JP2006128109A - 燃料電池スタックの冷却板モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】相接する表面が互いに電気的に接触しており、かつ冷却材分配構造が緊密に囲んでいるアノード側およびカソード側の極板からなる冷却板モジュールの極板の接合を、導電性に関する要件を満たす必要のない接着剤で実現した冷却板モジュールを提供する。
【解決手段】アノード側とカソード側の極板（７ａ、７ｂ）から成り、それらの相接する表面を、パッキング（２１）により囲み、かつ冷却材により貫流される溝（１９）より成る冷却材分配構造で緊密に囲み、かくしてこの構造の範囲内で直接互いに電気的に接触する極板間を接着剤により接合するが、その際カソード側極板とアノード側極板のパッキングで囲まれた冷却材分配構造の外側の冷却面にのみ接着剤を塗布し、冷却材モジュールの冷却材と接着剤とが互いに全く接触しない燃料電池用冷却材モジュールとする。

Description

本発明は、互いに接合された２つの極板より成り、該両極板を冷却材分配構造が緊密に囲む燃料電池スタックの冷却板モジュールに関する。

燃料電池は、直接化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。単一の燃料電池１（図１）は、アノード２と、カソード３との間に、例えば陽子伝導膜４のような電解質層を持つ２つの電極を内包している。この結合を膜−電極一体構造（ＭＥＡ）５と呼ぶ。例えば水素やメタノール等の燃料の酸化が、陽子及び電子の放出下に起る。放出された電子は、電気的作業を行う外部の電流回路を経てカソード３に流れる。放出された陽子は、膜４を通してカソード３に運ばれる。そこで電子と陽子を受容し、酸化剤、例えば酸素を還元する。アノード２又はカソード３と、電解質層４との界面は、各電極反応を促進させる触媒６で被覆されている。

実用的には、大抵、必要な出力を獲得するため、多くの燃料電池を端板により境界付けた１つのスタックに組立てる。第１の電池の前と、最後の電池の後に集電器が設置されている。堆積された電池は縦方向にねじ締め、クランプ締め或いは他の適切な手段で（図１には示さず）互いに圧縮され、固定される。

通常それら電池は、スタック内で直列に、但し媒質の溝に関しては並列に接続される。隣接する電池間の電気的接触をバイポーラ板（ＢＰＰ）７、７’が行う。連続して重なり合うＢＰＰ７とＭＥＡ５は、燃料導入８と燃料導出９並びに酸化剤導入１０と酸化剤導出１１用の一列に配置された通路孔を有する。これら一列に配置された通路孔は、分配・集合管（マニホルド）を形成し、それらは堆積方向に対しスタックを横断し、反応媒質を個々の電池に導入し又は電池から導出する。

個々の電極への反応媒質の導入は、バイポーラ板７の表面内に設けた分配構造を経て行われる。該分配構造は、反応媒質の均等な分配のため、電極面の表面に適切に配置された流路、例えば溝１７より成る。突出した要素、例えば溝１７間の細路１６は、隣接する電極２、３への電気的接触を生じさせる。バイポーラ板７のアノード側面上の分配構造１２は、アノード２の表面を介して燃料を、カソード側面上の分配構造１３は、酸化剤の分配をカソード３の表面を介して行う役目をする。これら分配構造１２、１３は、対応する媒質導入管８、１０及び媒質導出管９、１１の通路孔と接続されている。これら接続部分を図１に１４、１５で示す。接触路を介して電気的に接触し、かつ媒質分配構造を介して隣接する電極と物質を交換するバイポーラ板の表面の範囲を、以後「活性面」と呼ぶ。通路孔８、９、１０、１１は、活性面の外側にある。図１の分配構造１２、１３は、単に一例を示すに過ぎない。それらを特定の分配構造に制限し或いは特定の分配構造に限定しようとするものでもない。

一列に並んだ通路孔８、９、１０、１１によりスタック構成部材（内部の分配集合管）内に形成される媒質導入管及び媒質導出管を持つ構造方式の他に、バイポーラ板及びＭＥＡの表面の外側に配置された媒質導入管と導出管（外部の分配・集合管）を備えたスタックも公知である。その際媒質の導入及び導出は、各極板表面上の媒質分配構造と接合し、スタックの側方に取り付けた分配集合管を介して行われる。

異なる反応媒質が漏出し、混ざり合うのを避けねばならない。そのため、一方で各バイポーラ板７のアノード側を酸化剤搬送用通路孔１０、１１、他方でカソード側を燃料搬送用通路孔８、９に対し密閉する。更にそれら極板表面内に設けた分配構造１２、１３を反応媒質がバイポーラ板とＭＥＡの界面に漏出するのを阻止すべくパッキング１８で囲む。

電極反応時に発熱が起る。これは、電池の加熱を回避すべく排除せねばならない。そのため冷却材、例えば脱イオン水や熱媒油をスタックに流す。公知のスタック（図２）では２つの膜−電極一体構造５、５’間に、１個のバイポーラ板７に代えて冷却材分配構造を囲む２つの極板７ａ、７ｂより成る一対のバイポーラ板を設ける。該極板７ａ、７ｂの相接する表面を以後冷却面と呼ぶ。冷却材分配構造は、反応媒質の分配構造１２、１３と類似の構成を持ち、冷却面の少なくとも１つに冷却材が流れる溝１９を持ち、隣接する冷却面間に電気的接触を生じさせ、電流が極板７ａの活性面から、極板７ｂの活性面へと流れるのを可能とし、かつこの溝を境界付ける、細路２０等の突出した構成要素からなる。

冷却材の導入と導出用に、スタックを横断する更なる搬送路を設けるには、冷却材と反応媒質の搬送路を相互に密閉せねばならない。更に極板の冷却面７ａ、７ｂ間に、冷却材が冷却材分配構造から漏出するのを阻止するパッキング２１を必要とする。該パッキング２１を、極板７ａ、７ｂの冷却面内にはめ込んだパッキング溝２２ａ、２２ｂで取り込む。

図１と図２に示すように、アノード側極板７ｂのＭＥＡ５’のアノード２’に面する表面内に燃料が平面的に広がって分布するように溝構造１２を設けている。ＭＥＡ５のカソード側極板７ａのカソード３に面する表面には、酸化剤を平面的に分配すべく、溝構造１３を通している。別の変形例では、極板の電極に面する表面は平坦であり、反応媒質分配構造を、各電極の極板に面する表面内にはめ込む。

１つのスタックの部材数を低減すべく、かつ組立てを容易にすべく、各構造部材を構造群（モジュール）に予め組立てておくとよい。例えば特許文献１は、アノード側極板とカソード側極板より成る組合せを開示する。該極板は、例えば金属、グラファイト又はプラスチックと、炭素又はグラファイトとから成る複合材料の耐食性の導電性材料とでできている。前記極板の冷却面内には冷却材の流れる溝があり、該溝を突出した細路が境界付けている。その第１の極板の冷却面上の細路の表面は、第２の極板の冷却面上の細路の表面と相接している。その接触面は極板間に電気的接触を生じさせる。

アノード側及びカソード側極板は、導電性接着剤で互いに導電接合されている。この接着剤はポリマー母材、例えばエポキシ樹脂と、例えば銀、金、白金、ニッケル又はグラファイトを分散させた耐食性の導電性粒子とを含む。接着剤中の導電性粒子の質量比は２０〜４０％である。接着剤の電気抵抗率は１Ω・ｃｍを越えてはならない。

他の変形例では、例えば金属薄板の導電性の平面要素を極板の冷却面間に配置し、導電性接着剤により冷却面と接合する。この金属薄板は、第１の極板の冷却面上の冷却溝を第２の極板の冷却面上の冷却溝と分離するか、第１の極板の冷却面上の冷却溝を、第２の極板の冷却面上のそれと連絡する穿孔を備える。

特許文献１に開示されたコンセプトは、全て導電性接着剤の使用に関連している。接着剤を冷却面間に電気的接触を生じさせるべき全箇所に塗布せねばならず、それ故、例えば冷却材分配構造内の全ての細路の表面上に塗布する必要がある。冷却面の外側の範囲と通路孔の縁だけに、非導電性材料、例えばシリコーンで形成したパッキング用ビードを施す。

隣接する極板に電気的接続を生じさせるこの接着剤で被覆された冷却面上の細路は、冷却材により貫流される溝と直接境を接する。それ故この接着剤は、必然的に冷却材と接触することになる。このため、他の接着剤に不可欠の要件は、加熱した冷却材に耐え得ることである。その際ある一定の適用例のため、冷却材に、凍結防止剤及び／又は他の助剤を添加するが、接着剤がそれらに反応しないよう注意を要する。そのために、かつ経済的理由からも、冷却板接合中の導電性接着剤の広範な使用は避けるべきである。

特許文献１：欧州特許出願第１００９０５１号明細書

本発明の課題は、相接する表面（冷却面）が互いに電気的接触しており、かつ冷却材分配構造が緊密に囲んでいるアノード側及びカソード側の極板から成り、極板の接合を、導電性に関する特別な要件を満たす必要のない接着剤により実現した冷却板モジュールを提供することにある。

更に本発明の課題は、この冷却板モジュール内での、接着剤と冷却材との接触を回避することにある。

この課題は、アノード側とカソード側の極板より成り、それらの互いに接して向い合う表面が冷却面として冷却材分配構造を含み、該構造をパッキングで囲み、外部に対し密閉し、その際少なくとも１つの冷却面上のパッキングで囲まれた範囲の外側のみに接着剤を塗布して極板を互いにその位置に固定し、かつ互いに接合した冷却板モジュールにより解決される。

本発明では、接着剤を専ら冷却面の冷却材分配構造の外側範囲に塗布する。冷却材分配構造の突出している構成要素の表面は、図２では細路２０として例示しており、接着剤を塗布しない儘であり、そこでは隣接する冷却面間の直接の電気的接触が可能である。極板の活性面間に直接の電気的接触を必要とする冷却面の範囲内に接着剤を塗布しないので、接着剤自体が導電性である必要はない。

本発明では、接着面がパッキング２１で囲まれた冷却材分配構造の外側にあり、接着剤が冷却材と接触することはない。それ故この接着剤が、冷却材及び場合によっては冷却材に添加された助剤に耐える必要はない。

本発明による冷却板モジュール内では、接着剤自体も、冷却面間の界面がパッキング２１により密閉されているので、密閉機能を果たす必要はない。パッキング２１は冷却面の冷却溝１９を設けた範囲を囲んでおり、こうして冷却材の漏出を阻止できる。

本発明のその他の利点及び特性を、実施例に基づき以下に詳述する。

本発明による冷却板モジュールは、カソード側極板７ａとアノード側極板７ｂとから成る。それらの相接する表面は、冷却面として冷却材分配構造と、極板の冷却面間の界面を密閉するパッキング２１を含む。それらの冷却面の少なくとも一方は、冷却材を平面的に分配する溝１９を備えている。

図３は、冷却材分配構造と、パッキングの概略を示す極板７ａの冷却面との平面図である。内部媒質導入管と導出管（内部の分岐管で集配するマニホルド）を持つスタック内において、冷却材の導入を通路孔２３、導出を通路孔２４で行う。スタックの全てのＭＥＡ（膜−電極一体構造）と極板は、各々同じ箇所に通路孔を有する。ＭＥＡと極板を１つのスタックに堆積する際、該通路孔を、スタックを横断する搬送路が生ずるよう一直線に並べる。冷却材は通路孔２３を経て導入管から、冷却面上の冷却溝１９に入り、この冷却溝１９を貫流し、通路孔２４を経て冷却溝１９から冷却材導出管に流出する。

冷却溝の経路は本発明にとって重要ではないので、図３では、見易さのためこれを省略している。専門家には多数の適切な溝構造は周知であり、本発明は特定の溝構造に限定されない。冷却材を分配する溝構造は、例えば共通の導入管から冷却材を供給され、共通の集合管に流し込む、例えば並列する複数の溝或いは単数又は複数の蛇行した溝からなる。
しばしば２枚の相接する冷却面の一方に溝構造を設けるだけで十分な場合もある。その際は、もう一方の平坦な冷却面で第１の冷却面上の溝を覆う。本発明による冷却板の接合のもう１つの変形例（図２）では、両極板７ａ、７ｂの冷却面に、各々溝構造１９ａ、１９ｂを設け、第２の極板７ｂの冷却面上の溝構造１９ｂを、第１の極板７ａ上の溝構造１９ａと鏡面対称にする。該冷却面を重ね合わせると、第１の極板の冷却面内の溝が、第２の極板の冷却面の溝で補われ、パッキング２１で囲まれ、結合した冷却材分配構造となる。

「内部の分岐管で集配する」構造形式の場合、各極板は更にスタックの燃料導入用通路孔８、燃料導出用通路孔９、酸化剤導入用通路孔１０及び酸化剤導出用通路孔１１を備える。該通路孔は冷却材分配構造に接続していない。カソード側極板７ａとアノード側極板７ｂとの間にパッキング２１がある。図３に示す如く、パッキング溝２２ａ内のパッキング２１は、冷却材導入及び導出用通路孔２３、２４も含めて、冷却溝と接合した冷却材分配構造を囲む。このパッキング２１は両極板７ａ、７ｂの冷却面間の界面を密閉し、冷却材の漏出を防ぐ。パッキング２１の外側にある冷却面の範囲を、以後周辺部と呼ぶ。

図３の如く、反応媒質が冷却材分配構造内に浸入しないよう、通路孔８、９、１０、１１を、パッキング２１から分岐したパッキング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄで囲み得る。代わりに、通路孔８、９、１０、１１を、別のパッキングで囲んでもよい。

冷却面上のパッキングは、面又は立体形パッキングやＯリングとして形成できる。極板７ａ、７ｂの冷却面内に、図２の如く、パッキングを入れる溝２２ａ、２２ｂを設けてもよい。

図３に示す極板７ａと共に本発明による冷却板モジュールに組立てた第２の極板７ｂの冷却面は、対応する箇所に補充のパッキング溝２２ｂを含み、該パッキング溝は第１の極板７ａの冷却面上のパッキング溝２２ａと共に機能を果たしパッキング２１を囲む。

図３は、例として媒質導入と導出用通路孔を持つ極板、即ち内部の分岐管で集配する構造形式の極板を示す、本発明は、このスタックの実施形に限定されず、外部媒質用導入及び導出管（外部の分岐管で集配する）を持つスタックにも使える。本発明では、パッキング２１で囲んだ冷却面上の冷却材分配構造の外側に接着剤を塗布する点が重要である。

本発明によるバイポーラの冷却板モジュールを構成する極板は、導電性で耐食性の、非透過性材料、例えばグラファイト、金属又はプラスチック及び導電性粒子でできた複合材料より成る。耐食性の十分でない金属は、腐食を低減すべく合金し及び／又は例えば貴金属から成る耐食性の導電性被覆を設ける必要がある。

グラファイトは種々の形で使用できる。合成グラファイトの単体ブロックから、かんな加工により極板を製造できる。或いは、圧縮した膨張グラファイトから適切に構造化した金属箔を極板として使用してもよい。
プラスチックと導電性粒子より成る複合材料で極板を製造すると、例えば射出成形法やその改良法等のプラスチック技術で公知の造形法を使用でき、特に好ましい。ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニルエステル又はフェノール樹脂又はエポキシ樹脂等の従来の絶縁性プラスチック中に、例えば合成又は天然グラファイト、膨張グラファイト、煤から成る粒子等の導電性粒子、炭素繊維、金属片、金属繊維又はこれらの複数の導電性粒子類を組合せたものを添加して導電性を得られる。導電性細路が貫通する網状組織を構成するプラスチック母材中の導電性粒子の濃度は、浸透限界値を越える程十分高くなければならない。但しそれに必要な導電性粒子の高い質量比（６０％以上）は、プラスチックの流れ性を低下させる故、公知のプラスチック法で加工する際、適切な予防措置を講ずる必要がある。なお、当該措置は専門家に周知である。代案として、プラスチックと導電性粒子から成る複合材料製の極板を、適切に構造化した成形工具内で形成できる。

好適なシール材として、例えば熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンエラストマ（ＥＰＤＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエラストマ又はシリコーンがある。パッキング１８と２１は面や立体形パッキング又はＯ−リングとして形成し得る。パッキングを例えば公知方法でシール材料から予め仕上げておき、双方の接合すべき極板の一方のパッキング溝内に入れ、又は貼り付ける。パッキング、例えば面パッキングをシール材料より成る平面状の半製品から、型抜きや打抜き又は噴射カットにより切り抜く製造方法は公知である。Ｏ−リングや立体形パッキングを製造する技術も、専門家に周知である。それに代えて、シール材を直接本発明による冷却板モジュールの極板の一方の冷却面上のパッキング溝内に、例えば配量ロボットや射出成形で塗布してもよい。

接着剤は、本発明の場合、冷却材に対する導電性及び耐久性に関し何ら特別な要件を満たす必要はない。従って本発明による冷却板モジュールを製造すべく、両極板間を接合するのに適した全ての接着剤を使用できる。市販の種々の接着剤が使える。プラスチックとグラファイトの複合材料から成る極板の接合には、例えばエポキシ樹脂やアクリル酸シアンをベースとする接着剤が適している。

接着面として、専らパッキング２１により囲まれた冷却材分配構造の外側、即ち冷却面の周辺（図３参照）にある冷却面の範囲が使用される。当該範囲を図３内にハッチングで示す。例えば接着剤は、パッキング２１で囲んだ範囲の外側にある通路孔８、９、１０、１１の周囲や冷却面の最外縁に塗布される。

非導電性又は極く僅かに導電性の接着剤を冷却面の活性面の裏側の箇所に施さないことが、本発明にとり重要ある。それは、第１の極板の活性面の電流が、隣の極板の活性面の、主に該極板を横断した最短の経路を流れ、該活性面の裏側にある冷却面の範囲が、第２の極板への電気的接触に必要だからである。パッキングで囲んだ冷却材分配構造は、通常活性面の裏側に存在するよう配置する。それに反し冷却面の周辺は、直接電流が流れるのに必要な範囲の外側にあり、接着面として使用できる。該面内に、接着剤を点又は面状に塗布する。図３は、例として活性面の外側に塗布した接着剤の点２５を幾つか示す。

この点状の塗布は、接着効果が十分に得られるなら経済的理由から好ましい。接着剤を互いに接着すべき双方の面の一方又は両方に塗布する。接着剤層が冷却面間の間隔保持部として働き、この結果電気的接触に影響が及ぶのを防止すべく、接着剤塗布用に設けた表面範囲を電気的に接触する範囲内に比べ、若干奥行きを深くしておくとよい。この状況を図４に示す。接着剤塗布部２５の範囲では、極板７ｂの冷却面側の表面は、接着剤を塗布する範囲と比べて若干深くしてある。

前記窪みは、例えば既に構造化した極板の冷却面内にフライス盤で設けても、射出成形又は成形プレス工具内で極板を仕上げる際に、直接相応する窪みを設けてもよい。該窪みは、接着面を互いに接着するのに十分な厚さの接着剤層を受容できるように形成する。他方、窪みは、挿入した接着剤層が、第２の極板の接着面に接触しないような深さ、即ち接着面の互いの接合に、無用な厚い接着剤層を必要とするような深さであってはならない。

接着剤を加圧下で、必要なら加熱して硬化させる。そのため、冷却板モジュールをプレス機内で、パッキングに密閉効果が得られる程度に圧縮する圧力を加える。ＴＰＥ（熱可塑性エラストマ）から成るシール材料では、圧力は、例えば０．５〜８ＭＰａである。効率よく硬化させるには複数の冷却板モジュールを上下に堆積してプレス機に容れる。

本発明による冷却板モジュールは組立て済みの状態にあり、公知方法で膜−電極一体構造と燃料電池スタックに組立てられる。接着剤の機能は、基本的に両極板を、容易にスタックに組立て可能とすべく、それらの位置に互いに固定し、モジュールとして接合することにある。接着による接合自体は、本発明で冷却面間にパッキングを設けているため、緊密である必要はない。従って接着剤が永続的な耐久性を持つ必要はない。原則として組立て中の一時的接着効果、即ちスタックの固定だけで十分である。その後の接着力は、スタック部材が所定の位置に固定されるので、必要不可欠ではない。従って本発明では接着剤として、その効力を時間的に制限し、少なくともスタック組立て継続中保ち得るものを使用できる。ごく一時的に作用する接着剤でまとめられる冷却板モジュールを使用した、このスタックの組立ては以下の基本的工程により行う。その際その接着剤の接着効力を、原則として組立てプロセスの継続期間中のみに止めておく。

アノード側及びカソード側極板、パッキング及びＭＥA（膜−電極一体構造）を所望の数だけ準備し、
パッキング２１を極板の冷却面間にはめ込み、
極板の冷却面を、少なくとも一方の接合すべき冷却面の周辺上に接着剤を塗布して接合することにより、冷却板モジュールを製造し、
各冷却板モジュールのアノード板上にＭＥＡのアノードが、かつ冷却板モジュールのカソード板上にＭＥＡのカソードが来るよう、冷却板モジュールとＭＥＡを交互に堆積し、その際ＭＥＡと極板との界面を専門家に周知の適切な方法で密閉し、
第1のＭＥＡの前と、最後のＭＥＡの後に集電器を取付け、
場合によっては、外部のマニホルドその他の付属部材を装着し、しかる後
端板間でスタックを固定する。

本発明で使用する冷却材は、特定のものに限定されない。即ち接着剤と冷却材が互いに接触しないため、冷却材の選択は、燃料電池スタックの所望の操作温度に合せるだけでよい。典型的には、使用する冷却材は水であり、特に脱イオン水、場合によっては脱イオン水に凍結防止剤や熱媒油を添加したものである。
必要に応じ、冷却面の接着部材間の接触抵抗を低減すべく、例えば金属薄板、金属箔、グラファイト箔又は炭素繊維やグラファイト繊維より成るフェルト、フリース、繊維束又は紙を含む面状の導電性素子を入れる。これを図４の下部に示す。面状の導電性素子２６は、最大限でもパッキング２１で囲まれた冷却面間の接触に必要な冷却面内の細路２０のある範囲の上方迄延びるに過ぎない。両方の冷却面が溝１９ａ、１９ｂを備える場合、面状の導電性素子が、第１の極板の冷却面上の冷却溝を、第２の極板の冷却面上の冷却溝から分離する。代わりに、第１の極板の冷却面上の冷却溝を第２の極板の冷却面上の冷却溝と接合する穿孔を備えた導電性素子を使用する。但しこの変形は、穿孔を厳密に溝の配置に適合させる必要があり、組立て費用が嵩む故、左程有利とは言えない。冷却材分配構造間の電気的接触の改善に、グラファイト箔は、該箔が隣接する表面に極めて良く適合し、それら極板の平行度に、場合により起る偏差を調整できる利点がある。

（実施例）
（例 １）
グラファイトと熱可塑性物質の複合材料から成り、厚さ３ｍｍの射出成形による極板を使用した。極板７ａには、カソード側の酸化剤分配構造と、その冷却面上に冷却材分解構造を設けた。極板７ｂには、アノード側の燃料分配構造と、冷却面上に、極板７ａの冷却面上の冷却材分配構造と鏡面対称の冷却材分配構造を設けた。

パッキング２１はエチレン・プロピレン・ジエンエラストマからなり、それらをパッキング溝内に塗り込めた。

２つの冷却板モジュール製造した。一方のモジュールには、冷却面間にパッキング２１で囲まれた冷却面の範囲上に延びる、グラファイト箔製の面状素子２６を設けた。

モジュールの製造前に、通過抵抗、即ち板面に対し垂直方向の抵抗と、平行度、即ち板上に均等に配分した４つの測定点での厚さ測定値からの差の最大値と最小値を測定した。

冷却面の接合にエポキシ樹脂接着剤を用いた。接着剤は図３の如くの塗布した。接着接合部を硬化すべく、冷却板モジュールを１時間、室温で１．３ＭＰａの圧力で押圧した。

こうして製造した接合体の平行度と通過抵抗を測定した。結果を表１に示す。

個々の構成部材で測定した通過抵抗は、極板と測定電極の両界面の抵抗をも含む。接合した極板間の接触抵抗が、極板と測定電極の接触抵抗の２倍以下であるなら、接合体の通過抵抗は、それら構成部材の通過抵抗の合計より低い。はめ込まれたグラファイト箔の接触面に対する適合性のため、接合体の通過抵抗は両方の構造部材の通過抵抗の合計よりも低くなる程度に低下した。但し、冷却面間の接触箇所の高い接触抵抗により、グラファイト箔を挿入しないモジュールの通過抵抗は、個別の極板の抵抗の合計より高くなった。その場合は、先に述べた接着面の窪みにより更に改善できる。

このモジュールの平行度は、個々の極板の平行度の合計よりも常に優っていた。この接合状態で、個々の極板のずれは、少なくとも部分的に補正できる。即ち、場合により起る極板の平行度のずれを調整すべく、板間に必ずしもグラファイト箔を入れる必要がない。

単一の燃料電池を分解した状態で示す斜視図。 極板間に冷却材分配構造を持つ燃料電池スタックの断面図。 本発明による燃料電池スタックの平面図。 本発明による冷却板モジュールを持つ燃料電池スタックの断面図。

符号の説明

１ 燃料電池、２ アノード、３ カソード、４ 陽子伝導膜、５、５′ 膜・電極一体構造、６ 触媒、７、７′ バイポーラ板、７ａ、７ｂ 側極板、８ 燃料導入通路孔、９ 燃料導出通路孔、１０ 酸化剤導入通路孔、１１ 酸化剤導出通路孔、１２、１３ 反応媒質の分配構造、１４、１５ 導出管と通路孔の接続部分、１６ 溝間の細路、１７ 溝、１９ 冷却溝、１９ａ、１９ｂ 冷却材分配構造、１８、２１ パッキング、２０ 細路、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、パッキングから分岐した溝、２２ａ、２２ｂ パッキングを入れる溝、２３ 冷却材導入用通路孔、２４ 冷却材導出用通路孔、２５ 点状接着剤、２６ 導電性素子

Claims (11)

1. カソード側及びアノード側の極板（７ａ、７ｂ）より成り、該極板の相接する冷却面としての表面をパッキング（２１）で囲み、かつ冷却材により貫流される溝（１９）より成る冷却材分配構造で緊密に囲み、この冷却材分配構造の範囲内で直接互いに電気的に接触させた燃料電池スタック用冷却板モジュールにおいて、
   カソード側の極板(７ａ)とアノード側の極板(７ｂ)が互いに接着剤で接合されており、しかも前記接着剤が、少なくとも１方の冷却面上のパッキング（２１）により囲まれた範囲の外側のみに施されたことを特徴とするモジュール。
2. 前記接着剤が非導電性であることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
3. 接着剤が、アクリル酸シアン又はエポキシ樹脂をベースとする接着剤であることを特徴とする請求項１又は２記載のモジュール。
4. 前記両極板（７ａ、７ｂ）の一方の冷却面内のみに、冷却材分配構造を作る冷却溝（１９）がはめ込まれており、該溝を他方の極板の平坦な冷却面により覆ったことを特徴とする請求項１から３の１つに記載のモジュール。
5. 両極板（７ａ、７ｂ）の冷却面が冷却材分配構造を持ち、第２の極板（７ｂ）の冷却面上の冷却材分配構造（１９ｂ）が、第１の極板（７ａ）の冷却面上の冷却材分配構造（１９ａ）と鏡面対称であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のモジュール。
6. 前記冷却面間に、パッキング（２１）により囲まれた冷却面の範囲内のみに延びる面状の導電性素子（２６）が存在することを特徴とする請求項１から５の１つに記載のモジュール。
7. 面状の導電性素子（２６）が、グラファイ箔か、グラファイト又は炭素繊維より成るフリース、フェルト、繊維束或いは紙を含むことを特徴とする請求項６記載のモジュール。
8. パッキング（２１）により囲まれた範囲の外側の少なくとも１つの接合すべき冷却面上に、冷却材を収容する窪みが存在することを特徴とする請求項１から７の１つに記載のモジュール。
9. 以下に記載する各工程より成る燃料電池スタックの組立て方法において、前記接着剤の作用を、基本的に組立てプロセスの継続期間中のみに止めることを特徴とする方法。
   カソード側及びアノード側の極板（７ａ、７ｂ）、パッキング（１８、２１）及び膜−電極一体構造（５、５’）を所望の数だけ、かつ他の必要な全ての構成部材を準備し、
   パッキング（２１）を極板の冷却面間にはめ込み、
   該パッキング（２１）により囲まれた冷却材分配構造の外側の少なくとも一方の冷却面の接合すべき面上に接着剤を塗布して、極板（７ａ、７ｂ）の冷却面の接合により冷却板モジュールを製造し、
   冷却板モジュールのアノード板上にＭＥＡ（膜−電極一体構造）のアノードが、かつ冷却板モジュールのカソード板上にＭＥＡのカソードがそれぞれ来るように、冷却板モジュールとＭＥＡを交互に堆積して、ＭＥＡと極板との界面を密閉し、
   第１のＭＥＡの前と最後のＭＥＡの後に集電器を取付け、
   内部媒質導入管及び導出管を備えていない場合は、外部媒質導入管及び−導出管を設置し、しかる後
   端板間にスタックを固定する。
10. 前記冷却面間に、面状の導電性素子（２６）を、パッキング（２１）により囲まれた冷却面の範囲内のみに延びるようにはめ込むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 面状の導電性素子（２６）が、グラファイト箔か、グラファイト繊維又は炭素繊維より成るフリース、フェルト、繊維束又は紙を含むことを特徴とする請求１０記載の方法。
    
    

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