JP5484723B2 - 分配プレート - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー膜燃料電池に関する。更に詳細に言うならば、本発明は、個々の電気化学セルユニットの間に設けられるバイポーラプレート及び様々な電気化学セルユニットのスタックの両端に設けられるエンドプレートに関する。

燃料電池において使われるバイポーラプレートは、２つの非常に異なる機能を成し遂げる。燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガス、すなわち、水素及び空気又は純酸素を供給する必要であり、更に、燃料電池を冷却する、すなわち、水のような冷却剤を燃料電池に通す必要があることが知られている。バイポーラプレートの機能のうちの１つは、燃料電池の動作のために必要なこれらの様々な流体を輸送することである。バイポーラプレートは更に、電気機能を満たす、すなわち、隣接する電気化学セルユニットの各々のアノードとカソードとの間に電気的な導通を確保する。実際に、燃料電池は普通、沢山の電気化学セルユニットを直列に組み立てて構成される。燃料電池の必要な電圧は、必要な数の電気化学セルユニットを直列に電気的に接続することによって得られる。

上記した様々な機能、すなわち流体を輸送し、電気を導通することは、バイポーラプレートを製造するために使われる材料が満たさなければならない仕様を決定する。使われる材料は、非常に高い導電率を有しなければならない。使われる材料は、また、使われる流体に対して透過性がなければならず、且つそれらの流体に対して非常に高い化学的安定性を有していなければならない。更に、バイポーラプレートは、多数の個々の電気化学セルユニット及びそれらに付属するバイポーラプレートを重ね合わせることができ、且つそのような組立体が、エンドプレート間にタイロッドを使用して互いに締付けられて保持できるに充分な機械的性質を有しなければならない。バイポーラプレートは、このような締付けに耐えるために充分な機械的性質を有しなければならない。高導電率を実現すると同時に使われる流体に対して化学的に不活性である材料としてグラファイトが普通使用されている。国際特許出願公開公報ＷＯ２００５／００６４７２は、この種のバイポーラプレートの可能な実施例を開示している。それは、様々な層の厚さの許容限度に適合するように２つの比較的剛性のあるグラファイトプレートの間に比較的可撓性のあるグラファイト材料から作られたシートを挟んだ積層体で形成されていることが分かる筈である。グラファイトプレートは、燃料ガス及び酸化剤ガス、すなわち、水素及び空気又は純酸素を拡散させるチャネルのネットワークを有しており、また、そのチャネルのネットワークは、水のような冷却剤が各バイポーラプレートを透過できるようにしている。
国際特許出願公開公報ＷＯ２００５／００６４７２

しかし、グラファイトバイポーラプレートを形成するために使用される剛性の要素は、
燃料電池を組立てる際の取り扱い、特に衝撃に比較的脆い。更に、上述した可撓性のグラファイト材料から形成される層は、工業的なプロセスにおいては最も取り扱いにくい。これらは全て、この種のバイポーラプレートの製造価格を非常に高くしている。

米国特許第６３７９４７６号は、表面が不動態化処理（パッシベーション処理）されたフィルムで被覆され、表面に突き出ているカーバイド含有物を有しているステンレス鋼からバイポーラプレートを製造することを提案している。その特許のファイルによれば、提案された製品は、それからバイポーラプレートを作るのに十分低い接触抵抗を有しなければならない。しかし、この解決法がグラファイトから全て作られるバイポーラプレートに比較して、特に機械的性質に関して、いくつかの利点を有することができるにもかかわらず、それは、製造が複雑であり、特に、燃料電池において非常に高いパワー密度を達成したい場合、電気抵抗率が余りにも高いことが分かる筈である。
米国特許第６３７９４７６号

国際特許出願公開公報ＷＯ００／０５７７５は、高温まで良好な機械的強さを有し、微量な酸を含む可能性のある水蒸気又は凝結水が存在する酸化性雰囲気内で良好な物理化学的な挙動を示すポリマー材料からバイポーラプレートをつくり、そのバイポーラプレートを通る電気的な導通は、ポリマープレートを通り、各ポリマープレートの両側に置かれる電極に貫入するように各面の中へ突き出ている金属シリンダによって実現することを提案している。しかし、この特許出願は、バイポーラプレートを冷却する問題について言及しない。
国際特許出願公開公報ＷＯ００／０５７７５

仏国特許出願公開公報ＦＲ２８３６３８５は、バイポーラプレートが非金属の材料からつくられた酸化剤及び燃料のための２つの分配プレートによって構成されることを開示している。それらバイポーラプレートは、バイポーラプレートの間に、熱伝達流体の循環のためのチャネルができるように、互いに離されている。各電気化学セルユニットによって生じる電流の収集は、非金属のガス分配プレートより上に、各バイポーラプレートの両側に配置されている２つの要素によって確保にされる。各要素は、当該要素をガスが通過するのに十分な孔を有している。それら要素は、各バイポーラプレートに電気的に接続している。この特許出願の説明からみて、電気的接続が、製造するに複雑な特別な形式であることは明らかである。その開示されている実施例の内の１つにおいて、電気的接続は、非金属のガス分配プレートを互いに離している銅の中間層によって実現されている。変形例として、プレートの外側に電気的接続を設けることも提案されている。いずれにしても、これは、複雑な部品と溶接を必要とし、構造を、重く、大きく、且つ製造するのに非常に費用がかかるものにしている。
仏国特許出願公開公報ＦＲ２８３６３８５

本発明の目的は、可能な限り製造し易く、燃料電池の重さ及び寸法に比較して非常に高いパワーの出力レベルを達成でき、自動車に燃料電池を相当容易に使用できるように熱伝導液で特に冷却可能である、バイポーラプレート又はエンドプレートのための構成を提供することである。

本発明によるならば、燃料電池で使用されるガスの内の一方のガスを拡散させるための膜と接触するようになされている第１の面と、その第１の面と反対側の第２の面と、所与の厚さを有しており、イオン交換膜に向かい合うように配置されるようになされている動作区画を更に有しており、前記第１の面には、前記ガスの内の一方のガスのための第１の分配チャネルを形成する溝が設けらており、前記第１の分配チャネルは、前記動作区画全体にわたってほぼ分布している、分配プレートであって、当該分配プレートは、少なくとも表面が非導電性であり少なくとも表面が化学的に不活性である構造的支持体から形成されており、当該分配プレートは、前記構造的支持体を貫通する複数のピンを有しており、前記第１の面を通る前記ピンの突出部分は、前記第１の分配チャネルを交叉することはなく、前記ピンは、導電性の非金属材料からつくられていることを特徴とする分配プレートが提供される。

当然、上述したように、燃料電池の両端に使用される分配プレートを特に連想するような単一のガス分配チャネルだけであってもよいが、本発明は、互いに隣接する２つの電気化学セルユニットの間に挿入されてそれら２つの電気化学セルユニットを直列に電気的に接続するバイポーラプレートに係るものである。この場合、本発明は、バイポーラプレートを構成する分配プレートを提供し、前記第２の面は、燃料電池で使用されるガスの内の他方のガスを拡散させるための膜と接触するようになされており、前記第２の面には、前記ガスの内の他方のガスのための第２の分配チャネルを形成する溝が設けらており、前記第２の分配チャネルは、前記動作区画全体にわたってほぼ分布している。

好ましくは、分配プレートの冷却を確保するために、特に分配プレートがバイポーラプレートを構成する場合、本発明による分配プレートは、その厚さ内部に内部チャネルを有しており、前記内部チャネルは、前記動作区画全体に広がるようにレイアウトされており、冷却剤の循環のために前記動作区画内においては前記第１の面にも前記第２の面にも突出していない。

従って、本発明は、分配プレートにおいて、特に、バイポーラプレートにおいて、一方の流体を輸送する機能と、他方の導電性の機能とを切り離すことを提案している。構造的支持体のために、本発明は、化学的に不活性である、すなわち、少なくとも表面が、より詳しくは少なくとも使用流体と接触する表面が使用流体に対して化学的に不活性である材料を選択する。実際、材料の表面が、水素、酸素、改質する水又はチャネル内を輸送される他の物質によって攻撃を受けないことが非常に重要であり、特に、動作中の燃料電池において過酷な条件に晒されても材料の表面が不活性であることが非常に重要である。更に、そして、構造的支持体に関して、少なくとも表面が非導電性又は導電性がほとんどないように選択する。これは、冷却されているバイポーラプレート内の冷却剤と全表面が接触する場合に特に有利である。これは、冷却剤を非導電性しなければならない制約から解放する。

構造的支持体のために選ばれる材料の機械的性質は、製造過程による機械的ストレス及び動作中に発生する機械的ストレスに適応できることである。少なくとも表面が非導電性であるためには、例えばプラスチックのような、体積全体が非導電性の材料を採択することが可能である。しかし、熱伝導を最適化するために、特にバイポーラプレートを構成する場合に熱伝導を最適化するために、金属材料を選択することが好ましい。その金属材料は、非導電性で且つ十分に化学的に不活性な表面の条件を満たすように適切に処理される。

分配プレート、特にバイポーラプレートを構成する分配プレートの電気的な動作のために必要な導電性は、プレートの厚さ全体を貫通しており且つプレートの全表面にわたって分布していることが好ましい、導電性材料でつくられた十分な数のピンによって与えられる。従って、ピンは、グラファイトと、カーボンブラックが高濃度で混ぜらているポリマーと、短いカーボンブラックファイバで混ぜられているポリマーとからなるグループから選択された材料からつくられる。このグループは、表面に金属粉末が存在しない条件で金属粉末が混ぜられたポリマーを含むこともできる。その表面に金属粉末が存在しない条件は、例えば、２つの連続する射出成形動作を含む製造過程を必要とする。

本発明を限定するものではないが。例えば、２つの互いに重ね合わされた分配プレートからつくられるバイポーラプレートを製造できる。２つの分配プレートの内の一方の分配プレートが、ガスの内の一方のガスを輸送するチャネルを有し、２つの分配プレートの内の他方の分配プレートが、ガスの内の他方のガスを輸送するチャネルを一方の面に有し、冷却剤が通るチャネルを他方の面に有する。冷却剤のためのチャネルが内部になるように分配プレートを重ね合わせて、内部チャネルを形成する。

プレートのための構造的支持体は、プラスチックであってもよいし、又は使われる流体の科学的な侵食に対して不活性化されたアルミニウムからつくることもできる。実際、アルミニウムプレートを不動態化処理（パッシベーション処理）する方法は知られており、そして、パッシベーション皮膜がアルミニウム酸化物を形成しているので、パッシベーション皮膜がアルミニウムを非導電性にしていることはよく知られている。

分配プレートの各々は、組立の前に穴あけされるか、さもなくば、組立の後、製造されたバイポーラプレートに穴あけを行うこともできる。チャネルが通過していない領域に非常に小さい直径の孔を多数を開ける。そのあと、導電性材料でつくられたピンを、それから孔に挿入することができる。従って、第１及び第２のチャネル並びに内部チャネルのレイアウトは、動作区画内に上記した孔を開けることができる領域を残し且つ孔が動作区間全体に分布しているように、更に、燃料電池が供給する最大電流を考慮して十分な合計断面積を有するようにすることが必要である。孔の断面形状は、円形でも、円形以外の任意の形状、例えば、正方形又は楕円形でもよく、また、様々な孔の断面形状が異なる形状であっても、異なる直径又は寸法であってもよい。

ピンのために使われる材料は、特定の機械的な品質に関係なく、グラファイトであってもよい。ピンの両端は、使用されるガスに接触し、また、各電気化学セルユニットの拡散膜上に接触して改質された水に接触するので、その材料は、流体に対して良好な化学的不活性を有していることが重要である。それは、金属材料では特別な処理なくしては得ることができない。

以下、バイポーラプレートを詳細に説明する。当然、上述したように、本発明は、バイポーラプレートに限定されるものではなく、個々の燃料電池ユニットの重ね合わせたもの両端に配置される分配プレートも含むものである。その場合、その分配プレートは、以下に説明する第１の分配プレートと非常に類似しており、両端の各々では、燃料電池で使われる２つのガスのうちの一方を拡散するだけが必要であり、そして、内部冷却チャネルを設けることは一般に無意味である。

本発明は、添付図面に図示した実施例の詳細な説明により良く理解される筈である。

第１の分配プレート１１及び第２の分配プレート１２を組立てて形成されるバイポーラプレート１を図１に示す。バイポーラプレート１は、電気化学セルユニット２を形成する要素と組み合わされるものである。個々の電気化学セルユニット２は、現在（本発明を限定するのでは一切ないが）、５つの層、すなわち、１つのイオン交換ポリマー膜と、電気化学反応を開始するために必要な化学元素、例えば白金を含む２つの電極と、バイポーラプレートのネットワークによって輸送されたガスをイオン交換膜表面の全体に均一に拡散させることができる２つのガス拡散層とを重ね合わせて通常形成される。図１の電気化学セルユニット２上には、燃料電池の動作区画Ｓ，すなわち電気を発生できる電気化学反応の場所である領域に対応する表面が位置している。

第１の分配プレート１１と、第２の分配プレート１２と、電気化学セルユニット２は、一方の端に、比較的大きい横断面積の３つの開口３１、３２及び３３を有し、反対側の端にも、比較的大きい横断面積の３つの開口３４、３５及び３６を有している。全ての開口３１は、１つの分配プレート１１からもう１つの分配プレート１２へ更に分配プレート１１及び１２から電気化学セルユニット２に一直線に整合されている。同様に、他の開口３２、３３、３４、３５及び３６も全て、１つの分配プレート１１からもう１つの分配プレート１２へ更に分配プレート１１及び１２から電気化学セルユニット２に一直線に整合されている。開口３１及び３３は、ガスのうちの１つをそれぞれ輸送するためのマニホルドを形成している。開口３１及び３３の内の一方（例えば３１）は水素を輸送し、他方（例えば３３）は、酸素を輸送する。開口３４及び３６は、ガスのうちの１つをそれぞれ戻すためのマニホルドを形成している。開口３４及び３６の内の一方（３４）は、燃料電池で消費されなかった水素の戻りを確保しており、他方（３６）は、燃料電池で消費されなかった酸素の戻りを確保している。開口３２は全て、冷却剤を輸送するマニホルドを形成しており、開口３５は全て、燃料電池の温度を制御するために使用された冷却剤の戻りを確保するマニホルドを形成している。

第１の分配プレート１１の面のうちの一方の面１１ｌは、第１の分配プレート１１の動作区画Ｓの全体に、燃料電池によって消費される２つのガスのうちの一方を分配するためにレイアウトされている第１の分配チャネル１１１を有している。その第１の分配チャネル１１１は、第１の分配プレート１１の厚さを貫通しているオリフィス１１１ａから始まり、第１の分配プレート１１を貫通するオリフィス１１１ｂで終わっている。

第２の分配プレート１２の面１２ｌのうちの一方の面は、第２の分配プレート１２の動作区画Ｓの全体に、燃料電池の温度を制御するために使用される冷却剤を分配するためにレイアウトされている内部分配チャネル１２２を有している。オリフィス１１１ａは、面１２ｌに形成されたチャネル１１１ｃと連通するように前記チャネル１１１ｃの端部と一直線に整合されている。オリフィス１１１ｂは、同じ面１２ｌに形成されたチャネル１１１ｄと連通するように前記チャネル１１１ｄの端部と一直線に整合されている。これらのチャネル部分１１１ｃ及び１１１ｄの各々は、開口３１及び３４に連通している。かかる構成により、第１の分配チャネル１１１及び問題のマニホルドとの間の連通が実現されている。

第２の分配プレート１２の面１２ｌのうちの、図１において見えない他方の面１２ｒには、第２の分配チャネル１２１が形成されており、その第２の分配チャネル１２１は、図面には見ることはできないが、分配チャネル１１１と同様であり、第２の分配プレート１２の動作区画の全体に、燃料電池によって消費される２つのガスのうちの他方を分配するためにレイアウトされている。第２の分配プレート１２の開口３３及び３６は、共に面１２ｌに形成されているチャネル１２１ｃ及びチャネル１２１ｄにそれぞれ連通している。チャネル部分１２１ｃ及び１２１ｄの各々は、第２のチャネル１２１を問題のマニホルドとに接続するために、第２の分配プレート１２の厚さを貫通するオリフィス（図１において見えない）で終端している。

第１の分配プレート１１及び第２の分配プレート１２は多数の孔３を具備している。第１の分配プレート１１に形成された孔３及び第２の分配プレート１２に形成された孔３は、一直線に整列されている。孔３は、第１の分配プレート１１及び第２の分配プレート１２の各々にレイアウトされているチャネル１１１、１２１及び１２２のいずれとも交叉しないように形成されている。

図１に、各孔３に挿入されるようにされたピン１０が示されている。これらのピンは、例えばグラファイトから作られた小さいシリンダによって形成されている。ガス分配チャネル又は冷却剤の循環のために形成された内部チャネルと決して交叉することなく、沢山な孔、例えば１００個の孔を分配プレートの表面に形成することが可能である。これらの孔の各々の断面積は、例えば約１ｍｍ²である。従って、全ピンの合計断面積により、燃料電池が生成するような高動作電流を流すことが可能である。

図２は、図１に示した様々な要素（分配プレート１１及び１２及びピン１０）を組立てた後の本発明のバイポーラプレート１を図示する。この組立は、例えば、分配プレートを互いに結合させ、次いで、ピン１０を嵌め込み、分配プレートの間の分配チャネルの間及び内部チャネルに対して良好な封止を確保し、ガスが交じり合わないように面１１ｌと１１ｒとの間の良好な封止を確保するによって、実現できる。ピン１０は、動作区画内の前記第１及び第２の面の各々の両側から出ている。

この種のバイポーラプレートの面１１ｌ及び１１ｒの各々は、隣接する電気化学セルユニット２の拡散層のうちの１つと協働することができる。図２は、個々の電気化学セルユニット２と組合わされた、厚さｘのバイポーラプレートを図示している。多数の電気化学セルユニット２が、バイポーラプレート１を挟んで重ねられ、単純な（非バイポーラ）分配プレートが各端に置かれて、燃料電池を形成する。

従って、本発明によるならば、燃料電池のために動作応力を伝達するたげでなくバイポーラプレートを製造を自動化できるに十分な機械的性質を材料を、個々のプレートの各々の基本構成要素材料として選択可能である。実際に、この種のオートメーションはプロセス・ロボットによる処理を想定しており、この処理が、基板の構成要素材料の強固さのために、殆ど予防措置を必要としない場合には、自動製造の実施は、正に、より単純になり、より強化されそしてより経済的になる。この第１の実施例の場合、個々のプレートの各々は、構造的支持体を形成する単一のブロックから作られる。その構造的支持体は、プラスチックから、又は、好ましくは熱交換を促進するようにアルミニウムからつくられ、陽極酸化処理がされ、非導電性表面の要件を満たし化学的不活性を改善するために表面がポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）で被覆することができる。

１つの電気化学セルユニット２から別の電気化学セルユニットへの電気的導通は、ピン１０だけによって実現されており、ピン１０の端部１０ｌのうちの一方が、図２のバイポーラプレート１の面１１ｌ上に見える。動作区画Ｓに比較して減少した表面での電気的機能の集中により、あまりに高電流密度になることなく、動作電流を流すことを可能にする。従って、使われるプレートの表面の内の小さな割合の部分への、典型的には動作区画の全体の１０％への未満への導電部の集中により、分配チャネル及び内部チャネルのレイアウトを格別の困難なく行うことが可能になる。

図３に図示されている本発明の１つの変形例を以下説明する。この変形例において、ピン１０Ａが射出成形可能な材料からつくられ（図４を参照）、分配プレートは、第１の面の側に、ピンと同じ材料でつくられた表面層を有している。その表面層は、ピンをつくることができる同一射出成形動作によって構造的支持体上に成形され、表面層とピンとが、電気的な導通を実現する連続した媒体を形成する。

ピン（と従って上述した例では表面層と）を射出成形するために、主成分としてカーボンブラック及び熱硬化性又は熱可塑性のフッ素ポリマー、例えば、ポリ弗化ビニリデンＰＶＤＦを有するペーストを使用することが可能である。カーボン及びポリマーの量は、カーボンブラックが少なくとも７０重量％、好ましくは８０重量％で、残りがポリマーである。ピンの表面電気抵抗が可能な限り低くなるためには、このカーボンの量は充分でなければならない。ポリマー自体は、必要なバインダとして機能し、腐食に対して強く、容易に押し出し成形又は射出成形することが可能でなければならない。

図３には、第１の分配プレート１１Ａ（図６を参照のこと）の一部を形成する構造的支持体１１０Ａが示されている。この構造的支持体は、陽極酸化処理を行われたアルミニウムの１枚の板から形成されている。構造的支持体１１０Ａは、一方の端に、比較的大きい横断面積を有する３つの開口３１Ａ、３２Ａ及び３３Ａを有し、反対側の端の領域に比較的大きい横断面積を有する３つの開口３４Ａ、３５Ａ及び３６Ａを有している。第１の例では、開口３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ及び３６Ａは、ガスを輸送して排出すためのマニホルドを形成している。

構造的支持体１１０Ａは、第１の分配プレート１１Ａの厚さを貫通しているオリフィス１１１ａＡと、同様に第１の分配プレート１１Ａの厚さを貫通しているオリフィス１１１ｂＡとを有している。これらのオリフィス１１１ａＡ及び１１１ｂＡは、詳細に後述する分配チャネルの始点と終点である。

構造的支持体１１０Ａは更に、多数の孔３Ａを有している。上述した開口、オリフィス及び孔が、例えばパンチング（せん孔）によってつくられる。パンチングの後、アルミニウム板は、良好な化学的不活性を有し同時に（アルミニウム板の全ての縁（開口３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ及び３６Ａ、オリフィス１１１ａＡ及び１１１ｂＡ、そして、孔３Ａ）を含む、従って、ガス及び冷却剤のためのマニホルドの一部を形成している表面を含む）表面が非伝導性になるように陽極酸化処理が行われる。後者の特性は、電気を通す冷却剤を使用する可能性を開くので、特に有利である。もちろん、表面の非伝導性の特徴は、孔３Ａのために特別な利点を有するものではなく、どんな形であれ孔３Ａを損傷しない。

図４には、或る数の射出成形コーン４２を有しているヘッド４１を具備している射出成形工具４が図示されている。射出ラム４３及びカウンタ−モールド４４も図示されている。
構造的支持体１１０Ａ及び構造的支持体１２０Ａは、射出ヘッド４１とカウンタ−モールド４４との間に取付けられる。これら構造的支持体１１０Ａ及び１２０Ａは各々、分配プレートの一部、すなわち、第１の分配プレート１１Ａ及び第２の分配プレート１２Ａを形成する。第１の典型的な実施例に関して既に説明されたように、第２の分配プレート１２Ａは、第２の分配プレート１２Ａの動作区画Ｓ全体に、燃料電池の温度を制御するために使用される冷却剤を分布させるようにレイアウトされている内部チャネル１２２Ａを有している。これら２つの変形例に共通している実施例の全ての詳細は、本明細書において既に説明してあるので、ここでの説明の繰り返しは省略する。

図５に斜視図で示すカウンタ−モールド４４は、分配プレート１１Ａに形成される分配チャネル１１１Ａとは凹凸が反転している鋳型を形成しているリブ４５を有している。特に、構造的支持体１１０Ａのオリフィス１１１ａＡ及び１１１ｂＡに嵌め込まれるようにした突起４６が設けられている。オリフィス４７は、各射出過程の間、過剰な材料を排出するために適切に設けられている。

図６は、上記した射出成形プロセスから得られた分配プレート１１Ａの状態を図示している。構造的支持体１１０Ａ及びその上に重ねて成形された表面層１１４Ａが図示されている。図４において、構造的支持体１１０Ａの上に重ねて成形された表面層１１４Ａ及び構造的支持体１２０Ａの上に重ねて成形された成形される表面層１２４Ａが図示されている。オリフィス１１１ａＡ及び１１１ｂＡ並びに前記構造的支持体の表面１１００Ａによって形成されている分配チャネル１１１Ａも図示されている。前記分配チャネルの側面１１４０Ａは、前記表面層によって形成されている。その後、表面層全体にわたって構造的支持体の周囲に、非導電性で化学的に不活性の材料を重ねて成形して、分配プレート組立体が均一な厚さを有するようにすることが得策である。

最後に、本発明の上記した２つの変形例の非常に興味深い利点を以下に指摘する。バイポーラプレートの導電性部分がチャネルのいずれとも交差しない、特に、冷却剤が流れる内部チャネル交差しないために、流体システムを接地する必要がもはやない。従って、流体システムを他のものから絶縁することも、冷却剤として非導電性流体を使用することももはや必要ない。内燃機関を冷却するために使われる従来の水／グリコール混合物が完全に適切である。

本発明のバイポーラプレートの様々な構成要素を図示している分解部品配列図である。 組立てられた状態の本発明のバイポーラプレートを図示する。 一実施例での支持構造体を図示する。 前記実施例のピンを射出成形するための装置を図示する。 図４の射出成形装置で使用されるカウンタ型を図示する。 前記実施例に従うバイポーラプレートを図示する。

Claims (10)

1. 燃料電池で使用されるガスの内の一方のガスを拡散させるための膜と接触するようになされている第１の面（１１ｌ）と、その第１の面（１１）と反対側の第２の面（１１ｒ）と、所与の厚さを有しており、イオン交換膜に向かい合うように配置されるようになされている動作区画（Ｓ）を更に有しており、前記第１の面には、前記ガスの内の一方のガスのための第１の分配チャネル（１１１）を形成する溝が設けられており、前記第１の分配チャネル（１１１）は、前記第１の面の前記動作区画全体にわたってほぼ分布している、分配プレート（１１）であって、前記分配プレートは、少なくとも表面が非導電性であり少なくとも表面が化学的に不活性である構造的支持体から形成されており、前記分配プレートは、前記構造的支持体を貫通する複数のピン（１０）を有しており、前記第１の面を通る前記ピンの突出部分は、前記第１の分配チャネルを交叉することはなく、前記ピンは、導電性の非金属材料からつくられ、前記分配プレートは、その厚さ内部に内部チャネル（１２２）を有しており、前記内部チャネルは、前記動作区画全体に広がるようにレイアウトされており、前記動作区画内においては前記第１の面にも前記第２の面にも突出しておらず、前記ピンは前記動作区画全体に分布し且つ前記内部チャネルと交叉することなく、前記内部チャネルは、冷却剤の循環のために設けられていることを特徴とする分配プレート。
2. 前記ピンは、グラファイトと、カーボンブラックが混ぜられているポリマーと、カーボンブラックファイバで混ぜられているポリマーとからなるグループから選択された材料からつくられていることを特徴とする請求項１に記載の分配プレート。
3. 前記構造的支持体は非導電性材料からつくられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分配プレート。
4. 前記構造的支持体の材料はプラスチックであることを特徴とする請求項３に記載の分配プレート。
5. 前記構造的支持体材料は、表面が不動態化処理されたアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分配プレート。
6. 前記ピンは、射出成形可能な材料からつくられていることを特徴とする請求項１に記載の分配プレート。
7. 前記ピンは、射出成形可能な材料からつくられており、当該分配プレートは、前記非導電性の構造的支持体の表面に、前記ピンと同じ材料でつくられた表面層を有しており、前記ピンが前記構造的支持体を貫通し前記表面層と接することにより、前記第１の分配チャネルの底は、前記構造的支持体の表面によって形成され、前記第１の分配チャネルの側面は、前記表面層によって形成されることを特徴とする請求項６に記載の分配プレート。
8. 前記ピン（１０）の両端は、前記動作区間内の前記第１の面及び前記第２の面の各々から突出していることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の分配プレート。
9. 前記分配プレートはバイポーラプレート（１）を構成しており、前記第２の面（１１ｒ）は、燃料電池で使用されるガスの内の他方のガスを拡散させるための膜と接触するようになされており、前記第２の面には、前記ガスの内の他方のガスのための第２の分配チャネル（１２１）を形成する溝が設けられており、前記第２の分配チャネルは、前記動作区画全体にわたってほぼ分布していることを特徴とする請求項１に記載の分配プレート。
10. 前記分配プレートは、厚さ方向に互いに重ね合わされ第１の分配プレート（１１）と第２の分配プレート（１２）とを有しており、前記第１のチャネル（１１１）は前記第１の分配プレート上にレイアウトされており、前記内部チャネル（１２２）は前記第２の分配プレート（１２）の第１の面（１２ｌ）上にレイアウトされており、第２の分配チャネル（１２１）は前記第２の分配プレート（１２）の第２の面（１２ｒ）上にレイアウトされていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の分配プレート。

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