DE112010006034T5

DE112010006034T5 - Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle, Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung und Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112010006034T5
Application number: DE112010006034T
Authority: DE
Inventors: Takuji Nagano; Kazuhiro Watanabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: US8663865B2; JP5293813B2; CN102782923A; JPWO2012073271A1; US20120264032A1; WO2012073271A1; CN102782923B; DE112010006034B4

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle umfasst die Schritte: (a) Vorsehen einer Stapel-Referenzeinheit, die in einer Stapelrichtung ausdehnbar und kontrahierbar ist; (b) Anordnen der Stapel-Referenzeinheit derart, dass sie sich durch eine erste Öffnung eines Gehäusehauptkörpers erstreckt, so dass, im ausgedehnten Zustand der Stapel-Referenzeinheit, ein Ende der Stapel-Referenzeinheit innerhalb des Gehäusehauptkörpers positioniert ist und das andere Ende der Stapel-Referenzeinheit außerhalb des Gehäusehauptkörpers positioniert ist; (c) Aufbringen, nach dem Schritt (b), einer Vielzahl von Zellen auf die Stapel-Referenzeinheit, so dass die Vielzahl von Zellen in einer Richtung von innen nach außen des Gehäusehauptkörpers angeordnet sind; (d) Kontrahieren der Stapel-Referenzeinheit und Komprimieren des auf die Stapel-Referenzeinheit montierten Zellenstapels in Stapelrichtung, um die Stapel-Referenzeinheit und den Zellenstapel innerhalb des Gehäusehauptkörpers der Brennstoffzelle aufzunehmen; und (e) Anbringen, nach dem Schritt (d), eines Endwandelements an einem ersten Wandelement, um die erste Öffnung zu verschließen, so dass die auf den Zellenstapel in Stapelrichtung aufgebrachte Kraft beibehalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle mit einem Zellenverbund und einem Gehäuse, in welchem der Zellenverbund enthalten ist, eine Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung und eine Brennstoffzelle.
Allgemeiner Stand der Technik
Bei einer herkömmlich bekannten Technologie aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Brennstoffzellen wird ein Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen aufeinander erhalten wird, innerhalb eines kastenförmigen Gehäuses positioniert (siehe beispielsweise Patentschriften 1 und 2). Der Zellenverbund ist insbesondere in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung in dem Gehäuse enthalten. Jede der Zellen verfügt über eine Membranelektrodenbaugruppe mit einem Paar von Elektroden, welche an jeder Seite einer Elektrolytmembran angeordnet sind, und einem Paar von Separatoren, welche an jeder Seite der Membranelektrodenbaugruppe angeordnet sind.
Liste der zitierten Schriften
Patentliteratur

Patentschrift 1: JP-A-2006-108009
Patentschrift 2: JP-A-H10-189025
Patentschrift 3: JP-A-2002-298901
Patentschrift 4: JP-A-2008-059875
Patentschrift 5: JP-A-2009-170169
Patentschrift 6: JP-A-2009-266760
Patentschrift 7: JP-A-2005-158615

Offenbarung der Erfindung
Der im Inneren des Gehäuses enthaltene Zellenverbund kann durch Aufbringen von Druck in der Stapelrichtung komprimiert werden. Die Gesamtlänge des Zellenverbunds in dem komprimierten Zustand ist zu der Gesamtlänge des Zellenverbunds in einem nicht komprimierten Zustand verkürzt. Entsprechend kann innerhalb des Gehäuses ein relativ großer Freiraum ohne den Zellenverbund vorhanden sein.
Unter Berücksichtigung von zumindest einem Teil des vorstehend erörterten Problems besteht ein Erfordernis, eine Technologie vorzusehen, um eine Größenreduktion einer Brennstoffzelle mit einem Zellenverbund und einem Gehäuse, in welchem der Zellenverbund enthalten ist, zu erreichen.
Um sich zumindest einem Teil des vorstehend beschriebenen Erfordernisses zuzuwenden, sieht die vorliegende Erfindung verschiedene Ausführungsformen und Anwendungen vor, welche nachfolgend beschrieben sind.
[Erster Aspekt]
Ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen erhalten wird, und ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist, wobei das Gehäuse einen Gehäusekörper mit einem ersten Wandelement, welches über eine erste Öffnung verfügt und derart angeordnet ist, um sich mit der Stapelrichtung zu überschneiden, und einem zweiten Wandelement, welches derart angeordnet ist, um dem ersten Wandelement gegenüberzustehen, und ein Endwandelement, welches an dem ersten Wandelement befestigt ist, um die erste Öffnung zu verschließen, umfasst, wobei das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nachfolgende Schritte aufweist:

(a) Vorsehen eines ausdehnbaren Stapel-Referenzelements, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren;
(b) Anordnen des Stapel-Referenzelements in einer ausgedehnten Einstellung durch die erste Öffnung, so dass ein Ende des Stapel-Referenzelements innerhalb des Gehäusekörpers positioniert ist und das andere Ende des Stapel-Referenzelements außerhalb des Gehäusekörpers positioniert ist;
(c) nach dem Schritt (b), Montieren der Vielzahl von Zellen des Zellenverbunds auf dem Stapel-Referenzelement von innen nach außen des Gehäusekörpers;
(d) Kontrahieren des Stapel-Referenzelements und Komprimieren des montierten Zellenverbunds in der Stapelrichtung, um das Stapel-Referenzelement und den Zellenverbund innerhalb des Gehäusekörpers zu positionieren; und
(e) nach dem Schritt (d), Anbringen des Endwandelements an dem ersten Wandelement, um die erste Öffnung zu verschließen und den Zellenverbund unter einer Kraft in der Stapelrichtung zu halten.

Das Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt ermöglicht es, die Zellen in dem unkomprimierten Zustand, welche innerhalb des Gehäusekörpers nicht vollständig aufgenommen werden können, auf dem ausdehnbaren Stapel-Referenzelement zu montieren. Diese Anordnung benötigt kein großes Gehäuse mit ausreichenden Dimensionen, um den Zellenverbund in dem unkomprimierten Zustand aufzunehmen und erreicht dadurch eine Größenreduktion der Brennstoffzelle.
[Zweiter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Gehäusekörper ferner ein drittes Wandelement umfasst, welches derart angeordnet ist, um sich sowohl mit dem ersten Wandelement als auch mit dem zweiten Wandelement zu überschneiden und über eine zweite Öffnung verfügt, und der Schritt (b) das Positionieren des Stapel-Referenzelements auf einer Seite des dritten Wandelements umfasst, wobei das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle ferner nachfolgenden Schritt aufweist:

(f) nach dem Schritt (d), Entfernen des Stapel-Referenzelements aus dem Gehäuse durch die zweite Öffnung.

In dem Zustand, bei dem das Stapel-Referenzelement durch die erste Öffnung nicht entfernt werden kann, ermöglicht es das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts, das Stapel-Referenzelement durch die zweite Öffnung zu entfernen. Diese Anordnung reduziert vorzugsweise das Gesamtgewicht der Brennstoffzelle.
[Dritter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt, ferner aufweisend den Schritt:

(g) nach dem Schritt (e), Anbringen eines Stabelements, welches sich von dem Endwandelement zu dem zweiten Wandelement erstreckt, sowohl an dem Endwandelement als auch an dem zweiten Wandelement.

Bei dem Herstellungsverfahren des dritten Aspekt wird das Stabelement an dem Gehäuse montiert, um die Abnahme der Stabilität des Gehäuses zu reduzieren.
[Vierter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt, wobei der Zellenverbund über eine erste Nut verfügt, welche auf einer Montageseite des Zellenverbunds ausgebildet ist, wobei die Montageseite direkt auf dem Stapel-Referenzelement montiert wird, und der Schritt (g) das Positionieren eines Teils des Stabelements innerhalb der ersten Nut umfasst.
Bei dem Herstellungsverfahren des vierten Aspekts wird der Freiraum, welcher innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist, wirkungsvoll verwendet, um das Stabelement an dem Gehäuse zu montieren.
[Fünfter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt, wobei der Gehäusekörper ferner einen Vorsprung umfasst, welcher ins Innere des Gehäuses übersteht und sich in der Stapelrichtung erstreckt, der Zellenverbund über eine erste Nut verfügt, welche auf einer Montageseite des Zellenverbunds ausgebildet ist, wobei die Montageseite direkt auf dem Stapel-Referenzelement montiert wird, und der Schritt (c) das Montieren der Vielzahl von Zellen auf dem Stapel-Referenzelement umfasst, so dass der Vorsprung innerhalb der ersten Nut positioniert ist.
Bei dem Herstellungsverfahren des fünften Aspekts wird der Vorsprung innerhalb der ersten Nut positioniert. Diese Anordnung hindert jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen des zusammengestellten Zellenverbunds, welcher innerhalb des Gehäuses angebracht ist, wirkungsvoll davor, in einer Richtung rechtwinklig zu der Stapelrichtung falsch ausgerichtet zu sein.
[Sechster Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß einem der Aspekte eins bis fünf, ferner aufweisend den Schritt:

(h) nach dem Schritt (e), Bewegen von zumindest einer der End-Zellen, welche an jedem Ende des Zellenverbunds in der Stapelrichtung positioniert sind, um einen Grad der Kompression des Zellenverbunds einzustellen.

Das Herstellungsverfahren des sechsten Aspekts ermöglicht eine Einstellung der in der Stapelrichtung auf den Zellenverbund aufgebrachten Kraft, nach Anbringen des Endwandelements an dem ersten Wandelement. Diese Anordnung stellt eine Produktion der Brennstoffzelle mit dem Zellenverbund unter einer gewünschten Kraft sicher.
[Siebter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß einem der Aspekte eins bis sechs, wobei bei dem Schritt (d) ein Druck auf das Stapel-Referenzelement und den Zellenverbund, in einer Richtung von außerhalb des Gehäusekörpers in Richtung des zweiten Wandelements, mittels des Endwandelements, aufgebracht wird.
Bei dem Herstellungsverfahren des siebten Aspekts wird das Endwandelement als eine Komponente des Gehäuses verwendet, um Schritt (d) durchzuführen. Diese Anordnung ermöglicht es, die Brennstoffzelle effizient herzustellen.
[Achter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt, wobei der Schritt (b) die Schritte umfasst:

(b1) Positionieren des Stapel-Referenzelements innerhalb des Gehäusekörpers durch die zweite Öffnung; und
(b2) nach dem Schritt (b1), Ausdehnen des Stapel-Referenzelements, um das andere Ende des Stapel-Referenzelements außerhalb des Gehäusekörpers zu positionieren.

Bei dem Herstellungsverfahren des achten Aspekts kann unter Verwendung der zweiten Öffnung das Stapel-Referenzelement an einer vorbestimmten Position, relativ zu dem Gehäusekörper, positioniert werden.
[Neunter Aspekt]
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten oder achten Aspekt, wobei der Schritt (f) nach dem Entfernen des Stapel-Referenzelements das Abdecken der zweiten Öffnung mit einem flüssigkeitsundurchlässigen aber gasdurchlässigen Film umfasst.
Bei dem Herstellungsverfahren des neunten Aspekts wird ein äußerer Einbruch von irgendwelchen Flüssigkeiten, wie Regenwasser, wirkungsvoll verhindert, während die Übertragung von Gasen, wie Brenngas, ermöglicht wird.
[Zehnter Aspekt]
Eine Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen erhalten wird, und ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist, wobei die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung aufweist:

ein ausdehnbares Stapel-Referenzelement, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren, wobei der Zellenverbund auf dem Stapel-Referenzelement montiert ist.

Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dem zehnten Aspekt ermöglicht es, die Zellen in dem unkomprimierten Zustand, welche innerhalb des Gehäusekörpers nicht vollständig aufgenommen werden können, auf dem ausdehnbaren Stapel-Referenzelement zu montieren. Diese Anordnung benötigt kein großes Gehäuse mit ausreichenden Dimensionen, um den Zellenverbund in dem unkomprimierten Zustand aufzunehmen und erreicht dadurch eine Größenreduktion der Brennstoffzelle.
[Elfter Aspekt]
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dem zehnten Aspekt, ferner aufweisend: einen Einstellmechanismus, welcher so gestaltet ist, um zumindest eine der End-Zellen, die an jedem Ende des innerhalb des Gehäuses enthaltenen Zellenverbunds positioniert sind, in der Stapelrichtung zu bewegen, um einen Grad der Kompression des Zellenverbunds einzustellen.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung des elften Aspekts ermöglicht nach dem Positionieren des Zellenverbunds innerhalb des Gehäuses eine Einstellung der in der Stapelrichtung auf den Zellenverbund aufgebrachten Kraft. Diese Anordnung stellt das Aufbringen einer gewünschten Kraft auf den Zellenverbund sicher.
[Zwölfter Aspekt]
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dem zehnten oder elften Aspekt, wobei das Stapel-Referenzelement umfasst: ein erstes Referenzelement, welches innerhalb des Gehäuses positioniert und derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren; und ein zweites Referenzelement, welches derart angeordnet ist, um in der Stapelrichtung relativ zu dem ersten Referenzelement beweglich zu sein, und dadurch teilweise außerhalb des Gehäuses positioniert zu sein.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung des zwölften Aspekts bewegt das zweite Referenzelement relativ zu dem ersten Referenzelement, um die Länge des Stapel-Referenzelements leicht einzustellen.
[Dreizehnter Aspekt]
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte zehn bis zwölf, wobei das Stapel-Referenzelement in einer kontrahierten Einstellung eine Länge besitzt, welche kürzer als eine Stapellänge ist, die eine innere Länge des Gehäuses in Stapelrichtung ist, während es in einer ausgedehnten Einstellung eine Länge besitzt, welche länger als die Stapellänge ist.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung des dreizehnten Aspekts ermöglicht es, den Zellenverbund in dem unkomprimierten Zustand, welcher eine Länge besitzt, die länger als die Stapellänge des Gehäuses ist, auf dem Stapel-Referenzelement zu montieren.
[Vierzehnter Aspekt]
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte zehn bis dreizehn, wobei das Stapel-Referenzelement über eine Montagefläche verfügt, welche in einer identischen Ebene angeordnet ist, wobei der Zellenverbund auf der Montagefläche montiert ist.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung des vierzehnten Aspekts verhindert wirkungsvoll die potentielle Fehlausrichtung jeder Zelle aus der Vielzahl von auf dem Stapel-Referenzelement montierten Zellen.
[Fünfzehnter Aspekt]
Eine Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen aufeinander erhalten wird; ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist; und ein ausdehnbares Stapel-Referenzelement, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung des Zellenverbunds auszudehnen und zu kontrahieren, und derart angeordnet ist, um in einer kontrahierten Einstellung innerhalb des Gehäuses positioniert zu sein, wobei das Stapel-Referenzelement in einer ausgedehnten Einstellung über ein Ende verfügt, welches innerhalb des Gehäuses positioniert ist und das andere Ende außerhalb des Gehäuses positioniert ist, und der in dem Gehäuse zu enthaltende Zellenverbund auf dem Stapel-Referenzelement montiert ist.
Die Brennstoffzelle gemäß dem fünfzehnten Aspekt verfügt über das ausdehnbare Stapel-Referenzelement, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren. Die Vielzahl von Zellen des Zellenverbunds in dem unkomprimierten Zustand, welche innerhalb des Gehäusekörpers nicht vollständig aufgenommen werden können, können daher bei dem Herstellungsprozess auf dem ausdehnbaren Stapel-Referenzelement montiert werden. Diese Anordnung benötigt kein großes Gehäuse mit ausreichenden Dimensionen, um den Zellenverbund in dem unkomprimierten Zustand aufzunehmen und erreicht dadurch eine Größenreduktion der Brennstoffzelle.
[Sechzehnter Aspekt]
Die Brennstoffzelle gemäß dem fünfzehnten Aspekt, wobei das Stapel-Referenzelement in der ausgedehnten Einstellung eine Länge besitzt, welche länger ist als eine innere Länge des Gehäuses in der Stapelrichtung.
Bei der Brennstoffzelle des sechszehnten Aspekts kann der Zellenverbund in dem unkomprimierten Zustand auf dem Stapel-Referenzelement in der ausgedehnten Einstellung montiert werden, sogar wenn die Länge des Zellenverbunds in dem unkomprimierten Zustand länger ist als die innere Länge des Gehäuses in der Stapelrichtung.
Die vorliegende Erfindung kann durch die Verschiedenartigkeit von anderen Anwendungen zusätzlich zu dem Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle, der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung und der vorstehend erörterten Brennstoffzelle verwirklicht werden, beispielsweise ein Fahrzeug (bewegender Körper), welches mit der Brennstoffzelle und Einrichtungen, die die Brennstoffzelle umfassen, ausgestattet ist.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Einheitszelle 26;
3 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung für die Brennstoffzelle 1;
4 ist ein erklärendes Diagramm eines charakteristischen Ablaufes eines Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1;
5 ist ein erstes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1;
6 ist ein zweites erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1;
7 ist ein drittes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1;
8 ist ein viertes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1;
9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X in 1;
10 ist eine schematische Darstellung des Erscheinungsbildes eines Gehäusekörpers 11a gemäß einer zweiten Ausführungsform;
11 ist ein erklärendes Diagramm eines charakteristischen Ablaufes eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzelle 1a;
12 ist eine Schnittansicht der Brennstoffzelle 1a der zweiten Ausführungsform entlang einer X-X entsprechenden Linie;
13 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1b gemäß einer dritten Ausführungsform;
14 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a gemäß einer vierten Ausführungsform; und
15 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1d gemäß einer fünften Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend in folgender Reihenfolge beschrieben:

A–E: Ausführungsformen
F: Modifikationen

A. Erste Ausführungsform
A-1. Struktur der Brennstoffzelle
1 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. 1 zeigt insbesondere eine Schnittansicht der Brennstoffzelle 1 entlang einer vorgegebenen, zu der Blattebene parallelen Ebene. Die Brennstoffzelle 1 umfasst einen Zellenverbund 28, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Einheitszellen 26 aufeinander vorgesehen wird, ein Paar von Anschlussplatten 23a bzw. 23b, welche an jeder Seite des Zellenverbunds 28 positioniert sind, ein Paar von Isolatoren 22a bzw. 22b, welche außerhalb des Paares der Anschlussplatten 23a und 23b positioniert sind, eine Druckplatte 20, welche außerhalb des Isolators 22a positioniert ist, und ein Gehäuse 6, in welchem der Zellenverbund 28 in einem komprimierten Zustand enthalten ist. Verteiler (nicht gezeigt) sind in einer Stapelrichtung YR innerhalb des Zellenverbunds 28 vorgesehen, um den Fluss von Reaktionsgasen (z. B. ein Brenngas und ein oxidierendes Gas) und einem Kühlmedium dorthindurch zu schaffen und um die Reaktionsgase und das Kühlmedium den entsprechenden Einheitszellen 26 zuzuführen.
Die Brennstoffzelle 1 ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, welche derart gestaltet ist, um die Zuführungen von Wasserstoff und Sauerstoff zu erhalten und elektrische Leistung zu erzeugen. Die Brennstoffzelle 1 ist an einem sich bewegenden Körper, beispielsweise einem Fahrzeug, montiert und wird als Leistungsquelle des sich bewegenden Körpers verwendet. Die Brennstoffzelle 1 kann ebenso als stationär-Leistungsquelle verwendbar sein.
Das Gehäuse 6 umfasst einen quaderförmigen Gehäusekörper 11 mit einer ersten Öffnung 17, welche in einem ersten Wandelement 14 ausgebildet ist, und ein rechtwinkliges Endwandelement 16, welches an dem Gehäusekörper 11 mittels Bolzen 30 angebracht ist, um die Öffnung 17 zu verschließen. Das Gehäuse 6 kann aus Stahl oder einem anderen geeigneten Metall gebildet sein. Die innere Wandoberfläche des Gehäusekörpers 11 ist mit einem isolierenden Material (z. B. einem Harzmaterial) (nicht gezeigt) bedeckt. Das erste Wandelement 14 ist rechtwinklig zu der Stapelrichtung YR angeordnet. Der Gehäusekörper 11 umfasst ferner ein zweites Wandelement 12, welches dem ersten Wandelement 14 gegenübersteht, ein drittes Wandelement 15, welches rechtwinklig zu dem ersten Wandelement 14 und dem zweiten Wandelement 12 angeordnet ist, und ein viertes Wandelement 13, welches dem dritten Wandelement 15 gegenübersteht, und ein fünftes Wandelement und ein sechstes Wandelement (nicht gezeigt), welche parallel zu der Stapelrichtung YR und rechtwinklig zu dem dritten Wandelement 15 und dem vierten Wandelement 13 angeordnet sind. Eine einzelne zweite Öffnung 18 ist über den gesamten Bereich des dritten Wandelements 15 ausgebildet. Ein Hilfsmaschinenaufbau 38 ist an dem Endwandelement 16 montiert. Der Hilfsmaschinenaufbau 38 umfasst beispielsweise Rohrleitungen 32 und 34, welche vorgesehen sind, um außenseitig die Reaktionsgase in die Verteiler zu leiten, und eine Pumpe 33, welche vorgesehen ist, um das Brenngas (Wasserstoff) zu pumpen.
Die Brennstoffzelle 1 umfasst ferner ein Metall-Stabelement 39, welches derart angeordnet ist, um sich in der Stapelrichtung YR zu erstrecken und durch das Innere des Gehäuses 6 zu verlaufen, und ein rechtwinkliges Abdeckelement 10, welches an dem dritten Wandelement 15 mittels Bolzen 30 angebracht ist, um die Öffnung 18 zu verschließen. Das Stabelement 39 ist an dem zweiten Wandelement 12 und dem Endwandelement 16 mittels Muttern 31 befestigt.
Der Zellenverbund 28 befindet sich zwischen der Druckplatte 20 und dem Endwandelement 16 und wird unter einer voreingestellten Kraft innerhalb des Gehäuses 6 gehalten. Der Zellenverbund 28 ist insbesondere in einer komprimierten Art in der Stapelrichtung YR innerhalb des Gehäuses 6 vorgesehen. Die Druckplatte 20 wird mittels acht Schrauben 81 (lediglich zwei Schrauben sind in der Abbildung gezeigt), welche durch das zweite Wandelement 12 hindurch eingeführt werden, in einer Richtung hin zu dem Endwandelement 16 gedrückt. Die Druckplatte 20 und das Endwandelement 16 dienen entsprechend als Komponententeile (Endplatten) eines den Zellenverbund 28 umfassenden Brennstoffzellenstapels.
2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Einheitszelle 26. Die Einheitszelle 26 umfasst eine dichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 50 und einen ersten Separator 60 und einen zweiten Separator 80, welche an jeder Seite der dichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 50 positioniert sind. Die dichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 50 umfasst eine Membranelektrodenbaugruppe 51a und eine Dichtung 51b, welche um den Umfang der Membranelektrodenbaugruppe 51a angeordnet ist. Die Membranelektrodenbaugruppe 51a umfasst eine feste Polymerelektrolytmembran mit Protonenleitfähigkeit, und eine Anode und eine Kathode, welche an jeder Seite der festen Polymerelektrolytmembran positioniert sind. Die Anode und die Kathode verfügen beide über eine Gasdiffusionsschicht, welche beispielsweise aus Kohlepapier zusammengesetzt ist, und eine Katalysatorschicht mit Platin-tragenden oder anderen Katalysator-tragenden Kohlenstoffpartikeln, die an jeder Fläche der festen Polymerelektrolytmembran aufgebracht sind. Die Dichtung 51b wird durch Spritzgießen eines synthetischen Harzmaterials oder eines anderen geeigneten Materials um den Umfang der Membranelektrodenbaugruppe 51a herum geschaffen.
Der erste Separator 60 und der zweite Separator 80 sind Plattenelemente, welche aus einem gasundurchlässigen, leitfähigen Material, beispielsweise dichtem Kohlenstoff, welcher durch das Fressen von Kohlenstoff, um Gasundurchlässigkeit zu besitzen, erhalten wird, gesintertem Kohlenstoff, oder einem Metall-Material wie Edelstahl, zusammengesetzt sind.
Eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen sind in den Umfangsbereichen der dichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 50 und der ersten und zweiten Separatoren 60 und 80 ausgebildet. In dem Zustand, bei dem die entsprechenden Einheitszellen 26 aufeinander gestapelt sind, bilden die Durchgangsöffnungen Verteiler M1 bis M6, um die Flüsse von den Reaktionsgasen (Brenngas und oxidierendes Gas) und dem Kühlmedium (beispielsweise Wasser) in der Stapelrichtung zu schaffen. Insbesondere fließt das außenseitig zugeführte oxidierende Gas durch den Verteiler M1, wohingegen das oxidierende Gas, welches durch die Membranelektrodenbaugruppe 51a (Kathoden-Abgas) geleitet wird, durch den Verteiler M2 fließt. Das außenseitig zugeführte Brenngas fließt durch den Verteiler M3, wohingegen das Brenngas, welches durch die Membranelektrodenbaugruppe 51a (Anoden-Abgas) geleitet wird, durch den Verteiler M4 fließt. Das außenseitig zugeführte Kühlmedium fließt durch den Verteiler M5, wohingegen das Kühlmedium, nachdem es der Kühlung unterzogen wird, durch den Verteiler M6 fließt.
Eine Seite des ersten Separators 60, welche der Membranelektrodenbaugruppe 51a gegenübersteht, verfügt über Nuten (nicht gezeigt), in welche das Brenngas, das den Verteiler M3 passiert, fließt. Die andere Seite des ersten Separators 60, welche an der entgegengesetzten Seite zu der Membranelektrodenbaugruppe 51a angeordnet ist, verfügt über Nuten 71, in welche das Kühlmedium, das den Verteiler M5 passiert, fließt.
Eine Seite des zweiten Separators 80, welche der Membranelektrodenbaugruppe 51a gegenübersteht, verfügt über Nuten 91, in welche das oxidierende Gas, das den Verteiler M1 passiert, fließt. Die andere Seite des zweiten Separators 80, welche an der entgegengesetzten Seite zu der Membranelektrodenbaugruppe 51a angeordnet ist, verfügt über Nuten (nicht gezeigt), in welche das Kühlmedium, das den Verteiler M5 passiert, fließt.
Die entsprechenden Komponenten 50, 60 und 80 der Einheitszelle 26 sind rechtwinklige, flache Plattenelemente, welche entsprechend an deren vier Ecken jeweils über Ausschnitte 59p und 59s, 69p und 69s, und 89p und 89s verfügen. Die entsprechenden Komponenten 50, 60 und 80 der Einheitszelle 26 verfügen ebenso über Ausschnitte 58, 68 und 88, welche etwa in den Mitten an entsprechenden spezifischen Seiten an deren Umfängen ausgebildet sind, welche direkt an Stapel-Referenzelemente montierbar sind (später erörtert) (nachfolgend als „Montageseite P1” bezeichnet). In dem Zustand, bei dem die Einheitszellen 26 aufeinander gestapelt sind, um den Zellenverbund 28 zu bilden, sind die Ausschnitte 58, 68 und 88 derart ausgerichtet, dass diese eine Nut H1 bilden, welche sich in der Stapelrichtung YR in dem Zellenverbund 28 erstreckt. Keine der Komponenten 50, 60 und 80 verfügt über einen Ausschnitt etwa in der Mitte einer gegenüberliegenden Seite S1, welche der Montageseite P1 gegenübersteht.
A-2. Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle
3 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 für die Brennstoffzelle 1. 3A zeigt schematisch das Erscheinungsbild des in 1 gezeigten Gehäusekörpers 11. 3B zeigt schematisch das Erscheinungsbild von zahlreichen Komponenten, welche in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 der Brennstoffzelle 1 umfasst sind. Gemäß 3A wird eine Kontrollvorrichtungs-Baugruppe 94, welche zum Kontrollieren der Zellenspannung des Zellenverbunds 28 verwendet wird, in dem Gehäusekörper 11 eingebaut, bevor der Zellenverbund 28 in den Gehäusekörper 11 eingesetzt wird.
Gemäß 3B umfasst die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 zwei Stapel-Referenzelemente 40 und eine Bodenplatte 41 mit den darauf positionierten Stapel-Referenzelementen 40. Jedes der Stapel-Referenzelemente 40 verfügt über eine stationäre Führung 44 als ein erstes Referenzteil, eine bewegliche Führung 46 als ein zweites Referenzteil, eine Grundplatte 42 mit der darauf gelagerten stationären Führung 44 und der beweglichen Führung 46, und Gleitführungen 47, welche für eine gleichmäßige Bewegung der beweglichen Führung 46 vorgesehen sind. Die bewegliche Führung 46 bewegt sich entlang der Länge oder in der Richtung eines Pfeiles GR relativ zu der stationären Führung 44. Bewegen der beweglichen Führung 46 verändert die Gesamtlänge des Stapel-Referenzelements 40. Insbesondere kann die Gesamtlänge des Stapel-Referenzelements 40 durch Bewegen der beweglichen Führung 46 beliebig verändert werden. In dieser Ausführungsform, in der kürzesten Einstellung des Stapel-Referenzelements 40 (d. h. in der kontrahierten Einstellung), ist die Gesamtlänge des Stapel-Referenzelements 40 kürzer als eine Länge L1 einer inneren Dimension des Gehäusekörpers 11, in der Richtung zwischen dem beiderseitig gegenüberstehenden ersten Wandelement 14 und dem zweiten Wandelement 12 („Stapellänge L1”). In der längsten Einstellung des Stapel-Referenzelements 40 (d. h. in der ausgedehnten Einstellung) ist die Gesamtlänge des Stapel-Referenzelements 40 länger als die Stapellänge L1. Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 verfügt ebenso über auf der Bodenplatte 41 positionierte Rollen 96, um zu rotieren, während diese die beweglichen Führungen 46 in der ausgedehnten Einstellung der Stapel-Referenzelemente 40 tragen. Die stationäre Führung 44 und die bewegliche Führung 46 sind derart angeordnet, dass entsprechende obere Flächen 44u und 46u in der gleichen Ebene liegen.
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 ist nachfolgend beschrieben. 4 ist ein erklärendes Diagramm eines charakteristischen Ablaufes des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1. Die Brennstoffzelle wird durch einen Vorbereitungs-Schritt S10, des Vorsehens der Stapel-Referenzelemente 40, hin zu einem Öffnungs-Abdichtungsschritt S80, hergestellt.
Die entsprechenden Schritte sind nachfolgend, in Bezug zu 5 bis 9, detailliert erörtert. 5 ist ein erstes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1. Bei dem Verfahren werden die vorgesehenen Stapel-Referenzelemente 40 in dem Gehäusekörper 11, mit der darin eingebauten Kontrollvorrichtungs-Baugruppe 94 (3A), montiert (5A). Insbesondere werden bei dem Verfahren die Stapel-Referenzelemente 40 durch die Öffnung 18 eingeführt und die Stapel-Referenzelemente 40 derart eingebaut, dass ein Teil der stationären Führungen 44 (d. h. eine spezifische Seite, an dieser die Einheitszellen 26 montiert sind) und die beweglichen Führungen 46 innerhalb des Gehäusekörpers 11 positioniert sind. Die Stapel-Referenzelemente 40 werden entsprechend eingesetzt, um die oberen Flächen 44u und 46u der Stapel-Referenzelemente 40, an denen die Einheitszellen 26 montiert werden, innerhalb des Gehäusekörpers 11 zu positionieren. In solche einer Einstellung sind entsprechende Enden 40e1 der Stapel-Referenzelemente 40 nahe an dem zweiten Wandelement 12 anordbar. Die Stapel-Referenzelemente 40 sind ebenso näher zu dem dritten Wandelement 15, als der spezifische Bereich des Gehäusekörpers 11, an welchem der Zellenverbund 28 positioniert ist, angeordnet.
Gemäß 5B bewirkt Bewegen der beweglichen Führungen 46 durch die Öffnung 17, dass entsprechende andere Enden 40e2 der Stapel-Referenzelemente 40 außerhalb des Gehäusekörpers 11 positioniert sind. Insbesondere werden bei dem Verfahren die Stapel-Referenzelemente 40 in der ausgedehnten Einstellung durch die Öffnung 17 derart angeordnet, dass die entsprechenden einen Enden 40e1 der Stapel-Referenzelemente 40 innerhalb des Gehäusekörpers 11 angeordnet sind, während die entsprechenden anderen Enden 40e2 außerhalb des Gehäusekörpers 11 angeordnet sind (Positionier-Schritt S20). Die Länge der Stapel-Referenzelemente 40 in der ausgedehnten Einstellung wird gemäß der Stapel-Anzahl der Einheitszellen 26 und dem Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 unter einer voreingestellten Kraft, welche in der Stapelrichtung aufgebracht wird, ermittelt.
Bei dem Verfahren wird dann die Druckplatte 20 auf die Stapel-Referenzelemente 40 gesetzt. Insbesondere werden bei dem Verfahren aufeinanderfolgend eine Vielzahl der Einheitszellen 26 in einer Richtung von innen nach außen des Gehäusekörpers 11 gestapelt oder ausgerichtet und diese auf den Stapel-Referenzelementen 40, wie in 5B und 5C gezeigt ist, montiert. Ein stabähnliches Zellen-Halteelement 97 wird durch ein Durchgangsloch (nicht gezeigt), welches in dem zweiten Wandelement 12 ausgebildet ist, eingeführt, um die Druckplatte 20 zu tragen und aufrecht zu halten. Nach dem Setzen der Druckplatte 20 auf die Stapel-Referenzelemente 40, wird bei dem Verfahren der Isolator 22a, die Anschlußplatte 23a, und die Vielzahl von Einheitszellen 26 auf dem Überhang (bewegliche Führungen 46) der Stapel-Referenzelemente 40, welche außerhalb des Gehäusekörpers 11 positioniert sind, montiert. Insbesondere wird die Vielzahl von Einheitszellen 26 derart auf den Stapel-Referenzelementen 40 positioniert, dass die Ausschnitte 59p, 69p und 89p, welche an der Montageseite P1 der Einheitszellen 26 (2) ausgebildet sind, in Kontakt mit den Stapel-Referenzelementen 40 gebracht werden. Wie in 5C gezeigt ist, werden zusätzliche Einheitszellen 26 neu auf den Stapel-Referenzelementen 40 montiert, da die montierten Einheitszellen 26 und die anderen relevanten Elemente in Richtung des zweiten Wandelements 12 gedrückt werden (Zell-Stapel-Schritt S30).
Die oberen Flächen 44u der stationären Führungen 44, auf denen die Einheitszellen 26 montiert sind, werden mit den oberen Flächen 46u der beweglichen Führungen 46, auf denen die Einheitszellen 26 montiert sind, ausgerichtet. Die oberen Flächen 44u der stationären Führungen 44 und die oberen Flächen 46u der beweglichen Führungen 46 sind dadurch in der gleichen Ebene, ohne irgendeinen Unterschied in der Höhenlage, angeordnet. Wenn die montierten Einheitszellen 26 in Richtung des zweiten Wandelements 12 gedrückt werden, ermöglicht es diese ausgerichtete Anordnung, die gepressten Einheitszellen 26 leichtgängig von den beweglichen Führungen 46 auf die stationären Führungen 44 zu bewegen. Diese Anordnung reduziert wirkungsvoll das Auftreten von potentiellen Schwierigkeiten, wie einer fehlerhaften Ausrichtung der Einheitszellen 26 oder einer Beschädigung der Einheitszellen 26 bei dem Zell-Stapel-Schritt S30.
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 ist ferner in Bezug zu 6 beschrieben. 6 ist ein zweites erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1. Gemäß 6A wird bei dem Verfahren, nach dem Montieren einer vorgegebenen Anzahl der Einheitszellen 26 auf den Stapel-Referenzelementen 40, zusätzlich die Anschlußplatte 23b und der Isolator 22b auf den Stapel-Referenzelementen 40 montiert. Gemäß 6B wird bei dem Verfahren der Zellenverbund 28, welcher die Vielzahl von Einheitszellen 26 in der Stapelrichtung YR umfasst, komprimiert, und die Stapel-Referenzelemente 40 werden kontrahiert, um die beweglichen Führungen 46 der Stapel-Referenzelemente 40 innerhalb des Gehäusekörpers 11 zu positionieren (Zell-Kompressions-Schritt S40). Insbesondere wird mittels des Endwandelements 16, mit Hilfe des daran montierten Hilfsmaschinenaufbaus 38, ein Druck auf die Stapel-Referenzelemente 40 und den Zellenverbund 28 in einer Richtung von außerhalb des Gehäusekörpers 11 (linke Seite in 6B) in Richtung des zweiten Wandelements 12 aufgebracht. Ein Druckaufbau-Mechanismus 55, als eine Komponente der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 der Brennstoffzelle, wird verwendet, um den Druck aufzubringen. Die Rollen 96, welche in diesem Zustand nicht benötigt werden, um die Stapel-Referenzelemente 40 zu tragen, sind in Aussparungen 41h, welche in der Bodenplatte 41 ausgebildet sind, eingesetzt.
Wie in 6C gezeigt ist, wird der Druck kontinuierlich aufgebracht, bis der Zellenverbund 28 innerhalb des Gehäusekörpers 11 positioniert ist und das Endwandelement 16 in Kontakt mit dem ersten Wandelement 14 kommt. Nachdem das Endwandelement 16 in Kontakt mit dem ersten Wandelement 14 kommt, wird bei dem Verfahren das Endwandelement 16 an dem ersten Wandelement 14 mittels den Bolzen 30 befestigt, um die in der Stapelrichtung YR auf den Zellenverbund 28 aufgebrachte Kraft aufrechtzuerhalten (Montage-Schritt S50). Bei dem Verfahren werden dann die Stapel-Referenzelemente 40 durch die Öffnung 18 aus dem Gehäusekörper 11 entfernt. Dieser Schritt des Entfernens der Stapel-Referenzelemente 40 aus dem Gehäusekörper 11 (Entfernungs-Schritt) kann zwischen dem Zell-Kompressions-Schritt S40 und dem Montage-Schritt S50 durchgeführt werden.
In dem Zustand, bei dem die Stapel-Referenzelemente 40 aufgrund des Vorhandenseins des Endwandelements 16 und des Zellenverbunds 28 nicht durch die Öffnung 17 entfernt werden können, ermöglicht es die in dem Gehäusekörper 11 ausgebildete Öffnung 18, die Stapel-Referenzelemente 40 aus dem Gehäusekörper 11 zu entfernen. Diese Anordnung reduziert vorzugsweise das Gesamtgewicht der Brennstoffzelle 1, welche unter Verwendung der Stapel-Referenzelemente 40 hergestellt wird.
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 ist ferner in Bezug zu 7 beschrieben. 7 ist ein drittes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 oder insbesondere eines Verstärkungs-Schrittes S60. Gemäß 7A wird bei dem Verfahren, während der Herstellung, eine Befestigungsvorrichtung 100 durch die Öffnung 18 auf eine geschichtete Brennstoffzelle 200, mit an dem ersten Wandelement 14 befestigtem Endwandelement 16, gesetzt. Die Befestigungsvorrichtung 100 verfügt über eine Vielzahl von Rollen 102 und einen Tisch 101, auf welchem die Vielzahl von Rollen 102 eingebaut sind. Gemäß 7B werden bei dem Verfahren diese Rollen 102 dazu verwendet, um das Stabelement 39, welches sich in der Stapelrichtung erstreckt, durch ein Durchgangsloch, welches in dem zweiten Wandelement 12 ausgebildet ist, in den Gehäusekörper 11 einzuführen. Gemäß 7C wird in dem Verfahren dann jeweils ein Ende des Stabelements 39 an dem zweiten Wandelement 12 und an dem Endwandelement 16 mittels den Mutter 31 befestigt. Das Stabelement 39 ist innerhalb der Nut H1 (2) positioniert, welche durch Ausrichten der Ausschnitte 58, 68 und 88 des Zellenverbunds 28 miteinander, ausgebildet wird.
Das Stabelement 39, welches sich in der Stapelrichtung erstreckt, erhöht wirkungsvoll die Stabilität des Gehäuses 6. Das Aufbringen der Kraft auf jede Seite des Zellenverbunds 28 mittels des Endwandelements 16 und der Druckplatte 20 kann das Gehäuse 6 mit der Öffnung 18 deformieren. Die Anordnung des Stabelements 39 (insbesondere in der Nähe der Öffnung 18) reduziert die Abnahme der Stabilität des Gehäuses 6 wirkungsvoll.
Das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 ist ferner in Bezug zu 8 beschrieben. 8 ist ein viertes erklärendes Diagramm des Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1. Wie in 8A und 8B gezeigt ist, wird bei dem Verfahren der Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 in der geschichteten Brennstoffzelle 200, nach dem Anbringen des Stabelements 39 in der Stapelrichtung YR, eingestellt, um den Zellenverbund 28 unter einer gewünschten Kraft zu halten (Kompressions-Einstell-Schritt S70). Bei dem Verfahren wird gemäß 8A insbesondere ein Einstell-Mechanismus 120 als eine Komponente der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 durch ein Durchgangsloch (nicht gezeigt), welches etwa in der Mitte des zweiten Wandelements 12 ausgebildet ist, eingeführt. Bei dem Verfahren wird die Druckplatte 20 mittels dem Einstell-Mechanismus 120 in Richtung des ersten Wandelements 14 gedrückt, um den Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 einzustellen. Gemäß 8B werden in dem Verfahren dann die acht Schrauben 81 in acht, mit einem Gewinde versehene, Durchgangslöcher, welche in dem zweiten Wandelement 12 ausgebildet sind, unter einer voreingestellten Klemmlast, eingeführt, und die Bewegung der Druckplatte 20 wird mittels des zweiten Wandelements 12 beschränkt. Bei dem Kompressions-Einstell-Schritt S70 wird entsprechend der Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 durch Bewegen von zumindest einer der End-Einheitszellen 26, welche an jedem Ende des Zellenverbunds 28 in der Stapelrichtung YR positioniert sind, eingestellt. Bei dem Kompressions-Einstell-Schritt S70 dieser Ausführungsform wird die End-Einheitszelle 26 der beiden End-Einheitszellen 26, welche an der Seite des zweiten Wandelements 12 positioniert ist (nachfolgend als „End-Zelle 26e1” bezeichnet), in Richtung das ersten Wandelements 14 bewegt, um den Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 einzustellen.
Gemäß 8C wird bei dem Verfahren, nachdem durch die Öffnung 18 ein Kabel eingesetzt wird, um den Zellenverbund 28 mit der Kontrollvorrichtungs-Baugruppe 94 zu verbinden, das Abdeckelement 10 an dem dritten Wandelement 15 mittels den Bolzen 30 angebracht, um die Öffnung 18 zu verschließen (Öffnungs-Abdichtungs-Schritt S80). Um das Anbringen des Abdeckelements 10 zu erleichtern, wird die geschichtete Brennstoffzelle 200 nach der Einstellung des Grades der Kompression um 180 Grad gedreht und während dem Anbringen des Abdeckelements 10 in dieser Position gehalten. Die Abfolge des Verstärkungs-Schrittes S60, des Montierens des Stabelements 39, des Kompressions-Einstell-Schrittes S70, des Einstellens des Grades der Kompression, und des Öffnungs-Abdichtungs-Schrittes S80, des Anbringens des Abdeckelements 10, ist nicht auf die Abfolge der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt, sondern kann entsprechend den Erfordernissen verändert werden. Das Durchgangsloch zum Einführen des Einstell-Mechanismus 120, welches etwa in der Mitte des zweiten Wandelements 12 ausgebildet ist, kann beispielsweise mit einem Metall-Plattenelement verschlossen werden.
9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X in 1. In der, durch die in Bezug zu 5 bis 9 vorstehend beschriebenen Schritte, hergestellten Brennstoffzelle 1, wird der Zellenverbund 28 (die dichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 50 ist in der Abbildung erklärt) unter einer vorbestimmten Kraft gehalten und ist innerhalb des Gehäuses 6 enthalten. Der Zellenverbund 28 ist mit der Kontrollvorrichtungs-Baugruppe 94, mittels eines Kabels CA, elektrisch verbunden.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden die ausdehnbaren Stapel-Referenzelemente 40 zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 der Ausführungsform verwendet (3B). Die Einheitszellen 26 in dem unkomprimierten Zustand, welche innerhalb des Gehäusekörpers 11 nicht vollständig aufgenommen werden können, werden auf den Ausdehnungen der Stapel-Referenzelemente 40 montiert. Diese Anordnung benötigt kein großes Gehäuse mit ausreichenden Dimensionen, um den gesamten Zellenverbund 28 in dem unkomprimierten Zustand darin aufzunehmen und erreicht dadurch eine Größenreduktion der gesamten Brennstoffzelle 1. Unterdrucksetzten der Stapel-Referenzelemente 40 und des Zellenverbunds 28 mittels des Endwandelements 16 ermöglicht es, die Stapel-Referenzelemente 40 und den Zellenverbund 28 innerhalb des Gehäusekörpers 11 zu positionieren (6A und 6B). Diese Anordnung benötigt keinerlei separate Elemente, um die Stapel-Referenzelemente 40 und den Zellenverbund 28 direkt unter Druck zu setzen, und ermöglicht es daher, die Brennstoffzelle 1 mit hoher Effizienz herzustellen, Die Stapel-Referenzelemente 40 werden durch die Öffnung 18 an dem Gehäusekörper 11 angebracht und aus diesem demontiert (5A und 6C). Solches Anbringen und Demontieren verbessert vozugsweise die Arbeitseffizienz beim Herstellen der Brennstoffzelle 1. Insbesondere können die Stapel-Referenzelemente 40 leichter durch die in dem dritten Wandelement 15 ausgebildete Öffnung 18 in dem Gehäusekörper 11 montiert werden, als durch die in dem ersten Wandelement 14 ausgebildete Öffnung 17 (1). Entfernen der Stapel-Referenzelemente 40 aus dem Gehäusekörper 11 durch die Öffnung 18 (6C) reduziert das Gesamtgewicht der Brennstoffzelle 1, im Vergleich mit dem Gesamtgewicht der Brennstoffzelle 1 ohne eine Entfernung der Stapel-Referenzelemente 40, wirkungsvoll.
Anbringen des Stabelements 39 an dem Gehäuse 6 reduziert vorzugsweise die Abnahme der Stabilität des Gehäuses 6 mit der Öffnung 18. Das Stabelement 39 ist innerhalb der Nut H1 positioniert, welche in der Nähe der Öffnung 18 angeordnet ist. Der innere Freiraum des Gehäuses 6 kann daher wirkungsvoll verwendet werden, um das Stabelement 39 zu enthalten. Diese Anordnung erreicht ferner eine Größenreduktion der Brennstoffzelle 1, Der Kompressions-Einstell-Schritt S70 (8A und 8B) ermöglicht es, die auf den Zellenverbund 28 aufgebrachte Kraft, nach der Fixierung des Endwandelements 16 an dem ersten Wandelement 14, leicht einzustellen. Diese Anordnung stellt das Aufbringen einer gewünschten Kraft auf den Zellenverbund 28 sicher, selbst wenn die entsprechenden Einheitszellen 26 eine Variation von Eigenschaften besitzen (beispielsweise Elastizitätsmodul).
B. Zweite Ausführungsform
Eine Brennstoffzelle 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform ist nachfolgend in Bezug zu 10 bis 12 beschrieben. 10 ist eine schematische Darstellung des Erscheinungsbildes eines Gehäusekörpers 11a der zweiten Ausführungsform. 11 ist ein erklärendes Diagramm eines charakteristischen Ablaufes eines Verfahrens zum Herstellen der Brennstoffzelle 1a. 12 ist eine Schnittansicht der Brennstoffzelle 1a der zweiten Ausführungsform entlang einer X-X entsprechenden Linie. Wie in 10 gezeigt ist, besteht der vornehmliche Unterschied zwischen dem Gehäusekörper 11a der zweiten Ausführungsform und dem Gehäusekörper 11 der ersten Ausführungsform (3A) in der Gestalt der Öffnungen 18a, welche in dem dritten Wandelement 15 ausgebildet sind. Ein Zellenverbund 28a der zweiten Ausführungsform verfügt nicht über die Nut H1, wie in 12 gezeigt ist. Das Stabelement 39 ist ebenso aus der Brennstoffzelle 1a der zweiten Ausführungsform ausgeschlossen. Ansonsten ist die Struktur der Brennstoffzelle 1a der zweiten Ausführungsform ähnlich zu der Struktur der Brennstoffzelle 1 der ersten Ausführungsform. Die gleichen Elemente sind durch die gleichen Nummern und Symbole ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben. Das in 11 gezeigte Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform schließt den Verstärkungs-Schritt S60 aus, welcher in dem Herstellungs-Schritt der ersten Ausführungsform (4) umfasst ist, und verfügt über einen unterschiedlichen Öffnungs-Abdichtungs-Schritt zu dem der ersten Ausführungsform. Ansonsten ist das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform ähnlich zu dem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform. Die gleichen Schritte sind durch die gleichen Schritt-Nummern ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben.
Gemäß 10 sind in dem dritten Wandelement 15 des Gehäusekörpers 11a zwei lange Öffnungen 18a, welche sich in der Stapelrichtung YR erstrecken, ausgebildet. Die Dimensionen der Öffnungen 18a sind derart bestimmt, um das Einführen der stationären Führungen 44 und der beweglichen Führungen 46 der Stapel-Referenzelemente 40 zu erlauben (3B).
Ein Öffnungs-Abdichtungs-Schritt 80a von 11 ist in Bezug zu 12 beschrieben. Bei dem Öffnungs-Abdichtungs-Schritt 80a werden die Öffnungen 18a mit wasserundurchlässigen aber gasdurchlässigen (z. B. Wasserstoff und Luft) Filmen 220 bedeckt. Die Filme 220 können aus einem durchlässigen Material zusammengesetzt sein, beispielsweise „POREFLON^TM”, welches von Sumitomo Electric Fine Polymer, Inc. hergestellt wird.
Bei dem Herstellungsverfahren der Brennstoffzelle 1a gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Öffnungen 18a mit den Filmen 220 bedeckt, um externen Einbruch von irgendwelchen Flüssigkeiten, z. B. Regenwasser, zu verhindern, aber die Übertragung von den Gasen, wie dem Brenngas, welches das Innere des Zellenverbunds 28a passiert, zu ermöglichen. Das kleinere Verhältnis der Öffnungen 18a zu der gesamten Fläche des dritten Wandelements 15 in der zweiten Ausführungsform, zu diesem der ersten Ausführungsform, reduziert die Abnahme der Stabilität des Gehäuses 6a. Die Abnahme der Stabilität des Gehäuses 6a kann daher ohne den Verstärkungs-Schritt S60 reduziert werden. Wie bei der Struktur der ersten Ausführungsform werden die Stapel-Referenzelemente 40 dazu verwendet, um den Zellenverbund 28a innerhalb des Gehäuses 6a zu positionieren. Diese Anordnung erreicht eine Größenreduktion der Brennstoffzelle 1a. Der Öffnungs-Abdichtungs-Schritt S80a, bei welchem die Filme 220 verwendet werden, kann durch den Öffnungs-Abdichtungs-Schritt S80 der ersten Ausführungsform, bei welchem das Abdeckelement 10 verwendet wird, ersetzt werden.
C. Dritte Ausführungsform
13 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1b gemäß einer dritten Ausführungsform. 13 ist eine Schnittansicht entlang einer X-X entsprechenden Linie (1). Der vornehmliche Unterschied zu der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass das dritte Wandelement 15 über einen Vorsprung 110 verfügt und dass der Zellenverbund 28 über eine Nut H1 verfügt. Ansonsten ist die Struktur der Brennstoffzelle 1b der dritten Ausführungsform ähnlich zu der Struktur der Brennstoffzelle 1a der zweiten Ausführungsform. Die gleichen Elemente sind durch die gleichen Nummern und Symbole ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben. Das Herstellungsverfahren der Brennstoffzelle 1b besitzt einen unterschiedlichen Zell-Stapel-Schritt S30 zu diesem der zweiten Ausführungsform. Ansonsten ist das Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform ähnlich zu dem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform. Die gleichen Schritte sind durch die gleichen Schritt-Nummern ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben.
Der Vorsprung 110 steht ins Innere eines Gehäuses 6b und erstreckt sich in der Stapelrichtung YR. Bei dem Zell-Stapel-Schritt der dritten Ausführungsform wird eine Vielzahl der Einheitszellen 26 derart auf den Stapel-Referenzelementen 40 montiert, dass der Vorsprung 110 in die Nut H1, als ein erster Ausschnitt, eingeführt und eingepasst wird.
Die Brennstoffzelle 1b mit dem in die Nut H1 eingeführten und eingepassten Vorsprung 110 wird durch das Herstellungsverfahren der Brennstoffzelle 1b gemäß der dritten Ausführungsform hergestellt. Diese Anordnung reduziert wirkungsvoll die potentielle Fehlausrichtung der Vielzahl von Einheitszellen 26 durch eine Einwirkung auf die Brennstoffzelle 1b, herbeigeführt durch beispielsweise eine Kollision eines Fahrzeuges. Wie bei der Struktur der ersten Ausführungsform, werden die Stapel-Referenzelemente 40 dazu verwendet, um den Zellenverbund 28 innerhalb des Gehäuses 6b zu positionieren. Diese Anordnung erreicht eine Größenreduktion der Brennstoffzelle 1b.
D. Vierte Ausführungsform
14 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a gemäß einer vierten Ausführungsform. Der vornehmliche Unterschied der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a der vierten Ausführungsform zu der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 der ersten Ausführungsform (3B) besteht in dem Vorhandensein einer Drehwelle 232. Ansonsten ist die Struktur der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a der vierten Ausführungsform (beispielsweise die Stapel-Referenzelemente 40) ähnlich zu der Struktur der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150 der ersten Ausführungsform. Die gleichen Komponenten sind durch gleiche Nummern und Symbole ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben. Die Struktur der durch diese Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a hergestellten Brennstoffzelle 1 ist ähnlich zu der Struktur der Brennstoffzelle 1 der ersten Ausführungsform. Die gleichen Elemente sind durch die gleichen Nummern und Symbole ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 150a der vierten Ausführungsform verfügt über die Drehwelle 232, welche als Dreh-Mechanismus dient. Die Drehwelle 232 ist an einer Bodenplatte 41a vorgesehen, um die Positionen der Stapel-Referenzelemente 40 und des Gehäusekörpers 11 zu verschieben. Die Stapel-Referenzelemente 40 und der Gehäusekörper 11 werden insbesondere gedreht, um die Stapelrichtung YR um die Drehwelle 232 zu verändern.
Wie vorstehend beschrieben ist, verfügt die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung der Brennstoffzelle 1 gemäß der vierten Ausführungsform über die Drehwelle 232, um den Zellenverbund 28 auf verschiedene Positionen einzustellen. In dieser Anwendung kann beispielsweise der Zell-Stapel-Schritt S30 in einer Position A durchgeführt werden, der Zell-Kompressions-Schritt S40 kann in einer Position B durchgeführt werden, und der Montage-Schritt S50 kann in einer Position C durchgeführt werden. Diese Anwendung stellt genügend Freiraum zum Einbau der zu den entsprechenden Schritten benötigten Vorrichtungen (beispielsweise die Ausrüstung, welche zum Montieren der Einheitszellen 26 auf den Stapel-Referenzelementen 40 verwendet wird, und der Druckaufbau-Mechanismus 55) sicher und verbessert daher die Produktionseffizienz der Brennstoffzelle 1. Wie bei den Strukturen der vorstehend erörterten Ausführungsformen, werden die Stapel-Referenzelemente 40 zum Herstellen der Brennstoffzelle 1 verwendet. Diese Anordnung erreicht eine Größenreduktion der Brennstoffzelle 1.
E. Fünfte Ausführungsform
15 ist ein erklärendes Diagramm einer Brennstoffzelle 1d gemäß einer fünften Ausführungsform. 15 zeigt insbesondere, wie 1, eine Schnittansicht der Brennstoffzelle 1d entlang einer vorgegebenen, zu der Blattebene parallelen Ebene. Der vornehmliche Unterschied der Brennstoffzelle 1d der fünften Ausführungsform zu der Brennstoffzelle 1 der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Stapel-Referenzelemente 40 innerhalb des Gehäuses 6 positioniert sind. Ansonsten ist die Struktur der Brennstoffzelle 1d der fünften Ausführungsform ähnlich zu der Struktur der Brennstoffzelle 1 der ersten Ausführungsform. Die gleichen Elemente sind durch die gleichen Nummern und Symbole ausgedrückt und hier nicht spezifisch beschrieben. Das Herstellungsverfahren der Brennstoffzelle 1d schließt den Entfernungs-Schritt der Stapel-Referenzelemente 40 in dem Montage-Schritt S50 aus. Ansonsten ist das Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform ähnlich zu dem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform.
Es ist vorzuziehen, die an dem Abdeckelement 10 angebrachten Stapel-Referenzelemente 40 auf der Bodenplatte 41 zu montieren. Die Brennstoffzelle 1d ist durch Abnehmen der Stapel-Referenzelemente 40 und des Abdeckelements 10 von der Bodenplatte 41, und Anbringen des Abdeckelements 10 an dem dritten Wandelement 15 leicht herzustellen.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden, während der Herstellung der Brennstoffzelle 1d der fünften Ausführungsform, die Einheitszellen 26 des Zellenverbunds 28 in dem unkomprimierten Zustand, welche innerhalb des Gehäuses 6 nicht vollständig aufgenommen werden können, auf den ausdehnbaren Stapel-Referenzelementen 40 montiert. Diese Anordnung benötigt kein großes Gehäuse 6 mit ausreichenden Dimensionen, um den gesamten Zellenverbund 28 in dem unkomprimierten Zustand darin aufzunehmen und erreicht dadurch eine Größenreduktion der gesamten Brennstoffzelle 1d.
F. Modifikationen
Aus den zahlreichen Bestandteilen und Komponenten, welche in den entsprechenden vorstehend erörterten Ausführungsformen umfasst sind, sind andere als die in unabhängigen Ansprüchen offenbarte Bestandteile und Komponenten, zusätzliche und ergänzende Elemente, und können gemäß den Erfordernissen weggelassen werden, Die Erfindung ist nicht auf irgendeine der vorstehend erörterten Ausführungsformen und deren Anwendungen beschränkt, sondern kann in einer Vielfalt von anderen Ausführungsformen und Anwendungen, innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, verwirklicht werden. Einige Beispiele von möglichen Modifikationen sind nachstehend gegeben.
F-1. Modifikation 1
Die vorstehend erörterten Ausführungsformen verwenden die beiden Stapel-Referenzelemente 40 zum Herstellen der Brennstoffzellen 1 bis 1d. Alternativ kann lediglich ein Stapel-Referenzelement 40 oder drei, oder eine größere Anzahl von Stapel-Referenzelementen 40 zum Herstellen der Brennstoffzellen 1 bis 1d verwendet werden. Das Verwenden von irgendeiner Anzahl der Stapel-Referenzelemente 40 erreicht eine Größenreduktion der Brennstoffzellen 1 bis 1d, wie die vorstehend erörterten Ausführungsformen.
F-2. Modifikation 2
In den vorstehend erörterten Ausführungsformen wird bei dem Kompressions-Einstell-Schritt S70 (8) der Einstell-Mechanismus 120 verwendet, um den Grad der Kompression auf der Seite des zweiten Wandelements 12 einzustellen. Alternativ kann bei dem Kompressions-Einstell-Schritt S70 der Grad der Kompression auf der Seite des Endwandelements 16 eingestellt werden. Bei einer modifizierten Anwendung können Durchgangslöcher in dem Endwandelement 16 erzeugt werden und die Schrauben 81 in die Durchgangslöcher in eine bestimmte Tiefe eingeführt werden, um den Grad der Kompression einzustellen. Bei dieser modifizierten Anwendung wird die End-Einheitszelle 26 der beiden End-Einheitszellen 26, welche an der Seite des ersten Wandelements 14 positioniert ist, in Richtung des zweiten Wandelements 12 bewegt, um den Grad der Kompression einzustellen. Bei einer weiteren modifizierten Anwendung können die Schrauben 81 in Durchgangslöcher, sowohl an der Seite des ersten Wandelements 14 als auch des zweiten Wandelements 12, eingeführt werden, um den Grad der Kompression einzustellen. Lediglich die Schrauben 81 können als der Einstell-Mechanismus 120 verwendet werden, um den Grad der Kompression des Zellenverbunds 28 einzustellen.
F-3. Modifikation 3
Bei den vorstehend erörterten Ausführungsformen handelt es sich bei den Brennstoffzellen 1 bis 1d um Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Der Grundsatz der Erfindung kann ebenso auf andere, verschiedene Typen von Brennstoffzellen, umfassend Phosphorsäure-Brennstoffzellen, Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen und Festoxid-Brennstoffzellen, angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen erhalten wird, und ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist, wobei das Gehäuse einen Gehäusekörper mit einem ersten Wandelement, welches über eine erste Öffnung verfügt und derart angeordnet ist, um sich mit der Stapelrichtung zu überschneiden, und einem zweiten Wandelement, welches derart angeordnet ist, um dem ersten Wandelement gegenüberzustehen, und ein Endwandelement, welches an dem ersten Wandelement befestigt ist, um die erste Öffnung zu verschließen, umfasst, wobei das Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle die Schritte aufweist: (a) Vorsehen eines ausdehnbaren Stapel-Referenzelements, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren; (b) Anordnen des Stapel-Referenzelements in einer ausgedehnten Einstellung durch die erste Öffnung, so dass ein Ende des Stapel-Referenzelements innerhalb des Gehäusekörpers positioniert ist und das andere Ende des Stapel-Referenzelements außerhalb des Gehäusekörpers positioniert ist; (c) nach dem Schritt (b), Montieren der Vielzahl von Zellen des Zellenverbunds auf dem Stapel-Referenzelement, von innen nach außen des Gehäusekörpers; (d) Kontrahieren des Stapel-Referenzelements und Komprimieren des montierten Zellenverbunds in der Stapelrichtung, um das Stapel-Referenzelement und den Zellenverbund innerhalb des Gehäusekörpers zu positionieren; und (e) nach dem Schritt (d), Anbringen des Endwandelements an dem ersten Wandelement, um die erste Öffnung zu verschließen und den Zellenverbund unter einer Kraft in der Stapelrichtung zu halten.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei der Gehäusekörper ferner ein drittes Wandelement umfasst, welches derart angeordnet ist, um sich sowohl mit dem ersten Wandelement als auch mit dem zweiten Wandelement zu überschneiden und über eine zweite Öffnung verfügt, und der Schritt (b) das Positionieren des Stapel-Referenzelements auf einer Seite des dritten Wandelements umfasst, Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle, ferner aufweisend den Schritt: (f) nach dem Schritt (d), Entfernen des Stapel-Referenzelements aus dem Gehäuse durch die zweite Öffnung.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner aufweisend den Schritt: (g) nach dem Schritt (e), Anbringen eines Stabelements, welches sich von dem Endwandelement zu dem zweiten Wandelement erstreckt, sowohl an dem Endwandelement als auch an dem zweiten Wandelement.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach Anspruch 3, wobei der Zellenverbund über eine erste Nut verfügt, welche auf einer Montageseite des Zellenverbunds ausgebildet ist, wobei die Montageseite direkt auf dem Stapel-Referenzelement montiert wird, und der Schritt (g) das Positionieren eines Teils des Stabelements innerhalb der ersten Nut umfasst.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Gehäusekörper ferner einen Vorsprung umfasst, welcher ins Innere des Gehäuses übersteht und sich in der Stapelrichtung erstreckt, der Zellenverbund über eine erste Nut verfügt, welche auf einer Montageseite des Zellenverbunds ausgebildet ist, wobei die Montageseite direkt auf dem Stapel-Referenzelement montiert wird, und der Schritt (c) das Montieren der Vielzahl von Zellen auf dem Stapel-Referenzelement umfasst, so dass der Vorsprung innerhalb der ersten Nut positioniert ist.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend den Schritt: (h) nach dem Schritt (e), Bewegen von zumindest einer der End-Zellen, welche an jedem Ende des Zellenverbunds in der Stapelrichtung positioniert sind, um einen Grad der Kompression des Zellenverbunds einzustellen.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei dem Schritt (d) ein Druck auf das Stapel-Referenzelement und den Zellenverbund, in einer Richtung von außerhalb des Gehäusekörpers in Richtung des zweiten Wandelements, mittels des Endwandelements, aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei der Schritt (b) die Schritte umfasst: (b1) Positionieren des Stapel-Referenzelements innerhalb des Gehäusekörpers durch die zweite Öffnung; und (b2) nach dem Schritt (b1), Ausdehnen des Stapel-Referenzelements, um das andere Ende des Stapel-Referenzelements außerhalb des Gehäusekörpers zu positionieren.
Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 2 oder 8, wobei der Schritt (f), nach dem Entfernen des Stapel-Referenzelements, das Abdecken der zweiten Öffnung mit einem flüssigkeitsundurchlässigen aber gasdurchlässigen Film umfasst.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen erhalten wird, und ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist, Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung, aufweisend: ein ausdehnbares Stapel-Referenzelement, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren, wobei der Zellenverbund auf dem Stapel-Referenzelement montiert ist.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, ferner aufweisend: einen Einstellmechanismus, welcher so gestaltet ist, um zumindest eine der End-Zellen, die an jedem Ende des innerhalb des Gehäuses enthaltenen Zellenverbunds positioniert sind, in der Stapelrichtung zu bewegen, um einen Grad der Kompression des Zellenverbunds einzustellen.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Stapel-Referenzelement umfasst: ein erstes Referenzelement, welches innerhalb des Gehäuses positioniert und derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung auszudehnen und zu kontrahieren; und ein zweites Referenzelement, welches derart angeordnet ist, um in der Stapelrichtung, relativ zu dem ersten Referenzelement, beweglich zu sein, und dadurch teilweise außerhalb des Gehäuses positioniert zu sein.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Stapel-Referenzelement in einer kontrahierten Einstellung eine Länge besitzt, welche kürzer als eine Stapellänge ist, die eine innere Länge des Gehäuses in der Stapelrichtung ist, während es in einer ausgedehnten Einstellung eine Länge besitzt, welche länger ist als die Stapellänge.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Stapel-Referenzelement über eine Montagefläche verfügt, welche in einer identischen Ebene angeordnet ist, wobei der Zellenverbund auf der Montagefläche montiert ist.
Brennstoffzelle, aufweisend: einen Zellenverbund, welcher durch das Stapeln einer Vielzahl von Zellen aufeinander erhalten wird; ein Gehäuse, in dem der Zellenverbund in einem komprimierten Zustand in einer Stapelrichtung enthalten ist; und ein ausdehnbares Stapel-Referenzelement, welches derart aufgebaut ist, um sich in der Stapelrichtung des Zellenverbunds auszudehnen und zu kontrahieren, und derart angeordnet ist, um in einer kontrahierten Einstellung innerhalb des Gehäuses positioniert zu sein, wobei das Stapel-Referenzelement in einer ausgedehnten Einstellung über ein Ende verfügt, welches innerhalb des Gehäuses positioniert ist und das andere Ende außerhalb des Gehäuses positioniert ist, und der in dem Gehäuse zu enthaltende Zellenverbund auf dem Stapel-Referenzelement montiert ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 15, wobei das Stapel-Referenzelement in der ausgedehnten Einstellung eine Länge besitzt, welche länger als eine innere Länge des Gehäuses in der Stapelrichtung ist.