JP2016510164A - 燃料電池用バイポーラ板、燃料電池、およびバイポーラ板を生産するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池（６０）用バイポーラ板（１０）に関する。バイポーラ板（１０）は、燃料側（１４）、酸化剤側（１６）、２つの個別板（１２）、および個別板（１２）の間に編成された冷却剤キャビティを有する。個別板（１２）の少なくとも一方は、その外面上に少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）を有する。個別板（１２）は、少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）により接続されている。バイポーラ板は、少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）が少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）に交差も重なりもしないことを特徴とする。本発明は、さらに、少なくとも１つのバイポーラ板（１０）を備える燃料電池（６０）、およびバイポーラ板（１０）を生産するための方法に関する。

Description

本発明は、燃料側、酸化剤側、２つの個別板、および個別板の間に編成された冷却剤キャビティを有し、個別板の少なくとも一方は、その外面上に少なくとも１つのシールを有し、個別板は、少なくとも１つの接続シームにより接続されている、燃料電池用バイポーラ板に関する。本発明は、また、少なくとも１つのバイポーラ板を備える燃料電池、およびバイポーラ板を生産するための方法に関する。

燃料電池は、酸素を有する燃料から水への化学変換を用いて電気エネルギーを生成するものである。そのため、燃料電池は、中核コンポーネントとして、イオン伝導性、特にプロトン伝導性の膜と、膜のいずれかの側に各々編成された電極（アノードおよびカソード）との構成体である所謂膜電極接合体（ＭＥＡ）を備える。加えて、ガス拡散層（ＧＤＬ）を、膜電極接合体のいずれかの側において、電極における膜から離れた側に編成することが可能である。一般に、燃料電池は、多数の積層されたＭＥＡで構成され、かかるＭＥＡの電力は、合算される。燃料電池が動作するとき、燃料、特に水素Ｈ_２または水素含有混合気がアノードに供給され、アノードにおいて、電子の喪失とともにＨ_２からＨ^＋への電気化学的酸化が発生する。反応エリアを互いに気密に離隔および電気的に絶縁する電解質または膜により、プロトンＨ^＋がアノードエリアからカソードエリアに輸送される（水と結合された状態でまたは水なしで）。アノードにおいて提供された電子は、電線を介してカソードに伝導される。カソードには、電子の追加とともにＯ_２からＯ^２−への還元が発生するように、酸素または酸素含有混合気が供給される。同時に、これらの酸素アニオンは、膜を介して輸送されたプロトンとカソードエリアにおいて反応し、水を形成する。化学エネルギーから電気エネルギーへ直接変換することにより、燃料電池は、カルノー係数を迂回することにより、他の発電機と比較してより良好な効率を達成する。

現在最も発展した燃料電池技術は、膜自体が高分子電解質で構成された高分子電解質膜（ＰＥＭ）に基づくものである。この文脈では、酸変性重合体、特にペルフルオロ化重合体がよく用いられる。このクラスの高分子電解質の最も普及した代表例は、スルホン化ポリテトラフルオロエチレン共重合体（商標名：ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）；テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルのフッ化スルホニル誘導体との共重合体）で作製された膜である。その文脈では、水和プロトンを介して電解伝導性が発生し、かかる理由のため、水の存在がプロトン伝導性の条件であり、ＰＥＭ燃料電池が動作するときに動作ガスを湿らせることが必要である。水の必要性のため、標準圧力におけるこれらの燃料電池の最高動作温度は、１００℃未満に制限されている。電解質伝導性が静電錯体形成により高分子電解質膜（例えば、リン酸をドープしたポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）膜）の高分子支持体に結合された電解質に基づくとともに、１６０℃の温度で動作する、高温高分子電解質膜燃料電池（ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池）に対して、この種の燃料電池は、低温高分子電解質膜燃料電池（ＬＴ−ＰＥＭ燃料電池）とも称される。

燃料電池は、多数の積層された個別のセルで構成され、燃料電池スタックと呼ぶことも可能である。膜電極接合体の間にバイポーラ板が編成され、かかるバイポーラ板により、個別のセルに動作媒体、すなわち反応物、および冷却液が供給されることが保証される。加えて、バイポーラ板により、膜電極接合体との導電性接触が保証される。

膜電極接合体とバイポーラ板との間にシールが編成され、かかるシールは、アノードエリアおよびカソードエリアを外側に対して封止し、動作媒体が燃料電池の外へ漏れることを防止する。

シールは、膜電極接合体側またはバイポーラ板側に設けることが可能であり、特に、これらのコンポーネントに接続することが可能である。加えて、シールは、バイポーラ板または膜電極接合体に固着されることなく、インサートシールの形態を取ることも可能である。

燃料電池の金属製バイポーラ板は、従来、溶接により互いに接続された２つの個別板（半部）で構成されている。特許文献１および２には、高分子シールが貼付されるとともに、個別板がシーム溶接により互いに接続されている、バイポーラ板が記載されている。

独国特許出願公開第１０２０１１００９８０５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１１１７０９５Ａ１号明細書

現在では、シール越しに溶接することは不可能であるため、まず、個別板が溶接され、次いで、シールが設けられる。しかし、シールをバイポーラ板上に貼付する際、例えば射出成形を行う際のように圧力を用いることが必要な場合、バイポーラ板の各半部が間隙により互いから離隔されたエリアにおいて、バイポーラ板に損傷が生じるリスクがある。接着結合などの圧力を用いない方法が用いられる場合、シールを確実にプロセス操作することが非常に面倒である。シールを貼付する際の圧力を低減することが、バイポーラ板への過負荷の防止を意図して行われる。例えば射出成形の場合、シール材料の粘性により、シールを貼付するためにある程度の最低圧力が要求されるため、射出圧力を低減することにより、用いることが可能なシール材料の選択肢が著しく狭められる。

他方、シールは、燃料電池の膜に貼付することも可能である。その文脈では、膜の熱的および機械的強度により、シールの生産プロセスが制限され、プロセス時間が長く、返品率が高くなってしまう。膜を損傷させないために、適度な動作パラメータが選択される。これにより、一方では用いることが可能なシール材料の数が制限され、他方ではプロセス時間が長くなる。

本発明は、返品コストおよび燃料電池を製造するために要求される時間を削減することが可能な、バイポーラ板およびバイポーラ板を生産するための方法を提供するという目的に基づくものである。

この目的は、燃料側、酸化剤側、２つの個別板、および個別板の間に編成された冷却剤キャビティを有し、個別板の少なくとも一方は、その外面上に少なくとも１つのシールを有し、個別板は、少なくとも１つの接続シームにより接続されている、燃料電池用バイポーラ板により達成される。その特徴は、少なくとも１つの接続シームが、少なくとも１つのシールに交わりも重なりもしないことである。

バイポーラ板の燃料側および酸化剤側とは、バイポーラ板が燃料電池内で動作するときに、酸化剤または燃料と接触する側である。好適な燃料は、特に水素Ｈ_２、および酸化剤として、特に空気を供給することにより燃料電池で利用可能になる酸素Ｏ_２である。

その文脈において、外面とは、それぞれの個別板における冷却剤キャビティから離れた側（平坦な側）を示す。少なくとも１つのシールは、バイポーラ板に接続され、シールは、バイポーラ板に貼付、特にバイポーラ板上に射出される。動作では、シールは、バイポーラ板と燃料電池の膜との間の境界（間隙）を、特に周状に封止する。本発明の文脈において、用語「シール」とは、バイポーラ板上のエリアを、特に周状に縁取りするシールとして解されるべきである。接続シームは、対照的に、バイポーラ板の個別板の間の間隙を、特に周状に封止するものである。

少なくとも１つの接続シームおよび少なくとも１つのシールが交わらず、重ならず、および／または触れないことは、バイポーラ板の主面に対して垂直な平面図で見て、これらが互いから、特に全長に亘り離間されていることを意味し、特に、これらの離隔は、極限において、本質的にゼロに等しいことも可能である。その文脈では、特に、いずれの接続シームも、シールに重ならず、および／または交わらない。具体的には、特に、いずれの接続シームも、円周状のシールに重ならず、および／または交わらない。換言すれば、シールは、少なくとも燃料電池内で封止機能を有するエリアにおいて、接続シームにより重なられず、および／または交わられない。

好ましくは、個別板はシートであり、および／または接続シームは溶接シームである。溶接シームにより接続された（金属製の）シートで作製された個別板を用いることにより、費用対効果が高い方法でバイポーラ板を生産することが可能である。

本発明により、まず、燃料電池に必要なシールをバイポーラ板上に貼付し、すなわち、シールをバイポーラ板の個別板（半部）に貼付し、次いで、個別板を接続、特に溶接することが可能になる。これにより、シールを例えば射出成形法により貼付する際に個別板の変形を防止するために、シールが延在するエリアを機械的に安定させることが可能であることが保証される。まずシールが半部に貼付され、次いで半部が溶接される、バイポーラ板の生産は、シールおよび溶接シームの経路が互いに交わらず、重なりもしないことによって初めて可能になる、というのは、それらが交わるか重なった場合、半部を溶接することがもはや不可能だからである。これにより、シールおよびバイポーラ板をより柔軟かつより高速に生産できる。シールの生産プロセスが、膜の低い強度、または溶接済みバイポーラ板における個別板の間に間隙を有するエリアの低い圧力安定性により導かれる必要は、もはやない。シールおよび溶接シームの経路のかかる編成は、従来技術から知られていなかった。よって、従来のアプローチは、課題を迂回するものであった。

本発明の好適な構成によれば、バイポーラ板は、バイポーラ板を通過する少なくとも１つの燃料開口であって、少なくとも１つのシールは、少なくとも酸化剤側に編成された少なくとも１つの燃料シールを備え、少なくとも１つの接続シームは、少なくとも１つの燃料接続シームを備え、少なくとも１つの燃料開口は、少なくとも１つの燃料シールおよび少なくとも１つの燃料接続シームにより周状に囲まれている、燃料開口を有する。好ましくは、バイポーラ板は、特に少なくとも１つの燃料シールおよび燃料接続シームにより各々周状に囲まれた、少なくとも２つの燃料開口を備える。

本発明のさらなる好適な構成によれば、バイポーラ板は、バイポーラ板を通過する少なくとも１つの酸化剤開口であって、少なくとも１つのシールは、少なくとも燃料側に編成された少なくとも１つの酸化剤シールを備え、少なくとも１つの接続シームは、少なくとも１つの酸化剤接続シームを備え、少なくとも１つの酸化剤開口は、少なくとも１つの酸化剤シールおよび少なくとも１つの酸化剤接続シームにより周状に囲まれている、酸化剤開口を有する。好ましくは、バイポーラ板は、特に少なくとも１つの酸化剤シールおよび酸化剤接続シームにより各々周状に囲まれた、少なくとも２つの酸化剤開口を備える。

燃料および酸化剤開口は、燃料電池内でバイポーラ板を通じて燃料および酸化剤、すなわち反応物を送るために役立つ。酸化剤側の燃料シールにより、燃料が酸化剤側の酸化剤エリア、または環境に進入しないことが保証される。同様に、燃料側の酸化剤シールにより、酸化剤が燃料側の燃料エリア、または環境に進入しないことが保証される。燃料および酸化剤接続シームは、冷却剤キャビティを燃料および酸化剤開口に対して封止することに役立つ。

本発明のさらなる好適な構成によれば、バイポーラ板は、バイポーラ板を通過するとともに冷却剤キャビティに流体接続された少なくとも１つの冷却剤開口であって、少なくとも１つのシールは、バイポーラ板の両側に編成された冷却剤シールを備え、かかる冷却剤シールは、少なくとも１つの冷却剤開口を周状に囲む、冷却剤開口を有する。好ましくは、バイポーラ板は、特に冷却剤シールによりバイポーラ板のいずれかの側において各々周状に囲まれた、少なくとも２つの冷却剤開口を備える。冷却剤開口は、燃料電池内でバイポーラ板を通じて冷却剤を送るために役立つ。冷却剤シールにより、冷却剤が燃料または酸化剤エリア、もしくは環境に進入しないことが保証される。

燃料および酸化剤接続シームは、それぞれの開口の周囲の個別板の間のエリアを周状に密封する。動作では、燃料、酸化剤、および冷却剤シールは、バイポーラ板と燃料電池の隣接する膜との間のエリアを周状に密封する。

好ましくは、少なくとも１つのシールは、燃料側の少なくとも１つの燃料開口を周状に囲む少なくとも１つの燃料シールを備える。さらに好ましくは、少なくとも１つの燃料シールは、少なくとも１つの燃料接続シームと少なくとも１つの燃料開口との間に編成され、燃料シールと燃料接続シームとの間に、燃料側の個別板を通過する少なくとも１つの切り抜きが編成される。特に、燃料側では、少なくとも２つの燃料開口が、各々、１つの燃料シールにより囲まれている。

本発明のさらなる好適な構成によれば、少なくとも１つのシールは、酸化剤側の少なくとも１つの酸化剤開口を周状に囲む少なくとも１つの酸化剤シールを備える。さらに好ましくは、少なくとも１つの酸化剤シールは、少なくとも１つの酸化剤接続シームと少なくとも１つの酸化剤開口との間に編成され、酸化剤シールと酸化剤接続シームとの間に、酸化剤側の個別板を通過する少なくとも１つの切り抜きが編成される。特に、酸化剤側では、少なくとも２つの酸化剤開口が、各々、１つの酸化剤シールにより囲まれている。

動作では、燃料側の燃料シールおよび酸化剤側の酸化剤シールは、バイポーラ板と燃料電池の隣接する膜との間のエリアを周状に密封する。それにより、燃料および／または酸化剤エリアにおける燃料および／または酸化剤のより正確な計量が可能である。切り抜きとの連携による、燃料および酸化剤接続シーム内の燃料および／または酸化剤シールの好適な編成の効果は、切り抜きの断面積により燃料および酸化剤エリアの充填に影響を与えることが可能なことである。従って、燃料および酸化剤は、それぞれの開口から別々に個別板の間を流れ、次いで切り抜きを通じてそれぞれの燃料または酸化剤エリアに進入する。これは、各々少なくとも２つの燃料および／または酸化剤開口がある場合に好ましい。

好ましくは、少なくとも１つの接続シームは、冷却剤キャビティ、および特に少なくとも１つの冷却剤開口の冷却剤シールを周状に囲む冷却剤接続シームを備える。冷却剤接続シームは、個別板の間で冷却剤キャビティを縁取り、冷却剤キャビティを周状に封止する。冷却剤開口を介した冷却剤キャビティへの冷却剤の供給を保証するために、冷却剤シールおよび従って冷却剤開口が冷却剤接続シーム内で編成される。

好ましくは、少なくとも１つのシールは、燃料側の燃料エリア、および特に少なくとも１つの燃料接続シームを周状に囲む燃料エリアシールを備える。

さらに好ましくは、少なくとも１つのシールは、酸化剤側の酸化剤エリア、および特に少なくとも１つの酸化剤接続シームを周状に囲む酸化剤エリアシールを備える。

エリアシールは、個別板上の燃料または酸化剤エリアのそれぞれを周状に密封する。燃料および／または酸化剤エリアシールにより、燃料および／または酸化剤エリアが互いに対して、冷却剤に対して、および／または環境に対して離隔されることが保証される。

燃料エリアおよび／または酸化剤エリアは、外側に開放されるとともに、燃料および／または酸化剤がそれぞれのエリアにおいてそれらを介して分配される、ダクトを有することが可能である。

冷却剤接続シームに対するエリアシールの編成は、バイポーラ板の対向する側で延在するエリアシールが接続シームに交差することなく、原則的に次の通りである：
−両方のエリアシールは、冷却剤接続シームにより囲まれ；
−両方のエリアシールは、冷却剤接続シームを囲み；または
−エリアシールの一方は、冷却剤接続シームにより囲まれ、他方のエリアシールは、冷却剤接続シームを囲み、この編成は、上記の編成の対称性を有さない。

好ましくは、多数の接続シームが互いに一体的にワンピースで形成される。これは、シールがそれらの間に延在しなければ可能である。同様に、好ましくは、多数のシールがバイポーラ板の同じ側で互いに一体的にワンピースで形成される。これは、接続シームがそれらの間に延在しなければ可能である。これらの構成により、接続シームおよび／またはシールのよりコンパクトな編成が許容される。

好ましくは、冷却剤接続シームは、エリアシールの少なくとも一方を周状に囲む。特に、冷却剤接続シームは、他のすべての接続シームおよびシールを囲む。この結果、シールの編成の柔軟性がより大きくなる。

好ましくは、少なくとも１つの冷却剤開口の冷却剤シールは、少なくとも一方の周状に囲まれたエリアシールの外側に編成されている。従って、燃料および／または酸化剤が環境へ逃げることが可能であるため、燃料および／または酸化剤がこの冷却剤開口を介して冷却剤に入り込むリスクがない。特に、（すべての）冷却剤シールが、周状に囲まれたエリアシールの外側に編成される。

好ましくは、燃料接続シームは、酸化剤エリアシール内に編成される。好ましくは、酸化剤接続シームは、燃料エリアシール内に編成される。この結果、エリアシールにより囲まれるエリアが増加する。

あるいは、エリアシールの少なくとも一方は、冷却剤接続シームを周状に囲むことが可能である。

本発明の好適な構成によれば、エリアシールの少なくとも一方は、冷却剤接続シームを周状に囲み、冷却剤接続シームは、燃料接続シームの少なくとも１つと、および／または酸化剤接続シームの少なくとも１つと、結合接続シームとして（ワンピースで）一体化されている。特に、（すべての）燃料接続シームおよび酸化剤接続シームが、冷却剤接続シームと一体化されている。この結果、接続シームの編成が非常にコンパクトになる。

好ましくは、燃料エリアおよび酸化剤エリアの対向する側において、各々、少なくとも１つの燃料ユニット、酸化剤ユニット、および冷却剤ユニットが編成される。特に、冷却剤ユニットが燃料ユニットと酸化剤ユニットとの間に編成される。

本発明によるバイポーラ板は、好ましくは、電解槽に用いてもよい。

さらにその上、少なくとも１つのバイポーラ板と、少なくとも２つの膜電極接合体とを備え、バイポーラ板は、膜電極接合体の間に編成されている、燃料電池が提供される。好ましくは、燃料電池は、交互に積層された多数のバイポーラ板と膜電極接合体とを備える。本発明による燃料電池は、また、燃料電池スタックとも称することが可能であり、特に、生産性の向上によりコストが削減されていることを特徴とする。少なくとも１つのシールは、バイポーラ板と膜との間の境界を封止する。かかる燃料電池は、好ましくは、電気駆動エネルギーを提供するために自動車において用いてもよい。

さらに、本発明によるバイポーラ板を生産するための方法が提供され、本方法は、以下のステップを含む：
−個別板上にシールを作製するステップ；
−個別板の間に接続シームを作製するステップ。

好ましくは、シールは、射出成形法により個別板上に作製される。そのため、好ましくは、出発物質が射出成形工具内で個別板上に射出される。この場合、シールの作製は、一般に、シールの出発物質を硬化させるステップを含む。

さらに好適な場合、シールは、スクリーン印刷法により個別板上に作製される。スクリーン印刷法も、シールを作製するための確立された方法を表す。

好ましくは、接続シームは、溶接法により、特にレーザ溶接法により作製される。その文脈において、レーザビームをバイポーラ板の片側に入射させ、それにより、レーザビームが作用する個別板が、背後の第２の個別板に溶接される。

好ましくは、シールを作製するステップは、接続シームを作製するステップよりも時間的に先行して行われる。従って、シールの作製中、工具、例えば射出成形工具により、個別板におけるシールから離れた側において個別板を最適に支持することが可能である。これにより、バイポーラ板の変形が防止され、返品コストが削減される。加えて、この支持により、例えば射出成形中により高い圧力で作業することが可能になり、それにより、シールの生産時間が削減され、シール材料のより豊富な選択肢も許容される。

以下、本発明のさらなる詳細を、例示的実施形態において以下の関連図面を参照して説明する。

エリアシールを囲む冷却剤接続シームを有するバイポーラ板を示す。 エリアシールにより囲まれた冷却剤接続シームを有するバイポーラ板を示す。 燃料電池の概略図である。

図１および図２に示すバイポーラ板１０は、特にシールに関して、バイポーラ板１０の２つの個別板１２の間に延在する対称面に対して、本質的に対称的にすることが可能である。従って、バイポーラ板１０の両側１４、１６（主面）のシールの標準投影は、本質的に等しい表面積を有する。シール（またはそれらの経路）は、概略的に破線で表し、接続シーム（またはそれらの経路）は、概略的に鎖線で表す。

図１は、概略的に表されたバイポーラ板１０の平坦な側の一方の平面図であり、図は、バイポーラ板１０の燃料側１４に向かって見たものである。バイポーラ板１０の酸化剤側１６は、バイポーラ板１０における燃料側１４の反対の平坦な側である。

バイポーラ板１０は、燃料エリアシール３６および酸化剤エリアシール３８（図３参照）を周状に囲む冷却剤接続シーム４４を有する。冷却剤接続シーム４４は、２つの個別板１２の間のバイポーラ板１０内の冷却剤キャビティの外限を表す。冷却剤接続シーム４４は、環境に対して封止しているため、外側溶接シームとも称することが可能である。同様に、エリアシール３６、３８は、外側シールと称することが可能である。

冷却剤接続シーム４４は、また、冷却剤開口２４および冷却剤シール３４も囲んでいる。冷却剤シール３４も、環境に対して封止しているため、外側シールとも称することが可能である。冷却剤開口２４は、２つの個別板１２の間の冷却剤キャビティに流体接続されている。冷却剤シール３４は、冷却剤開口２４を周状に囲み、冷却剤接続シーム４４とエリアシール３６、３８との間に編成されている。従って、冷却剤シール３４は、エリアシール３６、３８の外側に編成され、それにより、燃料または酸化剤が冷却剤シール３４を介して冷却回路内に進入することができないという効果を有する。

燃料エリアシール３６は、燃料エリア５０を囲み、バイポーラ板１０における反対の平坦な側では、酸化剤エリアシール３８が酸化剤エリア（不図示）を囲んでいる。燃料エリア５０および酸化剤エリアは、燃料電池スタック内で、化学的に活性のエリアに対応している。

加えて、エリアシール３６、３８は、燃料シール３０を各々周状に囲む燃料接続シーム４０を囲んでいる。燃料シール３０は、次いで、燃料開口２０を各々囲んでいる。さらにその上、エリアシール３６、３８は、酸化剤シール３２を各々周状に囲む酸化剤接続シーム４２を囲んでいる。酸化剤シール３２は、次いで、酸化剤開口２２を各々囲んでいる。燃料シール３０および酸化剤シール３２は、個別の動作媒体を互いに対して封止するため、内側シールと称することが可能である。同様に、燃料接続シーム４０および酸化剤接続シーム４２も、個別の動作媒体を互いに対して封止するため、内側接続シームと称することが可能である。

本例において、燃料シール３０および酸化剤シール３２は、燃料接続シーム４０および酸化剤接続シーム４２内を延在している。燃料ユニットは、また、図示の燃料側１４において、燃料シール３０と燃料接続シーム４０との間に切り抜き２１を備える。切り抜き２１は、燃料側１４に向いた個別板１２を通過することで、燃料開口２０と燃料エリア５０との間に流体接続を確立する。酸化剤側１６（不図示）においても、酸化剤シール３２と酸化剤接続シーム４０との間にかかる切り抜き２１がある。その文脈において、切り抜き２１は、酸化剤側１６に向いた個別板１２を通過することで、酸化剤開口２２と酸化剤エリア（不図示）との間に流体接続を確立する。

図２は、本発明のさらなる好適な構成を示す。図１とは対照的に、燃料エリアシール３６および酸化剤エリアシール３８（図３参照）は、冷却剤接続シーム４４を周状に囲んでいる。この結果、冷却剤接続シーム４４、燃料接続シーム４０、および酸化剤接続シーム４２は、エリアシール３２の一方がそれらの間に延在することなく、互いに隣接して編成される。従って、接続シーム４０、４２、４４を、図示のように結合接続シーム４６として一体化することが可能である。従って、結合接続シーム４６を、一方では外側の、他方では内側の、接続シームと称することが可能である。本例示的実施形態によれば、冷却剤接続シーム４４が燃料エリアシール３６および酸化剤エリアシール３８内を延在するため、冷却剤シール３４をエリアシール３６の外側に編成しないことも可能である。

図１および図２のシール３０、３２、３４、３６は、個別板１２に接続されている。燃料電池６０（図３参照）内で、シール３０、３２、３４、３６は、バイポーラ板１０と隣接する膜電極接合体６２との間の間隙を封止する。接続シーム４０、４２、４４の各々は、２つの個別板１２を互いに接続し、個別板１２の間の間隙を周状に封止する。

図１および図２に示すように、シール３０、３２、３４、３６の、および接続シーム４０、４２、４４の上記の編成により、接続シーム４０、４２、４４がシール３０、３２、３４、３６に交わりも重なりもしないバイポーラ板１０を生産することが可能になり、バイポーラ板１０の生産に対して著しい利益がもたらされる。

図３は、多数の膜電極接合体６２を備える燃料電池６０の概略図である。膜電極接合体６２は、図２に示す本発明によるバイポーラ板１０と交互に積層され、燃料電池６０を形成する（すなわち、燃料電池スタックを形成する）。

バイポーラ板１０は、膜電極接合体６２にガス拡散層を介して反応物、すなわち燃料（例えば水素）および酸化剤（例えば空気からの酸素）を供給し、そのため、好適なダクトをバイポーラ板１０に設けることが可能である。加えて、バイポーラ板１０は、２つの隣接する膜電極接合体６２を、これらが直列に接続されるように電気的に接続する。

バイポーラ板１０のシール３０、３２、３４、３６は、膜電極接合体６２、特に膜とバイポーラ板１０との間の空間を密封することで、動作中に動作媒体が燃料電池６０の外へ漏れることを防止する。概略的に表された冷却剤接続シーム４４、または場合により結合接続シーム４６が、冷却剤が燃料電池６０の外へ漏れることを防止する。

振動（例えば、自動車における使用の結果）を伴う状況においてもシール３０、３２、３４、３６の正しい動作およびバイポーラ板１０と膜電極接合体６２との間の導電性接触を保証するために、燃料電池６０は、圧縮されるのが典型的である。これは、一般に、燃料電池６０のいずれかの端部に編成された２つのエンドプレート６６と、多数の張力要素６４との組み合わせにより実現される。張力要素６４は、エンドプレート６６が燃料電池６０を圧縮するように、張力をエンドプレート６６に伝達する。

図１および図２に示すバイポーラ板を生産するための方法を、好適な構成を参照して以下で検討する。

まず、後にバイポーラ板１０の燃料側１４に編成される個別板１２上に、燃料シール３０、酸化剤シール３２、冷却剤シール３４、および燃料エリアシール３６を作製する。加えて、後にバイポーラ板１０の酸化剤側１６に編成される個別板１２上に、燃料シール３０、酸化剤シール３２、冷却剤シール３４、および酸化剤エリアシール３８を作製する。個別板１２上におけるシール３０、３２、３４、３６の作製は、例えば、射出成形法により実現することが可能である。そのため、典型的には、出発物質が射出成形工具内で個別板１２上に射出される。この場合、シール３０、３２、３４、３６の作製は、典型的には、シール３０、３２、３４、３６の出発物質を硬化させるステップを含む。

次いで、個別板１２を、個別板１２におけるシール３０、３２、３４、３６の反対側が互いに接するように、互いに位置決めする。

次のステップにおいて、接続シーム４０、４２、４４、４６を、２つの個別板１２の間に作製することが可能である。接続シーム４０、４２、４４、４６は、例えば、溶接シームとすることが可能であり、かかる溶接シームは、典型的には、レーザ溶接法により作製することが可能である。従って、特に、（金属製の）シートで作製された個別板１２を、簡単に封止された状態で接続することが可能である。図１および図２に示すように、接続シーム４０、４２、４４、４６およびシール３０、３２、３４、３６が交わりも重なりもしないため、接続シーム４０、４２、４４、４６を、シール３０、３２、３４、３６から離間して作製することが可能である。

従って、本発明によるバイポーラ板１０およびバイポーラ板１０を生産するための本発明による方法は、返品および製造時間を削減することにより、燃料電池６０の全体的な生産コストを削減することが可能である。

１０ バイポーラ板
１２ 個別板
１４ 燃料側
１６ 酸化剤側
２０ 燃料開口
２１ 切り抜き
２２ 酸化剤開口
２４ 冷却剤開口
３０ 燃料シール
３２ 酸化剤シール
３４ 冷却剤シール
３６ 燃料エリアシール
３８ 酸化剤エリアシール
４０ 燃料接続シーム
４２ 酸化剤接続シーム
４４ 冷却剤接続シーム
４６ 結合接続シーム
５０ 燃料エリア
６０ 燃料電池
６２ 膜電極接合体
６４ 張力要素
６６ エンドプレート

Claims (10)

1. 燃料電池（６０）用バイポーラ板（１０）であって、前記バイポーラ板（１０）は、燃料側（１４）、酸化剤側（１６）、２つの個別板（１２）、および前記個別板（１２）の間に編成された冷却剤キャビティを有し、前記個別板（１２）の少なくとも一方は、その外面上に少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）を有し、前記個別板（１２）は、少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）により接続され、前記少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）は、前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）に交わりも重なりもしないことを特徴とする、燃料電池用バイポーラ板。
2. 前記バイポーラ板（１０）は、
   −前記バイポーラ板（１０）を通過する少なくとも１つの燃料開口（２０）であって、前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、少なくとも前記酸化剤側（１６）に編成された少なくとも１つの燃料シール（３０）を備え、前記少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）は、少なくとも１つの燃料接続シーム（４０）を備え、前記少なくとも１つの燃料開口（２０）は、前記少なくとも１つの燃料シール（３０）および前記少なくとも１つの燃料接続シーム（４０）により周状に囲まれている、燃料開口（２０）；および／または
   −前記バイポーラ板（１０）を通過する少なくとも１つの酸化剤開口（２２）であって、前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、少なくとも前記燃料側（１４）に編成された少なくとも１つの酸化剤シール（３２）を備え、前記少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）は、少なくとも１つの酸化剤接続シーム（４２）を備え、前記少なくとも１つの酸化剤開口（２２）は、前記少なくとも１つの酸化剤シール（３２）および前記少なくとも１つの酸化剤接続シーム（４２）により周状に囲まれている、酸化剤開口（２２）；および／または
   −前記バイポーラ板（１０）を通過するとともに前記冷却剤キャビティに流体接続された少なくとも１つの冷却剤開口（２４）であって、前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、前記バイポーラ板（１０）の両側に編成された冷却剤シール（３４）を備え、かかる冷却剤シールは、前記少なくとも１つの冷却剤開口（２４）を周状に囲む、冷却剤開口（２４）
   を有する、請求項１に記載のバイポーラ板（１０）。
3. −前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、前記燃料側（１４）の前記少なくとも１つの燃料開口（２０）を周状に囲む少なくとも１つの燃料シール（３０）を備え、
   好ましくは、前記少なくとも１つの燃料シール（３０）は、前記少なくとも１つの燃料接続シーム（４０）と前記少なくとも１つの燃料開口（２０）との間に編成され、前記燃料シール（３０）と前記燃料接続シーム（４０）との間に、前記燃料側（１４）の前記個別板（１２）を通過する少なくとも１つの切り抜き（２１）が編成され、および／または
   −前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、前記酸化剤側（１６）の前記少なくとも１つの酸化剤開口（２２）を周状に囲む少なくとも１つの酸化剤シール（３２）を備え、
   好ましくは、前記酸化剤シール（３２）は、前記少なくとも１つの酸化剤接続シーム（４２）と前記少なくとも１つの酸化剤開口（２２）との間に編成され、前記酸化剤シール（３２）と前記酸化剤接続シーム（４２）との間に、前記酸化剤側（１６）の前記個別板（１２）を通過する少なくとも１つの切り抜き（２１）が編成されている、請求項２に記載のバイポーラ板。
4. −前記少なくとも１つの接続シーム（４０、４２、４４）は、前記冷却剤キャビティ、および特に前記少なくとも１つの冷却剤開口（２４）の冷却剤シール（３６）を周状に囲む冷却剤接続シーム（４４）を備え；および／または
   −前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、前記燃料側（１４）の燃料エリア（５０）、および特に前記少なくとも１つの燃料接続シーム（４０）を周状に囲む燃料エリアシール（３６）を備え；および／または
   −前記少なくとも１つのシール（３０、３２、３４、３６）は、前記酸化剤側（１６）の酸化剤エリア、および特に前記少なくとも１つの酸化剤接続シーム（４２）を周状に囲む酸化剤エリアシール（３８）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイポーラ板。
5. 前記冷却剤接続シーム（４４）は、前記エリアシール（３６、３８）の少なくとも一方を周状に囲む、請求項４に記載のバイポーラ板。
6. 少なくとも１つの冷却剤開口（２４）の前記冷却剤シール（３４）は、前記少なくとも一方の周状に囲まれたエリアシール（３６、３８）の外側に編成されている、請求項５に記載のバイポーラ板。
7. 前記エリアシール（３６、３８）の少なくとも一方は、前記冷却剤接続シーム（４４）を周状に囲み、前記冷却剤接続シーム（４４）は、前記燃料接続シーム（４０）の少なくとも１つと、および／または前記酸化剤接続シーム（４２）の少なくとも１つと、結合接続シーム（４６）として一体化されている、請求項４に記載のバイポーラ板。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのバイポーラ板（１０）と、少なくとも２つの膜電極接合体（６２）とを備え、前記バイポーラ板（１０）は、前記膜電極接合体（６２）の間に編成されている、燃料電池（６０）。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイポーラ板を生産するための方法であって、
   −前記個別板（１２）上にシール（３０、３２、３４、３６）を作製するステップと、
   −前記個別板（１２）の間に接続シーム（４０、４２、４４）を作製するステップと
   を含む、方法。
10. 前記シール（３０、３２、３４、３６）を作製する前記ステップは、前記接続シーム（４０、４２、４４）を作製する前記ステップよりも時間的に先行して行われる、請求項９に記載の方法。

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