JP2017135098A - 反応物質による流路の通過を制限するためのバイポーラプレート - Google Patents
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Abstract
Description
プロトン交換膜と、前記プロトン交換膜に対向して固定された第1及び第2の電極と、を含む膜電極接合体と、
第1及び第2の導電性シートを備えるバイポーラプレートと、を備える電気化学セルであって、
前記バイポーラプレートは、
冷媒の入口用マニホールド及び出口用マニホールドと、反応物質の入口用マニホールド及び出口用マニホールドとが、前記第1及び第2の導電性シートを貫通して形成されており、
冷媒の流路は、前記導電性シートの間に形成され、入口用及び出口用マニホールドと接続しており、
前記第1の導電性シートの外面は、前記膜電極接合体の前記第1の電極により覆われている反応物質用の入口用及び出口用マニホールドに接続している反応物質用流路と、前記反応物質用の流路の側部に延在する第1のリブと、前記第1のリブ上に少なくとも一部が延在するガスケットと、を備え、
前記第1のリブと前記第1の電極との間に延在する中間領域を備えるバイポーラプレートは、さらに、前記第1及び第2のシートが少なくとも一の冷媒用流路の全長に亘り互いに入れ子状の形状を有している第1の帯域と、前記第1の帯域と前記第1のリブとの間に位置しており前記第1のシートが膜電極接合体と接触しているレリーフ部を備え、少なくとも一の冷媒用貯留部が前記第1及び第2のシートの間に形成されている第2の帯域と、を備える。
前記第2のシートの前記外面は、第5のリブによって画定されている第2の反応物質の均質化流路、を備え、
前記第1の均質化流路は前記第2の均質化流路とは異なる方向に延在しており、
前記第1の均質化流路は、前記中間領域において前記第1の領域内の前記第1のシートの内面のスタッド部にそれぞれ形成された凹部を備えており、
前記スタッド部は前記第5のリブの内部ボリューム部に収容されており、
前記第2の均質化流路は、前記中間領域において前記第1の帯域の前記第2のシートの内面にスタッド部がそれぞれ形成された凹部を備え、前記スタッド部は前記第4のリブの内部ボリューム部に収容されている。
H2→2H++2e−:アノード
4H++4e−+O2→2H2O:カソード
その動作中、燃料電池スタックの1つのセルは、通常、アノードとカソードとの間に1V程度のDC電圧を発生させる。
の中央部の撓みを可能にする空間を形成している。凹部562には、第2のリブ565が配置されている。第2のリブ565は、撓みに対して所定の剛性を有している。又、第2のリブ565は、リブ531の中央部の撓みを可能にする空間を形成している。この変形例は、特に、ガスケット支持リブの剛性を高めることを可能にする。
MEAのオーバーラップ部のうねりを許容するために、各リブ531は、より大きな幅の凹部562に対向し、
各リブ561は、より大きな幅の凹部532に対向し、
リブ531の高さは、リブ542の高さよりも高く、
リブ561の高さは、シート52の流路を画定するリブの高さよりも高い。
有利には、MEAのオーバーラップ部に対する応力を制限するために、リブ531と凹部562との間の空間は、MEAのオーバーラップ部の厚さよりも厚く、
リブ561と凹部532との間の空間は、MEAのオーバーラップ部の厚さよりも厚い。
MEAのオーバーラップ部のうねりを許容するために、各リブ531は、より大きな幅の凹部562に対向し、
各リブ561は、より大きな幅の凹部532に対向し、
リブ531の高さは、リブ542の高さよりも高く、
リブ561の高さは、リブ564の高さよりも高い。
有利には、MEAのオーバーラップ部に対する応力を制限するために、リブ531と凹部562との間の空間は、MEAのオーバーラップ部の厚さよりも厚く、
リブ561と凹部532との間の空間は、MEAのオーバーラップ部の厚さよりも大きい。
この中間領域では、
シート51及び52は、第1の帯域に沿って、少なくとも1つの冷媒流路の全長に亘って互いに入れ子状の相補形状を有しており、
シート51は、第1の帯部とガスケット支持リブとの間に第2の帯域を形成し、膜電極接合体と接触するレリーフ部を備えている。この第2の帯域では、シート51とシート52との間に冷媒貯留部が形成されている。
Claims (12)
- プロトン交換膜(113)と、前記プロトン交換膜に対向して固定された第1及び第2の電極と、を含む膜電極接合体(110)と、
第1及び第2の導電性シート(51、52)を備えるバイポーラプレート(5)と、を備える電気化学セル(1)であって、
前記バイポーラプレート(5)は、
冷媒の入口用マニホールド(593)及び出口用マニホールド(594)と、反応物質の入口用マニホールド(591)及び出口用マニホールド(596)とが、前記第1及び第2の導電性シートを貫通して形成されており、
冷媒の流路は、前記導電性シート(51、52)の間に形成され、入口用及び出口用マニホールドと接続しており、
前記第1の導電性シート(51)の外面は、前記膜電極接合体の前記第1の電極により覆われている反応物質用の入口用及び出口用マニホールドに接続している反応物質用流路(541)と、前記反応物質用の流路(541)の側部に延在する第1のリブ(512)と、前記第1のリブ上に少なくとも一部が延在するガスケット(2)と、を備え、
前記第1のリブ(512)と前記第1の電極(111)との間に延在する中間領域(53)を備えるバイポーラプレート(5)は、さらに、前記第1及び第2のシートが少なくとも一の冷媒用流路の全長に亘り互いに入れ子状の形状を有している第1の帯域(537)と、前記第1の帯域と前記第1のリブ(512)との間に位置しており前記第1のシートが膜電極接合体と接触しているレリーフ部(531)を備え、少なくとも一の冷媒用貯留部(536)が前記第1及び第2のシートの間に形成されている第2の帯域(538)と、を備える、
電気化学セル(1)。 - 前記冷媒の入口用マニホールドと前記冷媒の出口用マニホールドとを接続する方向は、前記反応物質の入口用マニホールドと前記反応物質の出口用マニホールドとを結ぶ方向と実質的に平行である、請求項1に記載の電気化学セル(1)。
- 前記膜電極接合体(110)が、前記第1の電極(111)を覆い、前記第2の帯域(538)を部分的に覆うガス拡散層(121)を備える、請求項2に記載の電気化学セル(1)。
- 前記レリーフ部(531)は、幅及び長さが少なくとも反応物質の流路(541)の幅と等しい平坦面(581)を含む、請求項3に記載の電気化学セル(1)。
- 前記中間領域(53)は、冷媒用の第1のシートと第2のシートとの間にボリューム部が形成されている第3の帯域(539)を含む、請求項2〜4のいずれか一項に記載の電気化学セル(1)。
- 前記第1のシート(51)の前記外面は、前記反応物質用流路(541)を画定する第2のリブ(542)を備え、前記中間領域(53)は、前記第1シートは、前記第2のリブのうちの1つと前記第1のリブ(512)との間に延在する第3のリブ(531)を備える、請求項2〜5のいずれか一項に記載の電気化学セル(1)。
- 前記第1及び第2のシートは、前記第2の帯域において、冷媒用の貯留部(536)と、前記第1及び第2のシートが接触している領域とを交互に形成する、請求項2〜6のいずれか一項に記載の電気化学セル(1) 。
- 前記冷媒の入口用マニホールドと前記冷媒の出口用マニホールドとを結ぶ方向は、前記反応物質の入口用マニホールドと前記反応物質の出口用マニホールドとを結ぶ方向に対して、実質的に垂直である、請求項1に記載の電気化学セル(1)。
- 前記第1のシート(51)の前記外面は、前記反応物質のマニホールドと、前記反応物質の流路との間に、反応物質の均質化領域(50)を備え、前記中間領域は前記反応物質の均質化領域内に形成されている、請求項8に記載の電気化学セル(1)。
- 前記第1のシート(51)の前記外面は、第4のリブ(502)によって画定されている反応物質用の第1の均質化流路(501)を備え、
前記第2のシート(52)の前記外面は、第5のリブ(505)によって画定されている反応物質用の第2の均質化流路(504)、を備え、
前記第1の均質化流路は前記第2の均質化流路とは異なる方向に延在しており、
前記第1の均質化流路は、前記中間領域において前記第1の帯域(537)内の前記第1のシートの内面のスタッド部にそれぞれ形成された凹部(503)を備えており、
前記スタッド部は前記第5のリブ(505)の内部ボリューム部に収容されており、
前記第2の均質化流路(504)は、前記中間領域において前記第1の帯域(537)の前記第2のシートの内面にスタッド部がそれぞれ形成された凹部(506)を備え、前記スタッド部は前記第4のリブ(502)の内部ボリューム部に収容されている、
請求項9に記載の電気化学セル(1)。 - 均質化領域(519、529)は、前記均質化領域(50)垂直方向における前記第1及び第2のシート(51、52)の内面に形成されており、前記第1及び第2のシートの均質用スタッド部は接触している、請求項9に記載の電気化学セル(1)。
- 前記第1のリブ(512)が前記反応物質の入口用及び出口用マニホールドの間に延在している、請求項1〜11のうちいずれか一項に記載の電気化学セル(1)。
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