JP2006507651A

JP2006507651A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2006507651A
Application number: JP2004555747A
Authority: JP
Inventors: タウフィク，ハゼル; ハン，ユー
Original assignee: ザリサーチファンデーションオブステイトユニバーシティオブニューヨーク
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2006-03-02
Also published as: AU2003295938A1; US7205062B2; EP1588450A2; US20040101736A1; WO2004049493A3; WO2004049493A2; CA2506778A1

Abstract

【課題】反応物気体の内部及び外部の漏れのリスクを最低にし、そして燃料電池スタックの組立が容易にできる簡単かつ信頼できる燃料電池の提供。
【解決手段】圧縮力が基礎プレートに適用されるとき、一段高い中心域のそれぞれがそれぞれの膜・電極アセンブリを均一に押して積み重ねた膜・電極アセンブリを圧縮するような構造を有する一段高い内部の中心域を有ししかも膜・電極アセンブリを挟む２枚の基礎プレート、並びに複数の積み重ねた膜・電極アセンブリからなる燃料電池パック。

Description

本発明は、エネルギー源に関する。特に、本発明は、反応物気体の内部及び外部の気体漏れを最低にする構造を有する燃料電池に関する。

地球の制限されたエネルギー源の需要の増大により、そして従来の発電システムの低い転換能率並びに環境への懸念により、エネルギーのクリーンな信頼できる代替源の要求が、非常に急増している。燃料電池は、長い間発電に使用することが考慮されてきた。そのため、操作上の性能の能力について多くの革新的な改良が達成されてきた。能率は改善され、水処理の問題は解決され、そして薄いフィルム触媒層を縮小したプロトン交換膜の使用が達成されてきた。

水素・酸素の反応が発電に使用されるプロトン交換膜電池を有する燃料電池アセンブリは、自動車業界におけるエネルギーの一般的な源になってきている。残念ながら、プロトン交換膜燃料電池を使用する好適な積み重ねたアセンブリの開発は、主に腐食及び漏れに関する種々の問題を免れることができない。

腐食問題を避けるために、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、金属ではない黒鉛から製造される両極性プレートにより圧倒的に製造されてきている。しかし、腐食に対する抵抗の増大は、黒鉛の両極性プレートを通る内部の漏れに導かれる多孔性の増加、並びに黒鉛の固有の脆さによる外部の漏れを導く構造上の保全が低下する不利を招く。さらに、黒鉛の両極性プレートは、実質的なエネルギー損失を導く比較的低い電導性及び劣った機械加工性を有し、従ってコストが不利になる。

工業的な使用のために充分な電力を発生するには、多数の燃料電池が直列でともに組み合わされて、電極の表面積に比例する電流を増加させねばならない。燃料電池スタックの主な問題は、反応物気体の内部及び外部の漏れが高圧に抵抗できない脆い黒鉛プレートの使用から或る程度生じ、そして周知の燃料電池スタック構造の構造上の欠陥から或る程度生ずる。

燃料電池パックの代表的な構造では、燃料電池スタックを組立てている間に発生する力は、複数の積み重ねた両極性プレートに隣接する基礎プレートの周辺域に及ぶ。従って、アセンブリのタイロッドが締められるとき、基礎プレートは、それぞれ、変形しそして外側に曲がった断面を有することになり、圧縮力の非均一な分布をもたらし、反応物気体をともに結びつける通路を生じ、漏れまたは爆発を生じさせる。その結果、変形した基礎プレートは、気体運搬導管が通る両極性プレートの域に充分な圧縮力を適用することができない。そのため、外部の漏れが増大する。

さらに、単純により大きな力をかけることは、実際的ではない。それは、ａ）力は基礎プレートの目的とする内部域ではなく周辺にかかるものと考えられ、そしてｂ）より大きな力は、周知のように脆い黒鉛の両極性プレートを結局のところ砕くことになるからである。

燃料電池の能力を増大させるには、上記のように外部及び内部の漏れを避けるためにすべてが圧縮されねばならない非常に多数の積み重ねた両極性プレートの膜及び電極を有する必要がある。これを達成するには、相対する基礎プレートは、それらのヘッドに通常円形の断面のタイロッドが通る多数の円形の孔を有する。従って、ロッドのヘッドへのトルクの適用は、ロッド全体がトルクに応じて単に回転を続けることになり、有効ではない。その上、多数の孔を経てタイロッドを導くことは、燃料電池の実質的な高さのために、面倒な作業になる。

それゆえ、反応物気体の内部及び外部の漏れのリスクを最低にするやり方で燃料電池スタックのデザインを最適なものにし、そして燃料電池スタックの組立が容易な簡単かつ信頼できる構造を提供することが望ましい。

この目的は、燃料電池スタックのアセンブリ中発生する圧縮力が反応気体導管及びマニホルドが通る複数の積み重ねた両極性プレートの領域に適用される構造を有する本発明の燃料電池スタックによって達成される。

本発明の１つの構成によれば、両極性プレートは、それぞれ、実質的な負荷に抵抗し従って両極性プレートへより高い圧力の適用が可能な多層の金属質構造を有する。しかし、この圧力は、基礎プレートの回復できない変形及びガスケットの損傷を防ぐために過剰であってはならない。

本発明の他の構成によれば、変形のマイナスの作用をさらに最低にするために、多数の並置された両極性プレートと隣接した間隔のあいた基礎プレートは、圧縮力の適用により生ずる変形に抵抗する構造を有する。特に、基礎プレートは、それぞれ、パックの組立中基礎プレートの周辺域に適用される圧縮力を、オキシダント運搬マニホルド及び燃料運搬マニホルドが通る両極性プレートの内部域に有効に変換する段のついた一段高い内部域を有する。

本発明のさらに他の構成によれば、燃料源とオキシダント運搬マニホルド及び燃料運搬マニホルドとの間を流体で連絡する取り付け部品は、従来技術の代表例である末端プレートにではなく、両極性末端プレートに直接設けられる。本発明のこの特徴は、基礎プレートと隣接する末端両極性プレートとの間の流体の連絡を全くなくする。従って、基礎プレートがやや変形しても、燃料運搬構造全体は、基礎プレートと両極性プレートとの間に流体の連絡がないため、影響されない。

本発明の他の構成によれば、燃料スタックの組立ては、基礎プレートの少なくとも１つに形成されしかもタイロッドと協動する特別に構成されたタイロッド受容チャンネルにより、実質的に容易になる。特に、タイロッドは、燃料電池の組立てを容易にするような構造のタイロッド受容チャンネルに適合する多角形のタイロッドヘッドを有する。

本発明の他の構成によれば、本発明の燃料電池パックを構成する複数の両極性プレートは、それぞれ、多数の突起またはボスを設けた気体運搬チャンネルまたは導管を有する。気体運搬導管チャンネルに沿って両極性プレートの相対する側面のそれぞれに形成される突起またはボスは、それぞれの反応物気体の流れを妨げて、流れを膜に向かうように向きをかえさせ、その結果気体間の反応を高める。

従って、燃料電池スタックの反応物気体の内部及び外部の漏れを最低にしそして結局排除するのが本発明の主な目的である。
本発明の他の目的は、相対する基礎プレートの変形を最低にする燃料電池スタックの漏れのない構造を提供することである。

本発明の他の目的は、相対する基礎プレート間に複数のタイロッドを容易に導きそしてそれらを有効に締め付けることのできるアセンブリを有する燃料電池スタックの構造を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、反応物電極アセンブリを通る反応物気体間の相互反応を増大させるために、反応気体の流れの導管に妨害物を一部または完全に導入することにより燃料電池パックの電力密度出力を増加することである。

上記及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に従う特定の記述から容易に明らかになるだろう。
図１及び２に示される本発明の燃料電池パック１０は、並置する両極性プレート２０、２６間そして末端両極性プレート２６と基礎プレート２２、２４との間の反応物気体（Ｈ_２及びＯ_２／空気）の漏れを最低かつ排除する構造を有する。燃料電池スタック１０の主な外部の漏れの危険な域は、反応物気体が通る内部マニホルド１２、１４、１６及び１８を備えている。特に、間隔のあいた内部マニホルドの初めの組１２、１４は、出入する燃料例えば水素が通り、一方内部マニホルドの他の組は、入口マニホルド１６から入りそして水として出口マニホルド１８を経て出るオキシダント（Ｏ_２／空気）が通る。燃料電池スタック１０の他の漏れやすい域は、基礎プレート２２、２４と末端両極性プレート２６との間の界面を含む。従って、本発明の燃料電池スタック１０の構造は、上記の域の外部及び／または内部の気体の漏れの可能性を、もし完全に排除されないならば、少なくとも最低にする構造を有する。

燃料電池スタック１０は、複数の繰り返された膜・電極のアセンブリ（ＭＥＡ）（それらのそれぞれが２つの電極（図示せず）及び２枚の両極性プレート２０により挟まれた膜３０から組み立てられる）を含む。基礎プレート２２及び２４は、タイロッド２８へトルクをかけるとき、膜・電極アセンブリに圧力をかける。

それぞれの個々の両極性プレート２０（図３）は、アルミニウムまたは他の低抵抗金属から好ましくは製造される金属基板３２及び金属質腐食抵抗層３４を含む構造を有する。高速酸素燃料技術及びデトネーションを含むがこれらに限定されない熱噴霧技術により溶着されたニッケルまたは炭素系金属質粉末から腐食抵抗層３４を製造するのが特に有利であることが分かった。しかし、たとえ金属系両極性プレート２０が特に好ましいとしても、本発明の範囲は、非常に酸性の環境で特に有用な黒鉛系両極性プレートの使用を排除しない。

金属両極性プレート２０、２６を使用する構造上の利点の１つは、その優れた負荷に耐える特徴から生ずる。両極性プレートを信頼して圧縮するため、従って内部マニホルド１２−１８（図２）により形成される並置した両極性プレート２０の域の間の外部の気体漏れを最低かつ排除するために、トルクはタイロッド２８に適用されねばならない。トルクが高ければ高いほど、両極性プレート２０並びに両極性プレート間に位置するガスケットへの圧力は高くなる。しかし、これらの力は、プレートのそれぞれが外側に反る断面を有するように、基礎プレート２２、２４を変形し勝ちである。従って、基礎プレートの内部域３６（図１）は、末端両極性プレート２６から離れるように動く。換言すれば、基礎プレート２２、２４の変形は、末端両極性プレート２６に課せられる圧縮力の非均一な分布を生ずる。基礎プレートの繰り返される変形の特に問題になる結果は、マニホルド１２−１８の付近のガスケット及び膜、並びに並置する両極性プレート間の不適切な圧縮であり、それは反応物気体の外部の漏れを導く。

本発明の１つの構成によれば、外部の漏れを最低にするために、基礎プレート２２、２４は、それぞれ、図２及び４においてより良く分かる、階段のように段のついた一段高い中心域３８を有する。タイロッド２８に適用されるトルクを圧縮力（基礎プレート２２、２４の内部域３６を両極性プレート２０、２６のマニホルド１２−１８を有する域に対して押しつける）に転換するために、一段高い中心域３８のコーナー４０は、マニホルドと整列される。従って、圧縮力は基礎プレート２２、２４をなお曲げようとするが、後者の段のついた構造は、この変形に抵抗し、そして基礎プレート２２、２４から両極性プレート２６及び２０への圧縮力の伝達を改善する。従って、積み重ねたＭＥＡのコンポーネントは、確実に相互に押すことになり、外部及び／または内部の気体の漏れのリスクを最低にする。

一段高い中心域３８の多数の形状は、本発明の範囲内で考えられるが、この域は、必ず、マニホルド１２−１８と整列したそのコーナー域４０を有する構造を有しなければならない。

他の構成によれば、図２及び６に示されるように、燃料電池スタック１０は、４つの取り付け部品（２つのみが図２に示される）を含み、それらは、反応物気体タンク（図示せず）と燃料電池パック１０の内部マニホルド１２−１８との間を接続する。従来では、取り付け部品４２は、基礎プレートに配置されるが、この構造は、両極性プレートに形成されるマニホルド１２−１８を通って気体を導く基礎プレートの追加のマニホルドの形成が必要になる。対照的に、本発明は、末端両極性プレート２６に直接設けられる取り付け部品４２を提供する。従って、基礎プレート２２、２４と末端両極性プレート２６との間の追加の漏れの危険を潜在的に有する域が消滅する。注意すべきことは、もし金属の末端両極性プレート２６でないならば、黒鉛系プレートが設けられた取り付け部品を支持するに充分な剛さを有しないために、この構造は好ましくないだろう。

図２、５及び６に関し、複数の積み重ねたＭＥＡを有する燃料電池パック１０の組立を容易にするために、基礎プレート２４（図５）の１つは、チャンネル４４の幅及び深さがタイロッド２８の多角形のヘッド４６（図２）を受容するに足る構造を有する複数の周辺チャンネル４４を有する。有利には、チャンネル４４は、多角形のヘッド４６を完全に受容し従ってヘッドが基礎プレート２４の外側の表面を越えて突き出さない構造を有し、一方その幅を画成する各チャンネル４４の相対する側面５０、５２（図５）は多角形のヘッド４６に隣接して、タイロッド２８の相対する末端に適用されるトルクに応じて回転することを防ぐ。基礎プレート２４、２２間にタイロッド２８を確実に導くために、チャンネル４４の底部５４は、タイロッドがその間を滑動できる大きさを有する複数の孔４８を有するように機械加工される。その結果、燃料電池パック１０の組立て中、タイロッド２８は、容易かつ確実に基礎プレート２２、２４を通って挿入される。入口及び出口の取り付け部品４２並びに燃料電池パックをしっかり確保する他のファスナーには、腐食抵抗材料例えばステンレス鋼を使用するのが好ましい。

注意すべきことは、図面に示されるように４つのチャンネル４４の代わりに、単一の周辺チャンネルの何れかを有することが考えられる。別の方法として、個々の多角形のヘッド４６の大きさに相当する大きさをそれぞれ有する複数のチャンネルは、本発明の範囲内に入る他の改変である。

燃料電池パック１０の電力密度を増大させるために、隣接する燃料電池の極性は、ともに組み合わされる。隣接するものの負の極性と組み合わされた１つの電池の正の極性は、両極性プレート２０を形成する。両極性プレートは水素を運び、それは両極性プレートの負の極性に必要でありそして酸素は正の極性に必要である。周知のように、水は、両極性プレート２０の酸素の側面で発生する副生物である。不適切な水の処理または湿度の上昇は、燃料電池の電力出力を低下させるか、またはそれはクラッキングを生ずる膜の完全な乾燥または大量の出水の可能性のために燃料電池の電気化学的操作を結局停止させることになる。

図８及び９は、それぞれ水素の側及び酸素の側について両極性プレートで形成される気体運搬チャンネルの可能なデザインの１つを示す。図８に示されるように、入口チャンネル５８は、マニホルド１２（図２）と流体で連絡しそして接続チャンネル６０を経て回帰チャンネル６０と流体で連絡する。チャンネルは、水平方向のジグザグの構造にデザインされて、導管１２、１４中の滞留を長引かせそして酸素との反応が生ずるようにさらにチャンスを与える。酸素側のジグザグ域（図９）のデザインは、入口マニホルド１６と連絡するチャンネル６４を下方に向けて、矢印６６により指示されるように出口マニホルド１８を経て重力で排水させる。

金属基板３４へ金属腐食抵抗層３４（図７）を確実に結合するために、チャンネル５８、６０、６２及び６４は、それぞれ、図１０に示されるように、Ｖ字断面６８を有する。気体の漏れのリスクを最低にすることに関するさらなる改良は、図１１に画かれ、そしてマニホルド１２−１４（１６−１８）と気体運搬ジグザグ構造５６との間を流体で連絡している複数の傾斜したチャンネル７０を含む。

燃料電池の骨格は、両極性プレート２０と並置した膜３０であり、その１つの側面は両極性プレートの１つの酸素／空気運搬側面に隣接して配置され、一方膜３０の反対の側面は隣接する両極性プレートの水素側面に対している。膜は、当業者に周知のように、気体を反応させる気体透過性構造をもたらす。この反応を高めるために、それぞれ水素及び酸素を運ぶ構造を有する気体運搬チャンネルまたは導管５８、６４（図８、９）は、図１２及び１３に画かれているように、突起８０を有する。突起８０により設けられる流れの妨害物は、膜３０（図２）に向かって気体の流れを向けなおし、従って反応物気体と周囲空気または電解質との反応を高める。流れを一部または完全にブロックする構造を有することのできる突起８０の数及び特別な形状は、所定の条件に従う。突起８０の結果として、燃料電池パックの電力密度出力は、反応物気体と反応物電極アセンブリとの間の増大した相互反応によって、非常に改善される。

本発明の特定の態様が詳細に記述されたが、これらの詳細の種々の改変及び代替は記述の教示全体を考えて開発されることは当業者により理解されるだろう。本明細書に記載された好ましい態様は、例示に過ぎないことを意味し、そして特許請求の範囲の完全な範囲及びその任意かつすべての均等の範囲に示される本発明の範囲を制限するものを意味しない。

本発明の燃料電池の等角図である。図１で示された燃料電池スタックの分解図である。本発明の両極性プレートの断面図である。本発明に従って構成された基礎プレートの外側の等角図である。図４の基礎プレートの内部等角図である。図１の本発明の燃料電池スタックの断面図である。個々の両極性プレートの等角図である。図７の両極性プレートの１つの側面に形成された燃料運搬チャンネルの概略図である。図７の両極性プレートの反対の側面の酸素運搬チャンネルの概略図である。図９の線Ｘ−Ｘに沿った運搬チャンネルの断面図である。線ＸＩ−ＸＩに沿った図７の両極性プレートの断面図である。それぞれの反応物気体の流れを妨げる完全なまたは部分的な突起を形成された両極性プレートの相対する側面の１つの正面図である。図１２に示される両極性プレートの等角図である。

符号の説明

１０燃料電池スタック
１２マニホルド
１４マニホルド
１６マニホルド
１８マニホルド
２０両極性プレート
２２基礎プレート
２４基礎プレート
２６両極性プレート
２８タイロッド
３０膜
３２金属基板
３４腐食抵抗層
３６基礎プレートの内部域
３８中心域
４０コーナー
４２取り付け部品
４４周辺チャンネル
４６多角形のヘッド
４８孔
５０４４の側面
５２４４の側面
５４４４の底部
５８入口チャンネル
６０接続チャンネル
６４チャンネル
６６矢印
７０傾斜したチャンネル
８０突起

Claims

圧縮力が基礎プレートに適用されるとき一段高い中心域のそれぞれがそれぞれの膜・電極アセンブリを均一に押して積み重ねた膜・電極アセンブリを圧縮するような構造を有する一段高い内部の中心域を有ししかも膜・電極アセンブリを挟む２枚の基礎プレート、並びに複数の積み重ねた膜・電極アセンブリからなることを特徴とする燃料電池パック。
積み重ねた膜・電極アセンブリのそれぞれが、２枚の両極性プレート間に挟まれた膜を含み、両極性プレートのそれぞれは、一段高い中心域と接触している金属の両極性プレートまたは黒鉛及び黒鉛複合体の両極性プレートの第一の側面及び第二の側面から選ばれる請求項１の燃料電池パック。
両極性プレートのそれぞれが、反応物気体が通過しそして両極性プレートの第一及び第二の側面と流体で連絡している第一及び第二の入口の内部マニホルド、並びに反応物気体の反応の副生物を排除するための第一及び第二の内部の入口マニホルドから離れそしてそれらと流体で連絡している第三及び第四の出口の内部マニホルドを有する請求項２の燃料電池パック。
一段高い中心域が、両極性プレート全体に圧縮力を均一に分布するための内部マニホルドと整列した周辺域を有する請求項３の燃料電池パック。
一段高い中心域及び両極性プレートが実質的に等しい大きさを有する請求項４の燃料電池パック。
両極性プレートが、それぞれ、金属質基板並びに金属質基板に結合した金属質腐食抵抗層を有して両極性プレートの酸化を最低にする請求項２の燃料電池パック。
両極性プレートの第一及び第二の側面のそれぞれに、それぞれ第一及び第三の内部マニホルドと流体で連絡している上流域、並びに第二及び第四の内部マニホルドと流体で連絡している下流域を有する複数の気体運搬チャンネルを設けた請求項３の燃料電池パック。
チャンネルが、それぞれ、Ｖ字断面を有する請求項７の燃料電池パック。
それぞれの気体運搬チャンネルの上流及び下流が、直角とは異なる角度で内部マニホルドから延在しているそれぞれの傾斜域を有する請求項７の燃料電池パック。
反応物気体を内部の第一及び第三の入口マニホルドに導きそして複数の両極性プレートを通過する内部の第二及び第四の出口から反応物気体の反応の副生物を排除する複数の取り付け部品をさらに含む請求項３の燃料電池パック。
複数の取り付け部品の１つの組が、両極性プレートの２つの末端の１つに直接設けられそして取り付け部品の他の組が他の末端両極性プレートに設けられており、１つの組の取り付け部品が、それぞれ、取り付け部品の他の組のそれぞれの出口の取り付け部品と流体で連絡しそして燃料電池パック全体にわたってそれから対角線方向に離れている入口の取り付け部品である請求項１０の燃料電池パック。
基礎プレートの１つが、１つの基礎プレートの内部の側面から或る距離で終わる底部、並びに１つの基礎プレートの内部の側面に開いている複数の孔を有する少なくとも１つの細長い周辺のチャンネルを設けた外部の側面を有する請求項１の燃料電池パック。
基礎プレートの外部の側面の間に延在し、そして基礎プレートの両者のそれぞれの組の孔を通して延在する軸及びチャンネルに適合する大きさを有する多角形のヘッドをそれぞれ有する複数のタイロッドをさらに含む請求項１２の燃料電池パック。
チャンネルが、他の基礎プレートの外部の側面を越えて延在するタイロッドの反対の末端にトルクを適用するとき多角形のヘッドの回転を防ぐように成形され、そして多角形のヘッドが１つの基礎プレートの外部の側面とぴったり接するように多角形のヘッドを受容するサイズを有する請求項１３の燃料電池パック。
複数の積み重ねた膜・電極アセンブリ、膜・電極アセンブリを挟む間隔のあいた基礎プレートであって、基礎プレートの１つの外部の側面に、１つの基礎プレートの内部の側面から距離をおいて終わる底部を有する少なくとも１つの周辺チャンネルを設け、基礎プレートの間に延在しそしてそれぞれタイロッドの１つの末端に付けたそれぞれの多角形のヘッドを有する複数のタイロッドであって、少なくとも１つの周辺チャンネルが、タイロッドのヘッドを受容する大きさを有しさらに多角形のヘッドの反対に位置するタイロッドの末端にトルクをかけるとき多角形のヘッドの回転を防ぐ構造を有するからなることを特徴とする燃料電池パック。
少なくとも１つの周辺チャンネルの底部が、１つの末端の基礎プレートの内部の側面に開いておりさらにタイロッドがそれを通って自由に滑動できる大きさを有する複数の間隔のあいた孔を有する請求項１５の燃料電池パック。
基礎プレートのそれぞれが、隣接する膜・電極アセンブリと連続して接触している一段高い中心域を有し、膜・電極アセンブリのそれぞれが複数の気体運搬マニホルドを設けた１組の両極性プレートを有し、末端プレートの一段高い内部域が、タイロッドへのトルクの適用に応じてそれぞれの両極性末端プレートに対して均一に押しつけそして隣接する両極性プレートの気体運搬マニホルド間からの気体の漏れを防ぐために互いに両極性プレートを圧迫する大きさ及び構造を有する請求項１５の燃料電池パック。
両極性プレートが金属から製造される請求項１７の燃料電池パック。
反応物気体を気体運搬マニホルドに伝達しそしてそれから副生物を排除しそして両極性末端プレートに直接設けられた複数の取り付け部品をさらに含む請求項１７の燃料電池パック。
両極性プレートが、それぞれ、両極性プレートの相対する側面のそれぞれに形成されしかも気体運搬マニホルドのそれぞれの組と流体で連絡している複数の気体運搬チャンネルを有し、気体運搬チャンネルのそれぞれがＶ字断面を有する請求項１７の燃料電池パック。
膜、膜に隣り合いそして膜のそれぞれの面と並置している側面をそれぞれ有する１組の両極性プレート、両極性プレートの側面のそれぞれに形成されそしてそれぞれの反応物気体流の気体流をもたらす複数の気体運搬チャンネル、並びに気体運搬チャンネルに沿って形成され、そして燃料電池パックの電力密度が増大するように気体流を一部または完全にブロックして膜に向かって気体流を向けなおす複数の突起からなることを特徴とする燃料電池パック。
膜・電極アセンブリを挟み、そして圧縮力が基礎プレートに適用されるとき、一段高い中心域のそれぞれがそれぞれの膜・電極アセンブリに対して押して積み重ねた膜・電極アセンブリを締め付ける構造を有する一段高い内部中心域をそれぞれ有する２枚の基礎プレートをさらに含む請求項２１の燃料電池パック。
膜に並置された側面の１つが、オキシダントを運搬し、そして複数の垂直に延在するチャンネルが間隔のあいた水平方向のチャンネル間にオキシダントと水素との間の反応の副生物として生じた水を導きそして重力の下垂直に延在するチャンネルに沿って流れさせて水流を進めるのにさもなければ必要なエネルギーを保存するように配置された複数のＶ字形チャンネルを有する請求項２１の燃料電池パック。
膜と並置された他の側面が、燃料を運搬しそして水平方向のジグザグ構造に配置された複数のチャンネルを有する請求項２３の燃料電池パック。
基礎プレートの１つが、外部及び内部の面を有し、外部の面が１つの基礎の内部の面の１つから距離をおいて終わる底部を設けた少なくとも１つの周辺に延在する縦方向の溝、並びに底部から延在ししかも１つの基礎プレートの内部の面中に開いている複数の間隔のあいた孔を有し、溝は、トルクがそれぞれのヘッドと反対のタイロッドのそれぞれの末端に適用されるとき、それぞれのヘッドが回転するのを防ぐようにタイロッドの複数の多角形に成形されたヘッドを受容する構造を有する請求項２２の燃料電池。