JP4102611B2 - 燃料電池用バイポーラプレート - Google Patents
燃料電池用バイポーラプレート Download PDFInfo
- Publication number
- JP4102611B2 JP4102611B2 JP2002218362A JP2002218362A JP4102611B2 JP 4102611 B2 JP4102611 B2 JP 4102611B2 JP 2002218362 A JP2002218362 A JP 2002218362A JP 2002218362 A JP2002218362 A JP 2002218362A JP 4102611 B2 JP4102611 B2 JP 4102611B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bipolar plate
- fuel cell
- flow channel
- fuel
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0269—Separators, collectors or interconnectors including a printed circuit board
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0637—Direct internal reforming at the anode of the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のためのバイポーラプレートおよびエンドプレート、ならびにそれらを作製する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は電気化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、したがって電池と同じ役割を果たす。しかしながら、電池が切れて充電を必要とするような電池とは異なり、燃料電池は、セルに燃料が供給され続ける限り、電気を生成する。また燃料電池は非常に効率の高い装置でもある。たとえば、燃料電池は60%ほどの効率で燃料を有用なエネルギーに変換することができるのに対して、内燃機関は概ね40%またはそれ以下の効率に制限される。さらに、燃料電池は化石燃料には必ずしも依存せず、二酸化窒素などの有毒ガスを放出せず、かつ動作中にほとんど雑音を生成しない。それゆえ、燃料電池は魅力的な電力源であり、発電装置、自動車エンジン、ポータブル電子装置等に用いるために開発が進められている。
【0003】
最も簡単な燃料電池は2つの電極(アノードおよびカソード)からなり、その間に電解質を挟んだものである。水素燃料がアノードに供給され、酸素(あるいは空気)がカソードに供給される。白金などの触媒が存在する場合、水素原子はアノードにおいて陽子および電子に分解される。その後、陽子および電子は個別の経路に沿ってカソードまで進み、陽子は電解質を介してカソードに達するが、電子は電気回路内を流れる個別の電流を生成する。陽子と電子はカソードで再結合し、酸素と反応して、水を生成する。全般に、電気化学反応は以下のものを含む。
アノード: 2H2→4H++4e−
カソード: O2+4e−+4H+→2H2O
全体として: 2H2+O2→2H2O
【0004】
陽 極: 2H2→4H++4e−
陰 極: O2+4e−+4H+→2H2O
全体として: 2H2+O2→2H2O
【0005】
燃料電池のアノードとカソードとの間で生成される電圧は典型的には、約0.7Vである。結果として、実用的な電圧(たとえば、約10V〜100V)を生成するためには、多くの燃料電池を直列に接続する必要がある。そのような燃料電池の集合体は、燃料電池「スタック」と呼ばれる。隣接する燃料電池をスタックとして接続する好ましい方法は、それらを「バイポーラプレート」で分離することを含む。バイポーラプレートは、隣接する燃料電池のアノードとカソードとの間に良好な電気的接続を提供し、さらに、1つの燃料電池のアノードに水素を供給し、その隣接する燃料電池のカソードに酸素を供給し、その間、水素と酸素が混合するのを防ぐ手段を提供しなければならない。
【0006】
燃料電池の陽極と陰極との間で生成される電圧は典型的には、約0.7Vである。結果として、実用的な電圧(たとえば、約10V〜100V)を生成するためには、多くの燃料電池を直列に接続する必要がある。そのような燃料電池の集合体は、燃料電池「スタック」と呼ばれる。隣接する燃料電池をスタックとして接続する好ましい方法は、それらを「バイポーラプレート」で分離することを含む。バイポーラプレートは、隣接する燃料電池の陽極と陰極との間に良好な電気的接続を提供し、さらに、1つの燃料電池の陽極に水素を供給し、その隣接する燃料電池の陰極に酸素を供給し、その間、水素と酸素が混合するのを防ぐ手段を提供しなければならない。
【0007】
バイポーラプレートは典型的には、導電性基板(たとえば、グラファイトあるいは金属)の2つの面上にフローチャネルを形成することにより構成される。そのフローチャネルは、水素あるいは酸素を電極に供給するためのフローシステムを提供し、フローチャネル間に画定される平坦域(プラトー)が、隣接する電極間の電気的接触を提供する。
【0008】
既存の燃料電池は、固体のグラファイトあるいは金属から機械加工されるか、複合グラファイト材料から成形あるいはプレス加工されるか、あるいは燃料電池材料自体から形成されるバイポーラプレートを利用する。これらの方法は非常にコストがかかり、材料適合性の制約を有するので、スタック設計者に対し、特に機構サイズおよび複雑さに関して、設計における大きな柔軟性を典型的に与えない。現在のバイポーラプレート設計および構造の制約は、将来の燃料電池開発、特に、細いフロー機能を有する、非常に薄くて実質上平坦なプレートを必要とし得る小型のポータブル燃料電池の開発において厳しい制約となるであろう。たとえば、グラファイト板は脆く、多孔性であるため、機械加工される際に壊れたり、及び/又は、ある厚さ未満で、水素あるいは酸素の流体に対して透過性を有するようになる。
【0009】
さらに、安定な状態で作動する燃料電池を製造するために、当技術分野において、燃料流速、電流負荷、気体圧および液体圧、燃料温度あるいはセル温度などの種々の燃料電池パラメータをモニタし、かつ制御できるようにする種々のセンサおよび装置を開発することが必要とされる。これらのセンサおよび装置は、比較的分厚いバイポーラプレート内に組み込むことができることが理想的である。しかしながら、現在のバイポーラプレート構造および設計方法は、そのような開発および細部に必要なツールを提供しない。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の燃料電池のアノードに接触するように適合される第1の面と、第2の燃料電池のカソードに接触するように適合される第2の面とを有する半導電性体あるいは導電性体を含む燃料電池スタックのためのバイポーラプレートを提供することにより、上記の問題に対処し、解決する。第1の面は、燃料流体を閉じ込めるように適合されるフローチャネルを含み、第2の面は、酸化用の流体を閉じ込めるように適合されるフローチャネルを含む。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の燃料電池の陽極に接触するように適合される第1の面と、第2の燃料電池の陰極に接触するように適合される第2の面とを有する半導電性体あるいは導電性体を含む燃料電池スタックのためのバイポーラプレートを提供することにより、上記の問題に対処し、解決する。第1の面は、燃料流体を閉じ込めるように適合されるフローチャネルを含み、第2の面は、酸化用の流体を閉じ込めるように適合されるフローチャネルを含む。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、本発明のバイポーラプレートが全体として10で示される。バイポーラプレート10は第1の面14と、好ましくは第1の面14の反対側にある第2の面16とを有する。ここで図2を参照すると、バイポーラプレート10は、第1の燃料電池18と第2の燃料電池20との間に電気的接触を形成するように設計される。第1の燃料電池18、バイポーラプレート10および第2の燃料電池20は、スタック22として配置されることが好ましい。第1の燃料電池18は、アノード24、カソード26、及びアノード24とカソード26との間に配置される電解質28を備える。また第2の燃料電池20も、アノード30、カソード32、及びアノード30とカソード32との間に配置される電解質34を備える。第1の燃料電池18と第2の燃料電池20との間に電気的接触を形成するために、バイポーラプレート10の第1の面14は、第1の燃料電池18のアノード24と接触するように適合され、バイポーラプレート10の第2の面16は、第2の燃料電池20のカソード32と接触するように適合される。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、本発明のバイポーラプレートが全体として10で示される。バイポーラプレート10は第1の面14と、好ましくは第1の面14の反対側にある第2の面16とを有する。ここで図2を参照すると、バイポーラプレート10は、第1の燃料電池18と第2の燃料電池20との間に電気的接触を形成するように設計される。第1の燃料電池18、バイポーラプレート10および第2の燃料電池20は、スタック22として配置されることが好ましい。第1の燃料電池18は、陽極24、陰極26、及び陽極24と陰極26との間に配置される電解質28を備える。また第2の燃料電池20も、陽極30、陰極32、及び陽極30と陰極32との間に配置される電解質34を備える。第1の燃料電池18と第2の燃料電池20との間に電気的接触を形成するために、バイポーラプレート10の第1の面14は、第1の燃料電池18の陽極24と接触するように適合され、バイポーラプレート10の第2の面16は、第2の燃料電池20の陰極32と接触するように適合される。
【0014】
任意の数の本発明のバイポーラプレート10が、任意の数の燃料電池18あるいは20間に組み込まれ、スタック22を形成し得ることは理解されよう。当分野においてよく知られているように、かつ先に記載されたように、実用的な電力出力および電圧を得るために、燃料電池スタックは典型的には、直列に配列された約2〜約200個の個別の燃料電池を含む(バイポーラプレートおよび燃料電池への一般的な手引きについては、たとえば、Larminie等によるFuel Cell Systems Explained (2000年、米国ニューヨーク州John Wiley & Sons)を参照されたい。尚、その内容は引用として本明細書に組み込まれる)。個々の燃料電池の運転電圧(即ち、出力電流を生成するときの)は、典型的には、約0.4V〜約0.7Vの範囲にある。図2における燃料電池スタック22の場合のように、直列に接続される多数の燃料電池全体の電圧は、そのスタックを形成する個々の燃料電池の電圧の和に等しい。それゆえ、典型的な燃料電池スタックの運転電圧は、潜在的に約1V〜約140Vの範囲にある。
【0015】
ここで議論されるパラメータ内で、バイポーラプレート10は、所望どおりの、及び/又は特定の用途に適した任意の厚さを有し得る。バイポーラプレート10は、理想的には、可能な限り薄く、可能な限り軽量で、可能な限り導電性であり、さらにスタック22内で受ける機械的な力に耐えるだけの十分な強度と、漏れを最小限に抑えるための気体あるいは液体に対する十分な不浸透性とを有し、スタック22内で受ける腐食性環境に耐えるほど十分に不活性である。バイポーラプレート10は、たとえば、約20μm〜約10,000μm、約20μm〜約5,000μm、約20μm〜約3,000μm、約50μm〜約2,000μm、約50μm〜約1,000μm、約100μm〜約1,000μm、あるいは約500μm〜約1,000μmの任意の厚さを有し得る。
【0016】
バイポーラプレート10の第1の面14(あるいは第2の面16)は任意の幅、長さあるいは直径を有することができ、所望どおり、及び/又は特定の用途に適した任意の形状とし得る。好ましくは、バイポーラプレート10の面14および16は、実質的に同じ大きさおよび形状を有する。第1の面14(あるいは第2の面16)の形状は、角を有するか、曲線を有する、あるいはそれらが混合した形状であり得る。第1の面14(あるいは第2の面16)は、たとえば、長方形、三角形、台形、多角形、円形あるいは楕円形であってよい。第1の面14(あるいは第2の面16)の幅、長さあるいは直径は、約5mm〜約500mm、約10mm〜約300mm、約15mm〜約200mm、約20mm〜約100mm、あるいは約25mm〜約90mmの任意の範囲を有してよい。
【0017】
燃料電池スタック22の構造的な安定性を保持するために、バイポーラプレート10は、燃料電池スタック22の他の構成要素の熱膨張率と厳密に一致する熱膨張率を有することが好ましい。ある実施態様では、バイポーラプレート10は、その内部で大きな温度勾配が増大されるのを防ぐために十分に大きな熱伝導率を有する材料から形成され得る。その他のある実施態様では、バイポーラプレート10は、それが加熱される際に、温度の急激な上昇を促進するために十分に小さな熱容量を有する材料から形成され得る。
【0018】
本発明のある実施態様において、バイポーラプレート10は、半導性材料であり得る。本明細書で説明されるパラメータの範囲内で、半導性材料として、所望通りの、及び/又は特定の燃料電池の用途に適したIV族の半導体、III〜V族の半導体、あるいはII〜VI族の半導体のいずれかが使用され得ることは理解されたい。例えば、IV族の半導体には、ケイ素、ゲルマニウム及びシリコン・ゲルマニウム化合物が包含され得、III〜V族の半導体には、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、アンチモン化インジウム、ヒ化ガリウムアルミニウム及びリン化インジウムガリウムなどのアルミニウム、ガリウム、インジウム、リン、ヒ素及びアンチモンの化合物が包含され得、II〜VI族の半導体には、テルル化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛カドミウムなどの亜鉛、カドミウム、硫黄、セレンおよびテルルの化合物が包含され得る。
【0019】
本発明の半導性材料は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、あるいはそれらの混合物でドーピングされてもよい。当分野においてよく知られるように、半導性材料の電気抵抗率は、ドーパントの特性及び/又は濃度を変更することにより調整することができる。半導性材料は、所望通りの、及び/又は特定の燃料電池の用途に適した任意の濃度の任意のドーパントを含む場合がある。半導性材料は、燃料電池運転温度において、バイポーラプレート10の抵抗率が、約0.0001Ω・cm〜約100Ω・cm、約0.001Ω・cm〜約80Ω・cm、約0.01Ω・cm〜約70Ω・cm、約0.05Ω・cm〜約60Ω・cm、約0.1Ω・cm〜約50Ω・cm、約0.1Ω・cm〜約40Ω・cm、あるいは約0.2Ω・cm〜約30Ω・cmの範囲内となるようにドーピングされてよい。
【0020】
燃料電池スタック22の燃料電池18と20との間に電気的接触を設けることに加えて、本発明のバイポーラプレート10は、アノード24の面上全体にわたって燃料流体が、カソード32の面上全体にわたって酸化用の流体が分散されるように設計される。ここで再び図1を参照すると、この流体の分散を達成するために、バイポーラプレート10の第1の面14は少なくとも1つのフローチャネル36を含み、フローチャネル36は、燃料の、気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルを閉じ込めるように適合される。バイポーラプレート10の第2の面16も、少なくとも1つのフローチャネル38を含み、そのフローチャネル38は酸化用の、気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルを閉じ込めるように適合される。
【0021】
燃料電池スタック22の燃料電池18と20との間に電気的接触を設けることに加えて、本発明のバイポーラプレート10は、陽極24の面上全体にわたって燃料流体が、陰極32の面上全体にわたって酸化用の流体が分散されるように設計される。ここで再び図1を参照すると、この流体の分散を達成するために、バイポーラプレート10の第1の面14は少なくとも1つのフローチャネル36を含み、フローチャネル36は、燃料の、気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルを閉じ込めるように適合される。バイポーラプレート10の第2の面16も、少なくとも1つのフローチャネル38を含み、そのフローチャネル38は酸化用の、気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルを閉じ込めるように適合される。
【0022】
図1に(さらに図3および図4にも)示されるように、バイポーラプレート10の第1の面14(あるいは第2の面16)上の1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)は、その間にプラトー40(あるいは42)を画定する。バイポーラプレート10の第1の面14(あるいは第2の面16)の面の領域は、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)と、プラトー40(あるいは42)に分割されることは理解されよう。また、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)によって閉じ込められる燃料(あるいは酸化用)流体の容積は、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)の幅および深さによってある程度決定されることも理解されよう。さらに、プラトー40(あるいは42)の表面の領域は、第1の面14(あるいは第2の面16)の表面領域の、アノード24(あるいはカソード26)と接触するように適合される部分を、ある程度決定することも理解されよう。さらに、プラトー40(あるいは42)の表面積は、フローチャネル36(あるいは38)の幅によって、かつ第1の面14(あるいは第2の面16)に関連するフローチャネル36(あるいは38)の数によって、ある程度決定されることも理解されよう。
【0023】
バイポーラプレート10の第1の面14(あるいは第2の面16)とアノード24(あるいはカソード32)との間の接触表面積が大きいことの利点には、スタック22の燃料電池18あるいは20間の導電率が大きくなること、およびスタック22の物理的な支持が良好になることが含まれる。しかしながら、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)の深さを増やさない場合、あるいは1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)の断面形状を変化させない場合、大きな接触表面積は、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)内の流量を自動的に小さいものにし、それゆえ、アノード24(あるいはカソード32)上の良好な流体の流れに対して不利に働く。従って、2つ以上のフローチャネル36(あるいは38)が存在する場合、そのフローチャネル36(あるいは38)の幅、深さ、経路あるいは断面形状と、フローチャネル36(あるいは38)の数の選択は、常に、スタック22の燃料電池18と20との間の十分な電気的接触の達成と、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)内の十分な流体の流れの達成との間において妥協を要するであろう。
【0024】
バイポーラプレート10の第1の面14(あるいは第2の面16)と陽極24(あるいは陰極32)との間の接触表面積が大きいことの利点には、スタック22の燃料電池18あるいは20間の導電率が大きくなること、およびスタック22の物理的な支持が良好になることが含まれる。しかしながら、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)の深さを増やさない場合、あるいは1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)の断面形状を変化させない場合、大きな接触表面積は、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)内の流量を自動的に小さいものにし、それゆえ、陽極24(あるいは陰極32)上の良好な流体の流れに対して不利に働く。従って、2つ以上のフローチャネル36(あるいは38)が存在する場合、そのフローチャネル36(あるいは38)の幅、深さ、経路あるいは断面形状と、フローチャネル36(あるいは38)の数の選択は、常に、スタック22の燃料電池18と20との間の十分な電気的接触の達成と、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)内の十分な流体の流れの達成との間において妥協を要するであろう。
【0025】
第1の面14(あるいは第2の面16)に関して、数の少ない、より幅の広いフローチャネル36(あるいは38)の代わりに、数の多い、より幅の狭いフローチャネル36(あるいは38)を有することの利点の1つは、固定の流量(フローチャネル36(あるいは38)内に閉じ込められる容積として定義される)の場合、電極と、燃料流体あるいは酸化用流体との間の接触のためのより大きな表面積、それゆえより大きな反応を提供することである。しかしながら、幅の狭いフローチャネルに沿った圧力降下は、幅のより広いフローチャネルの場合よりも大きいため、幅のより狭いフローチャネルにおいて同じ流速を保持することは、より大きなエネルギー入力を必要とするであろう。それゆえ、第1の面14(あるいは第2の面16)に付随するフローチャネルの寸法および数を決定することには、電極と燃料流体あるいは酸化用流体との間の十分な接触の達成と、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)内の十分な流体の流れの達成との間には、やはり妥協が伴うであろう。
【0026】
図示されてはいないが、1つあるいは複数のフローチャネル36の少なくとも1つの注入領域46および少なくとも1つの排出領域48を、外部の注入マニホールドおよび排出マニホールド(簡略化するために図示されない)に取り付けてもよく、この場合、外部の注入マニホールドおよび排出マニホールドはまた、外部フローシステム(簡略化するために図示されない)に接続され、外部フローシステムはアノード24への燃料の供給を保持し、かつ、不要な廃棄生成物および廃熱を除去することは理解されよう。1つあるいは複数のフローチャネル38の少なくとも1つの注入領域46および少なくとも1つの排出領域48を、別々の外部フローシステム(簡略化するために同じく図示せず)に接続してもよく、この場合、外部フローシステムは、カソード32への酸化剤の供給を保持し、かつ、不要な廃棄生成物および廃熱を除去することもまた理解されよう。流体のフローシステム並びに注入マニホールドおよび排出マニホールドの設計には、スタック22の中央に向かって配置されるより熱い燃料電池から、スタック22の末端に向かって配置されるより冷たい燃料電池まで、燃料(あるいは酸化剤)フローシステムを介して熱を伝達する熱交換システムを包含し得る。そのような設計は、スタック22にわたって温度勾配を低減し、それゆえ、燃料電池の故障の危険性を最小限に抑える。フローチャネルをフローマニホールドおよびフローシステムに接続するための種々の設計が当分野において開示されており、例えば、前述のLarminie等によるFuel Cell Systems Explainedを参照されたい。
【0027】
図示されてはいないが、1つあるいは複数のフローチャネル36の少なくとも1つの注入領域46および少なくとも1つの排出領域48を、外部の注入マニホールドおよび排出マニホールド(簡略化するために図示されない)に取り付けてもよく、この場合、外部の注入マニホールドおよび排出マニホールドはまた、外部フローシステム(簡略化するために図示されない)に接続され、外部フローシステムは陽極24への燃料の供給を保持し、かつ、不要な廃棄生成物および廃熱を除去することは理解されよう。1つあるいは複数のフローチャネル38の少なくとも1つの注入領域46および少なくとも1つの排出領域48を、別々の外部フローシステム(簡略化するために同じく図示せず)に接続してもよく、この場合、外部フローシステムは、陰極32への酸化剤の供給を保持し、かつ、不要な廃棄生成物および廃熱を除去することもまた理解されよう。流体のフローシステム並びに注入マニホールドおよび排出マニホールドの設計には、スタック22の中央に向かって配置されるより熱い燃料電池から、スタック22の末端に向かって配置されるより冷たい燃料電池まで、燃料(あるいは酸化剤)フローシステムを介して熱を伝達する熱交換システムを包含し得る。そのような設計は、スタック22にわたって温度勾配を低減し、それゆえ、燃料電池の故障の危険性を最小限に抑える。フローチャネルをフローマニホールドおよびフローシステムに接続するための種々の設計が当分野において開示されており、例えば、前述のLarminie等によるFuel Cell Systems Explainedを参照されたい。
【0028】
ここで図5を参照すると、ある実施態様では、バイポーラプレート10がさらに、内部注入フローマニホールド58(あるいは62)と、内部排出フローマニホールド60(あるいは64)とを含み得ることはさらに理解されよう。そのような実施態様は、図1のバイポーラプレートを外部フローマニホールドと接続することに付随する問題点(例えば、外部封止等)を低減するであろう。図5に示されるように、燃料流体を、内部注入フローマニホールド58(あるいは62)を介して、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)に汲み上げる(外部フローシステムを介して)ことができ、その後、内部排出フローマニホールド60(あるいは64)を介して排出される。
【0029】
フローチャネル36の特徴とフローチャネル38の特徴(例えば、幅、深さ、断面形状、数および経路)とは独立していることをさらに理解されたい。ある実施態様において、フローチャネル36の特徴とフローチャネル38の特徴のいくつか、あるいは全てが実質的に同じであってよい。しかしながら、別の実施態様においては、フローチャネル36の特徴とフローチャネル38の特徴のいくつか、あるいは全てが実質的に異なっていてよい。好ましい実施態様では、フローチャネル36、フローチャネル38のそれぞれの幅、深さ、断面形状および数は実質的に同じであってよい。図1に示されるように、そのような実施態様では、フローチャネル36の経路とフローチャネル38の経路は、例えば、直線で、互いに垂直であり得る。他の実施態様では、フローチャネル36の経路とフローチャネル38の経路は、直線で、互いに平行であってよい。そのような平行な実施態様では、フローチャネル36内の流れとフローチャネル38内の流れは、同じ方向の流れか、逆方向の流れであってよい。
【0030】
2つ以上のフローチャネル36(あるいは38)が第1の面14(あるいは第2の面16)と組み合わされるとき、フローチャネル36(あるいは38)の特徴はまた、独立であることもさらに理解されたい。ある実施態様では、フローチャネル36(あるいは38)のいくつか、あるいは全てが実質的に同じであってよい。図1に示されるように、そのような実施態様では、フローチャネル36(あるいは38)の経路は直線であり、互いに平行であり得る。他の実施態様では、フローチャネル36(あるいは38)の特徴のいくつかあるいは全てが実質的に異なってもよい。
【0031】
ある実施態様において、1つあるいは複数のフローチャネル36(あるいは38)と、プラトー40(あるいは42)とを含む第1の面14(及び/又は第2の面16)はさらに、金などの貴金属でコーティングされ得る。非反応性の貴金属層の存在が、バイポーラプレート10の第1の面14及び/又は第2の面16上に絶縁酸化物層が形成されるのを防ぐ際に有利にはたらく場合があることは当業者には理解されよう。
【0032】
本明細書において説明されるパラメータの範囲内で、第1の面14の1つあるいは複数のフローチャネル36によって閉じ込められる燃料の気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルには、所望通りの、及び/又は特定の燃料電池の用途に適した任意の燃料が包含され得ることは理解されたい。当分野においてよく知られているように、燃料電池用の燃料の、気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルは、水素、一酸化炭素、アンモニア、水、アルカリ金属の水素化物、アルコール、炭化水素、あるいはそれらの混合物を含み得る。好ましいアルカリ金属の水素化物には、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化アルミニウム、水素化カルシウム、水素化カリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素ナトリウム、および水素化ホウ素アルミニウムが包含される。好ましいアルコールには、メタノールとエタノールが包含される。好ましい炭化水素にはメタン、エタン、ブタン、プロパンおよびペンタンが包含される。好ましい炭化水素混合物は、炭化水素改質油混合物、ガソリン、灯油、ディーゼル油および天然ガスを包含する。
【0033】
また、本明細書において説明されるパラメータの範囲内で、第2の面16の1つあるいは複数のフローチャネル38によって閉じ込められる酸化用の気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルには、所望通りの、及び/又はある特定の燃料電池の用途に適した任意の酸化剤が包含され得ることも理解されたい。当分野においてよく知られているように、燃料電池用の酸化用の気体、蒸気、液体あるいはエアロゾルは、空気、酸素、過酸化水素、水、一酸化二窒素、あるいはそれらの混合物を包含し得る。
【0034】
本発明の実施態様において、バイポーラプレート10の第1の面14のフローチャネル36は、燃料をその場で改質できるようにするために、改質触媒15でコーティングされてよい。フローチャネル36は、実質的に全長にわたってをコーティングされるか、あるいはその長さのある部分を選択的にコーティングされてよい。改質触媒は、自然に発生する燃料(例えば、アンモニア、メタノール、メタン、ガソリン、灯油、ディーゼル油等)を水素に変換するのを容易にし、これらには、白金、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、セリウム、鉄、クロム、コバルト、マンガン、銅、アルミニウム、およびそれらの酸化物が包含される。
【0035】
ここで図6を参照すると、バイポーラプレート10はさらに、バイポーラプレート10内部を貫通する導管(孔)50を含む場合がある。孔50は、所望通りの、及び/又はある特定の用途に適した任意の断面形状および寸法を有しよく、その断面形状は、孔50の経路に対して直角に見た断面の輪郭として定義される。好ましい実施態様では、孔50は、円形の断面形状と、概ね管状の形状を有する。孔50は、バイポーラプレート10の寸法に応じて、任意の断面寸法(たとえば、幅あるいは直径)を有しよい。孔50の断面寸法は、約1μm〜約2,000μm、約1μm〜約1,000μm、約10μm〜約500μm、約20μm〜約500μm、約50μm〜約500μm、約100μm〜約400μm、あるいは約150μm〜約300μmの任意の寸法の範囲内にあることが好ましい。孔50はバイポーラプレート10内部を貫通する任意の経路であってよく、例えば、そのような経路は実質的に直線であるか、あるいは蛇行してよい。ある実施態様では、本発明のバイポーラプレート10は複数の孔50を含み得る。フローチャネル36とフローチャネル38の場合と同様に、1つあるいは複数の孔50はそれぞれが少なくとも1つの注入領域と少なくとも1つの排出領域とを含むことにより、1つあるいは複数の孔50が、注入マニホールドおよび排出マニホールド(再び簡単にするために図示されない)に接続され、さらにそれらがフローシステム(簡単にするために図示せず)に接続される。
【0036】
ある実施態様では、孔50は、温度調整孔であり得る。孔50は、例えば、冷却用流体が流れるように適合されてよい。燃料電池内で生じる電気化学反応は発熱反応であり、その結果、燃料電池の設計において、熱管理は重要な役割を果たす。バイポーラプレート10の孔50内に、外部で冷却された流体を流すことにより、廃熱が燃料電池スタック22から迅速かつ効率的に除去されるようになる。燃料電池スタック22の燃料電池の孔50が、任意の既知の取り付け方法により、互いに、かつフローシステムに、さらには冷却システムに接続され得ることは理解されよう。例えば、燃料電池スタック22のマニホールドとフローシステムとを、冷却液が、端部に向かって配置されるバイポーラプレートを通過する前に、燃料電池スタック22の中心に向かって配置されるバイポーラプレートを通過するように設計することは、当業者には想定できよう。フローチャネル36とフローチャネル38に関して先に記載したように、そのような設計は、燃料電池スタック22の熱点と冷点との間の温度勾配を低減するであろう。
【0037】
他の実施態様では、孔50を、加熱用の流体が流れるように適合してよい。燃料電池は、周囲温度を超える温度(たとえば、陽子交換膜燃料電池の場合の60℃〜80℃から固体酸化物燃料電池の場合の800℃〜1000℃)で作動するため、典型的には、燃料電池は使用できるようになる前に予熱が必要である。これは、燃料電池を連続ベース(たとえば、発電施設などの定常用途で)で運転させるときに、そのような問題がない場合もあるが、燃料電池が断続的(例えば、自動車、電子装置等の移動用の用途)に使用されるときには制約となる。バイポーラプレート10の孔50内に、外部で加熱された流体を流すことにより、燃料電池が低電圧状態であるか、スタンバイ状態にあるときに燃料電池を急速に予熱するか、温度を保持することができる。
【0038】
冷却用あるいは加熱用の流体として、液体、蒸気あるいは気体が使用され得る。気体は取り扱いやすいが、液体より大きな孔を必要とする傾向がある。加熱用および冷却用の流体は、空気、窒素、希ガス元素、水、油、あるいはそれらの混合物を含み得る。ある実施態様では、燃料流体あるいは酸化用の流体を、バイポーラプレート10の温度調整孔50内の経路に流してよい。
【0039】
バイポーラプレート10は、1つの、あるいは複数の温度調整孔50を含む場合があることは理解されよう。また、燃料電池スタック22内の全てのバイポーラプレート10が必ずしも温度調整孔50を含むとは限らないことも理解されよう。また、1つあるいは複数の温度調整孔50に、異なる目的を果たすための同じ流体を、あるいは同じ目的を果たすための異なる流体を、あるいは別々の時点において異なる目的を果たすための異なる流体を流すことができることも理解されよう。たとえば、スタックが予熱モードにあるときに、ある特定の加熱用の流体を使用し、その後、一旦スタックが運転モードに移った場合に異なる冷却用の流体を使用することが有利な場合がある。
【0040】
1つ、あるいは複数の温度調整孔50は、一体化された伝熱式熱交換器23を形成するように設計されてもよい。本発明の伝熱式熱交換器23は、例えば、燃料電池スタック22内の電気化学反応によって生成される熱を、燃料流体を改質するバイポーラプレート10(あるいは燃料電池スタック22)の領域に効率的に移動させることができるであろう。図7に示されるように、そのような設計は、たとえば、フローチャネル36の注入領域46に実質的に平行な、かつ近接した経路に沿って温度調整孔50の排出口を通過させることを含んでよい。
【0041】
好ましい実施態様では、孔50は、燃料改質用の孔であり得る。そのような実施態様では、孔50の内側表面は、フローチャネル36について先に記載されたように、好ましくは改質触媒15でコーティングされ得る。燃料改質用の孔50の存在において、燃料改質用孔50とフローチャネル36とを接続するフローマニホールドを形成することが想定される。そのような実施態様では、燃料流体が、そこで適当な触媒の存在下で内部改質プロセスが生じる燃料改質用孔50内を初めに通ってよく、また、生成された水素はフローチャネル36内を通るであろう。ある実施態様では、そのようなフローマニホールドは、例えば、窒素、硫黄、硫黄酸化物、一酸化炭素あるいは二酸化炭素などの、改質からの不要な生成物あるいは毒を除去するように適合されたフィルタをさらに含んでよい。未反応の燃料が放出される可能性を最小限に抑えるために、ある実施態様では、バイポーラプレート10は、一旦フローチャネル36を出た燃料流体と酸化剤流体を収容するように適合された孔50内に含まれる、「排出」燃料触媒による燃焼器をさらに含んでよい。この場合、孔50は、外部環境への最終的な排出の前に、その上で燃料および酸化剤の完全な反応が起こり得る触媒表面を提供する。この触媒反応から発生する熱は、スタック温度の保持のため、反応物の予熱のため、あるいはスタックを始動時に加熱し、それにより開始温度の度合いを高めるための有利に用いることができる。
【0042】
ある実施態様では、本発明のバイポーラプレート10は、温度調整孔50と、別の改質用孔50とを両方含む場合があることは理解されたい。さらに、他の実施態様では、温度調整孔50と、改質用孔50とは1つであり、同じ孔50であってもよいことは理解されたい。
【0043】
ある実施態様では、本発明のバイポーラプレート10は、温度調整導管50と、別の改質用導管50とを両方含む場合があることは理解されたい。さらに、他の実施態様では、温度調整導管50と、改質用導管50とは1つであり、同じ導管50であってもよいことは理解されたい。
【0044】
本発明の実施態様では、バイポーラプレート10はさらにセンサ17を含んでよい。センサ17は、バイポーラプレート10の本体内に、あるいはバイポーラプレート10の面上に配置されてよい。好ましい実施態様では、センサ17はバイポーラプレート10に埋設されるか、プラトー40(または42)あるいはフローチャネル36(または38)内に収容されるか、あるいは孔50内に埋設される。燃料電池の性能は、温度、圧力、流体の流速、燃料電池の化学的組成、酸化用の流体の化学的組成、毒の濃度、電解質容積等を含む多数の複合的なパラメータに依存する。これらのパラメータをモニタする能力、およびパラメータの変動を外部のフィードバック機構に組み込んで一体化する能力は、例えば、燃料電池の信頼性および効率を改善し、燃料電池スタックの始動および停止を容易にし、電力出力過渡を制御できるようにし、種々の安全装置(例えば、ヒュージブルリンク)の包含及び制御を提供するであろう。好ましいセンサ17は、約1μm〜約200μm、約1μm〜約100μm、約1μm〜約50μm、約5μm〜約50μm、約10μm〜約50μm、あるいは約15μm〜約40μmの範囲の寸法を有する超小型センサである。
【0045】
センサ17には、例えば、機械センサ(たとえば、ピエゾ抵抗器、共振センサ、容量センサ等)、温度センサ(例えば、サーミスタ、熱電対等)、磁気センサ(例えば、ホール効果センサ)、電気センサ(例えば、電圧センサ)、化学センサ(たとえば、MOSFETセンサ、ISFETセンサ、光ファイバ化学センサ等)、あるいは放射線センサ(例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電センサ等)が使用され得る。センサ17は、これらに限定されないが、フローチャネル36(または38)あるいは孔50内の圧力、フローチャネル36(または38)あるいは孔50内の流体速度、バイポーラプレート10の温度、フローチャネル36(または38)あるいは孔50内の水素、酸素、水、水素イオン、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫黄、硫黄酸化物、メタノール、エタノール、メタン、エタン、ブタン、プロパン、あるいはペンタンの濃度、あるいは特定の基準電位を考慮して測定されるようなスタック内の1つのセルあるいは1組のセルの電圧か含むパラメータを測定するように適合され得る。
【0046】
センサ17には、例えば、機械センサ(たとえば、ピエゾ抵抗器、共振センサ、容量センサ等)、温度センサ(例えば、サーミスタ、熱電対等)、磁気センサ(例えば、ホール効果センサ)、電気センサ(例えば、電圧センサ)、化学センサ(たとえば、MOSFETセンサ、ISFETセンサ、光ファイバ化学センサ等)、あるいは放射線センサ(例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電センサ等)が使用され得る。センサ17は、これらに限定されないが、フローチャネル36(または38)あるいは導管50内の圧力、フローチャネル36(または38)あるいは導管50内の流体速度、バイポーラプレート10の温度、フローチャネル36(または38)あるいは導管50内の水素、酸素、水、水素イオン、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫黄、硫黄酸化物、メタノール、エタノール、メタン、エタン、ブタン、プロパン、あるいはペンタンの濃度、あるいは特定の基準電位を考慮して測定されるようなスタック内の1つのセルあるいは1組のセルの電圧か含むパラメータを測定するように適合され得る。
【0047】
圧力は、薄膜からなるセンサ17を用いて測定され得る。密閉された(好ましくは真空の)空胴が膜の片側に配置され、膜の他の側は、測定する圧力に暴露される。例えば、ピエゾ抵抗器あるいは容量センサを用いて、膜の変形をモニタすることができる。ピエゾ抵抗器は、ある材料が歪んだ状態になった際に生じる抵抗の変動を検出する。容量センサは、コンデンサの平板を隔てている距離が変化する際に生じる静電容量変動を検出する。
【0048】
フローチャネル36(または38)あるいは導管50内の流体の流速は、タービンなどの液圧素子からなるセンサ17で測定することができる。別法では、流体の流速は、加熱素子(たとえば抵抗素子)からなるセンサ17を用いてモニタすることができる。そのようなセンサ17は、流体がセンサに入る点と、流体がセンサを離れる点(すなわち流体が加熱素子上を通過した後)との間の流体の温度上昇が、質量流量に比例するという事実に依存する。
【0049】
当分野においてよく知られているように、温度依存抵抗を有する材料(たとえば、半導体だけでなく白金などの金属)から形成されるサーミスタを用いて温度を測定することができる。別法では、2つの異なる半導性あるいは導電性材料(たとえば、銅および鉄)から形成される回路を含む熱電対あるいはサーモパイルを用いて温度を測定することができる。
【0050】
化学センサ17は、典型的には、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、イオン選択性電界効果トランジスタ(ISFET)あるいはISFET派生素子(たとえば、MEMFET、SURFETあるいはCHEMFET)などの電界効果トランジスタ(FET)に基づく。別法では、化学センサ17は、化学物質の濃度を、たとえば、発光ダイオード(LED)が放出する照射線の特定の波長の吸光度によってモニタする、光ファイバ素子を含んでもよい。
【0051】
これらの例は本発明に含まれ得るセンサ17の範囲およびタイプを限定することを意図していないこと、およびバイポーラプレート10は所望通りの、及び/又はある特定の用途に適した任意のセンサ17を含んでよいことは理解されよう。
【0052】
本発明のバイポーラプレート10が、任意の燃料電池スタック22に組み込まれ得ること、および本発明のバイポーラプレート10を含む燃料電池スタック22が任意の電源19内に組み込まれ得ることは理解されたい。図9に示されるように、本発明の燃料電池スタック22を含む任意の電源19を用いて、任意の装置68に電力を供給することができることは、さらに理解されたい。好ましくは、装置68は、たとえば、ラップトップコンピュータ、ラジオ、CDプレーヤ、ビデオカメラ、移動電話、無線装置、電動工具などのポータブル電子装置である。
【0053】
図10に概略的に示されるように、本発明のバイポーラプレート10を製造する方法は、(a)第1の面14および第2の面16を有する基板70を設けるステップと、(b)第1の面14および第2の面16に、流体のフローチャネル36および38をそれぞれエッチングするステップとを含む。ある実施態様において、基板70は、IV族の半導体、III〜V族の半導体あるいはII〜VI族の半導体などの半導性材料である。好ましい実施態様では、半導体基板70は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン、ヒ素、アンチモン、あるいはビスマスでドーピングされる。他の実施態様では、基板70は、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム、タングステン、炭素、コバルト、チタン、あるいはそれらの合金などの金属である。さらに別の実施態様では、基板70は炭素材料、好ましくはグラファイトである。
【0054】
図11に示されるように、ある実施態様では、流体のフローチャネル36(あるいは38)をエッチングするステップの前に、(i)少なくとも1つのマスク21を基板70の第1の面14(あるいは第2の面16)に適用するステップと、(ii)その少なくとも1つのマスク21をフォトリソグラフィによってパターニングするステップとが行われる。当分野においてよく知られているように、パターニングされたマスクは一般に、基板上にパターンをエッチングできるようにするために用いられる。マスク21は、ハードマスクあるいはソフトマスクであってよい。本発明の方法によれば、任意の適当なハードマスクあるいはソフトマスクが使用され得ることは理解されたい。ハードマスクは典型的には、基板材料の酸化物、炭化物あるいは窒化物(たとえば、シリコン基板の場合には窒化シリコンのマスク)、化学的に類似の材料の酸化物、炭化物あるいは窒化物(たとえば、ヒ化ガリウム基板用の酸化アルミニウムマスク)、あるいは金属(たとえば、アルミニウム、チタン、クロムおよびニッケル)である。ソフトマスクは典型的には、可視光あるいは紫外線に対して露光されると弱くなるか(ポジ型レジスト)あるいは強くなり(ネガ型レジスト)、その後、適当な現像液で処理される際に選択的に除去される感光性ポリマーである。ハードマスクは、基板70の第1の面14(あるいは第2の面16)上に成長させることができる。好ましい実施態様では、ハードマスクを適用するステップは、スパッタ、化学気相成長、蒸着あるいはそれらの組み合わせによって実行される。好ましい実施態様では、ソフトマスクを適用するステップは、スピンコート、ディップコートあるいはドライフィルムラミネートによって実行される。
【0055】
一旦、基板70にマスク21が適用されると、マスク21をパターニングするステップが、任意の既知のフォトリソグラフィ技術によって実行され得る。当分野においてよく知られているように、ソフトマスクは典型的には、クロム/ガラスマスク、あるいはクロム/石英マスクを介して照射することによって直接パターニングされ、一方、ハードマスクは通常、ソフトマスクの場合によりさらに多くの処理を必要とする。
【0056】
ある実施態様では、(i)少なくとも1つのマスク21を基板70の第1の面14(あるいは第2の面16)に適用するステップと、(ii)その少なくとも1つのマスク21をフォトリソグラフィによってパターニングするステップの後に続いて、暴露された基板70にホウ素をドーピングするステップと、さらにその後、流体のフローチャネル36(あるいは38)をエッチングするステップとが行われ得る。当分野においてよく知られているように、シリコンなどの材料の、水酸化カリウムあるいは水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)のようなエッチング剤によるエッチングは、高濃度のホウ素ドーパントが存在する場合に、低速になるか、停止される場合がある。ホウ素濃度に依存するエッチングを用いることにより、エッチングプロセスを有利に制御できることは理解されよう。当分野においてよく知られているように、ホウ素ドーピングは、イオン注入、高温拡散あるいはそれらの組み合わせによって達成され得る。
【0057】
フローチャネル36(あるいは38)をエッチングするステップは、任意の既知のウエットエッチングあるいはプラズマエッチング手段により実行され得る。フローチャネル36(あるいは38)をエッチングするステップは、たとえば、ウエット異方性エッチング剤、ウエット等方性エッチング剤、プラズマ異方性エッチング剤、プラズマ等方性エッチング剤、あるいはそれらの任意の組み合わせの使用を含んでよい。採用される具体的なエッチング手段は、(I)基板70の性質、(II)マスク21の性質、(III)エッチングステップの所望のタイムスケール、(IV)フローチャネルの所望の寸法(たとえば、幅および深さ)、(V)フローチャネルの所望の断面形状(たとえば、角を有するか、曲線を有するか)および(VI)付随するコスト、に依存することになることは理解されよう。
【0058】
当分野においてよく知られているように、等方性エッチング剤は、エッチングされる材料を全ての方向において同じ速度で侵蝕し、結果として、丸みを帯びた断面形状を有するエッチング作用を生成する傾向がある。一方、異方性エッチング剤は、エッチングされる材料を種々の方向において異なる速度で侵蝕するため、比較的垂直な、あるいは角を有する断面形状を有するエッチング作用を生成するのに使用される。
【0059】
ウエットエッチング剤は典型的には、酸あるいはアルカリである。これらに限定されるものではないが、フッ化水素酸、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、リン酸、過酸化水素、およびそれらの混合物が、シリコン基板をエッチングするために一般に用いられるウエット等方性エッチング剤の例である。又、これらに限定されるものではないが、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化セリウム、エチレンジアミン、ピロカテコール、あるいは水溶性の塩化鉄が、シリコン基板をエッチングするために一般に用いられるウエット異方性エッチング剤の例である。さらに電気化学エッチング剤も、本発明により使用され得るウエットエッチング剤の例である。
【0060】
プラズマは、イオン、電子および中性粒子からなる高度にイオン化された気体である。シリコンをエッチングするために用いられるプラズマは典型的には、六フッ化硫黄、三フッ化窒素、テトラフルオロメタン、トリフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、トリフルオロヨードメタン、パーフルオロエタン、パーフルオロプロパンおよびパーフルオロシクロブタンなどのフッ素化合物を含む。アルミニウムをエッチングするために用いられるプラズマは、多くの場合に、三塩化ホウ素及び/又は塩化ホウ素を含み、一方、塩化鉄プラズマは一般にステンレス鋼材料をエッチングするために用いられる。プラズマエッチング剤において用いられる他の化合物には、これらに限定はしないが、アルゴン、酸素および水素が含まれる。
【0061】
当分野においてよく知られているように、別法では、フローチャネル36(あるいは38)は、パルス型エキシマレーザからの紫外線で、クロム/石英マスク(レンズなどの光学物がさらに介在する場合も、介在しない場合もある)を介して基板70を直接照射することにより形成され得る。
【0062】
本発明の方法は、基板70を貫通する孔50を形成するステップをさらに含み得る。先に記載されたように、冷却用の流体を収容するように適合される場合には、孔50を用いて、本発明のバイポーラプレート10を冷却することができる。別法では、加熱用の流体を収容するように適合される場合には、孔50を用いて、本発明のバイポーラプレート10を加熱することができる。ある実施態様では、孔50を形成するステップは、エッチングにより実行され得る。さらに、別法において、図12に示されるように、好ましい実施態様では、孔50を形成するステップは、対向する2つの基板70の表面上に相補形の溝72をエッチングし、その後、次のステップにおいてその表面を結合し、管状の孔50を形成することにより実行してもよい。ある範囲の金属、炭素および半導体結合技術が当分野において知られており、これらは、限定されるものではないが、接着結合、アノード結合、共晶結合、溶融結合、ハンダ付け、マイクロ波結合および熱圧着を含む。他の実施態様では、孔50を形成するステップは、穿孔、砥粒加工(すなわち、サンドブラスト)、レーザ加工あるいはレーザアブレーションによって実行され得る。図5に示される内部注入口フローマニホールド58(あるいは62)および内部排出口フローマニホールド60(あるいは64)は、本発明の孔50を形成するための上記の方法における任意の方法によって形成し得ることは理解されたい。
【0063】
本発明の方法は、基板70を貫通する導管50を形成するステップをさらに含み得る。先に記載されたように、冷却用の流体を収容するように適合される場合には、導管50を用いて、本発明のバイポーラプレート10を冷却することができる。別法では、加熱用の流体を収容するように適合される場合には、導管50を用いて、本発明のバイポーラプレート10を加熱することができる。ある実施態様では、導管50を形成するステップは、エッチングにより実行され得る。さらに、別法において、図12に示されるように、好ましい実施態様では、導管50を形成するステップは、対向する2つの基板70の表面上に相補形の溝72をエッチングし、その後、次のステップにおいてその表面を結合し、管状の導管50を形成することにより実行してもよい。ある範囲の金属、炭素および半導体結合技術が当分野において知られており、これらは、限定されるものではないが、接着結合、陽極結合、共晶結合、溶融結合、ハンダ付け、マイクロ波結合および熱圧着を含む。他の実施態様では、導管50を形成するステップは、穿孔、砥粒加工(すなわち、サンドブラスト)、レーザ加工あるいはレーザアブレーションによって実行され得る。図5に示される内部注入口フローマニホールド58(あるいは62)および内部排出口フローマニホールド60(あるいは64)は、本発明の導管50を形成するための上記の方法における任意の方法によって形成し得ることは理解されたい。
【0064】
本発明の方法はさらに、フローチャネル36及び/又は孔50を改質触媒15でコーティングするステップを追加的に含んでよい。先に記載されたように、フローチャネル36及び/又は孔50内で燃料流体と流通する改質触媒15の存在は、本発明のバイポーラプレート10に内部改質能力を提供し得る。別法では、フローチャネルあるいは孔に関連する領域に適用される触媒を用いて、周囲環境に排出する前に、未反応の燃料を反応させることができる。当分野においてよく知られているように、そのコーティングステップは、これらに限定されるものではないが、スパッタ、化学気相成長、蒸着、電気メッキ、溶液堆積あるいはそれらの組み合わせを含む種々の技術を用いて実行してよい。方法の選択は当業者には明らかであり、(I)基板70の性質、(II)触媒の性質、(III)フローチャネル36あるいは孔50の寸法、(IV)堆積される触媒の物理的特性、(V)付随するコスト、にほぼ依存するであろう。コーティングステップは、フローチャネル36あるいは孔50を形成するステップと一体化し得ることは理解されよう。例えば、エッチングプロセスを誘導するのに使用されるパターニングされたハードマスク21を用いて、エッチングされたフローチャネル36あるいは孔50の選択的コーティングを誘導するのに有利に使用され得る。また、ある実施態様では、支持層(例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等)が、コーティングステップ前に、フローチャネル36あるいは孔50内部に堆積され得ることも理解されよう。当分野においてよく知られているように、ある触媒の性能は、それらが使用される支持体の化学的及び/又は物理的特性に大きく依存する。
【0065】
本発明の方法はさらに、フローチャネル36及び/又は導管50を改質触媒15でコーティングするステップを追加的に含んでよい。先に記載されたように、フローチャネル36及び/又は導管50内で燃料流体と流通する改質触媒15の存在は、本発明のバイポーラプレート10に内部改質能力を提供し得る。別法では、フローチャネルあるいは導管に関連する領域に適用される触媒を用いて、周囲環境に排出する前に、未反応の燃料を反応させることができる。当分野においてよく知られているように、そのコーティングステップは、これらに限定されるものではないが、スパッタ、化学気相成長、蒸着、電気メッキ、溶液堆積あるいはそれらの組み合わせを含む種々の技術を用いて実行してよい。方法の選択は当業者には明らかであり、(I)基板70の性質、(II)触媒の性質、(III)フローチャネル36あるいは導管50の寸法、(IV)堆積される触媒の物理的特性、(V)付随するコスト、にほぼ依存するであろう。コーティングステップは、フローチャネル36あるいは導管50を形成するステップと一体化し得ることは理解されよう。例えば、エッチングプロセスを誘導するのに使用されるパターニングされたハードマスク21を用いて、エッチングされたフローチャネル36あるいは導管50の選択的コーティングを誘導するのに有利に使用され得る。また、ある実施態様では、支持層(例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等)が、コーティングステップ前に、フローチャネル36あるいは導管50内部に堆積され得ることも理解されよう。当分野においてよく知られているように、ある触媒の性能は、それらが使用される支持体の化学的及び/又は物理的特性に大きく依存する。
【0066】
本発明の方法はさらに、基板70の本体内に配置されるか、あるいは基板70の面上に配置される抵抗素子56を形成するステップを含んでよい。先に記載されたように、本発明のバイポーラプレート10を加熱、特に予熱するのに抵抗素子56が有利に使用され得る。抵抗素子56には、薄膜、厚膜あるいは拡散抵抗を使用してよく、任意の既知の処理技術により形成され得る。抵抗素子56を形成するステップは、例えば、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング、プラズマエッチング、イオン注入、高温拡散、ホウ素濃度依存エッチング、電気化学エッチング、ボンディング、リフトオフ、スピンコーティング、ディップコーティング、スパッタ、蒸着、電気メッキ、溶液堆積および化学気相成長のうちの1つあるいは複数の技術の組み合わせによって実行され得る。
【0067】
本発明の方法はさらに、基板70の本体あるいは表面からセンサ17をマイクロマシニングするステップも含んでよい。先に記載されたように、本発明のバイポーラプレート10に付随するセンサ17の存在により、燃料電池スタック22物理的および化学的パラメータのある範囲をモニタできるようになるであろう。その後、これらのパラメータのモニタを用いて、フィードバック機構を制御することができ、それゆえ、燃料電池スタック22の安定性が助長されるであろう。当分野において知られている任意の本体及び/又は表面マイクロマシニング技術を用いて、本発明のセンサ17を構成することもできる。センサ17をマイクロマシニングするステップは、たとえば、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング、プラズマエッチング、ホウ素濃度依存エッチング、電気化学エッチング、ボンディング、リフトオフ、スピンコーティング、ディップコーティング、スパッタ、蒸着、電気メッキ、溶液堆積および化学気相成長のうちの1つあるいは複数の技術の組み合わせによって実行され得る。
【0068】
本明細書に説明されるパラメータの範囲内において、本発明のバイポーラプレート10の上記の説明、およびバイポーラプレート10を製造する本発明の方法の上記の説明は、本発明のエンドプレート11(図2参照)にも適用され得ることは理解されたい。当分野においてよく知られているように、燃料電池スタック22の本体内の隣接する燃料電池間に配置されるバイポーラプレート10とは異なり、エンドプレート11は、燃料電池スタック22の端部に配置されるため、燃料電池アノード、あるいは燃料電池カソードのうちのいずれかと接触し、両方とは接触しないように設計される。結果として、プレートの両面にフローチャネルを備えることが好ましいバイポーラプレートとは異なり、エンドプレートは、集電表面を形成し、構造的なバックプレート66(図2参照)と接触するように適合される、実質的に平坦な面13と、燃料流体あるいは酸化用の流体のいずれかを閉じ込めるように適合されるフローチャネルを含むフロー面15とを含むことは理解されよう。バックプレート66は、加圧下のスタック22を保持するさらに別の構成要素(簡略化するために図示せず)を好ましく伴うことは理解されたい。また、本発明は、燃料電池スタック22内に本発明のバイポーラプレート10を組み込むステップを含む、任意の燃料電池スタック22を製造する方法も含むことも理解されたい。
【0069】
さらに、ある実施態様では、バイポーラプレート10およびエンドプレート11は、スタックの隣り合う燃料電池間に、実質的に半導性又は導電性の電気接点を与えるように適応されることが好ましいが、他の実施態様では、バイポーラプレート10およびエンドプレート11は、スタックの隣り合う燃料電池間に実質的に絶縁性の電気接点を与えるように適応され得ることも理解されたい。例えば、直列に接続される一群の燃料電池が、垂直(すなわち、図2の場合のように対面して)ではなく、水平(すなわち、並んで)に配列されることを当業者は想定できるであろう。そのような水平のスタックは、スタックの上側に配置される(酸化剤に接触し、燃料電池のカソードに酸化剤を供給するように適合される)第1のエンドプレートと、スタックの下側に配置される(燃料と接触し、燃料電池のアノードに燃料を供給するように適合される)第2のエンドプレートとを用いて完成させることができる。
【0070】
さらに、ある実施態様では、バイポーラプレート10およびエンドプレート11は、スタックの隣り合う燃料電池間に、実質的に半導性又は導電性の電気接点を与えるように適応されることが好ましいが、他の実施態様では、バイポーラプレート10およびエンドプレート11は、スタックの隣り合う燃料電池間に実質的に絶縁性の電気接点を与えるように適応され得ることも理解されたい。例えば、直列に接続される一群の燃料電池が、垂直(すなわち、図2の場合のように対面して)ではなく、水平(すなわち、並んで)に配列されることを当業者は想定できるであろう。そのような水平のスタックは、スタックの上側に配置される(酸化剤に接触し、燃料電池の陰極に酸化剤を供給するように適合される)第1のエンドプレートと、スタックの下側に配置される(燃料と接触し、燃料電池の陽極に燃料を供給するように適合される)第2のエンドプレートとを用いて完成させることができる。
【0071】
本発明のバイポーラプレートあるいはエンドプレートは、半導性あるいは導電性の本体と、複雑なフロー経路を有する細いフローチャネルおよび孔などの閉じた許容範囲を有する複雑な機構と、一体型の抵抗性加熱素子と、内部の触媒改質機構と、廃棄燃料触媒燃焼器と、一体型の熱交換構造と、概ね平坦で、歪みのない接触面と、一体型のセンサと、内部の伝熱式熱交換機構とを含み得る。
【0072】
本発明のバイポーラプレートあるいはエンドプレートは、半導性あるいは導電性の本体と、複雑なフロー経路を有する細いフローチャネルおよび導管などの閉じた許容範囲を有する複雑な機構と、一体型の抵抗性加熱素子と、内部の触媒改質機構と、廃棄燃料触媒燃焼器と、一体型の熱交換構造と、概ね平坦で、歪みのない接触面と、一体型のセンサと、内部の伝熱式熱交換機構とを含み得る。
【0073】
これらのオプションの機構の結果として、燃料電池スタック内に組み込まれる際に、本発明のバイポーラプレートおよびエンドプレートを用いて、温度、圧力、流速、化学的組成、電圧等の、燃料電池スタック内のある範囲のパラメータに関する情報をモニタし、かつ中継することと、フローチャネルあるいは導管内の燃料流体を改質することと、加熱用の流体を介して燃料電池を予熱することと、抵抗加熱素子を介して燃料電池スタックを予熱することと、冷却用の流体を介して燃料電池を冷却することとを含む、多数の新規の作業を実行することができる。
【0074】
本発明の方法は、バイポーラプレートおよびエンドプレート設計に対する柔軟なアプローチを可能にする、ある範囲の集積処理技術(たとえば、薄膜および厚膜処理、エッチング、フォトリソグラフィ、マイクロマシニング等)を包含する。さらに、小規模な信頼性のある機構を製造する能力は、バイポーラプレートおよびエンドプレートの小型化を可能にし、それゆえ、小規模(たとえば、200W未満)のポータブル燃料電池システムのさらなる開発に理想的に適する。
【0075】
以下に本発明の好ましい実施の態様を要約して示す。
1. 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)であって、
第1の燃料電池(20)のアノード(18)に接触するように適合された上面(14)と、第2の燃料電池(24)のカソード(22)と接触するように適合された下面(16)とを有する半導体本体を含み、前記上面(14)は、燃料の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(36)を含み、前記下面(16)は、酸化用の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(38)を含む、バイポーラプレート。
2. 前記バイポーラプレート(10)の前記上面(14)上の前記フローチャネル(36)が、改質触媒(15)あるいは触媒燃焼器でさらにコーティングされる、上記1に記載のバイポーラプレート。
3. 前記バイポーラプレート(10)が、そこを貫通する孔(50)をさらに含む、上記1又は2に記載のバイポーラプレート。
4. 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置され、かつ該バイポーラプレート(10)を加熱するように適合される抵抗素子(56)をさらに含む、上記1から3のいずれかに記載のバイポーラプレート。
5. 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置されるセンサ(17)をさらに含む、上記1から4のいずれかに記載のバイポーラプレート。
6. 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)又はエンドプレート(11)を製造する方法であって、
上面(14)と下面(16)とを有する基板(70)を設けるステップと、
前記上面(14)からフローチャネル(36)をエッチングするステップと、及び
任意に、前記下面(16)からフローチャネル(38)をエッチングするステップとを含む方法。
7. 前記基板(70)が、半導体、グラファイト又は金属である、上記6に記載の方法。
8. 前記フローチャネル(36)の1つが、改質触媒(15)又は触媒燃焼器でコーティングするステップをさらに含む、上記6又は7に記載の方法。
9. 孔(50)を形成するステップをさらに含み、該孔(50)は前記基板(70)を貫通する、上記6から8のいずれかに記載の方法。
10. 前記基板(70)の本体からセンサ(17)をマクロマシニングするか、あるいは前記基板(70)の表面上にセンサ(17)をマイクロマシニングするステップをさらに含む、上記6から9のいずれかに記載の方法。
【0076】
以下に本発明の好ましい実施の態様を要約して示す。
1. 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)であって、
第1の燃料電池(20)の陽極(18)に接触するように適合された上面(14)と、第2の燃料電池(24)の陰極(22)と接触するように適合された下面(16)とを有する半導体本体を含み、前記上面(14)は、燃料の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(36)を含み、前記下面(16)は、酸化用の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(38)を含む、バイポーラプレート。
2. 前記バイポーラプレート(10)の前記上面(14)上の前記フローチャネル(36)が、改質触媒(15)あるいは触媒燃焼器でさらにコーティングされる、上記1に記載のバイポーラプレート。
3. 前記バイポーラプレート(10)が、そこを貫通する導管(50)をさらに含む、上記1又は2に記載のバイポーラプレート。
4. 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置され、かつ該バイポーラプレート(10)を加熱するように適合される抵抗素子(56)をさらに含む、上記1から3のいずれかに記載のバイポーラプレート。
5. 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置されるセンサ(17)をさらに含む、上記1から4のいずれかに記載のバイポーラプレート。
6. 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)又はエンドプレート(11)を製造する方法であって、
上面(14)と下面(16)とを有する基板(70)を設けるステップと、
前記上面(14)からフローチャネル(36)をエッチングするステップと、及び
任意に、前記下面(16)からフローチャネル(38)をエッチングするステップとを含む方法。
7. 前記基板(70)が、半導体、グラファイト又は金属である、上記6に記載の方法。
8. 前記フローチャネル(36)の1つが、改質触媒(15)又は触媒燃焼器でコーティングするステップをさらに含む、上記6又は7に記載の方法。
9. 導管(50)を形成するステップをさらに含み、該導管(50)は前記基板(70)を貫通する、上記6から8のいずれかに記載の方法。
10. 前記基板(70)の本体からセンサ(17)をマクロマシニングするか、あるいは前記基板(70)の表面上にセンサ(17)をマイクロマシニングするステップをさらに含む、上記6から9のいずれかに記載の方法。
【0077】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、種々の燃料電池パラメータをモニタし、かつ制御できるようにする種々のセンサおよび装置をその中に組み込むことができるバイポーラプレートおよびエンドプレートと、そのバイポーラプレートおよびエンドプレートを製造する方法とが達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 簡単なバイポーラプレートの斜視図である。
【図2A】 燃料電池スタックの側面図である。
【図2B】 燃料電池スタックの側面図である。
【図3】 簡単なバイポーラプレートの断面図である。
【図4】 蛇行した経路を有するフローチャネルを示すバイポーラプレートの平面図である。
【図5】 内部フローマニホルドを含むバイポーラプレートの斜視図である。
【図6】 孔及びセンサを含むバイポーラプレートの側面図である。
【図7】 内部伝熱式熱交換器を含むバイポーラプレートの斜視図である。
【図8】 抵抗加熱素子を含むバイポーラプレートの平面図である。
【図9】 燃料電池電源及び素子を含む回路の電気的な概略図である。
【図10】 本発明の方法に含まれる最も簡単なステップを示すフローチャート図である。
【図11】 パターニングされたマスクを使用するフローチャネルのエッチングを示す図である。
【図12】 エッチングと、後続するボンディングとによる孔の形成を示す図である。
【図13】 本発明の方法に含まれ得る任意のステップを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
10 バイポーラプレート
11 エンドプレート
14 第1の面
16 第2の面
18 第1の燃料電池
20 第2の燃料電池
24、30 アノード
26、32 カソード
28、34 電解質
36、38 フローチャネル
40 プラトー
15 改質触媒
17 センサ
50 孔
70 基板
Claims (8)
- 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)であって、
上面(14)と下面(16)とを有するドープされた半導体本体を含み、前記上面(14)は、燃料の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(36)と、第1の燃料電池(18)のアノード(24)と接触するように適合されたドープされた半導体部分を含み、前記下面(16)は、酸化用の流体を閉じ込めるように適合されたフローチャネル(38)と、第2の燃料電池(20)のカソード(32)と接触するように適合されたドープされた半導体部分を含む、バイポーラプレート。 - 前記バイポーラプレート(10)の前記上面(14)上の前記フローチャネル(36)が、改質触媒(15)でさらにコーティングされる、請求項1に記載のバイポーラプレート。
- 前記バイポーラプレート(10)が、そこを貫通し且つ入口及び出口を有する孔(50)をさらに含む、請求項1又は2に記載のバイポーラプレート。
- 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置され、かつ該バイポーラプレート(10)を加熱するように適合される抵抗素子(56)をさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載のバイポーラプレート。
- 前記バイポーラプレート(10)が、該バイポーラプレート(10)の本体内に配置されるか、あるいは該バイポーラプレート(10)の表面上に配置されるセンサ(17)をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載のバイポーラプレート。
- 燃料電池スタック(22)用のバイポーラプレート(10)を製造する方法であって、
上面(14)と下面(16)とを有するドープされた半導体基板(70)を設けるステップと、
前記上面(14)から燃料流体用フローチャネル(36)をエッチングし、且つ前記下面(16)から酸化流体用フローチャネル(38)をエッチングするステップであって、それによってアノードと接触するように適合されたドープされた半導体部分及びカソードと接触するように適合されたドープされた半導体部分を含むドープされた半導体本体が生じるステップと、
前記フローチャネル(36)を改質触媒(15)でコーティングするステップと、
を含む方法。 - 前記バイポーラプレート(10)を貫通し且つ入口及び出口を有する孔(50)を形成するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記半導体基板(70)の本体からセンサ(17)をマイクロマシニングするか、あるいは前記半導体基板(70)の表面上にセンサ(17)をマイクロマシニングするステップをさらに含む、請求項6又は7のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/917500 | 2001-07-27 | ||
US09/917,500 US6828055B2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Bipolar plates and end plates for fuel cells and methods for making the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003059500A JP2003059500A (ja) | 2003-02-28 |
JP4102611B2 true JP4102611B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=25438881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002218362A Expired - Fee Related JP4102611B2 (ja) | 2001-07-27 | 2002-07-26 | 燃料電池用バイポーラプレート |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6828055B2 (ja) |
EP (1) | EP1282183A3 (ja) |
JP (1) | JP4102611B2 (ja) |
CA (1) | CA2389128A1 (ja) |
HK (1) | HK1050427A1 (ja) |
Families Citing this family (135)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6376708B1 (en) * | 2000-04-11 | 2002-04-23 | Monsanto Technology Llc | Process and catalyst for dehydrogenating primary alcohols to make carboxylic acid salts |
US20050167873A1 (en) * | 2001-02-15 | 2005-08-04 | Integral Technologies, Inc. | Low cost fuel cell bipolar plates manufactured from conductive loaded resin-based materials |
JP2002324563A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-11-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 |
EP1258937A1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-20 | STMicroelectronics S.r.l. | Micro silicon fuel cell, method of fabrication and self-powered semiconductor device integrating a micro fuel cell |
JP3988563B2 (ja) * | 2001-08-01 | 2007-10-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池構成体 |
US6641780B2 (en) * | 2001-11-30 | 2003-11-04 | Ati Properties Inc. | Ferritic stainless steel having high temperature creep resistance |
US6890680B2 (en) * | 2002-02-19 | 2005-05-10 | Mti Microfuel Cells Inc. | Modified diffusion layer for use in a fuel cell system |
DE10213134A1 (de) * | 2002-03-23 | 2003-10-09 | Daimler Chrysler Ag | Brennstoffzelle und Verfahren zum Kaltstarten einer solchen Brennstoffzelle |
ATE522001T1 (de) * | 2002-03-27 | 2011-09-15 | Topsoe Fuel Cell As | Festoxid-brennstoffzelle in dünnschichttechnik (sofc) und verfahren zu ihrer herstellung |
US7981561B2 (en) | 2005-06-15 | 2011-07-19 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
US7842434B2 (en) | 2005-06-15 | 2010-11-30 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
US8158057B2 (en) | 2005-06-15 | 2012-04-17 | Ati Properties, Inc. | Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells |
AU2003252659A1 (en) * | 2002-07-18 | 2004-02-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing separator for fuel cell, and method of connecting the separator to electrode diffusion layer |
DE10232871A1 (de) * | 2002-07-19 | 2004-02-05 | Daimlerchrysler Ag | Brennstoffzelle mit interner Gasregulierung |
DE10236845B8 (de) * | 2002-08-08 | 2006-07-06 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Brennstoffzelle mit integriertem Sensor |
US7682724B2 (en) * | 2002-10-18 | 2010-03-23 | Monsanto Technology Llc | Use of metal supported copper catalysts for reforming alcohols |
JP4048097B2 (ja) * | 2002-10-28 | 2008-02-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の電流密度測定装置 |
TW559460U (en) * | 2002-12-12 | 2003-10-21 | Ind Tech Res Inst | Enhanced heat conductance structure configured with electrodes |
JP2004227959A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Sii Micro Parts Ltd | 非水電解質電池および電気二重層キャパシタ |
DE112004000052T5 (de) * | 2003-02-06 | 2005-08-11 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Mikroreaktor und Herstellungsverfahren für diesen |
FR2854499B1 (fr) * | 2003-04-30 | 2006-12-01 | Renault Sa | Plaque bipolaire pour pile a combustible et pile a combustible equipee d'une telle plaque |
DE10323880A1 (de) * | 2003-05-26 | 2004-12-23 | Siemens Ag | Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer derartigen Bipolarplatte |
US7521097B2 (en) * | 2003-06-06 | 2009-04-21 | Nanogram Corporation | Reactive deposition for electrochemical cell production |
US20050014059A1 (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Ultracell Corporation | Micro fuel cell architecture |
CN100416905C (zh) * | 2003-06-30 | 2008-09-03 | 株式会社日本能源 | 附有转化器的燃料电池 |
JP3974127B2 (ja) * | 2003-09-12 | 2007-09-12 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
US7241521B2 (en) * | 2003-11-18 | 2007-07-10 | Npl Associates, Inc. | Hydrogen/hydrogen peroxide fuel cell |
US7655331B2 (en) * | 2003-12-01 | 2010-02-02 | Societe Bic | Fuel cell supply including information storage device and control system |
US20050255364A1 (en) * | 2003-12-12 | 2005-11-17 | Cho Tae-Hee | Bipolar plate of fuel cell |
FR2864862A1 (fr) * | 2004-01-02 | 2005-07-08 | Renault Sas | Dispositif de refroidissement pour pile a combustible et pile a combustible utilisant un tel dispositif |
CN1645661A (zh) * | 2004-01-20 | 2005-07-27 | 布莱特·D·文森特 | 燃料电池系统 |
US20050242471A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-03 | Bhatt Sanjiv M | Methods for continuously producing shaped articles |
US20050255368A1 (en) * | 2004-05-12 | 2005-11-17 | Ultracell Corporation, A California Corporation | High surface area micro fuel cell architecture |
KR100536254B1 (ko) * | 2004-05-14 | 2005-12-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 개질기, 반응 기판 및그 반응 기판의 제조 방법 |
KR100758243B1 (ko) | 2004-08-02 | 2007-09-12 | 엘지전자 주식회사 | 휴대용 연료전지 시스템 |
KR100570765B1 (ko) | 2004-08-25 | 2006-04-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 바이폴라 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지 |
CN100359731C (zh) * | 2004-09-13 | 2008-01-02 | 南亚电路板股份有限公司 | 直接甲醇燃料电池及其双极板基板的制作方法 |
DE102004045375A1 (de) * | 2004-09-18 | 2006-03-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Festoxid-Brennstoffzelle mit einer metallischen Tragstruktur |
US8288046B2 (en) * | 2004-09-29 | 2012-10-16 | GM Global Technology Operations LLC | Integrated current sensors for a fuel cell stack |
GB0423812D0 (en) * | 2004-10-27 | 2004-12-01 | Johnson Matthey Plc | Fuel cell stack |
US7709145B2 (en) * | 2004-11-12 | 2010-05-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Hydrophilic surface modification of bipolar plate |
TWM266558U (en) * | 2004-11-18 | 2005-06-01 | Antig Tech Co Ltd | Bipolar fuel cell plate |
US20060134501A1 (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-22 | Lee Jong-Ki | Separator for fuel cell, method for preparing the same, and fuel cell stack comprising the same |
KR100669374B1 (ko) * | 2004-11-25 | 2007-01-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 금속 세퍼레이터 및 그 제조방법과 이를포함하는 연료전지 |
US7959987B2 (en) * | 2004-12-13 | 2011-06-14 | Applied Materials, Inc. | Fuel cell conditioning layer |
KR20060080385A (ko) * | 2005-01-05 | 2006-07-10 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템, 개질기, 반응 기판 및 그 반응 기판의제조 방법 |
US8182884B2 (en) * | 2005-02-28 | 2012-05-22 | GM Global Technology Operations LLC | Process for application of a hydrophilic coating to fuel cell bipolar plates |
KR101155910B1 (ko) * | 2005-03-16 | 2012-06-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 개질 기능을 갖는 스택 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템 |
US7811846B2 (en) * | 2005-03-21 | 2010-10-12 | Agency For Science, Technology And Research | Semiconductor devices grown in spherical cavity arrays and its preparation method |
EP1876140A4 (en) * | 2005-03-25 | 2011-07-27 | Seiko Instr Inc | HYDROGEN FORMATION METHOD, HYDROGEN GENERATOR, AND FUEL CELL DEVICE |
KR100627373B1 (ko) * | 2005-04-08 | 2006-09-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 스택 |
US8535842B2 (en) * | 2005-04-22 | 2013-09-17 | GM Global Technology Operations LLC | Combustion-thawed fuel cell |
ITVA20050034A1 (it) * | 2005-05-13 | 2006-11-14 | St Microelectronics Srl | Celle a combustibile realizzate in un singolo strato di silicio monocristallino e processo di fabbricazione |
US7763393B2 (en) * | 2005-05-13 | 2010-07-27 | Hitachi Cable, Ltd. | Fuel cell having electrode channel member with comb-teeth shape |
CN100530788C (zh) * | 2005-08-03 | 2009-08-19 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 燃料电池、燃料电池组及燃料电池制造方法 |
US20070087248A1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-04-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Proton conductive electrolyte membrane, method of preparing the same and fuel cell including the proton conductive electrolyte membrane |
DE102005051583A1 (de) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Airbus Deutschland Gmbh | Brennstoffzellensystem für die Versorgung von Luftfahrzeugen |
US8097374B2 (en) * | 2005-11-16 | 2012-01-17 | Bloom Energy Corporation | System and method for providing reformed fuel to cascaded fuel cell stacks |
US8142943B2 (en) * | 2005-11-16 | 2012-03-27 | Bloom Energy Corporation | Solid oxide fuel cell column temperature equalization by internal reforming and fuel cascading |
EP1798799B1 (en) * | 2005-12-16 | 2008-09-24 | STMicroelectronics S.r.l. | Fuel cell planarly integrated on a monocrystalline silicon chip and process of fabrication |
TW200725975A (en) * | 2005-12-19 | 2007-07-01 | Univ Yuan Ze | Fuel cell containing micro-sensor |
ITMI20060197A1 (it) * | 2006-02-06 | 2007-08-07 | Nuvera Fuel Cells Europ Srl | Stack di celle a combustibile |
US20070196715A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Hsi-Ming Shu | Fuel cell device adapted to slim-type CD-ROM drive |
WO2007121336A2 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-25 | Applied Materials, Inc. | Reliable fuel cell electrode design |
DE102006037353A1 (de) * | 2006-08-09 | 2008-02-14 | Behr Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion |
US8372539B2 (en) * | 2006-09-26 | 2013-02-12 | Graftech International Holdings Inc. | Uniform graphite plate |
US20080138667A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Compact fuel cell stack with fastening member |
US20080138670A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Compact fuel cell stack with multiple plate arrangement |
US7740962B2 (en) * | 2006-12-06 | 2010-06-22 | 3M Innovative Properties Company | Compact fuel cell stack with current shunt |
US20080138684A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Compact fuel cell stack with uniform depth flow fields |
US20080138665A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Compact fuel cell stack with gas ports |
JP5066927B2 (ja) * | 2007-02-08 | 2012-11-07 | カシオ計算機株式会社 | 燃料電池装置及び電子機器 |
JP2008277115A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
US20080305884A1 (en) * | 2007-06-06 | 2008-12-11 | Cameron Don T | Golf club grip |
US7851105B2 (en) * | 2007-06-18 | 2010-12-14 | Daimler Ag | Electrochemical fuel cell stack having staggered fuel and oxidant plenums |
US8920997B2 (en) | 2007-07-26 | 2014-12-30 | Bloom Energy Corporation | Hybrid fuel heat exchanger—pre-reformer in SOFC systems |
US20090087712A1 (en) * | 2007-08-27 | 2009-04-02 | Hong Huang | Fabrication method of thin film solid oxide fuel cells |
JP4683029B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2011-05-11 | カシオ計算機株式会社 | 燃料電池装置及び電子機器 |
JP2009123866A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Nec Electronics Corp | 半導体装置の製造方法、および被エッチング膜の加工方法 |
DE102008005841A1 (de) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Hochtemperatur-Polymerelektrolyt Brennstoffzellensystem (HT-PEFC) sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben |
US8288041B2 (en) * | 2008-02-19 | 2012-10-16 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer |
ITMI20080615A1 (it) * | 2008-04-08 | 2009-10-09 | St Microelectronics Srl | Metodo per la realizzazione di un microreattore a rendimento migliorato per un sistema di produzione di energia per applicazioni portatili a microcella |
US9123921B2 (en) * | 2008-05-13 | 2015-09-01 | GM Global Technology Operations LLC | Hydrolytically-stable hydrophilic coatings for PEMFC bipolar plate |
JP2012512519A (ja) * | 2008-12-17 | 2012-05-31 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | Sofcの流路の全体にわたって均一なガス分布 |
US8715875B2 (en) * | 2009-05-26 | 2014-05-06 | The Invention Science Fund I, Llc | System and method of operating an electrical energy storage device or an electrochemical energy generation device using thermal conductivity materials based on mobile device states and vehicle states |
US20100323248A1 (en) * | 2009-06-17 | 2010-12-23 | Battelle Energy Alliance, Llc | Structures having one or more super-hydrophobic surfaces and methods of forming same |
US20110207013A1 (en) * | 2010-02-21 | 2011-08-25 | Adaptive Materials, Inc. | Multiple flow stream sensor |
JP5764000B2 (ja) * | 2011-07-21 | 2015-08-12 | 株式会社フジクラ | 燃料電池の温度制御装置 |
KR101667123B1 (ko) * | 2011-12-20 | 2016-10-17 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 혼류를 갖는 플로우 배터리 |
FR2991814B1 (fr) | 2012-06-08 | 2014-06-06 | Michelin & Cie | Circuit de refroidissement pour pile a combustible |
USD731968S1 (en) * | 2012-09-07 | 2015-06-16 | Illinios Tool Works Inc. | Welding power supply grill |
US20150364767A1 (en) * | 2013-01-31 | 2015-12-17 | Dongfang Electric Corporation | Porous electrode assembly, liquid-flow half-cell, and liquid-flow cell stack |
US9257366B2 (en) * | 2013-10-31 | 2016-02-09 | International Business Machines Corporation | Auto-compensating temperature valve controller for electro-rheological fluid micro-channel cooled integrated circuit |
US9553465B2 (en) * | 2014-04-21 | 2017-01-24 | Palo Alto Research Center Incorporated | Battery management based on internal optical sensing |
US9677916B2 (en) | 2014-07-15 | 2017-06-13 | Palo Alto Research Center Incorporated | Energy system monitoring |
US10446886B2 (en) | 2014-07-23 | 2019-10-15 | Palo Alto Research Center Incorporated | Embedded fiber optic cables for battery management |
US10403922B2 (en) | 2014-07-23 | 2019-09-03 | Palo Alto Research Center Incorporated | Battery with embedded fiber optic cable |
US10522850B2 (en) | 2014-09-30 | 2019-12-31 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Three-dimensionally printed bipolar plate for a proton exchange membrane fuel cell |
TWI538286B (zh) * | 2015-01-26 | 2016-06-11 | 財團法人工業技術研究院 | 雙極板及應用其之燃料電池模組 |
TW201633593A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-09-16 | 博隆能源股份有限公司 | 燃料電池堆疊組件及操作其之方法 |
DE102015213950A1 (de) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Volkswagen Ag | Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel |
WO2018105647A1 (ja) | 2016-12-06 | 2018-06-14 | 昭和電工株式会社 | 集電板及びレドックスフロー電池 |
JP6448165B2 (ja) * | 2016-12-06 | 2019-01-09 | 昭和電工株式会社 | 集電板及びレドックスフロー電池 |
USD827357S1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-09-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Cook top |
USD827359S1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-09-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Cook top |
USD827358S1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-09-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Cook top |
US10317256B2 (en) | 2017-04-14 | 2019-06-11 | Palo Alto Research Center Incorporated | Monitoring transportation systems |
USD804898S1 (en) * | 2017-06-26 | 2017-12-12 | E. Mishan & Sons, Inc. | Smokeless grill |
CN107681178A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-02-09 | 上海交通大学 | 实时检测燃料电池电堆内部温度场变化的检测系统及制备 |
USD862984S1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-10-15 | R.H. Peterson Co. | Cooking grid for a grill |
USD857453S1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-08-27 | R.H. Peterson Co. | Cooking grid for a grill |
USD896585S1 (en) * | 2018-03-19 | 2020-09-22 | Whirlpool Corporation | Gas grate |
AU2018426555B2 (en) * | 2018-06-07 | 2022-06-02 | H2Lab Pte. Ltd | Silicon pole plate and preparation method therefor, use of silicon in fuel cell, fuel cell stack structure, fuel cell and use thereof |
CN110581288B (zh) * | 2018-06-07 | 2021-02-12 | 上海尚理投资有限公司 | 一种燃料电池电堆结构及其燃料电池和应用 |
CN110581291B (zh) * | 2018-06-07 | 2021-12-03 | 上海尚理投资有限公司 | 硅在燃料电池的应用 |
US11056698B2 (en) | 2018-08-02 | 2021-07-06 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features |
WO2020113172A1 (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | Utility Global, Inc. | Method of making an interconnect |
USD883018S1 (en) | 2019-01-31 | 2020-05-05 | E. Mishan & Sons, Inc. | Smokeless grill |
USD883019S1 (en) | 2019-01-31 | 2020-05-05 | E. Mishan & Sons, Inc. | Smokeless grill |
USD859061S1 (en) | 2019-01-31 | 2019-09-10 | E. Mishan & Sons, Inc. | Smokeless grill |
USD883020S1 (en) | 2019-01-31 | 2020-05-05 | E. Mishan & Sons, Inc. | Smokeless grill |
WO2020188591A1 (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Tvs Motor Company Limited | An energy device |
CA3135785A1 (en) * | 2019-05-05 | 2020-11-12 | Yuguang C. Li | Conversion of carbonate into syngas or c2+ products in electrolysis cell |
CN110289428B (zh) * | 2019-06-19 | 2020-10-13 | 北京科技大学 | 一种燃料电池不锈钢双极板制备及表面改性方法 |
CN110265688B (zh) * | 2019-06-21 | 2024-04-26 | 福大紫金氢能科技股份有限公司 | 一种固体氧化物氨燃料电池 |
CN111343834A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-26 | 广东工业大学 | 一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法 |
CN111230315B (zh) * | 2020-01-18 | 2021-11-19 | 温州大学 | 一种异形截面复杂流场双极板的加工装置及加工方法 |
CN111162145A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-05-15 | 泰州中来光电科技有限公司 | 具有选择性发射极结构的钝化接触太阳能电池及其制备方法 |
CN112490463A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-12 | 广州合之源氢能科技有限公司 | 一种燃料电池双极板制造方法 |
US11271226B1 (en) | 2020-12-11 | 2022-03-08 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with improved efficiency |
DE102021200871A1 (de) * | 2021-02-01 | 2022-08-04 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, Brennstoffzellenstapel sowie Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellenstapel |
CN115275215A (zh) | 2021-04-30 | 2022-11-01 | 洁能氏公司 | 具有图案化微孔层的燃料电池电极及其制造方法 |
US20230096327A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Nissan North America, Inc. | Bipolar plate for fuel cell stack |
CN114122473B (zh) * | 2021-11-25 | 2023-05-23 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种熔融碳酸盐燃料电池的组装方法 |
DE102021214667A1 (de) | 2021-12-20 | 2023-06-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle und Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte |
Family Cites Families (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3188242A (en) | 1959-01-22 | 1965-06-08 | Union Carbide Corp | Fuel cell battery containing flat carbon electrodes |
US4175165A (en) | 1977-07-20 | 1979-11-20 | Engelhard Minerals & Chemicals Corporation | Fuel cell system utilizing ion exchange membranes and bipolar plates |
US4214969A (en) | 1979-01-02 | 1980-07-29 | General Electric Company | Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells |
DE2928910A1 (de) | 1979-06-29 | 1981-01-29 | Bbc Brown Boveri & Cie | Elektrode fuer die wasserelektrolyse |
DE2926776C2 (de) * | 1979-07-03 | 1984-03-15 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Brennstoff- und/oder Elektrolyse-Zelle |
US4344932A (en) * | 1980-06-02 | 1982-08-17 | Del Laboratories, Inc. | Nail cleanser |
US4463065A (en) * | 1982-02-02 | 1984-07-31 | W. R. Grace & Co. | Fuel cell and method for conducting gas-phase oxidation |
US4567117A (en) * | 1982-07-08 | 1986-01-28 | Energy Research Corporation | Fuel cell employing non-uniform catalyst |
US4522895A (en) | 1982-10-05 | 1985-06-11 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Multilayer fuel cell electrode substrate having elongated holes for feeding reactant gases |
US4619753A (en) * | 1984-01-26 | 1986-10-28 | Bbc Brown, Boveri & Company Limited | Bipolar plate for an apparatus with a stacked configuration, said apparatus comprised of a plurality of electrochemical cells with solid electrolyte; and method of manufacturing said plate |
JPS60241658A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池のセパレ−タの製造方法 |
US4631239A (en) | 1985-12-04 | 1986-12-23 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell plates with improved arrangement of process channels for enhanced pressure drop across the plates |
EP0378812A1 (de) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Asea Brown Boveri Ag | Anordnung von Brennstoffzellen auf der Basis eines Hochtemperatur-Feststoffelektrolyten aus stabilisiertem Zirkonoxyd zur Erzielung höchsmöglicher Leistung |
JPH06168728A (ja) * | 1992-07-15 | 1994-06-14 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
JPH07220743A (ja) | 1994-01-27 | 1995-08-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池、そのバイポーラ板、およびバイポーラ板の製造方法 |
DE4410711C1 (de) | 1994-03-28 | 1995-09-07 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung desselben |
US5863671A (en) * | 1994-10-12 | 1999-01-26 | H Power Corporation | Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management |
US5795188A (en) * | 1996-03-28 | 1998-08-18 | Andrew Corporation | Connector kit for a coaxial cable, method of attachment and the resulting assembly |
US5773161A (en) | 1996-10-02 | 1998-06-30 | Energy Research Corporation | Bipolar separator |
US5776624A (en) | 1996-12-23 | 1998-07-07 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for PEM fuel cells |
US5945229A (en) | 1997-02-28 | 1999-08-31 | General Motors Corporation | Pattern recognition monitoring of PEM fuel cell |
FR2764443B1 (fr) | 1997-06-10 | 1999-09-03 | Peugeot | Pile a combustible du type a distributeurs de reactifs en forme de plaques |
US5798188A (en) | 1997-06-25 | 1998-08-25 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having molded polymer projections |
US5935725A (en) | 1997-07-18 | 1999-08-10 | Bcs Technology | Flow facilitator for improving operation of a fuel cell |
US5972530A (en) | 1998-01-13 | 1999-10-26 | Electrochem, Inc. | Air-cooled, hydrogen-air fuel cell |
US6203936B1 (en) | 1999-03-03 | 2001-03-20 | Lynntech Inc. | Lightweight metal bipolar plates and methods for making the same |
US6132895A (en) * | 1998-03-09 | 2000-10-17 | Motorola, Inc. | Fuel cell |
JP2000048830A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-18 | Hitachi Chem Co Ltd | 燃料電池、燃料電池用セパレータ及びその製造法 |
GB2370407B (en) * | 1998-12-01 | 2003-05-14 | Ballard Power Systems | Method and apparatus for controlling the temperature within an electrochemical fuel cell |
US6426159B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-07-30 | Plug Power Inc. | Sealing method and apparatus for a fuel cell stack |
EP1160900A3 (en) * | 2000-05-26 | 2007-12-12 | Kabushiki Kaisha Riken | Embossed current collector separator for electrochemical fuel cell |
US6663997B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-12-16 | Ballard Power Systems Inc. | Oxidant flow field for solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2009000004A (ja) | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Kankyo Soken Kk | 重金属を含有する有機物の煮汁から重金属を除去する方法 |
-
2001
- 2001-07-27 US US09/917,500 patent/US6828055B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-06-05 CA CA002389128A patent/CA2389128A1/en not_active Abandoned
- 2002-07-10 EP EP02254847A patent/EP1282183A3/en not_active Withdrawn
- 2002-07-26 JP JP2002218362A patent/JP4102611B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-03-11 HK HK03101746.2A patent/HK1050427A1/zh unknown
-
2004
- 2004-04-05 US US10/818,957 patent/US8263259B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HK1050427A1 (zh) | 2003-06-20 |
EP1282183A2 (en) | 2003-02-05 |
US20040191594A1 (en) | 2004-09-30 |
JP2003059500A (ja) | 2003-02-28 |
US20030022052A1 (en) | 2003-01-30 |
US8263259B2 (en) | 2012-09-11 |
US6828055B2 (en) | 2004-12-07 |
CA2389128A1 (en) | 2003-01-27 |
EP1282183A3 (en) | 2005-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4102611B2 (ja) | 燃料電池用バイポーラプレート | |
JP4423847B2 (ja) | 小型化学反応装置 | |
JP2005515602A (ja) | 層流誘起型動的伝導性界面を備えた電気化学的電池、該電池を備える電子装置、及びその使用方法 | |
JP2007526598A (ja) | 層流誘起型動的伝導性界面を備えた燃料電池、該電池を備えた電子装置、及びその使用方法 | |
JP2004066113A (ja) | 小型化学反応装置 | |
JP4315193B2 (ja) | 反応装置、発電装置及び電子機器 | |
JP2003340273A (ja) | 化学反応装置及び燃料電池システム並びにその製造方法 | |
US7867297B2 (en) | Reactor, fuel cell system and electronic equipment | |
US20100132195A1 (en) | Micro-reformer and manufacturing method thereof | |
JP2003299946A (ja) | 化学反応装置及び電源システム | |
US8021622B2 (en) | Heat insulating container | |
US20070166587A1 (en) | Fuel cell | |
JP2004063131A (ja) | 化学反応装置及び燃料電池システム並びにその製造方法 | |
US7713317B2 (en) | Reformer for power supply of a portable electronic device | |
JP5040177B2 (ja) | マイクロリアクタ、マイクロリアクタの製造方法、そのマイクロリアクタを用いた発電装置、及び、電子機器 | |
JP2004057920A (ja) | 小型化学反応装置 | |
JP4742318B2 (ja) | 反応装置、発電装置及び電子機器 | |
JP5168750B2 (ja) | 気化装置、反応装置及び発電装置 | |
JP4400273B2 (ja) | 燃焼器及び反応装置 | |
JP4643533B2 (ja) | 熱特性に優れた燃料電池用改質器 | |
JP2006000771A (ja) | 反応装置、反応装置の運転方法、燃料電池及び電子機器 | |
JP4586700B2 (ja) | 反応装置 | |
JP2007319769A (ja) | 反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器 | |
JP5082533B2 (ja) | 反応装置 | |
Xiao | Monolithic integration of proton exchange membrane microfuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050823 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20051124 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20051129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060209 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070220 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20070323 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20070328 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070820 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080304 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080324 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060209 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120328 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140328 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |