis 9 dargestellt. Obwohl die Vorsprünge 33b und die Aussparungen 33c des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 mit den Vorsprüngen 34a und den Aussparungen 34b des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 in Eingriff gebracht werden, gibt es in der Metallgitterstruktur 25 nicht-bearbeitete Abschnitte, die von dem sich absenkenden beweglichen Stanzwerkzeug 34 nicht bearbeitet werden. Über die nicht-bearbeiteten Abschnitt werden die ringförmigen Abschnitte 27 in einem sich gegenseitig überlappenden Zustand miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die Metallgitterstruktur 25 mit dem stufigen Querschnitt gebildet wie in 8 und 9 dargestellt.
Nun wird ein Verfahren zum Ausbilden des ersten flachen Oberflächenabschnitts 28a und des zweiten flachen Oberflächenabschnitts 29a in jedem der ersten Kontaktabschnitte 28 und jedem der zweiten Kontaktabschnitte 29 beschrieben.
Wie in 10 dargestellt, weist eine Vorrichtung 40 zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts ein Paar Tische 42, 43 auf, die das Metallgitter 25 auf der Oberseite einer Auflagefläche 41 tragen. Ein Mechanismus 44 zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts ist an der Auflagefläche 41 angebracht. Der Mechanismus 44 zur Ausbildung eines flachen Oberflächenabschnitts weist eine Säule 45, einen nicht dargestellten Motor, der an der Säule 45 angebracht ist, und ein Paar Kompressionswalzen 46, 47 auf, die von dem Motor gedreht werden.
Um die flachen Oberflächenabschnitte 28a, 29a in den ersten und zweiten Kontaktabschnitten 28, 29 der Metallgitterstruktur 25 zu bilden, wird die Metallgitterstruktur 25 vom Tisch 42 zu der Position zwischen den Kompressionswalzen 46, 47 geschickt, die sich drehen wie von Pfeilen dargestellt. Die beiden Kompressionswalzen 46, 47 pressen dann die Oberseite und die Unterseite der Metallgitterstruktur 25 zusammen und bewegen die Metallgitterstruktur 25 nach rechts wie in 10 dargestellt. Dieser Arbeitsgang presst die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 28, 29 der Metallgitterstruktur 25 von oben und unten jeweils in einem vorgegebenen Maß zusammen. Auf diese Weise werden die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 28, 29 plastisch umgeformt, so dass die ersten flachen Oberflächenabschnitte 28a in den ersten Kontaktabschnitten 28 gebildet werden und die zweiten flachen Oberflächenabschnitte 29a im zweiten Kontaktabschnitt 29 ausgebildet werden. Danach wird die Metallgitterstruktur 25 auf eine vorgegebene Größe geschnitten, und die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 werden ausgebildet.
Wie in 11 dargestellt, sind erste Gasströmungsweg-bildende Elemente 21 in jeder der Leistung erzeugenden Zellen 12 ausgebildet, die in 1 dargestellt sind, wobei die ersten flachen Oberflächenabschnitte 28a mit der Oberseite des Kohlepapierblatts 19 in Oberflächenkontakt gehalten werden und die zweiten flachen Oberflächenabschnitte 29a mit der Unterseite des ersten Separators 23 in Oberflächenkontakt gehalten werden.
Die erste Ausführungsform weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.

(1) Das erste Gasströmungsweg-bildende Element 21, das im Brenngas-Durchgangsraum S1 des ersten Rahmens 13 aufgenommen ist, besteht aus der Metallgitterstruktur 25. Das zweite Gasströmungsweg-bildende Element 22, das im Oxidierungsgas-Durchgangsraum S2 des zweiten Rahmens 14 aufgenommen ist, besteht ebenfalls aus der Metallgitterstruktur 25. Der erste flache Oberflächenabschnitt 28a ist im ersten, das Kohlepapierblatt 19 berührenden Kontaktabschnitt 28 jedes der ringförmigen Abschnitte 27, welche die durchgehenden Öffnungen 26 der Metallgitterstruktur 25 bilden, ausgebildet. Dadurch ist ein Oberflächenkontakt zwischen den ersten Kontaktabschnitten 28 und dem aus Fasern bestehenden Kohlepapierblatt 19 möglich. Somit wird verhindert, dass die ersten Kontaktabschnitte 28 in die Oberfläche des Kohlepapierblatts 19 schneiden. Somit wird verhindert, dass das Kohlepapierblatt 19 und das Kohlepapierblatt 20 in den Brenngas-Strömungsweg des ersten Gasströmungsweg-bildenden Elements 21 und in den Oxidierungsgas-Strömungsweg des zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elements 22 gelangen. Dadurch wird eine Abnahme der nutzbaren Querschnitte des Brenngas-Durchgangsraums S1 und des Oxidierungsgas-Durchgangsraums S2 verhindert. Infolgedessen wird verhindert, dass die zugeführten Brenngas- und Oxidierungsgasmengen abnehmen, und ein Absinken des Wirkungsgrads der Leistungserzeugung wird vermieden.

Ferner werden im Gegensatz zu einem Fall, wo die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 28, 29 die Kohlepapierblätter 19, 20 linear berühren, die Kohlepapierblätter 19, 20 auf zuverlässige Weise elektrisch mit den entsprechenden ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elementen 21, 22 verbunden. Dadurch kann der Strom problemlos von den Kohlepapierblättern 19, 20 zu den ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elementen 11, 22 übertragen werden. Ebenso wird verhindert, dass die Kohlepapierblätter 19, 20 durch die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 28, 29 beschädigt werden. Dadurch wird ein Verstopfen der Gasströmungswege in den Gasströmungsweg-bildenden Elementen 21, 22 aufgrund zerbrochener bzw. zerrissener Kohlefasern verhindert. Somit wird die Leistungserzeugungsleistung sichergestellt.

(2) Der zweite flache Oberflächenabschnitt 29a ist in jedem der zweiten Kontaktabschnitte 29 der ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 ausgebildet. Dadurch ist ein Oberflächenkontakt zwischen den zweiten flachen Oberflächenabschnitten 29a und den ersten und zweiten Separatoren 29 möglich. Somit werden im Vergleich zu einem Fall, wo die zweiten Kontaktabschnitte 29 die ersten und zweiten Separatoren 23, 24 linear berühren, die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 auf zuverlässige Weise elektrisch mit den ersten und zweiten Separatoren 23, 24 verbunden. Dadurch wird eine problemlose Stromübertragung von den Gasströmungsweg-bildenden Elementen 21, 22 zu den Separatoren 23, 24 möglich, wodurch der Wirkungsgrad der Stromsammlung verbessert wird. Ebenso wird verhindert, dass die Separatoren 23, 24 durch die zweiten Kontaktabschnitte 29 beschädigt werden.
(3) Die Vorrichtung 40 zur Ausbildung der flachen Oberflächenabschnitte weist die beiden Walzen 46, 47 auf, die in 10 dargestellt sind. Die Verwendung dieser Walzen 46, 47 erleichtert die Bildung der flachen Oberflächenabschnitte 28a, 29a in den ersten und zweiten Kontaktabschnitten 28, 29 der Metallgitterstruktur 25.

Die erste Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Der Aufbau des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 des Formgebungsmechanismus 32 kann geändert werden wie in 12 bis 24 dargestellt. In diesem Fall werden schräge Oberflächen 33e in den Oberseiten der Vorsprünge 33b des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 ausgebildet. Die schrägen Oberflächen 33e sind in Vorschubrichtung der dünnen Titanplatte 25A nach unten geneigt. Ebenso sind schräge Oberflächen 34d in den inneren Oberflächen der Aussparungen 34b des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 ausgebildet. Wie die schrägen Oberflächen 33e sind die schrägen Oberflächen 34d in Vorschubrichtung der dünnen Titanplatte 25A nach unten geneigt. Wenn die Metallgitterstruktur 25 durch das feststehende Stanzwerkzeug 33 und das bewegliche Stanzwerkzeug 34 bearbeitet wird, bilden die schrägen Oberflächen 33e, 34d umgebogene Abschnitte in den ersten Kontaktabschnitten 28 der ringförmigen Abschnitte 27. Eine Oberfläche jedes der umgebogenen Abschnitte bildet den ersten flachen Oberflächenabschnitt 28a. In diesem Fall werden die ersten flachen Oberflächenabschnitte 28a nur in den ersten Kontaktabschnitten 28 ausgebildet, die das Kohlepapierblatt 19 berühren. Alternativ dazu kann, wie von der Doppeltpunkt/Strich-Linie in 13 dargestellt, die Dicke des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 so erhöht werden, dass flache Abschnitte 34e, die jeweils horizontal von der entsprechenden schrägen Oberfläche 34d ausgehen, im beweglichen Stanzwerkzeug 34 gebildet werden. Dadurch wird die Steifigkeit des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 erhöht.
Das so hergestellte erste Gasströmungsweg-bildende Element 21 ist in jeder der Leistung erzeugenden Zellen 12 enthalten, wobei die ersten flachen Oberflächenabschnitte 28a der ersten Kontaktabschnitte 28 mit dem Kohlepapierblatt 19 der MEA 15 in Oberflächenkontakt gehalten werden.
Wie in 15 dargestellt, können schräge Oberflächen 34f, die in Vorschubrichtung der dünnen Titanplatte 25A nach oben geneigt sind, in den unteren Oberflächen der Vorsprünge 34a des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 ausgebildet werden. In diesem Fall sind die flachen Oberflächenabschnitte 29a in den zweiten Kontaktabschnitten 29 ausgebildet.
Der in 12 dargestellte Aufbau und der in 15 dargestellte Aufbau können in Kombination verwendet werden. In diesem Fall sind sowohl die ersten flachen Oberflächenabschnitte 28a als auch die zweiten flachen Oberflächenabschnitte 29a am Kontaktabschnitt 28 bzw. am Kontaktabschnitt 29 im Gasströmungsweg-bildenden Element 21 ausgebildet.
Falls unter Verwendung der in 10 dargestellten Vorrichtung 40 zur Ausbildung von flachen Oberflächenabschnitten flache Oberflächenabschnitte in der in 16 dargestellten Metallgitterstruktur 25 ausgebildet werden, die von den jeweils durchgehende Öffnungen 26 bildenden sechseckigen ringförmigen Abschnitten 27 gebildet wird, werden zwei Seiten jedes sechseckigen ringförmigen Abschnitts 27, die sich an einander entgegengesetzten Seiten des Kontaktabschnitts zwischen dem ringförmigen Abschnitt 27 und dem Kohlepapierblatt 20 befinden, nach außen verlängert, wie in 17 dargestellt. Dadurch kann der nutzbare Querschnitt eines Gasströmungswegs T, der von dem Kohlepapierblatt 20 und der Metallgitterstruktur 25 umgeben ist, verkleinert werden. Um dieses Problem zu lösen, können die Seiten jedes sechseckigen ringförmigen Abschnitts 27 so in Richtung auf die Mitte der durchgehenden Öffnung 26 umgebogen werden, dass, wie in 18 dargestellt, im Wesentlichen L-förmige oder bogenförmige umgebogene Abschnitte 27a gebildet werden. Falls die Metallgitterstruktur 25 geformt wird wie in 18 dargestellt und dann der Bearbeitung durch die Vorrichtung 40 zur Ausbildung einer flachen Oberfläche unterworfen wird, wird die Fläche bzw. der Querschnitt jeder durchgehenden Öffnung 26 verringert, aber der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs T wird vergrößert, wie in 19 dargestellt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Brennstoffbatterie insgesamt verbessert.
Wie beispielsweise in 20(a) dargestellt, können aus beiden Seiten jedes Vorsprungs 34a und beiden Seiten jeder Aussparung 34b des beweglichen Stanzwerkzeugs 34 schräge Oberflächen gemacht werden, um die umgebogenen Abschnitte 27a der ringförmigen Abschnitte 27 zu bilden. Alternativ dazu können, wie in 20(b) dargestellt, aus beiden Seiten jedes Vorsprungs 33b und beiden Seiten jeder Aussparung 33c des feststehenden Stanzwerkzeugs 33 schräge Oberflächen gemacht werden.
Die flachen Oberflächenabschnitte 28a, 29a können in den ersten und zweiten Gas strömungsweg-bildenden Elementen 21, 22 durch Zusammenpressen der Metallgitterstruktur 25 in einem vorgegebenen Maß in Dickenrichtung der Metallgitterstruktur 25 unter Verwendung einer Pressmaschine ausgebildet werden. Die ersten Kontaktabschnitte 28 und die zweiten Kontaktabschnitte 29 können unter Verwendung einer Schleifmaschine oder durch mechanische Bearbeitung ausgebildet werden.
Außer Edelstahlplatten können Platten aus leitfähigem Metall, die beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder Titan gebildet sind, als Materialien für die ersten und zweiten, Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 verwendet werden.
Wie in 21 dargestellt, kann das feststehende Stanzwerkzeug 33 aus einem Werkzeug 33h und einem unteren, beweglichen Stanzwerkzeug 33i bestehen, bei denen es sich um separate Körper handelt. In diesem Fall wird das obere bewegliche Stanzwerkzeug 34 durch die Betätigung eines nicht dargestellten Hubmechanismus oder eines Hilfsmotors M1 nach oben, nach unten, nach links und nach rechts bewegt. Das feststehende Stanzwerkzeug 33 kann aus einem Gesenk und einem unteren beweglichen Stanzwerkzeug bestehen, bei denen es sich um separate Körper handelt, wie in dem in 21 dargestellten Aufbau.
(Zweite Ausführungsform)
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 22 bis 34 beschrieben. Auf eine ausführliche Beschreibung von Komponenten der zweiten Ausführungsform, die entsprechenden Komponenten der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, wird hier verzichtet.
Wie in 23 dargestellt, ist ein halbringförmiger Abschnitt R1 (ein erster halbringförmiger Abschnitt), der die Gasdiffusionsschicht 19 berührt, in einem oberen Abschnitt eines ringförmigen Abschnitts 227 angeordnet. Der halbringförmige Abschnitt R1 besteht aus einem Paar erster Seitenplattenabschnitte 227a, einem Paar erster schräger Plattenabschnitte 227b und einem ersten flachen Plattenabschnitt 227c. Die ersten schrägen Plattenabschnitte 227b sind einstückig mit den oberen Enden der entsprechenden Seitenplattenabschnitte 227a ausgebildet. Der erste flache Plattenabschnitt 227c ist auf solche Weise einstückig mit den distalen Enden der ersten schrägen Plattenabschnitte ausgebildet, dass er die distalen Enden der ersten schrägen Plattenabschnitte 227b miteinander verbindet. Ein halbringförmiger Abschnitt R2 (ein zweiter halbringförmiger Abschnitt), der den Separator 23 berührt, ist in einem unteren Abschnitt jedes ringförmigen Abschnitts 227 angeordnet. Der halbringförmige Abschnitt R2 besteht aus einem Paar zweiter schräger Plattenabschnitte 227d, einem Paar zweiter Seitenplattenabschnitte 227e und einem zweiten flachen Plattenabschnitt 227f. Die zweiten Seitenplattenabschnitte 227e erstrecken sich von den distalen Enden der entsprechenden zweiten schrägen Plattenabschnitte 227d nach unten. Der zweite flache Plattenabschnitt 227f ist auf solche Weise einstückig mit den distalen Enden der Seitenplattenabschnitte 227e ausgebildet, dass er die distalen Enden der Seitenplattenabschnitte 227e miteinander verbindet.
Wie in 22 dargestellt, entspricht ein Verbindungsplattenabschnitt 228 dem zweiten flachen Plattenabschnitt 227f, der jeweils einen halbringförmigen Abschnitt R2 bildet. Der erste flache Plattenabschnitt 227c jedes halbringförmigen Abschnitts R1 weist ein Ende an der dem Verbindungsplattenabschnitt 228 (dem zweiten flachen Plattenabschnitt 227f) entgegengesetzten Seite auf. Dieses Ende ist ein erster Kontaktabschnitt 229, der eine Oberfläche der Gasdiffusionsschicht 19 (oder 20) berührt. Der zweite flache Kontaktabschnitt 227f (der Verbindungsplattenabschnitt 228) jedes halbringförmigen Abschnitts R2 weist ein Ende an der dem ersten flachen Plattenabschnitt 227c entgegengesetzten Seite auf. Dieses Ende ist ein zweiter Kontaktabschnitt 230, der die innere Oberfläche des ersten oder zweiten Separators 23, 24 berührt, wie in 24 dargestellt. Ein erster flacher Oberflächenabschnitt 229a und ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt 230a sind im ersten Kontaktabschnitt 229 bzw. im zweiten Kontaktabschnitt 230 ausgebildet. Die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230a werden durch gleichzeitiges Zusammenpressen von zwei Oberflächen der Metallgitterstruktur 25 in Dickenrichtung der Metallgitterstruktur 25 ausgebildet. Der erste flache Oberflächenabschnitt 229a und der zweite flache Oberflächenabschnitt 230a werden parallel zueinander ausgebildet.
Der erste flache Oberflächenabschnitt 229a wird in Oberflächenkontakt mit der Gasdiffusionsschicht 19 (20) gehalten. Der zweite flache Oberflächenabschnitt 230a wird in Oberflächenkontakt mit dem Separator 23 (24) gehalten. Der erste flache Oberflächenabschnitt 229a weist eine Breite W1 in Richtung des Gasströmungswegs (in der von dem Pfeil in 24 dargestellten Richtung) auf. Die Breite W1 ist beispielsweise auf 0,2 mm eingestellt. Der zweite flache Oberflächenabschnitt 230a weist eine Breite W2 in Richtung des Gasströmungswegs auf. Die Breite W2 ist beispielsweise auf 0,1 mm eingestellt. Die Breite W1 ist größer eingestellt als die Breite W2.
Nun wird ein Verfahren zum Herstellen der ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 221, 222 beschrieben.
Ein Formgebungsmechanismus 232 besteht aus einer ersten Scherform 233 und einer zweiten Scherform 234. Die erste Scherform 233 wird in senkrechter Richtung zur Vorschubrichtung einer dünnen Metallplatte 225A (in senkrechter Richtung zur Oberfläche von 25) durch einen nicht-dargestellten Verlagerungsmechanismus hin und her bewegt. Die zweite Scherform 234 wird von einem nicht-dargestellten Hubmechanismus in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und von dem Verlagerungsmechanismus in senkrechter Richtung zur Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte 225A bewegt.
Wie in 26 dargestellt, weist die erste Scherform 233 eine Seitenwand 233a auf der in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte 225A unteren Seite auf. Vorsprünge 233b, die als erste Vorsprünge dienen, und Aussparungen 233c, die als erste Aussparungen dienen, sind abwechselnd in einem oberen Abschnitt der Seitenwand 233a ausgebildet. Die Vorsprünge 233b und die Aussparungen 233c sind mit einem vorgegebenen horizontalen Schritt voneinander beabstandet. Vorsprünge 234a, die als zweite Vorsprünge dienen und die mit den Aussparungen 233c der ersten Scherform 233 in Eingriff kommen, und Aussparungen 234b, die als zweite Aussparungen dienen und die mit den Vorsprüngen 233b der ersten Scherform 233 in Eingriff kommen, sind in einem unteren Abschnitt der zweiten Scherform 234 ausgebildet. Die Vorsprünge 234a und die Aussparungen 234b sind abwechselnd im unteren Abschnitt der Scherform 234 ausgebildet. Die Vorsprünge 234a und die Aussparungen 234b sind mit einem vorgegebenen horizontalen Schritt voneinander beabstandet. Jede der Aussparungen 233c der ersten Scherform 233 weist eine Seitenfläche an der in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte 225A oberen Seite auf. Eine Scherkante 233d, die einen Einschnitt in der dünnen Metallplatte 225A bildet, ist englang des oberen Endes der Seitenfläche jeder Aussparung 233c ausgebildet. Eine Scherkante 234c, die eine umgekehrte Trapezform aufweist, ist entlang des unteren Endes und der beiden Seitenenden jedes der Vorsprünge 234a der zweiten Scherform 234 ausgebildet. Die Scherkanten 234c befinden sich an den Positionen, die den Scherkanten 233d entsprechen. Die Scherkanten 234c wirken mit der Scherkante 233d zusammen, um Einschnitte in der dünnen Metallplatte 225A zu bilden.
Wie in 26 dargestellt, sind ein Paar Formgebungs-Oberflächen 233e, ein Paar Formgebungs-Oberflächen 233f und eine Formgebungs-Oberfläche 233g in jedem der Vorsprünge 233b der ersten Scherform 233 ausgebildet. Die Formgebungs-Oberflächen 233e bilden die inneren Oberflächen der beiden ersten Seitenplattenabschnitte 227a jedes ringförmigen Abschnitts 227 (die äußeren Oberflächen der zweiten Seitenplattenabschnitte 227e) aus. Die Formgebungs-Oberflächen 233f bilden die inneren Oberflächen der beiden ersten schrägen Plattenabschnitte 227b aus. Die Formgebungs-Oberfläche 233g bildet die innere Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 227c aus. Ebenso sind ein Paar Formgebungs-Oberflächen 234d, ein Paar Formgebungs-Oberflächen 234e und eine Formgebungs-Oberfläche 234f in jeder der Aussparungen 234b der zweiten Scherform 234 ausgebildet. Die Formgebungs-Oberflächen 234d bilden die äußeren Oberflächen der ersten Seitenplattenabschnitte 227a jedes ringförmigen Abschnitts 227 (die inneren Oberflächen der zweiten schrägen Plattenabschnitte 227e) aus. Die Formgebungs-Oberflächen 234e bilden die äußeren Oberflächen der ersten schrägen Plattenabschnitte 227b des ringförmigen Abschnitts 227 (die inneren Oberflächen der zweiten schrägen Plattenabschnitte 227d) aus. Die Formgebungs-Oberfläche 234f bildet die äußere Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 227c aus. Eine Formgebungs-Oberfläche 234g, welche die innere Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 227f des ringförmigen Abschnitts 227 ausbildet, ist entlang des unteren Endes jedes Vorsprungs 234a der zweiten Scherform 234 ausgebildet.
Wie in 25 dargestellt, bewegen Vorschubwalzen 231 die dünne Metallplatte 225A über eine vorgegebene Schrittlänge von der ersten Scherform 233 zur zweiten Scherform 234. In diesem Stadium scheren die Scherkanten 233d der ersten Scherform 233 und die Scherkanten 234c der zweiten Scherform 234, die abgesenkt wird, einen Abschnitt der dünnen Metallplatte 225A. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte 225A gebildet. Dann wird die zweite Scherform 234 in die unterste Stellung abgesenkt und drückt auf die dünne Metallplatte 225A, wodurch die dünne Metallplatte 225A mittels der Vorsprünge 234a der zweiten Scherform 234 gebogen und gestreckt wird. Wie in 27 dargestellt, wird der gebogen-gestreckte Abschnitt der dünnen Metallplatte 225A im Wesentlichen wie ein Trapez geformt. Danach wird die zweite Scherform 234 aus ihrer untersten Stellung angehoben und kehrt in ihre Ausgangsposition zurück.
Dann bewegen die Vorschubwalzen 231 die dünne Metallplatte 225A wiederum über eine vorgegebene Schrittlänge zum Formgebungsmechanismus 232 hin. Synchron dazu bewegen sich die erste Scherform 233 und die zweite Scherform 234 über eine Strecke, die der Hälfte des Ausrichtungsschritts der ringförmigen Abschnitte 227 entspricht, nach links oder nach rechts. Die zweite Scherform 234 wird dann erneut abgesenkt, um an Positionen, die um halbe Schrittlängen vom zuvor bearbeiteten gebogen-gestreckten Abschnitt nach links oder nach rechts versetzt sind, Einschnitte in der dünnen Metallplatte 225A zu bilden, und biegt und streckt die dünnen Metallplatte 225A. Auf diese Weise werden die ringförmigen Abschnitte 227 mit den durchgehenden Öffnungen 226 ausgebildet, und eine Metallgitterstruktur 225 wird fertiggestellt.
Durch Wiederholen des oben beschriebenen Ablaufs wird die Vielzahl von durchgehenden Öffnungen 226 nach Art eines Gitters in der Metallgitterstruktur 225 ausgebildet, und die ringförmigen Abschnitte 227 werden auf gestaffelte Weise angeordnet, wie in 28 und 29 dargestellt. In diesem Stadium greifen die Vorsprünge 233b und die Aussparungen 233c der ersten Scherform 233 in die entsprechenden Vorsprünge 234a und die entsprechenden Aussparungen 233b der zweiten Scherform 234 ein. Auf diese Weise existieren nicht-bearbeitete Abschnitte, die nicht von der abgesenkten zweiten Scherform 234 bearbeitet werden, in der Metallgitterstruktur 225. Die nicht-bearbeiteten Abschnitte bilden die Verbindungsplattenabschnitte 228 (die zweiten flachen Plattenabschnitte 227f). Über die Verbindungsplattenabschnitte 228 werden die ringförmigen Abschnitte 227 so miteinander verbunden, dass sie einander überlappen. Als Ergebnis davon wird die Metallgitterstruktur 225 ausgebildet, die einen gestuften Querschnitt aufweist, wie in 30 dargestellt,
Wie in 31 dargestellt, wird jeder ringförmige Abschnitt 227 in einer mehreckigen Form ausgebildet. Im ringförmigen Abschnitt 227 bilden die ersten Seitenplattenabschnitte 227a und die ersten schrägen Plattenabschnitte 227b, die Bestandteile des halbringförmigen Abschnitts R1 sind, einen ersten eine Umformung zulassenden Abschnitt F1, der eine plastische Umformung des ersten flachen Plattenabschnitts 227c zulässt, wenn der erste flache Plattenabschnitt 227c nach unten gepresst wird. Wenn externe Kräfte abwärts auf den flachen Plattenabschnitt 227c wirken, wird somit der erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1 umgeformt wie von den entsprechenden Zweipunkt/Strich-Linien in 31 dargestellt. Ferner bilden die zweiten Seitenplattenabschnitte 227e, die Bestandteile der einzelnen halbringförmigen Abschnitt R2 sind, einen zweiten eine Umformung zulassenden Abschnitt F2, der eine plastische Umformung des zweiten flachen Plattenabschnitts 227f zulässt, wenn der zweite flache Plattenabschnitt 227f nach oben gepresst wird. Wenn aufwärts gerichtete externe Kräfte auf den zweiten flachen Plattenabschnitt 227f wirken, wird somit der zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 umgeformt wie von den entsprechenden Zweipunkt/Strich-Linien in 31 dargestellt.
Das Maß, in dem der erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1 umgeformt wird, wird so eingestellt, dass es das Maß, in dem der zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 umgeformt wird, übertrifft, wenn die gleiche externe Kraft auf den ersten eine Umformung zulassenden Abschnitt F1 und den zweiten eine Umformung zulassenden Abschnitt F2 wirkt. Wenn die abwärts gerichtete externe Kraft auf den ersten flachen Plattenabschnitt 227c des ersten eine Umformung zulassenden Abschnitts F1 wirkt, wird die Kraft über die ersten schrägen Plattenabschnitte 227b auf die ersten Seitenplattenabschnitte 227a übertragen. Dadurch wird jeder der ersten Seitenplattenabschnitte 227a um das proximale Ende des ersten Seitenplattenabschnitts 227a nach links oder rechts umgeformt, und jeder erste schräge Plattenabschnitt 227b wird um den Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten schrägen Plattenabschnitt 227b und dem entsprechenden ersten Seitenplattenabschnitt 227a herum nach unten gedreht. Anders ausgedrückt ist der erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1 so ausgelegt, dass er ansprechend auf eine externe Kraft leicht umgeformt werden kann. Wenn die aufwärts gerichtete externe Kraft auf den zweiten flachen Plattenabschnitt 227f des zweiten eine Umformung zulassenden Abschnitts F2 wirkt, wird jeder der zweiten schrägen Plattenabschnitte 227d im aktuellen Zustand gehalten, ohne um das proximale Ende des zweiten schrägen Plattenabschnitts 227d herum gedreht zu werden. Jeder der zweiten Seitenplattenabschnitte 227e wird nur leicht nach links oder nach rechts um das proximale Ende des zweiten Plattenabschnitts 227e herum umgeformt. Das heißt, der zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 ist so ausgelegt, dass der zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 weniger leicht umformbar ist als der erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1.
Nun wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230a in den entsprechenden ersten und zweiten Kontaktabschnitten 229, 230 der Metallgitterstruktur 225 gebildet werden. Da der Aufbau der Pressmaschine, mit der die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230a gebildet werden, dem Aufbau der Pressmaschine 40 gemäß der zweiten, in 10 dargestellten Ausführungsform gleich ist, wird auf die Beschreibung der Pressmaschine, mit der die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230a gebildet werden, hier verzichtet.
Zuerst wird die Metallgitterstruktur 225 vom Tisch 42 zu der Position zwischen den Kompressionswalzen 46, 47 geschickt, die sich drehen wie von den Pfeilen in 32 dargestellt. Die Kompressionswalzen 46, 47 pressen dann die Metallgitterstruktur 225 von oben und unten her zusammen und bewegen die Metallgitterstruktur 225 nach rechts, wie in 32 dargestellt. Auf diese Weise werden die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 239, 230 der Metallgitterstruktur 225 von oben und unten her in einem vorgegebenen Maß zusammengepresst. Durch Umformen der ersten und zweiten Kontaktabschnitte 229, 230 wird der erste flache Oberflächenabschnitt 229a im ersten Kontaktabschnitt 229 ausgebildet und der zweite flache Oberflächenabschnitt 230a wird im zweiten Kontaktabschnitt 230 ausgebildet. Wie in 31 dargestellt, lässt sich der erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1 jedes halbringförmigen Abschnitts R1 leichter zusammenpressen als der zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 jedes halbringförmigen Abschnitts R2. Infolgedessen wird die Breite W1 des ersten flachen Oberflächenabschnitts 229a jedes der ersten Kontaktabschnitte 229, wie in 24 dargestellt, in Richtung des Gasströmungswegs größer als die Breite W2 des zweiten flachen Oberflächenabschnitts 230a jedes der zweiten Kontaktabschnitte 230.
Wenn die Metallgitterstruktur 225 fertiggestellt ist, wird die Metallgitterstruktur 225 auf eine vorgegebene Größe geschnitten, so dass die ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 221, 222 fertiggestellt werden. Wie in 33 dargestellt, wird das fertige erste Gasströmungsweg-bildende Element 221 in jede Leistung erzeugende Zelle 12 aufgenommen, wobei die ersten flachen Oberflächenabschnitte 229a mit der Oberseite der Gasdiffusionsschicht 19 in Oberflächenkontakt gehalten werden und die zweiten flachen Oberflächenabschnitte 230 mit der Rückseite des ersten Separators 223 in Oberflächenkontakt gehalten werden.
Die zweite Ausführungsform hat die nachstehend beschriebenen Vorteile.

(1) Wie in 31 dargestellt, ist der leicht umformbare erste eine Umformung zulassende Abschnitt F1 im halbringförmigen Abschnitt R1 jedes ringförmigen Abschnitts 227 angeordnet, und der weniger leicht umformbare zweite eine Umformung zulassende Abschnitt F2 ist im halbringförmigen Abschnitt R2 des ringförmigen Abschnitts 227 ausgebildet. Die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230 werden in den entsprechenden ersten und zweiten Kontaktabschnitten 229, 230 der Metallgitterstruktur 225 ausgebildet. Die ersten und zweiten flachen Oberflächenabschnitte 229a, 230a werden durch Zusammenpressen der beiden Oberflächen der Metallgitterstruktur 225 unter Verwendung der Kompressionswalzen 246, 247 ausgebildet. Die Breite W1 jedes ersten flachen Oberflächenabschnitts 229a ist größer eingestellt als die Breite W2 jedes zweiten flachen Oberflächenabschnitts 230a. Somit wird trotz der Verwendung der Kompressionswalzen 246, 247 die Breite W2 des zweiten flachen Oberflächenabschnitts 230a unabhängig von der Breite W1 des ersten flachen Oberflächenabschnitts 229a auf einen geeigneten Wert eingestellt. Infolgedessen wird die Breite W2 des zweiten flachen Oberflächenabschnitts 230a auf einen Wert eingestellt, mit dem die innere Oberfläche des Separators 23 nicht beschädigt werden kann. Ebenso wird eine geeignete Strom übertragende Oberfläche zwischen der Außenfläche des Separators 23 und jedem zweiten flachen Oberflächenabschnitt 230a aufrechterhalten. Somit wird, wie in 24 dargestellt, die Dicke T des Gasströmungsweg-bildenden Elements 221, bei der es sich um die Nutzfläche des Gasströmungsweg-bildenden Elements 221 handelt, auf geeignete Weise aufrechterhalten. Dadurch wird der Druckverlust des Gases, das zum Gasströmungsweg geliefert wird, verringert und eine angemessene Leistungserzeugungsleistung wird aufrechterhalten. Würde die Breite W2 des zweiten flachen Oberflächenabschnitts 230a des zweiten Kontaktabschnitts 230 genauso groß eingestellt wie die Breite W1 des ersten flachen Oberflächenabschnitts 229a, würde die Dicke T des Gasströmungsweg-bildenden Elements 221 verringert und somit würde der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs verkleinert, wie von den entsprechenden Punkt/Strich-Linien in 24 dargestellt.

Die zweite Ausführungsform kann in die nachstehend beschriebenen Formen modifiziert werden.
Wie in 34 dargestellt, können die ersten schrägen Plattenabschnitte 227b und die zweiten schrägen Plattenabschnitte 227d jedes ringförmigen Abschnitts 227 in Bogenform gebracht werden. Genauer kann der ringförmige Abschnitt 227 insgesamt eine gerundete Form aufweisen.
Die in 26 dargestellt erste Scherform 233 kann in einen Körper mit den Scherkanten 233d und eine Scherplatte mit den Vorsprüngen 233b und den Aussparungen 233c geteilt werden. In diesem Fall befindet sich die Scherplatte der ersten Scherform 233 an der Position, die der zweiten Scherform 234 entspricht. Ferner ist in diesem Fall der Körper der zweiten Scherform 233 an einer vorgegebenen Position festgelegt und die Scherplatte ist so geformt, dass sie sich in horizontaler Richtung hin und her bewegt.
In der zweiten Ausführungsform werden die erste Scherform 233 und die zweite Scherform 234 in die Positionen bewegt, die um eine Strecke, die dem halben Teilungsabstand der Vorsprünge 234a und der Aussparungen 234b der zweiten Scherform 234 entspricht, nach links oder rechts versetzt ist, um die halbringförmigen Abschnitte R1, R2 zu bilden. Jedoch kann das Maß dieser Versetzung nach Bedarf geändert werden. Ferner ist die Anordnung der ringförmigen Abschnitte 227 nicht auf die gestaffelte Anordnung beschränkt.
(Dritte Ausführungsform)
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 35 bis 48 beschrieben. Auf eine ausführliche Beschreibung von Komponenten der dritten Ausführungsform, die Komponenten der ersten oder zweiten Ausführungsformen ähnlich oder gleich sind, wird hier verzichtet.
Wie in 35 und 36 dargestellt, wird der obere halbringförmige Abschnitt R1 jedes ringförmigen Abschnitts 327 von einem Paar erster schräger Plattenabschnitte 327a und einem ersten flachen Plattenabschnitt 327b gebildet. Die beiden ersten schrägen Plattenabschnitte 327a sind einander zugewandt. Der erste flache Plattenabschnitt 327b ist solchermaßen mit den schrägen Plattenabschnitten 327a verbunden, dass er die oberen Enden der schrägen Plattenabschnitte 327a miteinander verbindet. Der untere halbringförmige Abschnitt R2 jedes ringförmigen Abschnitts 327 besteht aus einem Paar zweiter schräger Plattenabschnitte 327c und einem zweiten flachen Plattenabschnitt 327d. Die beiden zweiten schrägen Plattenabschnitte 327c sind einander zugewandt. Der zweite flache Plattenabschnitt 327b ist solchermaßen mit den schrägen Plattenabschnitten 327c verbunden, dass er die oberen Enden der schrägen Plattenabschnitte 327c miteinander verbindet.
Wie in 35 dargestellt, ist ein Verbindungsplattenabschnitt 328 mit dem zweiten flachen Plattenabschnitt 327d jedes ringförmigen Abschnitts 327 identisch. Ein erster Kontaktabschnitt 329, der auf den zweiten flachen Plattenabschnitt 327d des ringförmigen Abschnitts 327 gerichtet ist, ist im ersten flachen Plattenabschnitt 327b des ringförmigen Abschnitts 327 ausgebildet. Wenn sie in die Leistung erzeugende Zelle 12 aufgenommen sind, berühren die ersten Kontaktabschnitte 329 eine Oberfläche der Gasdiffusionsschicht 19. Genauer ist ein gebogener flacher Oberflächenabschnitt 329a in jedem der ersten Kontaktabschnitte 329 ausgebildet. Wie in 37 dargestellt, werden die flachen Oberflächenabschnitte 329a mit der Gasdiffusionsschicht 19 (20) in Oberflächenkontakt gehalten. Ein zweiter Kontaktabschnitt 330, der auf den ersten flachen Plattenabschnitt 327b jedes ringförmigen Abschnitts 327 gerichtet ist, ist im zweiten flachen Plattenabschnitt 327d des ringförmigen Abschnitts 327 ausgebildet. In der Leistung erzeugenden Zelle 12 aufgenommen, berühren die zweiten Kontaktabschnitte 330 linear die innere Oberfläche des ersten oder zweiten Separators 23, 24, wie in 38 dargestellt.
Ein nicht-umgebogener flacher Oberflächenabschnitt 327f, der im Wesentlichen bündig ist mit den Verbindungsplattenabschnitten 328, ist in jedem flachen Plattenabschnitt 327b an einer Stelle zwischen dem entsprechenden umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt 329a und dem Verbindungsplattenabschnitt 328 (dem unteren flachen Plattenabschnitt 327d) ausgebildet. Der erste flache Plattenabschnitt 327b wird von dem nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt 327f und dem umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt 329a gebildet. Wie in 37 dargestellt, ist der Beugewinkel α des umgebogenen flachen Oberflächenabschnitts 329a in Bezug auf den Verbindungsplattenabschnitt 328 (den nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt 327f) im Bereich von 60° bis 70° eingestellt. In der dritten Ausführungsform ist der Beugewinkel α auf 65° eingestellt.
Eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Metallgitterstruktur der ersten und zweiten Gasströmungsweg-bildenden Elemente 321, 322 wird nun beschrieben.
Wie in 40 dargestellt, weist ein Formungsmechanismus 332 eine erste Scherform 333 und eine zweite Scherform 334 auf. Die erste Scherform 333 ist an einem nicht-dargestellten Auflagetisch festgelegt. Ein nicht-dargestellter Hubmechanismus bewegt die zweite Scherform 334 auf und ab. Ein nicht-dargestellter Versatzmechanismus bewegt die zweite Scherform 334 in Breitenrichtung einer dünnen Metallplatte 325A hin und her, wobei es sich um die Richtung der Drehachse jeder Vorschubwalze 331 (eine senkrechte Richtung zur Oberfläche von 39) handelt. Eine Oberfläche 333a der ersten Scherform 333 dient als Oberfläche, welche die dünne Metallplatte 325A trägt. Eine lineare erste Scherkante 333b ist entlang eines Endes der Oberseite 333a der ersten Scherform 333 auf einer in Vorschubrichtung H der dünnen Metallplatte 325A unteren Seite ausgebildet. Eine flache Positionshaltefläche 333c ist unterhalb der ersten Scherkante 333b ausgebildet.
Eine Vielzahl von Vorsprüngen 334a, die mit einem vorgegebenen horizontalen Schritt D voneinander beabstandet sind, sind in einem unteren Abschnitt jeder der zweiten Scherformen 334 ausgebildet. Eine horizontale Formgebungs-Oberfläche 334c ist am untern Ende jedes der Vorsprünge 334a der zweiten Scherform 334 ausgebildet. Schräge Formgebungs-Oberflächen 334d sind an einander entgegengesetzten linken und rechten Oberflächen jedes Vorsprungs 334a ausgebildet. Eine horizontale Formgebungs-Oberfläche 334e ist zwischen den entsprechenden schrägen Formgebungs-Oberflächen 334d jedes Paars aus einander benachbarten Vorsprüngen 334a ausgebildet. Die schrägen Formgebungs-Oberflächen 334d und die horizontalen Formgebungs-Oberflächen 334e definieren eine Vielzahl von Aussparungen 334b. Die Aussparungen 334b sind abwechselnd mit den Vorsprüngen 334a ausgebildet. Eine zweite Scherkante 334f, die eine umgekehrte Trapezform aufweist, ist entlang eines Endes jeder Formgebungs-Oberfläche 334c und entlang der Enden der zugehörigen schrägen Formgebungs-Oberflächen 334d auf einer in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte 325A oberen Seite ausgebildet. Die zweiten Scherkanten 334f wirken mit der ersten Scherkante 333b zusammen, um Einschnitte in der dünnen Metallplatte 325A zu bilden.
Nun wird ein Verfahren zum Ausbilden der Gasströmungsweg-bildenden Elemente 321, 322 unter Verwendung der Formgebungsvorrichtung, die aufgebaut ist wie oben beschrieben, mit Bezug auf 41 bis 48 beschrieben.
Gemäß einem Verfahren der dritten Ausführungsform werden eine Vielzahl von ersten zu bearbeitenden Abschnitten P1 und eine Vielzahl von zweiten zu bearbeitenden Abschnitten P2, die abwechselnd entlang der Vorschubrichtung H der dünnen Metallplatte 325A angeordnet sind, in der dünnen Metallplatte 325A definiert. Die ersten zu bearbeitenden Abschnitte P1 und die zweiten zu bearbeitenden Abschnitte P2 werden nacheinander in die dünne Metallplatte 325A eingearbeitet. In einem ersten Schritt bewegen die Vorschubwalzen 331 (siehe 39) die ersten zu bearbeitenden Abschnitte P1 der dünnen Metallplatte 235A in eine in Bezug auf die erste Scherform 333 und die zweite Scherform 334 mittlere Bearbeitungsposition, wie in 41(a) dargestellt. Anders ausgedrückt, wird ein Ende der dünnen Metallplatte 325A in Vorschubrichtung H um eine erste Vorschubstrecke L1 (beispielsweise 0,2 mm) von der ersten Scherkante 333b nach vorne bewegt. In diesem Zustand wird die zweite Scherform 334 in Richtung auf die erste Scherform 333 abgesenkt, und die erste Scherkante 333b und die zweiten Scherkanten 334f scheren einen Abschnitt des ersten zu bearbeitenden Abschnitts P1, wodurch eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte 325A ausgebildet werden. Anschließend wird, wie in 42(a) und 42(b) dargestellt, die zweite Scherform 334 in eine unterste Position abgesenkt. Dadurch werden die Abschnitte der dünnen Metallplatte 325, welche die Vorsprünge 334a der zweiten Scherform 334 berühren, nach unten gebogen und gestreckt. Auf diese Weise werden, wie in 42(b) dargestellt, die gebogenen und gestreckten Abschnitte der dünnen Metallplatte 325A im Wesentlichen wie umgekehrte Trapeze geformt. Da jeder der Abschnitte zwischen den gebogenen und gestreckten Abschnitten in die entsprechende Aussparung 334b eingreift, wird der Abschnitt zwischen den gebogenen und gestreckten Abschnitten im Wesentlichen wie umgekehrte Trapeze geformt.
Im ersten Schritt werden, wie in 42(b) dargestellt, die zweiten flachen Plattenabschnitte 327d (die Verbindungsplattenabschnitte 328), welche die unteren halbringförmigen Abschnitte R2 der ringförmigen Abschnitte 327 bilden, nach unten gepresst und durch die horizontalen Formgebungs-Oberflächen 334c der Vorsprünge 334a horizontal geformt. Die oberen halbringförmigen Abschnitte R1 der ringförmigen Abschnitte 327, die entsprechend den Aussparungen 334b gebildet werden, werden von Formgebungsabschnitten mit horizontalen Formgebungs-Oberflächen, wie den Vorsprüngen 334a, nicht nach oben gepresst. Somit werden, wie in 42(a) dargestellt, die ersten flachen Plattenabschnitte 327b der halbringförmigen Abschnitte R1, die von den Aussparungen 334b gebildet werden, schräg gestellt und um die erste Scherkante 333b herum nach unten gehängt. Dadurch werden die umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 329a auf solche Weise geformt, dass die umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 329a jeweils einen Beugewinkel α in Bezug auf den horizontalen Abschnitt der dünnen Metallplatte aufweisen. Jeder umgebogene flache Oberflächenabschnitt 329a dient als erster Kontaktabschnitt 329. Danach kehrt die zweite Scherform 334, wie in 43(a) und 43(b) dargestellt, aus der untersten Position in ihre obere Ausgangsposition zurück.
Anschließend bewegen in einem zweiten Schritt, wie in 43(a) dargestellt, die Vorschubwalzen 331 (siehe 39) die dünne Metallplatte 325A über eine vorgegebene zweite Vorschubstrecke L2 (beispielsweise 0,1 mm) in Vorschubrichtung H. Auf diese Weise werden die ersten zu bearbeitenden Abschnitte P1 der dünnen Metallplatte 325A zu der in Bezug auf die erste Scherform 333 und die zweite Scherform 334 endgültigen Bearbeitungsposition bewegt. In diesem Stadium wird, wie in 44(a) und 44(b) dargestellt, die zweite Scherform 334 aus der Position im ersten Schritt erneut abgesenkt, ohne in Breitenrichtung der dünnen Metallplatte 325A versetzt zu werden. Dadurch werden die oberen halbringförmigen Abschnitte R1 und die unteren halbringförmigen Abschnitte R2 der ringförmigen Abschnitte 327 im entsprechenden Ende der dünnen Metallplatte 325A ausgebildet. In diesem Stadium sind die ersten flachen Plattenabschnitte 327b der oberen halbringförmigen Abschnitte R1 frei, wie die ersten Kontaktabschnitte 329. Die zweite Vorschubstrecke L2 ist kürzer eingestellt als die oben genannte erste Vorschubstrecke L1. Jeder erste flache Plattenabschnitt 327b wird insgesamt in der Nähe der Scherkante 33b angeordnet. Somit werden die ersten flachen Plattenabschnitte 327b auf einfache Weise entlang der horizontalen Formgebungs-Oberflächen 334e der Aussparungen 334b der zweiten Scherform 334 angeordnet. Infolgedessen werden, wie in 44(a) dargestellt, die ersten flachen Plattenabschnitte 327b, die hinter den umgebogenen flachen Oberflächenabschnitten 329a angeordnet sind, im Wesentlichen horizontal gehalten, ohne wesentlich nach unten zu hängen. Die ersten flachen Plattenabschnitte 327b bilden somit die nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 327f. Durch den zweiten Schritt werden die halbringförmigen Abschnitte R1, R2, welche die nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 327f beinhalten, fertiggestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die halbringförmigen Abschnitte R1, R2, die üblicherweise in einem einzigen Durchgang gebildet werden, in zwei separaten Durchgangen ausgebildet, wie oben beschrieben. Genauer werden die nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 327f nach dem ersten Durchgang ausgebildet, in dem die umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 329a ausgebildet werden. Somit wird die Breite jedes der umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 329a im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren, in dem die halbringförmigen Abschnitte R1, R2 in einem einzigen Durchgang ausgebildet werden, auf eine angemessene Breite verringert.
Dann werden in einem dritten Schritt, wie in 45(a) dargestellt, nachdem die zweite Scherform 334 in die Ausgangsposition angehoben wurde, die zweiten Bearbeitungs-Zielpositionen P2, die an die ersten Bearbeitungs-Zielpositionen P1 angrenzen, zu der in Bezug auf die erste Scherform 333 und die zweite Scherform 334 mittleren Formgebungsposition geschickt. Anders ausgedrückt wird die dünne Metallplatte 325A wiederum über die erste Zufuhrstrecke L1 in Vorschubrichtung H bewegt. Dann wird, wie in 45(b) dargestellt, die zweite Scherform 334 in Breitenrichtung der dünnen Metallplatte 325A um den halben Anordnungsschritt D (einen halben Teilungsabstand) der ringförmigen Abschnitte 327 versetzt. Danach wird die zweite Scherform 334 abgesenkt und bildet die zweiten zu bearbeitenden Abschnitte P2 aus, wie in 46(a) und 46(b) dargestellt. Auf diese Weise werden die halbringförmigen Abschnitte R1 über den halbringförmigen Abschnitten R2 ausgebildet, und die halbringförmigen Abschnitte R2 werden unter den halbringförmigen Abschnitten R1 ausgebildet. Als Ergebnis davon werden die ringförmigen Abschnitte 327 fertiggestellt.
Dann wird in einem vierten Schritt, wie in 47(a) und 47(b) dargestellt, die dünne Metallplatte 325A bei versetzter Scherform 334 über die zweite Vorschubstrecke L2 weitergeschickt. Die zweiten zu bearbeitenden Abschnitte P2 werden zu der in Bezug auf die erste Scherform 333 und die zweite Scherform 334 endgültige Bearbeitungsposition geschickt. Wie in 48(a) und 48(b) dargestellt, wird die zweite Scherform 334 abgesenkt, und die halbringförmigen Abschnitte R1, R2, welche die nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 327f beinhalten, werden fertiggestellt.
Danach werden die ersten und zweiten Schritte und die dritten und vierten Schritte abwechselnd wiederholt. Auf diese Weise werden die zu bearbeitenden Abschnitte P1, P2 abwechselnd bearbeitet, und die in 35 bis 37 dargestellte Metallgitterstruktur 325 wird fertiggestellt. Genauer wird die Metallgitterstruktur 325 mit der Vielzahl von durchgehenden Öffnungen, die nach Art eines Gitters angeordnet sind, auf solche Weise ausgebildet, dass die ringförmigen Abschnitte 327 mäanderartig angeordnet sind.
In der Metallgitterstruktur 325 gibt es nicht-bearbeitete Abschnitte, die nicht von der zweiten Scherform 334 geschert werden. Die nicht-bearbeiteten Abschnitte bilden die Verbindungsplattenabschnitte 328 (die zweiten flachen Plattenabschnitte 327d) so, dass die ringförmigen Abschnitte 327 in einem gegenseitig überlappenden Zustand miteinander verbunden sind. Infolgedessen wird, wie in 35 und 37 dargestellt, die Metallgitterstruktur 325 mit dem stufigen Querschnitt ausgebildet.
Die dritte Ausführungsform weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.

(1) Herkömmlich werden die halbringförmigen Abschnitte R1, R2 der ringförmigen Abschnitte 327 in einem einzigen Schritt unter Verwendung der ersten Scherform 333, die nur die erste Scherkante 333b aufweist, und der zweiten Scherform 334, welche die Vorsprünge 334a und die Aussparungen 334b aufweist, ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ausbildung der halbringförmigen Abschnitte R1, R2 in zwei Schritte durchgeführt. Somit wird im Vergleich zu dem herkömmlichen, in 37 dargestellten Verfahren, in dem diese Ausbildung in einem einzigen Schritt abgeschlossen wird, die Breite W1 jedes umgebogenen flachen Oberflächenabschnitts 329a verringert, und die Dicke T1 des Gasströmungsweg-bildenden Elements 321 wird auf einen größeren Wert gesetzt. Dadurch wird der nutzbare Querschnitt des Gasströmungswegs in dem Gasströmungsweg-bildenden Element 321 ermöglicht, wodurch eine angemessene Gaszufuhr ermöglicht wird. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert.
(2) Die in 39 und 40 dargestellte herkömmliche Vorrichtung wird als Metallgitterstruktur-Ausbildungsvorrichtung verwendet. Dadurch wird der Aufbau der Formgebungsvorrichtung vereinfacht, und die umgebogenen flachen Oberflächenabschnitte 329a können auf einfache Weise in den ersten Kontaktabschnitten 329 der ringförmigen Abschnitte 327 ausgebildet werden.

Die dritte Ausführungsform kann in den folgenden Formen modifiziert werden.
Formgebungs-Oberflächen, die auf die horizontalen Formgebungs-Oberflächen 334c der Vorsprünge 334a der zweiten Scherform 334 gerichtet sind, können in einer Seitenfläche der ersten Scherform 333 auf der in Vorschubrichtung H der dünnen Metallplatte 325A unteren Seite ausgebildet werden. In diesem Fall halten, wenn die zweite Scherform 334 abgesenkt wird, die Formgebungs-Oberflächen der ersten Scherform und die horizontalen Formgebungs-Oberflächen der zweiten Scherform 334a die dünne Metallplatte 325A. Dadurch wird verhindert, dass die zweiten flachen Plattenabschnitte 327d der ringförmigen Abschnitte 327 verbogen werden.
Der in 43 und 44 dargestellte zweite Schritt und der in 47 und 48 dargestellte vierte Schritt können jeweils in mehrere separate Halbschritte unterteilt werden.
In der dritten Ausführungsform wird die zweite Scherform 334 in Breitenrichtung der dünnen Metallplatte 325A um den halben Schritt D (einen halben Teilungsabstand) der Vorsprünge 334a und der Aussparungen 334b der zweiten Scherform 334 versetzt. Jedoch kann die Versatzstrecke nach Bedarf verändert werden. Ferner müssen die ringförmigen Abschnitte 327 nicht unbedingt auf mäandernde Weise angeordnet werden.
Die Form der einzelnen ringförmigen Abschnitte 327 kann beispielsweise fünfeckig sein.
ZUSAMMENFASSUNG
GASSTRÖMUNGSWEG-BILDENDES ELEMENT, VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DES GASSTRÖMUNGSWEG-BILDENDEN ELEMENTS UND VORRICHTUNG ZUR AUSBILDUNG DES GASSTRÖMUNGSWEG-BILDENDEN ELEMENTS
Eine MEA ist zwischen Rahmen 13, 14 angeordnet. Ein erstes Gasströmungsweg-bildendes Element 21 ist zwischen einer Anoden-Elektrodenschicht 17 der MEA 15 und einem ersten Separator 23, der an einer Oberseite des Rahmens befestigt ist, angeordnet. Ein zweites Gasströmungsweg-bildendes Element 22 ist zwischen einer Kathodenelektrodenschicht 18 der MEA 15 und einem zweiten Separator 24, der an der Unterseite des Rahmens 14 befestigt ist, angeordnet. Die Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 werden jeweils von einer Metallgitterstruktur 25 gebildet. Die Metallgitterstruktur wird durch Ausbilden einer Vielzahl von durchgehenden Öffnungen 26 in einer dünnen Metallplatte auf gestaffelte Weise ausgebildet. Die Gasströmungsweg-bildenden Elemente 21, 22 weisen jeweils eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten 27 auf, welche die durchgehenden Öffnungen 26 bilden. Jeder der ringförmigen Abschnitte 27 weist einen flachen Oberflächenabschnitt 28a in einem ersten Kontaktabschnitt 28, der ein Kohlepapier 19, 20 berührt, auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-87768 [0008]

Claims

Gasströmungsweg-bildendes Element, das in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie verwendet wird, wobei die Leistung erzeugende Zelle eine Gasdiffusionsschicht, die einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Separator aufweist zum Isolieren benachbarter, Leitung erzeugender Zellen gegeneinander, und wobei das Gasströmungsweg-bildende Element zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet ist und einen Gasströmungsweg aufweist, wobei die Leistung erzeugende Zelle so aufgebaut ist, dass sie über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht dadurch erzeugt wird, dass Brenngas oder Oxidierungsgas durch den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird, Leistung erzeugt, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasströmungsweg-bildende Element aus einer Metallgitterstruktur besteht, die aus einer dünnen Metallplatte gebildet ist, wobei eine Vielzahl von durchgehenden Öffnungen in der Metallgitterstruktur nach Art eines Gitters ausgebildet sind, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten aufweist, welche die durchgehenden Öffnungen bilden, wobei die ringförmigen Abschnitte jeweils einen flachen Oberflächenabschnitt in einem Kontaktabschnitt zwischen dem ringförmigen Abschnitt und der Gasdiffusionsschicht aufweisen.
Gasströmungsweg-bildendes Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen flachen Oberflächenabschnitt in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Gasströmungsweg-bildenden Element und dem Separator.
Gasströmungsweg-bildendes Element, das in einer Leistung erzeugenden Zelle nach Anspruch 1 oder 2 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen der ringförmigen Abschnitte jeweils so gebildet sind, dass sie einen sechseckigen Querschnitt aufweisen, und dass jeder Kontaktabschnitt sich an einer Position befindet, die einer bestimmten Seite der sechseckigen Form entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements, das in einer Leistung erzeugenden Zelle einer Brennstoffbatterie verwendet wird, wobei die Leistung erzeugende Zelle eine Gasdiffusionsschicht, die einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Separator aufweist zum Isolieren benachbarter, Leistung erzeugender Zellen gegeneinander, und wobei das Gasströmungsweg-bildende Element zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet ist und einen Gasströmungsweg aufweist, wobei die Leistung erzeugende Zelle so aufgebaut ist, dass sie über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht dadurch erzeugt wird, dass Brenngas oder Oxidierungsgas durch den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird, Leistung erzeugt, wobei das Verfahren zum Herstellen des Gasströmungsweg-bildenden Elements gekennzeichnet ist durch: einen ersten Schritt, in dem durch Ausbilden einer Vielzahl von durchgehenden Öffnungen in einer dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters eine Metallgitterstruktur gebildet wird; und einen zweiten Schritt, in dem in einem Kontaktabschnitt zwischen jedem ringförmigen Abschnitt, der die durchgehenden Öffnungen der Metallgitterstruktur bildet, und der Gasdiffusionsschicht nach dem ersten Schritt ein flacher Oberflächenabschnitt ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Oberflächenabschnitt im zweiten Schritt dadurch gebildet wird, dass die im ersten Schritt erhaltene Metallgitterstruktur zwischen einem Walzenpaar angeordnet und zusammengepresst wird, um den Kontaktabschnitt plastisch umzuformen.
Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung des flachen Oberflächenabschnitts im zweiten Schritt dadurch ausgeführt wird, dass der Kontaktabschnitt unter Verwendung einer feststehenden Stanzform und einer beweglichen Stanzform im ersten Schritt der Herstellung der Metallgitterstruktur in Dickenrichtung der Metallgitterstruktur plastisch umgeformt wird.
Formgebungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 4 verwendet wird, wobei die Formgebungsvorrichtung aufweist: eine feststehende Stanzform mit ersten Aussparungen und ersten Vorsprüngen, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind; und eine bewegliche Stanzform mit zweiten Vorsprüngen und zweiten Aussparungen, die mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, wobei die zweiten Vorsprünge mit den ersten Aussparungen der feststehenden Stanzform in Eingriff kommen und die zweiten Aussparungen mit den ersten Vorsprüngen der feststehenden Stanzform in Eingriff kommen; wobei die Formgebungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die bewegliche Stanzform in der Lage ist, sich in Dickenrichtung und in Breitenrichtung der dünnen Metallplatte hin und her zu bewegen, wobei durch Ausbilden einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte mit vorgegebenen Teilungsabständen und Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte durch ein Ineingriffbringen der ersten Aussparungen und der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform und der zweiten Vorsprünge und zweiten Aussparungen der beweglichen Stanzform eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, welche die durchgehenden Öffnungen definieren, in der dünnen Metallplatte ausgebildet werden; und eine schräge Oberfläche in einer oberen Oberfläche jedes der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform ausgebildet ist, wobei die schräge Oberfläche in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte nach unten geneigt ist.
Formgebungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 4 verwendet wird, wobei die Formgebungsvorrichtung aufweist: eine feststehende Stanzform mit ersten Aussparungen und ersten Vorsprüngen, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind; und eine bewegliche Stanzform mit zweiten Vorsprüngen und zweiten Aussparungen, die mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, wobei die zweiten Vorsprünge mit den ersten Aussparungen der feststehenden Stanzform in Eingriff kommen und die zweiten Aussparungen mit den ersten Vorsprüngen der feststehenden Stanzform in Eingriff kommen; wobei die Formgebungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die bewegliche Stanzform in der Lage ist, sich in Dickenrichtung und in Breitenrichtung der dünnen Metallplatte hin und her zu bewegen, wobei durch Ausbilden einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte mit vorgegebenen Teilungsabständen und Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte durch ein Ineingriffbringen der ersten Aussparungen und der ersten Vorsprünge der feststehenden Stanzform und der zweiten Vorsprünge und zweiten Aussparungen der beweglichen Stanzform eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, welche die durchgehenden Öffnungen definieren, in der dünnen Metallplatte ausgebildet werden; und eine schräge Oberfläche in einer unteren Oberfläche jedes der zweiten Vorsprünge der beweglichen Stanzform ausgebildet ist, wobei die schräge Oberfläche entgegen der Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte nach oben geneigt ist.
Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Stanzform oder die bewegliche Stanzform zwei Seitenabschnitte jedes ringförmigen Abschnitts, die sich an einander entgegengesetzten Seiten eines Kontaktabschnitts des ringförmigen Abschnitts und einer Gasdiffusionsschicht der Brennstoffbatterie befinden, zur Mitte der entsprechenden durchgehenden Öffnung biegt.
Gasströmungsweg-bildendes Element, eine Gasdiffusionsschicht, die in einer Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur ausgebildet ist, und einen Gasströmungsweg aufweisend, der zwischen der Gasdiffusionsschicht und einem Separatur angeordnet ist, um Brenngas oder Oxidierungsgas zu liefern, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element so aufgebaut ist, dass es über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht dadurch erzeugt wird, dass das Brenngas oder das Oxidierungsgas durch den Gasströmungsweg zur Elektrodenschicht geliefert wird, Leistung erzeugt, wobei das Gasströmungsweg-bildende Element dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasströmungsweg-bildende Element aus einer Metallgitterstruktur besteht, die aus einer dünnen Metallplatte gebildet ist, die durch Ausbilden einer Vielzahl von ringförmigen Abschnitten in einer dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters ausgebildet wird, wobei jeder ringförmige Abschnitt eine durchgehende Öffnung aufweist, ein erster flacher Oberflächenabschnitt in einem ersten Kontaktabschnitt jedes der ringförmigen Abschnitte ausgebildet ist, der eine Oberfläche der Gasdiffusionsschicht berührt, ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt in einem zweiten Kontaktabschnitt jedes ringförmigen Abschnitts ausgebildet ist, der eine Rückseite des Separators berührt, und eine Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs größer eingestellt ist als eine Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs.
Gasströmungsweg-bildendes Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass: Verbindungsplattenabschnitte ausgebildet sind, welche die ringförmigen Abschnitte verbinden; ein erster halbringförmiger Abschnitt, der auf die Gasdiffusionsschicht gerichtet ist, in jedem ringförmigen Abschnitt angeordnet ist; der erste halbringförmige Abschnitt ein Paar erster Seitenplattenabschnitte, die mit den entsprechenden Verbindungsplattenabschnitten verbunden sind, ein Paar erster schräger Plattenabschnitte, die einstückig mit den Enden der ersten Seitenplattenabschnitte ausgebildet sind, und einen ersten flachen Plattenabschnitt aufweist, der solchermaßen einstückig mit den ersten schrägen Plattenabschnitten ausgebildet ist, dass er die ersten schrägen Plattenabschnitte miteinander verbindet, wobei der erste flache Plattenabschnitt im ersten Kontaktabschnitt ausgebildet ist; ein zweiter halbringförmiger Abschnitt, der auf den Separator gerichtet ist, in jedem ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist; und der zweite halbringförmige Abschnitt ein Paar zweiter schräger Plattenabschnitte, die einstückig mit den entsprechenden Verbindungsplattenabschnitten ausgebildet sind, ein Paar paralleler Seitenplattenabschnitte, die einstückig mit Enden der zweiten schrägen Plattenabschnitte ausgebildet sind, und einen zweiten Seitenplattenabschnitt aufweisen, der solchermaßen einstückig mit den zweiten Seitenplattenabschnitten ausgebildet ist, dass er die zweiten Seitenplattenabschnitte miteinander verbindet, wobei der zweite flache Plattenabschnitt einen zweiten Kontaktabschnitt aufweist, der den Separator berührt, wobei der zweite flache Seitenplattenabschnitt im zweiten Kontaktabschnitt ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen des Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: einen ersten Schritt, in dem unter Verwendung einer ersten Stanzform und einer zweiten Stanzform die ersten halbringförmigen Abschnitte, die auf die Gasdiffusionsschicht gerichtet sind, und die zweiten halbringförmigen Abschnitte, die auf den Separator gerichtet sind, an einer Vielzahl von Positionen an einem Ende der dünnen Metallplatte ausgebildet werden, wobei die erste Stanzform eine Vielzahl von ersten Aussparungen und eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen aufweist, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, und wobei die zweite Stanzform zweite Vorsprünge und zweite Aussparungen aufweist, die abwechselnd an einer Vielzahl von Positionen mit einem vorgegebenen Teilungsabstand angeordnet sind, wobei die zweiten Vorsprünge den ersten Aussparungen entsprechen und die zweiten Aussparungen den ersten Vorsprüngen entsprechen; einen zweiten Schritt, in dem durch Bewegen der dünnen Metallplatte über eine vorgegebene Strecke und Versetzen der ersten Stanzform und der zweiten Stanzform senkrecht zu einer Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte die ersten halbringförmigen Abschnitte und die zweiten halbringförmigen Abschnitte an einer Vielzahl von Positionen der dünnen Metallplatte ausgebildet werden; einen dritten Schritt, in dem durch Ausbilden einer Vielzahl von ringförmigen Abschnitten, die jeweils eine durchgehende Öffnung aufweisen, in der dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters mittels der ersten halbringförmigen Abschnitte und der entsprechenden zweiten halbringförmigen Abschnitte, die durch abwechselndes Wiederholen eines Schritts, der dem ersten Schritt ähnlich ist, und eines Schritts, der dem zweiten Schritt ähnliche ist, angrenzend aneinander entlang der Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte angeordnet werden, eine Metallgitterstruktur erhalten wird; und einen vierten Schritt, in dem durch gleichzeitiges Pressen zweiter Oberflächen der Metallgitterstruktur nach dem dritten Schritt ein erster flacher Oberflächenabschnitt im ersten Kontaktabschnitt jedes ersten halbringförmigen Abschnitts und ein zweiter flacher Oberflächenabschnitt im zweiten Kontaktabschnitt jedes zweiten halbringförmigen Abschnitts ausgebildet werden, wobei die Breite des ersten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs kleiner eingestellt wird als die Breite des zweiten flachen Oberflächenabschnitts in Richtung des Gasströmungswegs.
Formgebungsvorrichtung, die in dem Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 12 verwendet wird, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch die erste Stanzform, die zweite Stanzform und eine Pressmaschine, welche die Metallgitterstruktur, welche die ringförmigen Abschnitte aufweist, in Dickenrichtung der Metallgitterstruktur presst, wobei die Metallgitterstruktur durch hin und her Bewegen der ersten Stanzform und der zweiten Stanzform in Dickenrichtung der dünnen Metallplatte und senkrecht zur Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte, wodurch ein Eingriff zwischen den ersten Aussparungen und den zweiten Vorsprüngen und zwischen den ersten Vorsprüngen und den zweiten Aussparungen bewirkt wird, und durch Biegen und Strecken der dünnen Metallplatte nach der Ausbildung einer Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte mit einem vorgegebenen Teilungsabstand ausgebildet wird, und wobei die ersten Vorsprünge, die ersten Aussparungen, die zweiten Aussparungen und die zweiten Vorsprünge solchermaßen ausgebildet sind, dass ein Maß, in dem jeder erste halbringförmige Abschnitt umgeformt wird, wenn er gepresst wird, und ein Maß, in dem der entsprechende zweite halbringförmige Abschnitt umgeformt wird, wenn er gepresst wird, unterschiedlich sind, um die halbringförmigen Abschnitte zu pressen.
Formgebungsvorrichtung, die in dem Verfahren zum Herstellen eines Gasströmungsweg-bildenden Elements nach Anspruch 13 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: jeder erste Vorsprung der ersten Stanzform und jede zweite Aussparung der zweiten Stanzform aufweist: eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden eines Paares aus ersten Seitenplatten, die den ersten halbringförmigen Abschnitt bilden, eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden eines Paares aus ersten schrägen Plattenabschnitten, die mit den ersten Seitenplatten verbunden sind, und eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden eines ersten flachen Plattenabschnitts, der solchermaßen mit den ersten schrägen Plattenabschnitten verbunden ist, dass er die ersten schrägen Plattenabschnitte miteinander verbindet; und wobei jede erste Aussparung der ersten Stanzform und jeder zweite Vorsprung der zweiten Stanzform aufweist: eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden eines Paares aus zweiten schrägen Plattenabschnitten, die den zweiten ringförmigen Abschnitt bilden, eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden eines Paares aus zweiten Seitenplattenabschnitten, die mit den ersten schrägen Plattenabschnitten verbunden sind, und eine Formgebungs-Oberfläche zum Ausbilden des zweiten flachen Plattenabschnitts, der auf solche Weise mit den zweiten Seitenabschnitten verbunden ist, dass er die zweiten Seitenabschnitte miteinander verbindet.
Leistung erzeugende Zelle für eine Brennstoffbatterie, wobei die Zelle aufweist: eine Elektrodenschicht, eine Gasdiffusionsschicht, die auf einer Oberfläche der Elektrodenschicht ausgebildet ist, einen Separator, der auf die Gasdiffusionsschicht gerichtet ist, und ein Gasströmungsweg-bildendes Element, das zwischen der Gasdiffusionsschicht und dem Separator angeordnet ist und einen Gasströmungsweg aufweist, durch den Brenngas oder Oxidierungsgas zur Elektrodenschicht geliefert wird, wobei die Leistung erzeugende Zelle über eine Elektrodenreaktion, die in der Elektrodenschicht bewirkt wird, Leistung erzeugt, wobei die Leistung erzeugende Zelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasströmungsweg-bildende Element aus einer Metallgitterstruktur aufgebaut ist, die aus einer dünnen Metallplatte gebildet wird, eine große Zahl von ringförmigen Abschnitten, die jeweils eine durchgehende Öffnung mit einer vorgegebenen Form aufweisen, nach Art eines Gitters in dem Gasströmungsweg-bildenden Element ausgebildet ist, ein umgebogener flacher Oberflächenabschnitt, der mit einer Oberfläche der Gasdiffusionsschicht in Oberflächenkontakt gehalten wird, in jedem der ringförmigen Abschnitte ausgebildet ist, ein nicht-umgebogener flacher Oberflächenabschnitt zwischen dem umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt und Verbindungsplattenabschnitten, welche die entsprechenden ringförmigen Abschnitte miteinander verbinden, ausgebildet ist, wobei der umgebogene flache Oberflächenabschnitt und der nicht-umgebogene flache Oberflächenabschnitt in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Schritten unter Verwendung einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Metallgitterstruktur ausgebildet werden.
Leistung erzeugende Zelle für eine Brennstoffbatterie nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder ringförmige Abschnitt in fünfeckiger oder sechseckiger Form ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen der Leistung erzeugenden Zelle für eine Brennstoffbatterie nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch: einen ersten Schritt, der beinhaltet: nacheinander erfolgendes Bearbeiten einer Vielzahl von ersten zu bearbeitenden Abschnitten und einer Vielzahl von zweiten zu bearbeitenden Abschnitten in der dünnen Metallplatte, die in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte abwechselnd angeordnet sind, unter Verwendung einer ersten Scherform und einer zweiten Scherform, wobei die erste Scherform eine lineare erste Scherkante aufweist und die zweite Scherform eine Vielzahl von Aussparungen und eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die abwechselnd mit einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind, wobei zweite Scherkanten in den Vorsprüngen ausgebildet sind, um mit der ersten Scherkante zusammenzuwirken, um eine Vielzahl von Einschnitten in der dünnen Metallplatte auszubilden; und Ausbilden der halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt in den ersten zu bearbeitenden Abschnitten der dünnen Metallplatte aufweisen, in einem Stadium, in dem die ersten zu bearbeitenden Abschnitte zu einer in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform mittleren Position bewegt wurden; einen zweiten Schritt, in dem nach dem ersten Schritt in einem Stadium, in dem die ersten zu bearbeitenden Abschnitte in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform in eine endgültige Stellung bewegt wurden, halbringförmige Abschnitte, die jeweils den nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, ausgebildet werden; einen dritten Schritt, in dem nach dem zweiten Schritt durch Versetzen der zweiten Scherform senkrecht zur Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte in einem Stadium, in dem jeder der zweiten zu bearbeitenden Abschnitte, die an die entsprechenden ersten zu bearbeitenden Abschnitte in der dünne Metallplatte angrenzen, von einer in Vorschubrichtung der dünnen Metallplatte oberen Seite zu der in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform mittlere Position bewegt worden ist, die halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, in den zweiten zu bearbeitenden Abschnitten ausgebildet werden; einen vierten Schritt, in dem nach dem dritten Schritt in einem Stadium, in dem jeder der zweiten zu bearbeitenden Abschnitte in eine in Bezug auf die erste Scherform und die zweite Scherform endgültige Position weiterbewegt worden ist, die halbringförmigen Abschnitte, die jeweils den nicht-umgebogenen flachen Oberflächenabschnitt aufweisen, in den zweiten zu bearbeitenden Abschnitten ausgebildet werden; und einen Schritt, in dem durch Ausbilden der ringförmigen Abschnitte in der dünnen Metallplatte nach Art eines Gitters durch abwechselndes Wiederholen der ersten und zweiten Schritte und der dritten und vierten Schritte die Metallgitterstruktur ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen der Leistung erzeugenden Zelle für eine Brennstoffbatterie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt und der vierte Schritt jeweils vielmals durchgeführt werden.