JP2000173631A - 陽子交換膜燃料電池のための接着プレ―ト - Google Patents
陽子交換膜燃料電池のための接着プレ―トInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属以外のあらゆるタイプの材料を使用する
ことが可能となるような、クランプ及びブレイズ溶接に
代わり得る、より簡単で低コストの二極式プレートを提
供する。 【解決手段】 陽子交換膜燃料電池のための液体冷却さ
れる二極式プレートは、導電性の接着剤の手段で互いに
接着された耐腐食性で導電性の第１及び第２のシートを
含む。この接着剤は、ポリマー母材全体に亘って分散さ
れた複数の耐腐食性で導電性の粒子を含み且つ約１Ω／
ｃｍ以下の抵抗を有する。
ことが可能となるような、クランプ及びブレイズ溶接に
代わり得る、より簡単で低コストの二極式プレートを提
供する。 【解決手段】 陽子交換膜燃料電池のための液体冷却さ
れる二極式プレートは、導電性の接着剤の手段で互いに
接着された耐腐食性で導電性の第１及び第２のシートを
含む。この接着剤は、ポリマー母材全体に亘って分散さ
れた複数の耐腐食性で導電性の粒子を含み且つ約１Ω／
ｃｍ以下の抵抗を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陽子交換膜燃料電
池のスタックに係り、より詳しくは、そのようなスタッ
ク中で一つの電池を次の電池から分離するための二極式
プレートに関する。アメリカ合衆国政府は、合衆国エネ
ルギー省により授与された契約番号DE-AC02-90CH10435
に従って本発明に関する権利を有する。
池のスタックに係り、より詳しくは、そのようなスタッ
ク中で一つの電池を次の電池から分離するための二極式
プレートに関する。アメリカ合衆国政府は、合衆国エネ
ルギー省により授与された契約番号DE-AC02-90CH10435
に従って本発明に関する権利を有する。
【０００２】
【従来技術】ＰＥＭ（即ち、陽子交換膜）電池群は、当
該技術分野で周知であり、その各々の電池において、各
電池の一方の面に形成されたアノード電極と他方の面に
形成されたカソード電極フィルムとを有する、薄い陽子
伝達性のポリマーの膜電解質を含むいわゆる「膜電極ア
センブリ（ＭＥＡ）」を備えている。そのような膜電解
質は、当該技術分野で周知であり、例えば米国特許５、
２７２、０１７号及び３、１３４、６９７号、並びに、
特にパワーソース誌、２９巻（１９９０年）の３６７頁
〜３８７頁で説明されている。一般に、そのような膜電
解質は、イオン交換樹脂から作られ、典型的には、Ｅ．
Ｉ．デュポン社から入手可能な例えば「ＮＡＦＩＯ
ＮTM」などの過フルオロ化（perflourinate）されたス
ルホン酸ポリマーからなる。他方、アノード及びカソー
ドのフィルムは、典型的には、（１）細かく分割された
炭素粒子、この炭素粒子の内側及び外側表面に支持され
た非常に細かく分割された触媒粒子、及び、触媒粒子及
び炭素粒子と混ざり合った陽子伝達性材料（例えば「Ｎ
ＡＦＩＯＮTM」）、又は、（２）ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）のバインダー（binder）全体に亘っ
て分散された触媒粒子を含む。そのような膜電極アセン
ブリの一つを備えた燃料電池が、１９９３年１２月２１
日に登録され、本発明の代理人に譲渡された米国特許
５，２７２，０１７号で説明されている。
該技術分野で周知であり、その各々の電池において、各
電池の一方の面に形成されたアノード電極と他方の面に
形成されたカソード電極フィルムとを有する、薄い陽子
伝達性のポリマーの膜電解質を含むいわゆる「膜電極ア
センブリ（ＭＥＡ）」を備えている。そのような膜電解
質は、当該技術分野で周知であり、例えば米国特許５、
２７２、０１７号及び３、１３４、６９７号、並びに、
特にパワーソース誌、２９巻（１９９０年）の３６７頁
〜３８７頁で説明されている。一般に、そのような膜電
解質は、イオン交換樹脂から作られ、典型的には、Ｅ．
Ｉ．デュポン社から入手可能な例えば「ＮＡＦＩＯ
ＮTM」などの過フルオロ化（perflourinate）されたス
ルホン酸ポリマーからなる。他方、アノード及びカソー
ドのフィルムは、典型的には、（１）細かく分割された
炭素粒子、この炭素粒子の内側及び外側表面に支持され
た非常に細かく分割された触媒粒子、及び、触媒粒子及
び炭素粒子と混ざり合った陽子伝達性材料（例えば「Ｎ
ＡＦＩＯＮTM」）、又は、（２）ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）のバインダー（binder）全体に亘っ
て分散された触媒粒子を含む。そのような膜電極アセン
ブリの一つを備えた燃料電池が、１９９３年１２月２１
日に登録され、本発明の代理人に譲渡された米国特許
５，２７２，０１７号で説明されている。
【０００３】各電池用の膜電極アセンブリは、アノード
及びカソード用の電流コレクターとして役立つ一対の導
電エレメントの間に挟まれている。このエレメントは、
典型的には、夫々のアノード及びカソードの表面に亘っ
て燃料電池の気体反応物（例えばＨ2及びＯ2／空気）を
分配するため、その面に溝アレイを備えている。燃料電
池のスタックでは、複数の電池が電気的に直列状態で積
み重ねられる一方で、不浸透性の導電二極式プレートに
より１つの電池が次の電池から分離されている。二極式
プレートは、２つの隣接する電池の間で、導電性の分離
エレメントとして役立ち、（１）典型的には、その両外
側面上の溝に分布している反応性ガスを有し、（２）ス
タック中の、一つの電池のアノードと隣接する次の電池
との間で電流を伝達し、（３）その中に内部通路を持
ち、該通路を通って冷却剤が流れてスタックから熱を除
去する。
及びカソード用の電流コレクターとして役立つ一対の導
電エレメントの間に挟まれている。このエレメントは、
典型的には、夫々のアノード及びカソードの表面に亘っ
て燃料電池の気体反応物（例えばＨ2及びＯ2／空気）を
分配するため、その面に溝アレイを備えている。燃料電
池のスタックでは、複数の電池が電気的に直列状態で積
み重ねられる一方で、不浸透性の導電二極式プレートに
より１つの電池が次の電池から分離されている。二極式
プレートは、２つの隣接する電池の間で、導電性の分離
エレメントとして役立ち、（１）典型的には、その両外
側面上の溝に分布している反応性ガスを有し、（２）ス
タック中の、一つの電池のアノードと隣接する次の電池
との間で電流を伝達し、（３）その中に内部通路を持
ち、該通路を通って冷却剤が流れてスタックから熱を除
去する。
【０００４】陽子交換膜燃料電池は非常に腐食作用を受
けやすい環境下にあり、従って、二極式プレート及びそ
れらを組み立てるために使用される材料は、耐腐食性及
び導電性の両方を兼ね備えていなければならない。二極
式プレートは、陽子交換膜燃料電池の環境においては、
軽量、耐腐食性及び導電性を有するグラファイトから製
作されることが多い。二極式プレートは、耐腐食性金属
シート、或いは、耐腐食性の外側層が提供（例えばメッ
キ即ち被覆）された腐食を受け易い金属シートからも作
られる。特に有効な耐腐食性金属は、チタン（Ｔｉ）、
クロム（Ｃｒ）、とりわけステンレス鋼などである。
けやすい環境下にあり、従って、二極式プレート及びそ
れらを組み立てるために使用される材料は、耐腐食性及
び導電性の両方を兼ね備えていなければならない。二極
式プレートは、陽子交換膜燃料電池の環境においては、
軽量、耐腐食性及び導電性を有するグラファイトから製
作されることが多い。二極式プレートは、耐腐食性金属
シート、或いは、耐腐食性の外側層が提供（例えばメッ
キ即ち被覆）された腐食を受け易い金属シートからも作
られる。特に有効な耐腐食性金属は、チタン（Ｔｉ）、
クロム（Ｃｒ）、とりわけステンレス鋼などである。
【０００５】金属製の二極式プレートは、個々のプレー
トを固く一緒にクランプし、ブレイズ溶接することによ
って（即ち、金属プレートを用いて）組み立てられる。
トを固く一緒にクランプし、ブレイズ溶接することによ
って（即ち、金属プレートを用いて）組み立てられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属以外の
あらゆるタイプの二極式プレートの材料を使用すること
が可能となるような、クランプ及びブレイズ溶接に代わ
り得る、より簡単で低コストの代替物を提供することを
目的とする。
あらゆるタイプの二極式プレートの材料を使用すること
が可能となるような、クランプ及びブレイズ溶接に代わ
り得る、より簡単で低コストの代替物を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の耐腐食
性で導電性のシートを導電性の接着剤で一緒に（即ち、
互いに直接に、或いは、中間シートを介して）接着する
ことによって陽子交換膜燃料電池のための二極式プレー
トを作ることを意図する。この接着剤は、ポリマー母材
（polymer matrix）全体に亘って分散された複数の耐腐
食性で導電性の粒子（即ち、約１０〜５０ミクロン）を
含み且つ約１Ω／ｃｍ（オーム−ｃｍ）以下の抵抗を有
する。好ましくは、この導電性粒子は、銀、金、ニッケ
ル、白金、グラファイト、炭素、グラファイトで覆われ
たニッケル及び炭素で覆われたニッケルを含むグループ
から選択され、接着剤のうち体積にして約２０％から約
４０％を占めるのがよい。ポリマー母材は、好ましく
は、エポキシ、ウレタン、アクリル、フェノリックス、
シリコン、ポリビニールアセテート、アセタール及び他
の適切な熱可塑性材料及び熱硬化性材料を含むグループ
から選択されるのがよい。
性で導電性のシートを導電性の接着剤で一緒に（即ち、
互いに直接に、或いは、中間シートを介して）接着する
ことによって陽子交換膜燃料電池のための二極式プレー
トを作ることを意図する。この接着剤は、ポリマー母材
（polymer matrix）全体に亘って分散された複数の耐腐
食性で導電性の粒子（即ち、約１０〜５０ミクロン）を
含み且つ約１Ω／ｃｍ（オーム−ｃｍ）以下の抵抗を有
する。好ましくは、この導電性粒子は、銀、金、ニッケ
ル、白金、グラファイト、炭素、グラファイトで覆われ
たニッケル及び炭素で覆われたニッケルを含むグループ
から選択され、接着剤のうち体積にして約２０％から約
４０％を占めるのがよい。ポリマー母材は、好ましく
は、エポキシ、ウレタン、アクリル、フェノリックス、
シリコン、ポリビニールアセテート、アセタール及び他
の適切な熱可塑性材料及び熱硬化性材料を含むグループ
から選択されるのがよい。
【０００８】より詳しくは、本発明は、（１）陽子交換
膜燃料電池スタックの隣接する第１及び第２の電池を分
離し、（２）前記両電池の間で電流を伝達させ、及び
（３）前記スタックを冷却するための、液体冷却される
二極式プレートに関する。このプレートは、電池群にＨ
2及び空気若しくはＯ2（空気／Ｏ2）を分配するため役
立つこともできる。一つの実施形態では、このプレート
は、（１）水素を第１の電池に分配するための複数の溝
を画成する複数のランドを備える外側アノード対向面
と、（２）該プレートを通って流れる液体冷却剤と接触
するためプレートの内側にある第１の内側熱交換面と、
を有する導電性で耐腐食性の第１のシートを含む。更
に、このプレートは、（１）空気／酸素を第２の電池に
分配するための複数の溝を画成する複数のランドを備え
る外側カソード対向面と、（２）該プレートを通って流
れる液体冷却剤と接触するためプレートの内側にある第
２の内側熱交換面と、を有する導電性で耐腐食性の第２
のシートを含む。第１及び第２のシートの熱交換面は、
（１）液体冷却剤を受け入れるように構成された冷却剤
の流れ通路をその間に画成するように互いに向かい合
い、（２）上述された導電性接着剤を介して複数のジョ
イントで互いに電気的に連結される。第１及び第２のシ
ートは互いに直接接着されるようにしてもよいが、その
代わりに、それらのシートを、冷却剤の流れ通路を仕切
る別個の中間の分離導電性シートに接着するようにして
もよい。この中間分離シートは、冷却剤がより小さい流
れ通路の間を移動することができるように孔を開けられ
てもよい。分離シートは、冷却剤の流れ通路において複
数の冷却剤チャンネルを提供するため波形状に形成され
てもよく、或いは、例えば外側シートを波形状に形成す
ることなどによって各々がその中に複数の冷却剤の流れ
チャンネルを形成された第１及び第２の外側シートに連
結される平らなシートであってもよい。耐腐食性シート
は、好ましくは、耐腐食性を提供されたアルミニウム
（例えば、チタンで被覆されたアルミニウム）、導電性
プラスチック、及び例えばチタン、銀、金、白金、ステ
ンレス鋼、ニッケル、クロム或いはそれらの合金などの
耐腐食性金属を含むのがよい。外側シート（及び使用さ
れる場合には内側分離シート）の互いに接触する全ての
箇所は、冷却剤の通路がその漏洩に対して完全に密封さ
れることを確実にし、且つ、隣接する電池の間の低抵抗
電気伝導を提供するため一緒に接着される。導電性接着
剤は、シートの不規則性から生じるシート間の隙間を満
たすための導電性充填物としても役立つ。
膜燃料電池スタックの隣接する第１及び第２の電池を分
離し、（２）前記両電池の間で電流を伝達させ、及び
（３）前記スタックを冷却するための、液体冷却される
二極式プレートに関する。このプレートは、電池群にＨ
2及び空気若しくはＯ2（空気／Ｏ2）を分配するため役
立つこともできる。一つの実施形態では、このプレート
は、（１）水素を第１の電池に分配するための複数の溝
を画成する複数のランドを備える外側アノード対向面
と、（２）該プレートを通って流れる液体冷却剤と接触
するためプレートの内側にある第１の内側熱交換面と、
を有する導電性で耐腐食性の第１のシートを含む。更
に、このプレートは、（１）空気／酸素を第２の電池に
分配するための複数の溝を画成する複数のランドを備え
る外側カソード対向面と、（２）該プレートを通って流
れる液体冷却剤と接触するためプレートの内側にある第
２の内側熱交換面と、を有する導電性で耐腐食性の第２
のシートを含む。第１及び第２のシートの熱交換面は、
（１）液体冷却剤を受け入れるように構成された冷却剤
の流れ通路をその間に画成するように互いに向かい合
い、（２）上述された導電性接着剤を介して複数のジョ
イントで互いに電気的に連結される。第１及び第２のシ
ートは互いに直接接着されるようにしてもよいが、その
代わりに、それらのシートを、冷却剤の流れ通路を仕切
る別個の中間の分離導電性シートに接着するようにして
もよい。この中間分離シートは、冷却剤がより小さい流
れ通路の間を移動することができるように孔を開けられ
てもよい。分離シートは、冷却剤の流れ通路において複
数の冷却剤チャンネルを提供するため波形状に形成され
てもよく、或いは、例えば外側シートを波形状に形成す
ることなどによって各々がその中に複数の冷却剤の流れ
チャンネルを形成された第１及び第２の外側シートに連
結される平らなシートであってもよい。耐腐食性シート
は、好ましくは、耐腐食性を提供されたアルミニウム
（例えば、チタンで被覆されたアルミニウム）、導電性
プラスチック、及び例えばチタン、銀、金、白金、ステ
ンレス鋼、ニッケル、クロム或いはそれらの合金などの
耐腐食性金属を含むのがよい。外側シート（及び使用さ
れる場合には内側分離シート）の互いに接触する全ての
箇所は、冷却剤の通路がその漏洩に対して完全に密封さ
れることを確実にし、且つ、隣接する電池の間の低抵抗
電気伝導を提供するため一緒に接着される。導電性接着
剤は、シートの不規則性から生じるシート間の隙間を満
たすための導電性充填物としても役立つ。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、図面と関連付けられて
以下に与えられる本発明のいくつかの特定の実施形態に
関する次の詳細な説明の観点から考慮されるとき、より
良く理解されるであろう。
以下に与えられる本発明のいくつかの特定の実施形態に
関する次の詳細な説明の観点から考慮されるとき、より
良く理解されるであろう。
【００１０】図１は、導電性の液体冷却される二極式プ
レート８により互いから分離された一対の膜電極アセン
ブリ（ＭＥＡ）４及び６を有して２つの電池を含む二極
式陽子交換膜燃料電池を表している。この一対の膜電極
アセンブリ４及び６と二極式プレート８とは、ステンレ
ス鋼製クランププレート１０及び１２と端部接触エレメ
ント１４及び１６との間に一緒に積み重ねられている。
端部接触エレメント１４及び１６並びに二極式プレート
８は、燃料及び酸化性ガス（即ち、Ｈ2及びＯ2）を膜電
極アセンブリ４及び６に分配するための複数の溝及び開
口１８、２０、２２及び２４を含む。非導電性ガスケッ
ト２６、２８、３０及び３２が、燃料電池スタックのい
くつかの部品の間でシール部及び電気的な絶縁を提供す
る。ガス不浸透性の炭素若しくはグラファイト（炭素／
グラファイト）の拡散ペーパー３４、３６、３８及び４
０が膜電極アセンブリ４及び６の電極面に対して押圧さ
れている。二極式プレート８が、膜電極アセンブリ４の
アノード面上の炭素／グラファイトの拡散ペーパー３６
を押圧する一方で、端部接触エレメント１４及び１６
は、炭素／グラファイトのペーパー３４及び４０を各々
押圧する。酸素は貯蔵タンク４６から適切な供給配管４
２を介して燃料電池スタックのカソード側に供給され、
その間に、水素は貯蔵タンク４８から適切な供給配管４
４を介して燃料電池スタックのアノード側に供給され
る。その代わりに、空気が周囲の環境からカソード側に
供給されてもよく、また、水素がメタノール又はガソリ
ンの改質器などからアノード側に供給されてもよい。膜
電極アセンブリのＨ2側及びＯ2／空気側の両方のために
排気配管（図示せず）もまた提供されよう。液体冷却剤
を、二極式プレート８と端部プレート１４及び１６とに
供給するために追加の配管５０、５２及び５４が提供さ
れる。プレート８と端部プレート１４及び１６とから冷
却剤を排出するため適当な配管も提供されるが、ここで
は図示していない。
レート８により互いから分離された一対の膜電極アセン
ブリ（ＭＥＡ）４及び６を有して２つの電池を含む二極
式陽子交換膜燃料電池を表している。この一対の膜電極
アセンブリ４及び６と二極式プレート８とは、ステンレ
ス鋼製クランププレート１０及び１２と端部接触エレメ
ント１４及び１６との間に一緒に積み重ねられている。
端部接触エレメント１４及び１６並びに二極式プレート
８は、燃料及び酸化性ガス（即ち、Ｈ2及びＯ2）を膜電
極アセンブリ４及び６に分配するための複数の溝及び開
口１８、２０、２２及び２４を含む。非導電性ガスケッ
ト２６、２８、３０及び３２が、燃料電池スタックのい
くつかの部品の間でシール部及び電気的な絶縁を提供す
る。ガス不浸透性の炭素若しくはグラファイト（炭素／
グラファイト）の拡散ペーパー３４、３６、３８及び４
０が膜電極アセンブリ４及び６の電極面に対して押圧さ
れている。二極式プレート８が、膜電極アセンブリ４の
アノード面上の炭素／グラファイトの拡散ペーパー３６
を押圧する一方で、端部接触エレメント１４及び１６
は、炭素／グラファイトのペーパー３４及び４０を各々
押圧する。酸素は貯蔵タンク４６から適切な供給配管４
２を介して燃料電池スタックのカソード側に供給され、
その間に、水素は貯蔵タンク４８から適切な供給配管４
４を介して燃料電池スタックのアノード側に供給され
る。その代わりに、空気が周囲の環境からカソード側に
供給されてもよく、また、水素がメタノール又はガソリ
ンの改質器などからアノード側に供給されてもよい。膜
電極アセンブリのＨ2側及びＯ2／空気側の両方のために
排気配管（図示せず）もまた提供されよう。液体冷却剤
を、二極式プレート８と端部プレート１４及び１６とに
供給するために追加の配管５０、５２及び５４が提供さ
れる。プレート８と端部プレート１４及び１６とから冷
却剤を排出するため適当な配管も提供されるが、ここで
は図示していない。
【００１１】図２は、第１の外側金属シート５８と、第
２の外側金属シート６０と、第１の金属シート５８及び
第２の金属シート６０の中間に介在する内側スペーサー
金属シート６２とを含む二極式プレート５６の等角分解
図である。外側金属シート５８及び６０は、可能な限り
薄く作られ（例えば、約０．００２−０．０２インチ
厚）、プレス加工（stamping）、フォトエッチング（即
ち、フォトリソグラフィックマスク）或いはシート状金
属を形成するための他の任意の従来プロセスによって形
成され得る。外側金属シート５８及び６０は、複数の溝
６６をそれらの間に画成する複数のランド６４を提供す
るように形成され、これらの溝を通って、燃料電池の反
応ガス（即ち、Ｈ2又はＯ2）が二極式プレートの一方の
側部６８からその他方の側部７０へと曲りくねって流れ
る。燃料電池が完全に組み立てられたとき、ランド６４
は、炭素／グラファイトのペーパー３６又は３８（図１
を見よ）を押圧し、該ペーパーは膜電極アセンブリ４及
び６を各々押圧する。単純に描くために、図２は、たっ
た２列だけのランド及び溝を表している。実際には、ラ
ンド及び溝は、炭素／グラファイトのペーパー３６及び
３８と係合する金属シート５８及び６０の全外側表面を
覆っている。反応ガスは、燃料電池の一方の側部６８に
沿って置かれたヘッダー即ちマニホルド溝７２から溝６
６に供給され、燃料電池の他方の側部７０に隣接して置
かれた別のヘッダー／マニホルド溝７４を介して溝６６
から出ていく。図５で最も良く示されているように、シ
ート５８の下面は、複数のチャンネル７８をそれらの間
に画成する複数の隆起部７６を備えており、燃料電池の
作動中に冷却剤がこれらのチャンネルを通って流れる。
図５に示すように、冷却剤のチャンネル７８は各々のラ
ンド６４の下にあり、その一方で反応ガスの溝６６が各
々の隆起部７６の下にある。
２の外側金属シート６０と、第１の金属シート５８及び
第２の金属シート６０の中間に介在する内側スペーサー
金属シート６２とを含む二極式プレート５６の等角分解
図である。外側金属シート５８及び６０は、可能な限り
薄く作られ（例えば、約０．００２−０．０２インチ
厚）、プレス加工（stamping）、フォトエッチング（即
ち、フォトリソグラフィックマスク）或いはシート状金
属を形成するための他の任意の従来プロセスによって形
成され得る。外側金属シート５８及び６０は、複数の溝
６６をそれらの間に画成する複数のランド６４を提供す
るように形成され、これらの溝を通って、燃料電池の反
応ガス（即ち、Ｈ2又はＯ2）が二極式プレートの一方の
側部６８からその他方の側部７０へと曲りくねって流れ
る。燃料電池が完全に組み立てられたとき、ランド６４
は、炭素／グラファイトのペーパー３６又は３８（図１
を見よ）を押圧し、該ペーパーは膜電極アセンブリ４及
び６を各々押圧する。単純に描くために、図２は、たっ
た２列だけのランド及び溝を表している。実際には、ラ
ンド及び溝は、炭素／グラファイトのペーパー３６及び
３８と係合する金属シート５８及び６０の全外側表面を
覆っている。反応ガスは、燃料電池の一方の側部６８に
沿って置かれたヘッダー即ちマニホルド溝７２から溝６
６に供給され、燃料電池の他方の側部７０に隣接して置
かれた別のヘッダー／マニホルド溝７４を介して溝６６
から出ていく。図５で最も良く示されているように、シ
ート５８の下面は、複数のチャンネル７８をそれらの間
に画成する複数の隆起部７６を備えており、燃料電池の
作動中に冷却剤がこれらのチャンネルを通って流れる。
図５に示すように、冷却剤のチャンネル７８は各々のラ
ンド６４の下にあり、その一方で反応ガスの溝６６が各
々の隆起部７６の下にある。
【００１２】金属シート６０はシート５８と類似してい
る。シート６０の内側面（即ち、冷却剤側）が図２に示
されている。この点に関して、複数のチャンネル８２を
それらの間に画成する複数の隆起部８０が描かれ、それ
らのチャンネルを通って、冷却剤が二極式プレートの一
方の側部６９から他方の側部７１に流れる。シート５８
と同様、図５に最も良く示されるように、シート６０の
外側面は、複数の溝８６を画成する複数のランド８４を
その上に有する。内側金属スペーサーシート６２が外側
シート５８及び６０の中間に配置されており、該シート
６２中には、シート６０のチャンネル８２とシート５８
のチャンネル７８との間を冷却剤が流れることを可能に
するため複数の開口８８が備えられ、これによって薄層
状境界層を壊して乱流を惹起する。それによって各々外
側シート５８及び６０の内側面９０ａ及び９２ａとより
効率的な熱交換を可能にしている。
る。シート６０の内側面（即ち、冷却剤側）が図２に示
されている。この点に関して、複数のチャンネル８２を
それらの間に画成する複数の隆起部８０が描かれ、それ
らのチャンネルを通って、冷却剤が二極式プレートの一
方の側部６９から他方の側部７１に流れる。シート５８
と同様、図５に最も良く示されるように、シート６０の
外側面は、複数の溝８６を画成する複数のランド８４を
その上に有する。内側金属スペーサーシート６２が外側
シート５８及び６０の中間に配置されており、該シート
６２中には、シート６０のチャンネル８２とシート５８
のチャンネル７８との間を冷却剤が流れることを可能に
するため複数の開口８８が備えられ、これによって薄層
状境界層を壊して乱流を惹起する。それによって各々外
側シート５８及び６０の内側面９０ａ及び９２ａとより
効率的な熱交換を可能にしている。
【００１３】図６は図５の一部分の拡大図であり、第１
のシート５８上の隆起部７６、耐腐食性で導電性の接着
剤８５によってスペーサーシート６２に接着された第２
のシート６０上の隆起部８０とを示している。この詳細
については、後述する。図２乃至図６に示された実施形
態では、外側シート５８及び６０並びにスペーサーシー
ト６２が、耐腐食性の金属（例えばチタン）から全てで
きているが、他の導電性で耐腐食性の材料（例えば、炭
素又はグラファイト）を使用することもできる。
のシート５８上の隆起部７６、耐腐食性で導電性の接着
剤８５によってスペーサーシート６２に接着された第２
のシート６０上の隆起部８０とを示している。この詳細
については、後述する。図２乃至図６に示された実施形
態では、外側シート５８及び６０並びにスペーサーシー
ト６２が、耐腐食性の金属（例えばチタン）から全てで
きているが、他の導電性で耐腐食性の材料（例えば、炭
素又はグラファイト）を使用することもできる。
【００１４】図７は、本発明の代替の実施形態を表して
いる。より詳しくは、図７は、複数の導電性ジョイント
９０を介して第２の金属シート８７に直接的に（即ち、
中間のスペーサーシート無しに）接着される第１の金属
シート８９を表している。シート８９及び８７は、それ
自体で、その上に外側層（例えば、被覆即ちメッキ）９
４及び９６を各々有する基体金属９１及び９２を含む複
合物である。外側のメッキ／被覆層９４及び９６が導電
性の耐腐食性材料（例えば、チタン、ステンレス鋼、ク
ロム、窒化チタン、炭素など）を含むことになる一方
で、基体金属９１、９２は、例えばアルミニウムなどの
腐食を受け易い金属であってもよい。この実施形態で
は、被覆／メッキ処理を施された金属シート８９及び８
７は、ランド９８及び１００を提供するように型押しす
ることによって波形状に形成され、これらのランドは膜
電極アセンブリの面を横切って反応ガスを分配するため
の複数の溝１０２及び１０４を画成する。波形状の形成
は複数の隆起部１０３及び１０５も提供し、引き続き冷
却剤が通って流れるところの複数のチャンネル１０６及
び１０８を画成する。
いる。より詳しくは、図７は、複数の導電性ジョイント
９０を介して第２の金属シート８７に直接的に（即ち、
中間のスペーサーシート無しに）接着される第１の金属
シート８９を表している。シート８９及び８７は、それ
自体で、その上に外側層（例えば、被覆即ちメッキ）９
４及び９６を各々有する基体金属９１及び９２を含む複
合物である。外側のメッキ／被覆層９４及び９６が導電
性の耐腐食性材料（例えば、チタン、ステンレス鋼、ク
ロム、窒化チタン、炭素など）を含むことになる一方
で、基体金属９１、９２は、例えばアルミニウムなどの
腐食を受け易い金属であってもよい。この実施形態で
は、被覆／メッキ処理を施された金属シート８９及び８
７は、ランド９８及び１００を提供するように型押しす
ることによって波形状に形成され、これらのランドは膜
電極アセンブリの面を横切って反応ガスを分配するため
の複数の溝１０２及び１０４を画成する。波形状の形成
は複数の隆起部１０３及び１０５も提供し、引き続き冷
却剤が通って流れるところの複数のチャンネル１０６及
び１０８を画成する。
【００１５】図８は本発明の更に別の実施形態である。
図８は、複数の溝１１４をその上で画成する複数のラン
ド１１２をその上に有する第１の耐腐食性外側金属シー
ト１１０を表しており、これらの溝を通って、反応ガス
がそれらと連係した膜電極アセンブリの面を横切って分
配される。同様に、第２の耐腐食性金属シート１１６
は、反応ガスをそれらと連係した膜電極アセンブリを横
切って分配するための複数の溝１２０を画成する複数の
ランド１１８を有する。第１及び第２のシート１１０及
び１１６は、波形状に形成され且つ孔を開けられた金属
分離シート１２２により互いに分離され、この金属分離
シート１２２は、いくつかの導電性ジョイント１２４の
ところで第１及び第２のシート１１０及び１１６に接着
される。
図８は、複数の溝１１４をその上で画成する複数のラン
ド１１２をその上に有する第１の耐腐食性外側金属シー
ト１１０を表しており、これらの溝を通って、反応ガス
がそれらと連係した膜電極アセンブリの面を横切って分
配される。同様に、第２の耐腐食性金属シート１１６
は、反応ガスをそれらと連係した膜電極アセンブリを横
切って分配するための複数の溝１２０を画成する複数の
ランド１１８を有する。第１及び第２のシート１１０及
び１１６は、波形状に形成され且つ孔を開けられた金属
分離シート１２２により互いに分離され、この金属分離
シート１２２は、いくつかの導電性ジョイント１２４の
ところで第１及び第２のシート１１０及び１１６に接着
される。
【００１６】本発明によれば、いくつかのシートは、耐
腐食性で導電性の接着剤を介して、酸化を免れる複数の
箇所で一緒に接着される。導電性接着剤それ自体は、当
該技術分野で知られており、市販されている。本発明の
部分として、シートと接着剤との間で低抵抗電気的接続
部が実現可能であるように作り上げるため、接着するべ
きところの箇所で全ての酸化物が金属シートの表面から
除去される。非金属シート（例えば、グラファイト）
は、酸化物の除去を必要としない。接着剤は、シートそ
れ自体と同様に、その中の粒子が溶解せず、金属イオン
を冷却剤に与えないという意味において、シート５８及
び６０の間を流れる冷却剤の中に実質的に溶解しない。
そうでなければ実質的に誘電体（即ち、約２００，００
０Ω／ｃｍより大きい抵抗）である冷却剤を導電体にさ
せてしまうであろう。冷却剤が導電体となった場合、迷
い出た電流は、冷却剤を介してスタックを通して流れ、
電気的に短絡させ、直流電流による腐食及び冷却剤の電
気分解が発生し得る。充填金属粒子は、冷却剤中のそれ
らの溶解度が、時間の経過と共に、冷却剤の抵抗を約２
００，０００Ω／ｃｍ以下に低下させない場合には、実
質的に不溶性であるとみなされる。従って、水が冷却剤
として使用されるとき、例えば銅、アルミニウム、ス
ズ、亜鉛及び鉛などの金属は避けられるべきであり、或
いは、接着樹脂の中で完全にカプセルに包んでおくべき
である。
腐食性で導電性の接着剤を介して、酸化を免れる複数の
箇所で一緒に接着される。導電性接着剤それ自体は、当
該技術分野で知られており、市販されている。本発明の
部分として、シートと接着剤との間で低抵抗電気的接続
部が実現可能であるように作り上げるため、接着するべ
きところの箇所で全ての酸化物が金属シートの表面から
除去される。非金属シート（例えば、グラファイト）
は、酸化物の除去を必要としない。接着剤は、シートそ
れ自体と同様に、その中の粒子が溶解せず、金属イオン
を冷却剤に与えないという意味において、シート５８及
び６０の間を流れる冷却剤の中に実質的に溶解しない。
そうでなければ実質的に誘電体（即ち、約２００，００
０Ω／ｃｍより大きい抵抗）である冷却剤を導電体にさ
せてしまうであろう。冷却剤が導電体となった場合、迷
い出た電流は、冷却剤を介してスタックを通して流れ、
電気的に短絡させ、直流電流による腐食及び冷却剤の電
気分解が発生し得る。充填金属粒子は、冷却剤中のそれ
らの溶解度が、時間の経過と共に、冷却剤の抵抗を約２
００，０００Ω／ｃｍ以下に低下させない場合には、実
質的に不溶性であるとみなされる。従って、水が冷却剤
として使用されるとき、例えば銅、アルミニウム、ス
ズ、亜鉛及び鉛などの金属は避けられるべきであり、或
いは、接着樹脂の中で完全にカプセルに包んでおくべき
である。
【００１７】本発明に係る接着工程を達成するために、
金属シートが（例えば研磨及び又は化学的エッチングに
よって）清浄され、接着剤を付けるべき箇所から全ての
表面酸化物と他の汚染物質が除去される。図２及び図４
に示された実施形態では、導電性接着剤１２６がスペー
サーシート６２の両面に付けられる。シーラントのビー
ド１２８、１３０及び１３２がシート５８及び６０の周
囲回りと、スタックのためのＨ2マニホルド及び空気マ
ニホルドを形成する開口１３４、１３６及び１８３の回
りとに取り付けられる。シーラント１２８、１３０及び
１３２は導電体であっても、必ずしもそうでなくともよ
く、冷却剤が反応物の中に漏れ出ないようにさせ（その
逆もまた同様）或いはスタックの外部に漏れ出ないよう
にさせるのに役立つ。適切な非導電性のシーラントは、
湿気が除去されたシリコン（例えば、ＬＯＣＴＩＴＥTM
５９００）又は触媒化された二液型（two-part）ウレタ
ン（例えば、ＵＲＡＬＡＮＥTM５７７３）を備えてお
り、これらは高い伸長度及び低膨張係数を持ち脱イオン
化水、水素及び１５０℃までの軽度の酸性に非常な耐性
を有する。シーラントは、約０．０５ｍｍから約０．２
５ｍｍまでの範囲にある隙間を満たすため十分な厚さ
（例えば約１−２ｍｍ）のビードとして取り付けられ
る。導電性の接着剤１２６は、かすられたり、軽く塗ら
れたり、噴霧されたり、或いはシートの上にローラーで
延ばされたりするが、接着工程が行われる箇所に限定さ
れる。好ましくは、先ず、接着工程が行われるところの
箇所に開口を備えたマスクがシートにかぶせられる。次
に、接着剤がマスクの開口を通して付けられる。導電性
の接着剤は、約０．００１から約０．００２インチの厚
さに付けられる。これらのシートは、該シートに亘って
均一な圧力を印加する適切な固定装置で一緒に挟まれ、
次にポリマー母材の材料を硬化させるため高熱且つ圧力
をかけられた状態で加熱される。正確な硬化の温度及び
時間は、ポリマー母材の材料の化学組成に応じて変動す
る。導電性接着剤は、全ての熱交換面を覆うためにも使
用してもよく、これらの熱交換面のための腐食に対する
保護を提供する。
金属シートが（例えば研磨及び又は化学的エッチングに
よって）清浄され、接着剤を付けるべき箇所から全ての
表面酸化物と他の汚染物質が除去される。図２及び図４
に示された実施形態では、導電性接着剤１２６がスペー
サーシート６２の両面に付けられる。シーラントのビー
ド１２８、１３０及び１３２がシート５８及び６０の周
囲回りと、スタックのためのＨ2マニホルド及び空気マ
ニホルドを形成する開口１３４、１３６及び１８３の回
りとに取り付けられる。シーラント１２８、１３０及び
１３２は導電体であっても、必ずしもそうでなくともよ
く、冷却剤が反応物の中に漏れ出ないようにさせ（その
逆もまた同様）或いはスタックの外部に漏れ出ないよう
にさせるのに役立つ。適切な非導電性のシーラントは、
湿気が除去されたシリコン（例えば、ＬＯＣＴＩＴＥTM
５９００）又は触媒化された二液型（two-part）ウレタ
ン（例えば、ＵＲＡＬＡＮＥTM５７７３）を備えてお
り、これらは高い伸長度及び低膨張係数を持ち脱イオン
化水、水素及び１５０℃までの軽度の酸性に非常な耐性
を有する。シーラントは、約０．０５ｍｍから約０．２
５ｍｍまでの範囲にある隙間を満たすため十分な厚さ
（例えば約１−２ｍｍ）のビードとして取り付けられ
る。導電性の接着剤１２６は、かすられたり、軽く塗ら
れたり、噴霧されたり、或いはシートの上にローラーで
延ばされたりするが、接着工程が行われる箇所に限定さ
れる。好ましくは、先ず、接着工程が行われるところの
箇所に開口を備えたマスクがシートにかぶせられる。次
に、接着剤がマスクの開口を通して付けられる。導電性
の接着剤は、約０．００１から約０．００２インチの厚
さに付けられる。これらのシートは、該シートに亘って
均一な圧力を印加する適切な固定装置で一緒に挟まれ、
次にポリマー母材の材料を硬化させるため高熱且つ圧力
をかけられた状態で加熱される。正確な硬化の温度及び
時間は、ポリマー母材の材料の化学組成に応じて変動す
る。導電性接着剤は、全ての熱交換面を覆うためにも使
用してもよく、これらの熱交換面のための腐食に対する
保護を提供する。
【００１８】本発明の好ましい実施形態によれば、外側
シート及び分離シートは、グレード２のチタンと、
（１）粒子サイズが約１０ミクロン乃至約５０ミクロン
の間を変動する体積にして約２０％乃至約４０％ほどの
導電性充填粒子、及び（２）熱硬化性の一液型（one-pa
rt）エポキシを含むポリマー母材を有する導電性接着剤
と、を含む。その代わりに、触媒化されたエポキシがマ
トリックスとして使用することができる。特に適した材
料は、エポキシポリマー母材中に体積にして約２５％の
グラファイト充填粒子を含み、ポリマーを充填されたよ
り高価な貴金属を超えるのが好ましい。代替となる接着
剤は、エポキシポリマー母材中に体積にして約３０％の
銀粒子を含み、ハッチェンサック、Ｎ．Ｊのマスターボ
ンド社により販売されている「マスター・ボンド・ポリ
マー・システム・シュープレス１０ＨＴＳ」という商品
名で入手することができる。一般には、接着剤は、水素
及び軽度の酸性（ペーハー３〜４でのＨＦ）に対して非
常な耐性を有し、且つ、例えば脱イオン水、エチレング
リコール及びメタノールなどの１００℃における溶媒に
対し不活性（即ち、イオンを解離しない）である。
シート及び分離シートは、グレード２のチタンと、
（１）粒子サイズが約１０ミクロン乃至約５０ミクロン
の間を変動する体積にして約２０％乃至約４０％ほどの
導電性充填粒子、及び（２）熱硬化性の一液型（one-pa
rt）エポキシを含むポリマー母材を有する導電性接着剤
と、を含む。その代わりに、触媒化されたエポキシがマ
トリックスとして使用することができる。特に適した材
料は、エポキシポリマー母材中に体積にして約２５％の
グラファイト充填粒子を含み、ポリマーを充填されたよ
り高価な貴金属を超えるのが好ましい。代替となる接着
剤は、エポキシポリマー母材中に体積にして約３０％の
銀粒子を含み、ハッチェンサック、Ｎ．Ｊのマスターボ
ンド社により販売されている「マスター・ボンド・ポリ
マー・システム・シュープレス１０ＨＴＳ」という商品
名で入手することができる。一般には、接着剤は、水素
及び軽度の酸性（ペーハー３〜４でのＨＦ）に対して非
常な耐性を有し、且つ、例えば脱イオン水、エチレング
リコール及びメタノールなどの１００℃における溶媒に
対し不活性（即ち、イオンを解離しない）である。
【００１９】接着工程の前に、チタンシートは、（１）
メチル−エチル−ケトンで脱脂し、（２）２乃至５分間
の間、（ａ）４０％の硝酸、（ｂ）２％〜５％のフッ化
水素酸、（ｃ）４グラム／ガロンのアンモニウム・ビフ
ロウリド（biflouride）及び水を含む溶液中に浸漬する
ことによって化学的に洗浄される。その代わりに、シー
トは、１００乃至２２０粒度（grit）の研磨材で表面を
研磨し、続いてアセトンで洗浄し且つ脱脂することによ
って物理的に洗浄されるようにしてもよい。一液型エポ
キシシステムに対して、アセンブリは、約１５０℃の温
度で約６０分間、高温加圧される。触媒化されたエポキ
シシステムに対しては、アセンブリは約２５℃の温度で
約３０分間、加圧される。
メチル−エチル−ケトンで脱脂し、（２）２乃至５分間
の間、（ａ）４０％の硝酸、（ｂ）２％〜５％のフッ化
水素酸、（ｃ）４グラム／ガロンのアンモニウム・ビフ
ロウリド（biflouride）及び水を含む溶液中に浸漬する
ことによって化学的に洗浄される。その代わりに、シー
トは、１００乃至２２０粒度（grit）の研磨材で表面を
研磨し、続いてアセトンで洗浄し且つ脱脂することによ
って物理的に洗浄されるようにしてもよい。一液型エポ
キシシステムに対して、アセンブリは、約１５０℃の温
度で約６０分間、高温加圧される。触媒化されたエポキ
シシステムに対しては、アセンブリは約２５℃の温度で
約３０分間、加圧される。
【００２０】電気抵抗の測定は、接着されたチタンプロ
トタイプの多数の二極式プレートの上で実行される。こ
れらのプレートは、酸化物を除去するため１００粒度の
研磨材を用いて研磨され、続いてアセトンによる洗浄及
び脱脂が行われる。次に、プレートは、（１）マスター
ボンド１０ＨＴＳ銀エポキシ導電性接着剤と、（２）プ
ロトタイプのグラファイト−エポキシ導電性接着剤と、
を用いて組み立てられる。類似したプレートの組は、グ
ラファイト−エポキシで組み立てられるが、１００粒度
の研磨剤を用いての研磨工程が存在しない。次に、二極
式プレートは、膜電極アセンブリを除くその全ての本質
的な部品が完備するようにシミュレートされた燃料電池
に組み立てられる。通常の作働条件をシミュレートし、
且つ、水に曝されることによる接着剤の性能低下の評価
を可能にするため、８０℃の水が二極式プレート内の冷
却剤チャンネルを通って１２０時間に亘って循環させら
れた。５０アンペア乃至５００アンペアの範囲に亘る電
流がアセンブリを通って流され、二極式プレートの接着
ライン（即ち、接着剤が付けられたところ）に亘る電圧
降下が、熱水循環の前及び後の両方に関して測定され
た。これらのテストの結果が表１に示されている。
トタイプの多数の二極式プレートの上で実行される。こ
れらのプレートは、酸化物を除去するため１００粒度の
研磨材を用いて研磨され、続いてアセトンによる洗浄及
び脱脂が行われる。次に、プレートは、（１）マスター
ボンド１０ＨＴＳ銀エポキシ導電性接着剤と、（２）プ
ロトタイプのグラファイト−エポキシ導電性接着剤と、
を用いて組み立てられる。類似したプレートの組は、グ
ラファイト−エポキシで組み立てられるが、１００粒度
の研磨剤を用いての研磨工程が存在しない。次に、二極
式プレートは、膜電極アセンブリを除くその全ての本質
的な部品が完備するようにシミュレートされた燃料電池
に組み立てられる。通常の作働条件をシミュレートし、
且つ、水に曝されることによる接着剤の性能低下の評価
を可能にするため、８０℃の水が二極式プレート内の冷
却剤チャンネルを通って１２０時間に亘って循環させら
れた。５０アンペア乃至５００アンペアの範囲に亘る電
流がアセンブリを通って流され、二極式プレートの接着
ライン（即ち、接着剤が付けられたところ）に亘る電圧
降下が、熱水循環の前及び後の両方に関して測定され
た。これらのテストの結果が表１に示されている。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１のデータは、表面上の酸化層を除去す
ることなく組み立てられたプレートが、最初の段階及び
加熱水に曝された後の両方において、受け入れることが
できないほどの抵抗を持つことを示している。
ることなく組み立てられたプレートが、最初の段階及び
加熱水に曝された後の両方において、受け入れることが
できないほどの抵抗を持つことを示している。
【００２３】銀エポキシ接着剤及びグラファイトエポキ
シ接着剤の両方に関する初期条件（即ち、酸化物除去の
条件）は、抵抗が受け入れ可能なレベル（即ち約１Ω／
ｃｍ以下）以内に良好に収まっていることを示した。同
様に、銀エポキシおよびグラファイトエポキシの抵抗
は、熱水に曝されたときに上昇するが、それらの抵抗
は、なおまだこの応用に関しては受け入れ可能なレベル
以内に良好に収まっている。
シ接着剤の両方に関する初期条件（即ち、酸化物除去の
条件）は、抵抗が受け入れ可能なレベル（即ち約１Ω／
ｃｍ以下）以内に良好に収まっていることを示した。同
様に、銀エポキシおよびグラファイトエポキシの抵抗
は、熱水に曝されたときに上昇するが、それらの抵抗
は、なおまだこの応用に関しては受け入れ可能なレベル
以内に良好に収まっている。
【００２４】本発明は、そのいくつかの特定の実施形態
に関して説明されたが、本発明は、それらの例に限定さ
れるものではなく、請求の範囲で説明された範囲によっ
てのみ限定される。
に関して説明されたが、本発明は、それらの例に限定さ
れるものではなく、請求の範囲で説明された範囲によっ
てのみ限定される。
【図１】液体で冷却される陽子交換膜燃料電池スタック
の概略の等角分解図である。
の概略の等角分解図である。
【図２】図１に示されたものと同様の陽子交換膜燃料電
池スタックで役立つ二極式プレートの等角分解図であ
る。
池スタックで役立つ二極式プレートの等角分解図であ
る。
【図３】図２における方向２Ｂ−２Ｂに沿って取られた
断面図である。
断面図である。
【図４】図２における２Ｃの拡大された破断図である。
【図５】図２における方向３−３に沿って取られた断面
図である。
図である。
【図６】図５の二極式プレートの拡大図である。
【図７】図６と類似した図であるが、本発明の異なる実
施形態に係る図である。
施形態に係る図である。
【図８】図５と類似した図であるが、本発明の更に異な
る実施形態に係る図である。
る実施形態に係る図である。
４ 膜電極アセンブリ ６ 膜電極アセンブリ ８ 二極式プレート １０ クランププレート １２ クランププレート １４ 端部接触エレメント １６ 端部接触エレメント １８，２０、２２、２４ 開口 ２６，２８，３０、３２ 非導電性ガスケット ３４，３６、３８、４０ 炭素／グラファイトの拡
散ペーパー ５６ 二極式プレート ５８ 第１の外側金属シート ６０ 第２の外側金属シート ６２ 内側スペーサー金属シート ６４ ランド ６６ 溝 ６８ 燃料電池の一方の側部 ７０ 燃料電池の他方の側部 ７２ マニホルド溝 ７４ マニホルド溝 ７６ 隆起部 ７８ チャンネル ８０ 隆起部 ８２ チャンネル ８４ ランド ８６ 溝 ８７ 第２の金属シート（直接的な接着の場合） ８８ 開口 ８９ 第１の金属シート（直接的な接着の場合） ９０ 導電性ジョイント ９１、９２ 第１及び第２の金属シートの基体金属 ９４、９６ 外側メッキ ９８，１００ ランド １０２、１０４ 溝 １０３、１０５ 隆起部 １０６、１０８ チャンネル １１０ 第１の耐腐食性外側金属シート １１２ ランド １１４ 溝 １１６ 第２の耐腐食性外側金属シート １１８ ランド １２０ 溝 １２２ 金属分離シート １２４ 導電性ジョイント １２６ 導電性接着剤 １２８、１３０、１３２ シーラントのビード １３４、１３６ 開口
散ペーパー ５６ 二極式プレート ５８ 第１の外側金属シート ６０ 第２の外側金属シート ６２ 内側スペーサー金属シート ６４ ランド ６６ 溝 ６８ 燃料電池の一方の側部 ７０ 燃料電池の他方の側部 ７２ マニホルド溝 ７４ マニホルド溝 ７６ 隆起部 ７８ チャンネル ８０ 隆起部 ８２ チャンネル ８４ ランド ８６ 溝 ８７ 第２の金属シート（直接的な接着の場合） ８８ 開口 ８９ 第１の金属シート（直接的な接着の場合） ９０ 導電性ジョイント ９１、９２ 第１及び第２の金属シートの基体金属 ９４、９６ 外側メッキ ９８，１００ ランド １０２、１０４ 溝 １０３、１０５ 隆起部 １０６、１０８ チャンネル １１０ 第１の耐腐食性外側金属シート １１２ ランド １１４ 溝 １１６ 第２の耐腐食性外側金属シート １１８ ランド １２０ 溝 １２２ 金属分離シート １２４ 導電性ジョイント １２６ 導電性接着剤 １２８、１３０、１３２ シーラントのビード １３４、１３６ 開口
Claims (11)
- 【請求項１】 陽子交換膜燃料電池の隣接する第１及び
第２の電池を分離し且つ前記両電池の間で電流を伝達さ
せるための、液体冷却される二極式プレートであって、
前記プレートは、（１） アノードと向かい合った面及
び第１の熱交換面を有する第１の耐腐食性シートと、
（２） カソードと向かい合った面及び第２の熱交換面
を有する第２の耐腐食性シートと、を有し、（３） 前
記第１及び第２の熱交換面は、（ａ）液体冷却剤を受け
入れるように構成された冷却剤の流れ通路をその間に画
成するように互いに向かい合い、及び（ｂ）ポリマー母
材全体に亘って分散された複数の耐腐食性で導電性の粒
子を含み且つ約１Ω／ｃｍ以下の抵抗を有する導電性接
着剤を介して複数の箇所で互いに電気的に連結されてい
る、前記二極式プレート。 - 【請求項２】 前記第１及び第２のシートは、前記接着
剤によって互いに直接結合されている、請求項１に記載
のプレート。 - 【請求項３】 前記第１及び第２のシートは、前記接着
剤により前記第１及び第２のシートに結合された分離シ
ートによって互いから分離されている、請求項１に記載
のプレート。 - 【請求項４】 前記分離シートは、前記冷却剤の流れ通
路を複数のチャンネルに仕切っている、請求項３に記載
のプレート。 - 【請求項５】 前記分離シートは、前記冷却剤が前記分
離シートの対向する両側部の流れ通路の間を前方及び後
方に移動することを可能とするように孔を開けられてい
る、請求項４に記載のプレート。 - 【請求項６】 前記粒子は、銀、金、ニッケル、白金、
グラファイト、炭素、グラファイトで覆われたニッケル
及び炭素で覆われたニッケルを含むグループから選択さ
れている、請求項１に記載の二極式プレート。 - 【請求項７】 前記ポリマー母材は、エポキシ、アクリ
ル、フェノリックス、シリコン、ポリビニールアセテー
ト及びアセタールを含むグループから選択されている、
請求項１に記載の二極式プレート。 - 【請求項８】 陽子交換膜燃料電池の隣接する第１及び
第２の電池を分離し且つ前記両電池の間で電流を伝達さ
せるための、液体冷却される二極式プレートであって、
前記プレートは、（１） 前記第１の電池に水素を分配
するための複数の第１の溝を画成する複数の第１のラン
ドを備えた水素対向面、及び、第１の熱交換面に亘って
液体冷却剤を流すための複数の第１のチャンネルを画成
する複数の第１の隆起部を備えた前記第１の熱交換面を
有する、第１の耐腐食性シートと、（２） 前記第２の
電池に酸素を分配するための複数の第２の溝を画成する
複数の第２のランドを備えた酸素対向面、及び、第２の
熱交換面に亘って液体冷却剤を流すための複数の第２の
チャンネルを画成する複数の第２の隆起部を備えた前記
第２の熱交換面を有する、第２の耐腐食性シートと、を
有し、（３） 前記第１及び第２の熱交換面は、互いに
向かい合うと共に、ポリマー母材全体に亘って分散され
た複数の導電性の粒子を含み且つ約１Ω／ｃｍ以下の抵
抗を有する導電性接着剤を介して前記隆起部の複数の箇
所で互いに電気的に連結されている、前記二極式プレー
ト。 - 【請求項９】 前記第１及び第２のシートの前記隆起部
は、前記接着剤によって互いに直接結合されている、請
求項８に記載のプレート。 - 【請求項１０】 前記第１及び第２のシートは、前記接
着剤により前記第１及び第２のシートに結合された分離
シートによって互いから分離されている、請求項８に記
載のプレート。 - 【請求項１１】 前記第１及び第２のシートは、金属、
炭素、グラファイト及びポリマー結合された炭素若しく
はグラファイトを含むグループから選択された材料を含
む、請求項８に記載のプレート。
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