JP2018530666A - 電気化学セルのためのマルチコンポーネントバイポーラプレート - Google Patents

電気化学セルのためのマルチコンポーネントバイポーラプレート Download PDF

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Abstract

バイポーラプレートアセンブリの提供。バイポーラプレートアセンブリは、第1の高圧シール、第2の高圧シール、及び第1の高圧シールと第2の高圧シールとの間に配置された挿入プレートを含む第1のシールアセンブリを有してよい。挿入プレートは、挿入プレートの上面及び下面に形成された複数の隆起部を有してよく、複数の隆起部は、第1の高圧シール及び第2の高圧シールが該挿入プレート上にプレスされた際、第1の高圧シール及び第2の高圧シールに侵入して該シールアセンブリを形成するように設計される。バイポーラプレートアセンブリはフレーム及びベースを有してもよく、フレーム及びベースは合体してバイポーラプレートを形成し、高圧ゾーンを画定するように設計される。シールアセンブリは、バイポーラプレートに取り付けられた際、高圧ゾーンをシールするように設計されてよい。【選択図】図3

Description

[001]本出願は、参照によりその全体が開示に組み入れられる2015年8月11日付けで出願された米国仮出願第62/203,414号の利益を主張する。
[002]本発明の開示は、マルチコンポーネントバイポーラプレート、より特定には、電気化学セルのマルチコンポーネントバイポーラプレートのための高圧シールアセンブリに向けられる。
[003]電気化学セルは、通常、燃料電池または電解セルとして分類され、化学反応により電流を生成したり、または電流の流れを使用して化学反応を誘導したりするために使用されるデバイスである。燃料電池は、燃料(例えば、水素、天然ガス、メタノール、ガソリンなど)および酸化体(空気または酸素)の化学エネルギーを、電気と、熱および水である廃棄物とに変換する。基礎的な燃料電池は、負電荷を有するアノード、正電荷を有するカソード、および電解質と呼ばれるイオン伝導性材料を含む。
[004]様々な燃料電池技術が様々な電解質材料を利用している。プロトン交換膜(PEM)燃料電池は、例えば、電解質として高分子のイオン伝導性膜を利用している。水素PEM燃料電池において、水素原子は、アノードで電気化学的に電子とプロトン(水素イオン)とに分離される。電子はカソードへの回路を通って流れて電気を発生させ、その一方でプロトンは電解質膜を通ってカソードに拡散する。カソードでは、水素であるプロトンが、電子および酸素(カソードに供給された)と反応して、水および熱を生産することができる。
[005]電解セルは、それとは逆に稼働する燃料電池の代表である。基礎的な電解セルは、外部の電位が適用されると、水を水素と酸素ガスに分解することによって水素発生器として機能し得る。水素燃料電池または電解セルの基礎的な技術は、電気化学的な水素の操作、例えば電気化学的な水素の圧縮、精製、または膨張に適用することができる。
[006]電気化学的水素圧縮機(EHC)は、例えば、セルの一方の側から他方へと水素を選択的に移動させるのに使用することができる。EHCは、第1の電極(すなわち、アノード)と第2の電極(すなわち、カソード)との間に挟まれたプロトン交換膜を含んでいてもよい。水素を含有するガスを第1の電極と接触させて、第1の電極と第2の電極との間に電位差を適用することができる。第1の電極では、水素分子を酸化することができ、この反応は、2個の電子と2個のプロトンを生産することができる。2個のプロトンは、電気化学的に膜を通ってセルの第2の電極に送られ、そこでプロトンは2つの別ルートの電子と再結合し、還元されて、水素分子を形成する。第1の電極および第2の電極で起こる反応は、以下に示すような化学方程式で表すことができる。
第1の電極の酸化反応:H→2H+2e
第2の電極の還元反応:2H+2e→H
全体の電気化学反応:H→H
[007]この方式で作動するEHCは、時には水素ポンプと称される。第2の電極に累積した水素が限定されたスペースに制限されると、電気化学セルは水素を圧縮するかまたは圧力を上昇させる。個々のセルが生産することができる最大の圧力または流速は、セルの設計に基づいて限定される可能性がある。
[008]より大きい圧縮またはより高い圧力を達成するために、複数のセルを連続して連結させて、多段階EHCを形成することができる。多段階EHCにおいて、ガス流路は、例えば、第1のセルの圧縮された出力ガスが第2のセルの入力ガスとなり得るように設計され得る代替として、一段階セルを平行に連結させて、EHCの処理能力(すなわち、総ガス流量)を増加させることができる。一段階および多段階EHCの両方において、セルはスタックされていてもよく、各セルは、カソード、電解質膜、およびアノードを含んでいてもよい。各カソード/膜/アノード接合体は、「膜電極接合体」、または「MEA」を構成し、これは、典型的には両方の側でバイポーラプレートにより支持される。バイポーラプレートは、機械的な支持を提供することに加えて、スタック中の個々のセルを電気的に連結しつつ物理的に分離する。またバイポーラプレートは、集電装置/導体としても作用し、プロセス流体のための通路を提供する。典型的には、バイポーラプレートは、金属、例えばステンレス鋼、チタンなどから、および非金属の電気導体、例えばグラファイトから作製される。
[009]近年、マルチコンポーネントバイポーラプレートは、高圧の電気化学セル用途、例えば水素圧縮機への導入が進んでいる。マルチコンポーネントバイポーラプレートの使用は、多数の有利な、例えば改善された性能、製造コストの低減、および材料選択における柔軟性の改善をもたらすことが意図されている。例えば、参照により本明細書に組み入れられる米国仮特許出願第62/042,884号は、マルチコンポーネントバイポーラプレート設計の数々の実施態様を開示している。第62/042,884号出願で開示されたマルチコンポーネントバイポーラプレートは多くの利点を提供しているが、特にバイポーラプレートコンポーネントの製造に関連する製造コストの低減に関してさらなる改善の達成が可能である。本発明の開示は、より費用効率が高い製造を可能にする改善されたマルチコンポーネントバイポーラプレート設計を提供することに向けられる。
[010]本発明の開示の一形態は、バイポーラプレートアセンブリに向けられる。バイポーラプレートアセンブリは、第1の高圧シール、第2の高圧シール、および第1の高圧シールと第2の高圧シールとの間に配置された挿入プレートを含む第1のシールアセンブリを含んでいてもよい。挿入プレートは、挿入プレートの上面および下面に形成された複数の隆起部(ridges)を有していてもよく、複数の隆起部は、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールが挿入プレート上にプレスされたときに、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールに侵入してシールアセンブリを形成するように設計されている。バイポーラプレートアセンブリはまた、フレームおよびベースを含んでいてもよく、フレームおよびベースは、合体してバイポーラプレートを形成し、高圧ゾーンを画定するように設計されている。シールアセンブリは、バイポーラプレートに取り付けられたとき、高圧ゾーンをシールするように設計されていてもよい。
[011]本発明の開示の他の形態は、マルチコンポーネントバイポーラプレートを組み立てる方法に向けられる。本方法は、挿入プレートの下面上に第1の高圧シールをプレスする工程であって、下面は、第1の高圧シールに侵入することによって第1のシーリング表面を作り出すように設計された第1の複数の隆起部を有する、工程を含んでいてもよい。本方法はまた、挿入プレートの上面上に第2の高圧シールをプレスする工程であって、上面は、第2の高圧シールに侵入することによって第2のシーリング表面を作り出すように設計された第2の複数の隆起部を有する、工程を含んでいてもよい。挿入プレートの下面上に第1の高圧シールをプレスする工程および挿入プレートの上面上に第2の高圧シールをプレスする工程は、第1のシールアセンブリを形成し得る。本方法はまた、シールアセンブリをバイポーラプレートのフレームおよびベースに取り付けることによって、バイポーラプレートの高圧ゾーンをシールする工程を含んでいてもよい。
[012]本発明の開示の他の形態は、電気化学セルに向けられる。電気化学セルは、バイポーラプレートの対およびバイポーラプレートの対間に配置された膜電極接合体を含んでいてもよい。バイポーラプレートの少なくとも1つは、第1の高圧シール、第2の高圧シール、および第1の高圧シールと第2の高圧シールとの間に配置された挿入プレートを含む第1のシールアセンブリを含んでいてもよい。挿入プレートは、挿入プレートの上面および下面に形成された複数の隆起部を有していてもよく、複数の隆起部は、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールが挿入プレート上にプレスされたときに、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールに侵入してシールアセンブリを形成するように設計されている。バイポーラプレートはまた、フレームおよびベースを含んでいてもよく、フレームおよびベースは、合体してバイポーラプレートを形成し、高圧ゾーンを画定するように設計されている。シールアセンブリは、フレームおよびベースに取り付けられたとき、バイポーラプレートの高圧ゾーンをシールするように設計されていてもよい。
[013]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に典型的で説明的なものにすぎず、特許請求された開示を限定しないことが理解されるべきである。
[014]添付の図面は、本明細書に取り入れられ本明細書の一部を構成するが、本発明の開示の実施態様を例示し、その記載と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
[015]図1は、電気化学セルの様々なコンポーネントを示す電気化学セルの一部の側面図である。 [016]図2は、例示的な実施態様に係るバイポーラプレートのベースおよびフレームの透視図である。 [017]図3は、例示的な実施態様に係る第1のシールアセンブリ、ベース、およびフレームの分解組み立て図である。 [018]図4は、例示的な実施態様に係る挿入プレートの上面の拡大図である。 [019]図5は、例示的な実施態様に係る挿入プレートの下面の拡大図である。 [020]図6は、例示的な実施態様に係る第1のシールアセンブリの一部の断面図である。 [021]図7A、図7B、および図7Cは、例示的な実施態様に係る挿入プレートの一部の断面図である。 [022]図8は、例示的な実施態様に係る挿入プレートの一部の断面図である。
[023]以下、本開示の本発明の例示的な実施態様について詳細に述べ、その例は添付の図面に例示される。可能な限り、同じまたは類似の部品を指すために図面全体にわたり同じ参照番号が使用される。水素を採用する電気化学セルに関して説明されるが、本発明の開示のデバイスおよび方法は、これらに限定されないが、電解セル、水素精製器、水素エキスパンダー、および水素圧縮機などの様々な種類の燃料電池および電気化学セルに採用できることが理解される。
[024]図1は、例示的な実施態様に係る電気化学セル100の分解側面図を示す。電気化学セル100は、アノード110、カソード120、およびアノード110とカソード120との間に配置されたプロトン交換膜(PEM)130を含んでいてもよい。膜電極接合体(MEA140)は、アノード110、カソード120、およびPEM130の組み合せを含んでもよい。PEM130は、純粋な高分子膜またはコンポジット膜を含んでいてもよく、これらにおいて、他の材料、例えば、シリカ、ヘテロポリ酸、層状の金属リン酸塩(layered metal phosphate)、リン酸塩、およびリン酸ジルコニウムが、高分子マトリックス中に埋め込まれていてもよい。PEM130は、電子は伝導させないがプロトンを透過させることができる。アノード110およびカソード120は、触媒層を含有する多孔質炭素電極を含んでもよい。触媒材料、例えば白金は、反応速度を増加させることができる。
[025]電気化学セル100は、2つのバイポーラプレート150、160をさらに含んでもよい。バイポーラプレート150、160は、支持体プレート、導体として作用することができ、それぞれの電極表面への燃料の通路を提供することができ、圧縮燃料を除去するための通路を提供することができる。バイポーラプレート150、160はまた、冷却流体(すなわち、水、グリコール、または水とグリコールとの混合物)のためのアクセスチャネルを含んでいてもよい。バイポーラプレート150、160は、電気化学スタック(示されていない)中で、隣接するセルから電気化学セル100を隔てることができる。一部の実施態様において、バイポーラプレート150、160は、バイポーラプレート150、160のそれぞれの側が異なるMEA140と接触した状態になるように、2つの隣接するセルのためのバイポーラプレートとして機能することができる。例えば、複数の電気化学セル100は、直列に流体連結して多段階電気化学的水素圧縮機(EHC)を形成してもよいし、または並列に流体連結して一段階EHCを形成してもよい。
[026]作動中、例示的な実施態様に従って、水素ガスは、バイポーラプレート150を通ってアノード110に供給されてもよい。アノード110とカソード120との間に電位が適用されてもよく、その場合、アノード110における電位は、カソード120における電位より大きい。アノード110で水素が酸化されると、水素は電子とプロトンに分けられる。プロトンは、PEM130を通って電気化学的に輸送、すなわち「ポンプ」輸送され(pumped)、一方で電子は、PEM130を迂回する。PEM130の逆側におけるカソード120で、輸送されたプロトンが迂回した電子によって還元されて、水素が形成される。カソード120で水素が形成され続けることにより、限定されたスペース内での水素の圧縮と加圧が可能になる。
[027]例示的な実施態様によれば、バイポーラプレート150および160はそれぞれ、少なくとも2つのピースまたはコンポーネントから形成されていてもよい。マルチコンポーネント(例えば、2コンポーネント)バイポーラプレートは、様々な理由で有利であり得る。例えば、製造コストの低減、製造におけるフレキシビリティー、材料コストの低減、便利さの増大、および材料選択能(例えば、導電率および耐食性)の改善がある。
[028]図2は、2コンポーネントバイポーラプレート160の例示的な実施態様を示し、バイポーラプレート160は、ベース70およびフレーム80を含む。フレーム80は、少なくともフロー構造200(示されていない)を格納するように設計された空隙190を画定することができ、一部の実施態様において、MEAの両方の側に位置するMEA(示されていない)およびフロー構造(示されていない)を格納することができる。以下の説明はバイポーラプレート160について述べているが、このような開示は、バイポーラプレート150にも同等に適用可能である。
[029]電気化学セル100は、図1で示されるように、電気化学セル100中、MEA140のそれぞれの側に導電性ガス拡散層(GDL)(示されていない)をさらに含んでいてもよい。一部の実施態様において、GDLは、セル内のガスおよび液体の輸送を可能にする拡散媒体としての役割を果たすことができ、バイポーラプレート150および160とPEM130との間の電気伝導を提供することができ、セルからの熱およびプロセス水の除去を助けることができ、一部のケースでは、PEM140に機械的な支持を提供し得る。加えて、一部の実施態様において、バイポーラプレート150および160において、流れ場として知られるチャネル(示されていない)が、MEA140のアノード110およびカソード120にガスを供給するように設計されていてもよい。PEM130のそれぞれの側における反応物ガスは、流れ場を通って流れ、多孔質GDLを通って拡散することができる。流れ場およびGDLは、隣接して位置され、内部流体ストリーム(internal fluid streams)によって接続されていてもよい。したがって、流れ場およびGDLは、合わせて、フロー構造200を画定することができる。
[030]フレーム80およびベース70は、全体的に平面であり、全体的に長方形の輪郭を有していてもよい。一部の実施態様において、フレーム80およびベース70は、別の形状、例えば、正方形、「レーストラック」(すなわち、側面が半楕円形の実質的に長方形の形状)、丸形、卵形、楕円形、または他の形状を有していてもよい。フレーム80およびベース70の形状は、電気化学セル100の他のコンポーネント(例えば、カソード、アノード、PEM、フロー構造など)または電気化学セルスタックに対応していてもよい。
[031]フレーム80およびベース70は、同一平面での接続のために設計されていてもよい。フレーム80およびベース70は、取り外しできるように接続されていてもよいし、または固定して接続されていてもよい。1つまたはそれより多くの取り付けメカニズムを使用することができ、このようなメカニズムとしては、例えば、結合材、溶接、ろう付け、はんだ付け、拡散接合、超音波溶接、レーザー溶接、スタンピング、リベット締め、抵抗溶接、または焼結が挙げられる。一部の実施態様において、結合材としては、接着剤を挙げることができる。好適な接着剤としては、例えば、グルー、エポキシ、シアノアクリレート、熱可塑性シート(例えば熱結合した熱可塑性シートなど)、ウレタン、嫌気性接着剤、UV硬化、および他のポリマーが挙げられる。一部の実施態様において、フレーム80およびベース70は、摩擦嵌合によって接続されていてもよい。例えば、コンポーネント間に1つまたはそれより多くのシールを設けることにより、コンポーネント間で十分な摩擦力を生じさせることができ、圧縮されたときに、予期せぬ滑りを防ぐことができる。
[032]一部の実施態様において、フレーム80およびベース70は、ファスナー、例えばスクリュー、ボルト、クリップ、または他の類似のメカニズムを使用して、取り外しできるように接続されていてもよい。一部の実施態様において、コンプレッションロッドおよびナットが、バイポーラプレート150および160を貫通して、または外側に沿って配置されていてもよく、電気化学セル100または複数の電気化学セル100をスタック中で圧縮するのと共に、フレーム80およびベース70を圧縮するのに使用されてもよい。
[033]連結されたフレーム80およびベース70は、複数の異なる圧力ゾーンを形成することもできるし、複数のシールは、1つまたはそれより多くの異なる圧力ゾーンを画定することもできる。図2に、一実施態様に係る複数の異なるシールおよび圧力ゾーンを示す。複数のシールは、第1のシール210、第2のシール220、および第3のシール230を含んでいてもよい。第1のシール210は、全体的に第2のシール220内に含有されていてもよいし、第2のシール220は、全体的に第3のシール230内に含有されていてもよい。このシールの配列(すなわち、一方が他方の内側に含まれる配列)は、カスケード式のシール配置と分類される場合がある。カスケード式のシール配置は、数々の利点をもたらすことができる。例えば、カスケード式のシール配置は、シールによる保護を多層の形態にすることでシールを重複化することにより、電気化学セル100から高圧水素が散逸する可能性を制限することができる。水素漏出の可能性を低減させることは、安全性とエネルギー効率に利益をもたらすことができる。加えて、カスケード式のシール配置はまた、高圧ゾーンからより低圧のゾーンへと高い圧力を徐々に下げることによって、圧力の自己調節も可能にする。
[034]第1のシール210、第2のシール220、および第3のシール230の形状は、図2で示されるように、全体的にバイポーラプレート150または160の形状に対応していてもよい。第1のシール210は、高圧シールとして作用し、高圧ゾーン240の一部を画定して、高圧ゾーン240内に第1の流体250(例えば、水素)を含有するように設計されていてもよい。第1のシール210は、少なくともフレーム80とベース70との間で高圧ゾーン240の外側の境界を定めることもできる。高圧ゾーン240は、フレーム80およびベース70が接続されているときに、空隙190を通じて延在するフロー構造200を含んでいてもよい。第1の流体250は、カソード130からフロー構造200を通って高圧ゾーン240全体に流動することができる。
[035]カソード130で形成された水素は、高圧ゾーン240に収集されてもよく、フレーム80とベース70との連結部は、第1のシール210でシールされていてもよい。高圧ゾーン240内の水素は、圧縮されていてもよく、結果として、水素が形成され続けて高圧ゾーン240に収集されるにつれて、圧力を増加させることができる。高圧ゾーン240中の水素は、例えば約15,000psiより大きい圧力に圧縮されてもよい。
[036]図2で示されるように、第1のシール210は、高圧ポート260の外部の周りに延在するように設計されていてもよい。高圧ポート260は、高圧ゾーン240から第1の流体250を供給または排出するように設計されていてもよい。高圧ポート260は、マルチセル電気化学的圧縮機において隣接する電気化学セルの高圧ポートと流体連通した状態であってもよい。
[037]第2のシール220は、中圧ゾーン270の外周を画定することができる。中圧ゾーン270は、第1のシール210、第2のシール220、フレーム80およびベース70によって境界が定められていてもよい。中圧ゾーン270は、第2の流体280を含有するように設計されていてもよい。中圧ゾーン270は、1つまたはそれより多くの中圧ポート290をさらに含んでいてもよい。
[038]中圧ゾーン270は、第2の流体280を収集して中圧ポート290に方向付けるように設計されていてもよい。図2で示されるように、中圧ゾーン270は、第1のシール210によって隔てられた高圧ゾーン240の周囲に延在していてもよい。中圧ゾーン270の断面積および体積は、フレーム80、ベース70、第1のシール210、および第2のシール220の幾何学的配置に基づいて変動し得る。
[039]図2で示されるように、中圧ゾーン270は、1つまたはそれより多くの中圧ポート290と流体連通した状態であってもよい。中圧ポート290は、中圧ゾーン270内に含有される第2の流体280を排出するように設計されていてもよい。中圧ポート290の形状および数は、様々であり得る。例えば、中圧ポートは、正方形、長方形、三角形、多角形、丸形、卵型、または他の形状であってもよい。中圧ポート290の数は、1から25個の範囲で様々であり、またはそれより多くてもよい。図2で示されるように、中圧ポート290は、バイポーラプレート160の長さに沿って均一に分布していてもよい。一部の実施態様において、中圧ポート290は、中圧ゾーン270の全周囲に延在していてもよい。
[040]一部の実施態様において、中圧ポート290を介して排出された第2の流体280は、電気化学セル100に再供給されてもよい。一部の実施態様において、中圧ポート290を介して排出された第2の流体280は、収集され再利用されてもよい。中圧ゾーン270中の第2の流体280は、一般的に、高圧ゾーン240中の第1の流体250より低圧であってもよい。
[041]第3のシール230は、低圧ゾーン300を画定して、低圧ゾーン300内に第3の流体310を含有するように設計されていてもよい。低圧ゾーン300は、第2のシール220、第3のシール230、フレーム80、およびベース70によって境界が定められていてもよい。低圧ゾーン300は、第3の流体310を含有するように設計されていてもよい。低圧ゾーン300は、1つまたはそれより多くの低圧ポート320をさらに含んでいてもよい。
[042]低圧ゾーン300は、第3の流体310を収集して低圧ポート320に方向付けるように設計されていてもよい。図2で示されるように、低圧ゾーン300は、第2のシール220によって隔てられた中圧ゾーン270の周囲に延在していてもよい。低圧ゾーン300の断面積および体積は、フレーム180、ベース70、第2のシール220および第3のシール230の幾何学的配置に基づいて変動し得る。
[043]図2で示されるように、低圧ゾーン300は、1つまたはそれより多くの低圧ポート320と流体連通した状態であってもよい。低圧ポート320は、低圧ゾーン300内に含有される第3の流体310を排出するように設計されていてもよい。低圧ポート320の形状は、様々であり得る。例えば、低圧ポート320は、正方形、長方形、三角形、多角形、丸形、卵型、または他の形状であってもよい。低圧ポート320の数は、例えば、1から50個の範囲で様々であり、またはそれより多くてもよい。図2で示されるように、低圧ポート320は、第2のシール220と第3のシール230との間で間隔を開けて存在し、バイポーラプレート160の長さに沿って均一に互い違いになっていてもよい。一部の実施態様において、低圧ポート320は、低圧ゾーン300の全周囲にわたり存在していてもよい。
[044]低圧ポート320を介して排出された第3の流体310は、電気化学セル100に再供給されてもよい。一部の実施態様において、低圧ポート320を介して排出された第3の流体310は、収集され再利用されてもよい。低圧ゾーン300中の第3の流体310は、一般的に、高圧ゾーン240中の第1の流体250および中圧ゾーン270中の第2の流体280より低圧であってもよい。
[045]例示的な実施態様によれば、第1のシール210、第2のシール220、および第3のシール230は、バイポーラプレート160の異なる圧力ゾーン(例えば、高圧ゾーン240、中圧ゾーン270、および低圧ゾーン300)をシールし、長い期間(例えば、10年より長い期間)にわたり15,000psigを超過する圧力に耐え、多くの圧力サイクル(例えば、7,000サイクルより多く)に耐えることが可能なシーリングコンポーネントのアセンブリの一部であってもよい。
[046]一部の実施態様において、バイポーラプレート150および160は、ちょうど2つの圧力ゾーンが形成されるように設計されていてもよい。例えば、バイポーラプレート150および160は、第1のシール210および第3のシール230だけで高圧ゾーン240および低圧ゾーン300を形成して、第2のシール220および中圧ゾーンがなくなるように設計されていてもよい。一部の実施態様において、バイポーラプレート150および160が、3つより多くの圧力ゾーンが形成されるように設計され得ることも予期される。例えば、第4の圧力ゾーンが形成されていてもよい。
[047]例示的な実施態様によれば、第1のシール210は、第1のシールアセンブリ330を含んでいてもよい。図3は、ベース170およびベース170の上部に位置するフレーム180の別の例示的な実施態様に整合させた第1のシールアセンブリ330の分解組み立て図を示す。第1のシールアセンブリ330は、第1の高圧シール340、挿入プレート350、第2の高圧シール360、および2つの高圧ポートシール370を含んでいてもよい。一部の実施態様において、高圧ポートシール370は、第2の高圧シール360の一部として形成されていてもよく、それによって単一の高圧シールを構成する。第1のシールアセンブリ330は、単一のコンポーネントに組み立てることができ、次いでフレーム180への差し込み型のインサートとしてバイポーラプレート150に取り付けることができ、ベース170上に設置することができるように設計されていてもよい。一部の実施態様において、フレーム180、高圧ゾーン240およびシールアセンブリ330の対応する幾何学的配置は、フレーム180に挿入されてベース170上に設置されるように、シールアセンブリ330の自己整合(self-alignment)を可能とするものである。
[048]例示的な実施態様によれば、第1のシールアセンブリ330は、ベース170およびフレーム180を分離する必要なくフレーム180から第1のシールアセンブリ330を取り外すことによって交換可能である。この簡単なシールアセンブリ330の交換可能性は、予め搭載されたスタック総数に関係なく、シール圧縮の独立した調整を可能にする。加えて、この簡単な交換可能性は、本明細書でより詳細に説明されるような厚さ、機械特性、および材料を変更することによって、性能およびシール能力をより好都合に最適化することを可能にする。
[049]図3で示されるように、第1の高圧シール340は、「レーストラック」型のシールであってもよく、これは、高圧ゾーン240の外周に整合されていてもよく、高圧ポート260の周りに延在していてもよい。他の実施態様において、第1の高圧シール340の形状は、例えば、高圧ゾーン240の形状と一致するように変動してもよい。第1の高圧シール340は、高圧ゾーン240内に第1の流体250(例えば、水素)を含有させるのを助けるように設計されていてもよい。第1の高圧シール340は、各端部に、切り抜かれた部分を含んでいてもよく、このような切り抜かれた部分は、高圧ポート260に整合し、対応していてもよい。第1の高圧シール340はまた、第1の流体250が高圧ポート260と高圧ゾーン240との間を流動できるように、切り抜かれた部分と高圧ゾーン240との間に延在する1つまたはそれより多くのチャネル380を含んでいてもよい。
[050]形状、厚さ、および幅などの第1の高圧シール340の寸法は、様々であってよく、電気化学セル100およびバイポーラプレート160の寸法に基づいていてもよい。第1の高圧シール340の断面は、様々な形状を有していてもよい。例えば、第1の高圧シール340の断面は、正方形、長方形、丸形、卵型、または他の類似の形状であってもよい。図6で示されるような一部の実施態様において、第1の高圧シール340は、実質的に直線で囲まれた断面を有していてもよい。第1の高圧シール340の断面と同様に、厚さもまた、例えば、電気化学セル100のサイズ、バイポーラプレート150および160の幾何学的配置、電気化学セル100の作動圧力、第1の高圧シール340の材料に応じて変動し得る。第1の高圧シール340の厚さは、例えば、約0.1mmから約1.0mmの範囲であり得る。
[051]第2の高圧シール360は、第1の高圧シール340の挿入プレート350の逆側に位置していてもよく、その場合、第1の高圧シール340の形状に対応していてもよく、第1の高圧シール340のように、高圧ゾーン240の外周に整合されていてもよい。しかしながら、一部の実施態様において、第1の高圧シール340とは異なり、第2の高圧シール360は、図3で示されるように、高圧ポート260の周りに延在しないように設計されていてもよい。その代わりに、これらの実施態様において、別の高圧ポートシール370が、高圧ポート260の周りに延在し、隣接する第2の高圧シール360に取り付けられるように設計されていてもよい。
[052]図3で示されるように、挿入プレート350は、上面390および下面400を含んでいてもよい。挿入プレート350は、第1の高圧シール340と、第2の高圧シール360および高圧ポートシール370との間に配置されていてもよい。挿入プレート350の輪郭は、挿入プレート350が高圧ゾーン240および高圧ポート260の外周の周りに延在するように、第1の高圧シール340および高圧ゾーン240に対応していてもよい。挿入プレート350は、1つまたはそれより多くの高圧通路410を含んでいてもよい。例えば、高圧通路410は、高圧ポート260に対応する位置における挿入プレート350の各端部に位置していてもよく、それによって、流体(例えば、第1の流体250)を、高圧ポート260を通して、さらに挿入プレート350を通して流動させることができる。例えば、第1の流体250は、高圧ポート260および挿入プレート350を通って、電気化学セル100に、および隣接する電気化学セル100から流動させることができる。
[053]図4は、上面390に面した挿入プレート350の一方の端部の拡大図である。挿入プレート350の一方の端部のみが示されているが、他方の端部も同一であってもよい。図4で示されるように、挿入プレート350は、上面390上に形成された(例えば、そこにエッチングされた)複数の隆起部420を有していてもよい。複数の隆起部420の配向および方向は、上面390の断面に応じて変更することができる。例えば、図4で示されるように、第1の複数の隆起部421は、高圧通路410の周りを一周していてもよい。第1の複数の隆起部421は、高圧通路410から所定距離がセットバックされて、高圧通路410の周りに凹んだ環430が設けられていてもよい。第2の複数の隆起部422は、挿入プレート350の外周の周りに延在していてもよい。例えば、図4で示されるように、第2の複数の隆起部422は、上面390の内部の端から外部の端まで広がっていてもよく、それによって上面390の大半をカバーすることになる。
[054]第3の複数の隆起部423は、第1の複数の隆起部421と第2の複数の隆起部422との間に延在していてもよい。第3の複数の隆起部423は、第2の高圧シール360および高圧ポートシール370の全領域にわたり均一な圧縮を生じるように設計されていてもよい。それゆえに、一部の実施態様において、第1の複数の隆起部421、第2の複数の隆起部422、および第3の複数の隆起部423は、挿入プレート350の凹んだ環430以外の上面全体を全体的にカバーしていてもよい。凹んだ環430中の隆起部がないことにより、その領域中に第1の流体250が流動する可能性がある。凹んだ環430は、図3で示されるように、高圧シールの切り抜かれた部分に整合されていてもよい。
[055]図5は、下面400に面する挿入プレート350の一方の端部の拡大図である。挿入プレート350の一方の端部のみが示されているが、他方の端部も同一であってもよい。図5で示されるように、挿入プレート350は、下面400上に形成された(例えば、そこにエッチングされた)複数の隆起部420を有していてもよい。複数の隆起部の配向および方向は、下面400の断面に応じて変更することができる。例えば、図5で示されるように、第4の複数の隆起部424は、高圧通路410の周りを含む挿入プレート350の全周の周りに延在していてもよい。第5の複数の隆起部425は、第4の複数の隆起部の間に延在していてもよく、それによって挿入プレート350の凹んだ環430以外の下面400の大半を全体的にカバーする。第5の複数の隆起部425は、第1の高圧シール350の全領域にわたり均一な圧縮を生じるように設計されていてもよい。図5で示されるように、下面400にある凹んだ環430は、隆起部がなくてもよく、それによってこの領域中に第1の流体250が流動することが可能となる。下面400の凹んだ環430は、図3で示されるように、第1の高圧シール340の切り抜かれた部分に整合し、対応していてもよい。
[056]図5で示されるように、第5の複数の隆起部425は、凹んだ環430から挿入プレート350の内部の空孔へと延在するチャネル440を有していてもよい。チャネル440は、第1の高圧シール340の切り抜かれたチャネル380に整合し、対応していてもよい。チャネル440および切り抜かれたチャネルは、高圧ゾーン240と高圧通路410と高圧ポート260との間の流動を可能にするように設計されていてもよい。
[057]第1のシールアセンブリ330は、第1の高圧シール340を挿入プレート350の下面400上にプレスすることができ、第2の高圧シール360および高圧ポートシール370を挿入プレート350の上面390上にプレスすることができ、それによって第1のシールアセンブリ330を構成する単一のコンポーネントが形成されるように設計されていてもよい。
[058]図6は、例示的な実施態様に係る第1のシールアセンブリ330の一部の断面を示し、ここで第1の高圧シール340が挿入プレート350の下面400上にプレスされ、第2の高圧シール360が、挿入プレート350の上面390上にプレスされる。図6には高圧ポートシール370が示されていないが、本明細書における第2の高圧シール360に関する記載は、高圧ポートシール370にも同等に適用可能である。
[059]第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、圧縮(例えば、プレス)下で、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360が主に塑性変形を受けるように設計されていてもよい。特定には、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、高いクリープ弾性率および圧縮降伏強度を有する「硬質」の材料で作製されていてもよい。例えば、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、10,000から20,000psiの圧縮降伏強度を有し、15,000psiより高い圧力に耐えるのに十分な範囲のクリープ弾性率を有する材料で作製されていてもよい。
[060]挿入プレート350の下面400および上面390から延在する複数の隆起部420は、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360を塑性変形させることによってシーリング表面を形成するのに十分な圧力を与えるように設計されていてもよい。例えば、図6で示されるように、第1の高圧シール340が挿入プレート350の下面400上にプレスされ得る場合、下面400から延在する複数の隆起部420(例えば、第4の複数の隆起部424)は、第1の高圧シール340を塑性変形させて第1のシーリング表面450を形成するのに十分な圧力を与えることができる。同様に、第2の高圧シール360が挿入プレート350の上面390上にプレスされ得る場合、上面390から延在する複数の隆起部420(例えば、第2の複数の隆起部422)は、第2の高圧シール360を塑性変形させて第2のシーリング表面460を形成するのに十分な圧力を与えることができる。例えば、約12,000psiでのシーリングが可能なシールをもたらすのに、約25,000psiの圧縮圧力が十分であり得る。追加のシーリング表面が高圧ゾーン240を画定するように形成されていてもよく、例えば、シーリング表面は、電気化学セル100がアセンブリである場合、第2の高圧シール360の上面とMEA140との間に形成されていてもよく、シーリング表面は、第1のシールアセンブリ330がベースプレート170上に位置する場合、第1の高圧シール340の下面とベースプレート170との間に形成されていてもよい。
[061]複数の隆起部420は、第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、および高圧ポートシール370を変形させるのに十分であればどのような形状を有していてもよい。例えば、複数の隆起部は、三角形の構造471(図7A)、尖頭状の構造472(図7B)、またはフラットブレード(flat blade)の構造473(図7C)を有していてもよい。一部の実施態様において、複数の隆起部は、上部が平坦な構造を有していてもよい。上部が平坦な構造は、例えば、正方形、長方形、または円錐形であってもよい。それぞれの複数の隆起部の構造は、他の複数の隆起部の構造と異なっていてもよいし、または全ての突起が同じであってもよいことが予期される。図7A〜7Cにおける隆起部の各セットの高さは実質的に同じであるが、一部の実施態様において、複数の隆起部の高さは様々であり得ることが予期される。例えば、1つおきの隆起部が、同じ高さを有していてもよいし、最も外側の隆起部が他より高く、かつ同じ高さであってもよいし、1つまたはそれより多くの内部の隆起部が、他より高くてもよいし、隆起部は、内部から外部にかけて高さが低くもしくは高くなっていてもよいし、または隆起部毎に高さが異なっていてもよい。高さが異なる隆起部を有する実施態様は、他のコンポーネントの機械加工公差における変動をよりよく受け入れるように設計されていてもよい。複数の隆起部420は、挿入プレート350のフォトエッチングまたは電気化学的な機械加工によって製造されてもよい。
[062]例示的な実施態様において、第1のシーリング表面450および第2のシーリング表面460は、ナイフエッジ型にエッチングされた複数の隆起部420(例えば、図7Aの三角形の配置)を有するナイフエッジ型のシーリング表面であってもよい。組立て中、複数の隆起部420を第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、および高圧ポートシール370に対して圧縮して、各隆起部のナイフエッジを対応するシール中にプレスすることによりシールを形成することができる。さらなる圧縮力を第1のシールアセンブリ330に適用するにつれ、第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、および高圧ポートシール370を塑性変形させて、第1のシーリング表面450および第2のシーリング表面460を作り出すのに十分な応力が形成されていてもよい。複数の隆起部420は、応力を集中させる装置として機能することができ、対応するシール(例えば、第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、高圧ポートシール370)にプレスされる場合、材料中に目標とするシーリング圧力より高い局所的な応力を生じさせることができる。複数の隆起部420は、それらが相対的に均一な圧縮圧力を第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、および高圧ポートシール370に適用するように配列されていてもよい。
[063]複数の隆起部420がシールを突き破るのを回避したり、および/またはシールの圧縮を制御したりするために、複数の隆起部420が対応するシールに侵入する程度を制御することが有利な場合がある。複数の隆起部の侵入およびシールの圧縮を制御する1つの方法は、第1のシールアセンブリ330に接着剤(an adhesive)を取り入れることであり得る。例えば、接着剤は、フレーム180の上面または底面に付加されてもよい。接着剤は、適用された圧縮力により多少の変形(例えば、圧縮)を受けるように構成されていてもよいが、接着剤は、設計された圧縮の深さが複数の隆起部420の望ましい侵入の深さおよび/またはシールの圧縮に対応するように構成されていてもよい。
[064]複数の隆起部420の侵入を制御する別の方法は、同じ表面上で他の複数の隆起部420を超えて延在する少なくとも1つの隆起部を有することであり得る。高い方の隆起部は、逆のコンポーネント(例えば、ベース170)の表面と接触させることによって「ハードストップ」として機能するように設計されていてもよく、その接触点で挿入プレート350の第1の高圧シール340内へのさらなる動きを防ぐことができ、それによって他の複数の隆起部420の第1の高圧シール340へのさらなる侵入を制御することができる。
[065]図8は、例示的な実施態様に係る挿入プレート350中に形成され得る複数の隆起部420を例示する。図8で示されるように、各隆起部は、特定の高さHを有し、互いに特定の距離Dで間隔を置いて存在していてもよく、各隆起部の傾斜面は、角度αを形成していてもよい。様々な実施態様によれば、隆起部の高さは、様々であってもよく、例えば、約0.002インチから約0.010インチ、約0.006インチから約0.008インチ、約0.005インチから約0.008インチ、約0.001インチから約0.010インチであってもよいし、または約0.001インチから0.010インチより高くてもよい。様々な実施態様によれば、隆起部間の距離は、様々であってもよく、例えば、約0.022インチから約0.028インチ、約0.020インチから約0.030インチ、もしくは約0.01インチから約0.05インチであってもよいし、または約0.01インチから0.05インチより大きくてもよい。様々な実施態様によれば、角度は、様々であってもよく、例えば、約85度から約95度、約75度から約105度、約65度から約115度、約55度から約125度、または約55度未満から約125度であってもよい。
[066]本明細書に記載されるような第1のシールアセンブリ330の設計は、第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、高圧ポートシール370、および挿入プレート350に使用される材料の広範な選択を可能にする。例えば、一部の実施態様において、第1の高圧シール340、第2の高圧シール360、および高圧ポートシール370は、同じ材料で作製されていてもよいが、一部の実施態様においてそれらは、異なる材料で作製されていてもよい。
[067]一部の実施態様において、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、これらに限定されないが、トーロン(Torlon)(登録商標)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリスルホンなどのポリマーシール材で作製されていてもよい。ポリマー材料は、耐酸性であってもよく、電気化学セル100の作動に有害な材料を浸出させないべきである。一部の実施態様において、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、これらに限定されないが、スズ、スズ合金、ステンレス鋼、銀、白金、および金などの金属材料で作製されていてもよい。このような実施態様において、金属は、耐食性であってもよいし、または耐食性コーティングを有していてもよい。一部の実施態様において、第1の高圧シール340および第2の高圧シール360は、ポリマーおよび/または金属材料の複合材料で作製されていてもよい。一部の実施態様において、第1の高圧シール340の、ベース170と接触している下面は、ラミネート材料を含んでいてもよい。ラミネート材料の材料特性は、第1の高圧シール340の材料特性と異なっていてもよい。例えば、ラミネート材料は、ベース170と第1の高圧シール340の下面との間に柔らかいシールが形成されるように、第1の高圧シール340より柔らかくてもよい。一部の実施態様において、第1の高圧シール340の下面は、ベース170の表面へのシーリングに役立つように構成された接着剤でコーティングされていてもよい。接着剤は、例えば、圧力または熱によって活性化される接着剤であってもよい。
[068]シールと同様に、第1のシール210へのシールアセンブリ330の使用は、フレーム180、ベース170、加えて挿入プレート350に使用される材料の広範な選択を可能にする。一部の実施態様において、フレーム180、ベース170、および挿入プレート350は、同じ材料または異なる材料で形成されていてもよい。フレーム180、ベース170、および挿入プレート350は、例えばステンレス鋼、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属、または例えばニッケルクロム合金、ニッケル−スズ合金、インコネル、モネル、ハステロイなどの金属合金、またはそれらの組合せで形成されていてもよい。一部の実施態様において、フレーム180はまた、ポリマー、複合材料、セラミック、または組立て時にセルに適用される圧縮力に対応できるあらゆる材料で形成されていてもよい。例えば、一部の実施態様において、フレーム180は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリスルホン(PSU)、またはポリフェニルスルホン(PPSU)で形成されていてもよい。
[069]一部の実施態様において、フレーム180およびベース170は、1つまたはそれより多くの領域において、クラッド材料、例えば、ステンレス鋼でクラッドしたアルミニウムを含んでいてもよい。クラッディングは、両方の金属の利点を提供することができ、例えば、ステンレス鋼でクラッドしたアルミニウムから製作されたバイポーラプレートのケースでは、ステンレス鋼が、セル作動中にアルミニウムコアを腐食から保護し、同時に例えば高い重量比強度、高い熱伝導率および導電率などのアルミニウムの優れた材料特性を提供する。一部の実施態様において、フレーム180は、陽極酸化された、シールされた、および下塗り処理された(primed)アルミニウムを含んでいてもよい。一部の実施態様において、フレーム180は、クロメート処理された、およびスプレーコーティングされたアルミニウムを含んでいてもよい。
[070]一部の実施態様において、フレーム180は、複合材料、例えば炭素繊維、グラファイト、ガラス強化ポリマー、熱可塑性複合材料などで形成されていてもよい。一部の実施態様において、フレーム180は、腐食と電気伝導の両方を防ぐためにコーティングされた金属で形成されていてもよい。様々な実施態様によれば、フレーム180は、一般的に非導電性であってもよく、それにより電気化学セル間で短絡が起こる可能性が低減される。ベース170は、セル作動中に導電性と耐食性を提供する1つまたはそれより多くの材料で形成されていてもよい。例えば、ベース170は、活性なセルコンポーネントが位置する領域(例えば、フロー構造、MEAなど)で導電性であるように設計されていてもよい。
[071]コンポーネント(例えば、第1の高圧シール340、挿入プレート350、第2の高圧シール360、高圧ポートシール370、フレーム180、ベース170)の材料および幾何学的配置を選択する際に考慮すべき要素および特性としては、少なくとも、圧縮荷重の要件、材料の適合性、シーリング圧力、材料コスト、製造コスト、および製造の容易さを挙げることができる。本明細書に記載されるシールアセンブリ330を利用することによって好適になる様々な材料が、より安価な材料およびそれほどコストのかからない製造の選択を可能にする。例えば、その一部が本明細書に列挙されている比較的低コストの市販のプラスチックは、高圧シールに使用することができる。加えて、従前のマルチコンポーネントバイポーラプレートは、費用がかかる従来のミリング(milling)の使用を必要とするプレート上の複雑な細部のために、製造に費用がかかる可能性があった。本明細書に記載されるようなシールアセンブリ330の利用は、バイポーラプレートの不要な要素を取る(de-feature)ことができ、例えば、ベース170およびフレーム180は、製造コストを押し上げる従来のミリングをまったく使用せずに製造することができる。
[072]高圧ポート260の周りをシールするためにシールアセンブリ330を使用することもまた、従来これらのポートをシールするのに使用されるエラストマー(例えば、O−リング)への必要性をなくすことができる。エラストマーは、高圧システムにおける信頼性が問題になることが多く、それゆえにエラストマーを除去することで、電気化学セルをよりロバストかつ抵抗性にすることができる。
[073]本明細書に記載されるフィーチャは、電気化学セルの他のコンポーネントをシールするのに使用することもでき、および/またはカスケード式のシール配置を採用していないセルに使用することもできることが理解される。
[074]上述したようなカスケード式のシール配置は、上述したように電気化学セル100のバイポーラプレート150および160の両方に利用してもよい。一部の実施態様において、カスケード式のシール配置は、バイポーラプレート150または160の一方にだけ利用されてもよい。
[075]本発明の開示の他の実施態様は、明細書の考察と本明細書に記載の本発明の開示の実施から当業者には明らかであるだろう。明細書および実施例は単なる例示とみなされ、本発明の開示の真の範囲および本質は、以下の特許請求の範囲により示されることが意図されている。
70 ベース
80 フレーム
100 電気化学セル
110 アノード
120 カソード
130 プロトン交換膜(PEM)
140 膜電極接合体(MEA)
150、160 バイポーラプレート
200 フロー構造
170 ベース
180 フレーム
190 空隙
210 第1のシール
220 第2のシール
230 第3のシール
240 高圧ゾーン
250 第1の流体
260 高圧ポート
270 中圧ゾーン
280 第2の流体
290 中圧ポート
300 低圧ゾーン
310 第3の流体
320 低圧ポート
330 第1のシールアセンブリ
340 第1の高圧シール
350 挿入プレート
360 第2の高圧シール
370 高圧ポートシール
380 チャネル
390 上面
400 下面
410 高圧通路
420 隆起部
421 第1の複数の隆起部
430 凹んだ環
422 第2の複数の隆起部
423 第3の複数の隆起部
424 第4の複数の隆起部
425 第5の複数の隆起部
350 第1の高圧シール
440 チャネル
450 第1のシーリング表面
460 第2のシーリング表面
170 ベースプレート
471 三角形の構造
472 尖頭状の構造
473 フラットブレード型の構造

Claims (20)

  1. 第1の高圧シール、第2の高圧シール、および第1の高圧シールと第2の高圧シールとの間に配置された挿入プレートを含む第1のシールアセンブリと、
    フレームおよびベースと
    を含むバイポーラプレートアセンブリであって、
    該挿入プレートは、該挿入プレートの上面および下面に形成された複数の隆起部を有し、該複数の隆起部は、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールが該挿入プレート上にプレスされたときに、第1の高圧シールおよび第2の高圧シール中に侵入して該シールアセンブリを形成するように設計されており;
    該フレームおよび該ベースは、合体してバイポーラプレートを形成し、高圧ゾーンを画定するように設計されており;
    該シールアセンブリは、該バイポーラプレートに取り付けられたとき、該バイポーラプレートによって画定された該高圧ゾーンの一部をシールするように設計されている、上記バイポーラプレートアセンブリ。
  2. 前記シールアセンブリの取り付けが、前記シールアセンブリを前記フレームに挿入し、前記ベース上に設置することを含む、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  3. 前記シールアセンブリが、前記挿入プレートの上面上の両端でプレスされるように設計された2つの高圧ポートシールをさらに含む、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  4. 前記複数の隆起部が、前記挿入プレートのフォトエッチングによって形成される、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  5. 前記シールアセンブリが、前記フレームから前記シールアセンブリを取り外すことによって交換可能である、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  6. 前記フレームと前記ベースとの間のカスケード式のシール配置中に配列された第2のシールおよび第3のシールをさらに含む、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  7. 前記フレームおよび前記ベースを分離することなく、前記シールアセンブリの取り付けおよび取り外しが可能である、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  8. 第1の高圧シールおよび第2の高圧シールが前記挿入プレート上にプレスされたときに、前記複数の隆起部が、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールを塑性変形させて、前記挿入プレートと第1の高圧シールとの間に第1のシーリング表面を作り出し、前記挿入プレートと第2の高圧シールとの間に第2のシーリング表面を作り出すように設計されている、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  9. 前記シールアセンブリが、少なくとも15,000psiの圧力で前記高圧ゾーンをシールするように設計されている、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  10. 前記複数の隆起部が、ナイフエッジ型の隆起部、尖頭型の隆起部、またはフラットブレード型の隆起部の少なくとも1つである、請求項1に記載のバイポーラプレートアセンブリ。
  11. マルチコンポーネントバイポーラプレートを組み立てる方法であって、
    挿入プレートの下面上に第1の高圧シールをプレスする工程であって、該下面は、第1の高圧シールに侵入することによって第1のシーリング表面を作り出すように設計された第1の複数の隆起部を有する、工程と、
    該挿入プレートの上面上に第2の高圧シールをプレスする工程であって、該上面は、第2の高圧シールに侵入することによって第2のシーリング表面を作り出すように設計された第2の複数の隆起部を有する、工程と、
    ここで該挿入プレートの下面上に第1の高圧シールをプレスする工程および該挿入プレートの上面上に第2の高圧シールをプレスする工程が、第1のシールアセンブリを形成し、
    該シールアセンブリを該バイポーラプレートのフレームおよびベースに取り付けることによって、該バイポーラプレートの高圧ゾーンをシールする工程と
    を含む、上記方法。
  12. 前記挿入プレートの下面上に第1の高圧シールをプレスする工程が、第1の高圧シールを塑性変形させ、それによって第1のシーリング表面が作り出される、請求項11に記載の方法。
  13. 前記挿入プレートの上面上に第2の高圧シールをプレスする工程が、第2の高圧シールを塑性変形させ、それによって第2のシーリング表面が作り出される、請求項11に記載の方法。
  14. 前記シールアセンブリを取り付けることが、前記シールアセンブリを前記フレームに挿入し、前記ベース上に設置することを含む、請求項11に記載の方法。
  15. 前記挿入プレートの上面上の両端に2つの高圧ポートシール370をプレスすることをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  16. 前記フレームから前記シールアセンブリを取り外すことによって、前記シールアセンブリを前記バイポーラプレートから取り外し可能である、請求項11に記載の方法。
  17. 第1のシールアセンブリ、第2のシール、および第3のシールがカスケード式のシール配置に配列されるように、前記フレームと前記ベースとの間に第2のシールおよび第3のシールを取り付ける工程をさらに含む、請求項11に記載の方法。
  18. 前記高圧ゾーンが、少なくとも15,000psiの圧力に対応するように設計されている、請求項11に記載の方法。
  19. 前記シールアセンブリが、前記フレームおよび前記ベースと自己整合するように設計されている、請求項11に記載の方法。
  20. バイポーラプレートの対および該バイポーラプレートの対間に配置された膜電極接合体を含む電気化学セルであって、
    該バイポーラプレートの少なくとも1つは、
    第1の高圧シール、第2の高圧シール、および第1の高圧シールと第2の高圧シールとの間に配置された挿入プレートを含む第1のシールアセンブリと、
    調整されて該バイポーラプレートを形成し、高圧ゾーンを画定するように設計された、フレームおよびベースと
    を含み、
    該挿入プレートは、該挿入プレートの上面および下面に形成された複数の隆起部を有し、該複数の隆起部は、第1の高圧シールおよび第2の高圧シールが該挿入プレート上にプレスされたときに、第1の高圧シールおよび第2の高圧シール中に侵入して該シールアセンブリを形成するように設計されており、
    該シールアセンブリは、該フレームおよび該ベースに取り付けられたとき、該バイポーラプレートの該高圧ゾーンをシールするように設計されている、上記電気化学セル。
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