JP4633473B2 - 改良された燃料電池スタックアッセンブリ - Google Patents
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Description
本発明は、改良された燃料電池スタックアッセンブリに関する。
燃料電池スタックアッセンブリは一般に、スタック内に配置されかつ圧力板により一緒に保持された複数の燃料電池部材である。図１は、通常の従来の燃料電池スタックアッセンブリを示しており、さらに、スタックの中心部分内にカソード水移動板（ｗａｔｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｌａｔｅ）（ＷＴＰ）１ａとアノードおよび冷却器板１ｂとを含む単一の燃料電池部材１を示している。この部材のどちらの側にも、一体化電極アッセンブリ（ｕｎｉｔｉｚｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）（ＵＥＡ）２が存在しており、この配列が、端部板アッセンブリ３までスタックを通して繰り返されており、端部板アッセンブリ３は、従来の燃料電池アッセンブリでは、特有の水移動板と非多孔質黒鉛板４とを必要とする。端部／圧力板５は、示されるとおりである。さらに、端部板水移動板の界面は、非多孔質黒鉛板４によって結合された冷却剤流路を特徴とする。
この構成は、スタックの端部に必要とされる特有の部材に起因して、付加的な費用および設計の複雑さを含め、いくつかの問題を生じる。さらに、ＷＴＰに結合された非多孔質黒鉛は、この材料が残りの繰り返し部材とは異なるモジュラスを有するので、さらなる構造上の複雑さを生じる。さらに、集電体界面における腐食保護の複雑さが、集電体の近くに未知の環境を有することに起因して、増加される。中実の黒鉛板に起因して、環境が、水素、空気、または水であるかが全く明らかでない。
上述した問題に対処する改良された燃料電池アッセンブリ構造の必要性が残っているのは明らかである。
従って、本発明の主な目的は、特有な端部電池アッセンブリが回避される、改良された燃料電池スタックアッセンブリを提供することである。
本発明のさらなる目的は、集電体に隣接する環境が既知である、そのようなアッセンブリを提供することである。
本発明の他の目的および利点は、以下に明らかになるであろう。
本発明に従うと、本発明の上述した目的および利点は、容易に達成された。
本発明によれば、スタック内に配置されるとともに端部部材を含む複数の実質的に均一な燃料電池部材と、前記端部部材に隣接して配置された圧力／端部板集電体とを備える、燃料電池スタックアッセンブリが提供される。
本発明の好ましい実施態様の詳細な説明は、添付の図面を参照して、以下のとおりである。
本発明は、燃料電池スタックアッセンブリ１０に関し、この燃料電池スタックアッセンブリ１０は有利には、スタック全体に亘って特有の繰り返し構造を有するように提供されており、有利には、集電体に隣接する端部板構造を有しており、それによって、構造は、大いに単純化され、製造の費用および複雑さが低減され、膨張のモジュラスの問題は、スタック全体に亘る類似した材料によって単純化され、端部板に関連する腐食の問題は、端部板集電体に隣接する既知の環境によって低減される。
図２は、三つの実質的に均一な燃料電池部材１２を含む、本発明に従う燃料電池スタックアッセンブリ１０を示しており、燃料電池部材１２のそれぞれは、同様に実質的に均一な一体化電極アッセンブリ１４によって隔てられる。燃料電池部材１２は好ましくは、カソード水移動板（ＷＴＰ）１６と、アノードおよび冷却器板部分１８とを含み、それぞれ、所望のように、燃料、酸化剤、および冷却剤のうちの少なくとも一つの流れのための流路を有している。各部材１２はまとまって、２０に概略例示される独立した水移動板アッセンブリを形成する。部材２０は、一体化電極アッセンブリ１４と共にまとまって、燃料電池スタックアッセンブリ１０の繰り返し要素を画定する。図２は、簡略化のために、わずか３つの燃料電池部材１２を有する電池繰り返し要素アッセンブリ２２を示しており、端部部材も、２４および２６に示されている。理解されるように、電池繰り返し要素アッセンブリ２２は、さらなる部材１２であってそれぞれが例示されたものに実質的に同一の部材１２を有し得る。
当業者にはよく知られているように、圧力／端部板集電体３０は、電池スタックアッセンブリ１０全体を通して生成される電流を収集するように設ける必要がある。このような集電体は通常、スタックの端部部材に隣接して配置されており、図１の従来技術の構成においては、中実の黒鉛板４に隣接して配置されており、これは、上述した不利益に繋がる。
本発明に従うと、圧力／端部板電流集電体３０は有利には、端部コンプライアンス部材２８に隣接して配置されており、端部コンプライアンス部材２８は、図１に示すような特別な移行端部板アッセンブリの必要なしに、電池繰り返し要素アッセンブリ２２と圧力／端部板集電体３０との間にコンプライアンスを与える。
従って、本発明に従うアッセンブリ１０は、端部電池構造が燃料電池スタックアッセンブリ１０に特有のものでないので、膨張のモジュラスへの配慮を単純化させる。さらに、端部コンプライアンス部材２８は、燃料電池スタックアッセンブリ１０の他の部材１２内のように多孔質材料で作成されており、従って、圧力／端部板集電体３０に接する端部コンプライアンス部材２８の部分内の既知の環境（反応物あるいは酸化剤）を提供し、それによって、腐食の問題に関連して容易に対処できる既知の環境を提供する。
本発明にさらに従うと、端部コンプライアンス部材２８は、さまざまな可能な異なる構造を含むことができる。例えば、コンプライアンス部材２８は、好ましくは所望のように燃料電池スタックアッセンブリ１０内にシールを維持するための含浸された縁部シールを有する、黒鉛質基体として提供されることができる。
代替として、コンプライアンス部材２８は、導電性高分子緩衝材を有するように設けることができ、好ましくは、一つまたは複数の高分子緩衝材は、反応物の漏れを許す値よりは小さいが、しかしながらそれにもかかわらず、コンプライアンス部材２８と端部板集電体３０との間の界面において既知の環境を提供するのに十分な値と等しいかそれより大きな、気体透過性を有している。本発明のなおさらなる実施態様に従うと、コンプライアンス部材２８は、端部板集電体３０と燃料電池部材１２との間に黒鉛または黒鉛粒子の微細な粒径の層を備えることができる。
本発明のなおさらなる代替の実施態様に従うと、コンプライアンス部材２８は、外部シールガスケットを有する黒鉛基体として設けることができ、この外部シールガスケットは、外部シールガスケットを用いるシールを画定する嵌まり込まれる構成で黒鉛基体を受け取るように適合される。
図１および図２に例示されるような燃料電池スタックアッセンブリの作動の具体的な詳細、およびその各部材１２、１４の特定の態様に関するさらなる詳細は、当業者にはよく知られており、ここではさらに記載しない。
本発明に従うと、容易に理解されるであろうように、改良された燃料電池スタックアッセンブリが提供されており、ここでは、燃料電池スタックアッセンブリ１０のための実質的に均一な部材が利用され、それによって、製造費用、設計の問題、および同様のものなどが大幅に単純化される。さらに、コンプライアンス部材２８が、他の燃料電池部材１２などと同様に、多孔質材料で、好ましくは多孔質黒鉛表面を有するように、提供されているので、電池または部材１２からのいくらかの反応物物質は、端部板集電体３０に接触することができ、それによって、既知の環境を提供し、腐食の問題を単純化する。
なおさらに、本発明に従うアッセンブリ１０は、異なる材料の膨張のモジュラスに関連する極端な複雑さをさらに回避しており、これもまた、既存の構造に対する改良である。
理解されるように、本発明は、ここで説明し、示した例示に限定されず、それは、本発明を実行するための最良の態様の単なる例示であると見なされ、また、部品の形状、大きさ、配置と、作動の詳細との変更が可能である。本発明はむしろ、請求項により規定される本発明の精神および範囲内にある全てのそのような変更を含むことが意図されている。
Claims (8)
- スタック内に配置されるとともに、端部部材と、燃料、酸化剤、および冷却剤のうちの少なくとも一つの流れのための流路を有している複数の燃料電池部材と、
前記端部部材に隣接して配置された圧力／端部板集電体と、
を含む、燃料電池スタックアッセンブリにおいて、
前記端部部材は、多孔質黒鉛基体からなるコンプライアンス部材であることを特徴とする燃料電池スタックアッセンブリ。 - 前記燃料電池部材のそれぞれは、カソード水移動板と、アノード板とを備えることを特徴とする請求項１記載のアッセンブリ。
- 前記燃料電池部材間に配置された一体化電極アッセンブリをさらに備えることを特徴とする請求項２記載のアッセンブリ。
- 前記コンプライアンス部材は、含浸された縁部シールを有する黒鉛質基体から成ることを特徴とする請求項３記載のアッセンブリ。
- 前記コンプライアンス部材は、導電性高分子緩衝材を備えることを特徴とする請求項３記載のアッセンブリ。
- 前記高分子緩衝材は、反応物の漏れを許す値よりは小さく、かつ、前記圧力／端部板集電体において既知の環境を提供するのに十分な値と等しいかそれより大きな、気体透過性を有していることを特徴とする請求項５記載のアッセンブリ。
- 前記コンプライアンス部材は、前記圧力／端部板集電体上に黒鉛粒子の層を備えることを特徴とする請求項３記載のアッセンブリ。
- 前記コンプライアンス部材は、黒鉛基体と外部シールガスケットとを備えており、黒鉛基体は、外部シールガスケット内に嵌まり込むことを特徴とする請求項３記載のアッセンブリ。
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