JP7306610B2 - 電気化学システム用のセパレータプレート - Google Patents
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Description
セパレータプレートに冷却剤を導くための第1の貫通開口と、
活性領域であって、セパレータプレートの第1の平坦面に沿って反応媒体を導くための構造体と、セパレータプレートの第2の平坦面上で活性領域の後面に沿って冷却剤を導くための構造体とを備える活性領域と、
場合によっては、第1の貫通開口と活性領域との間で冷却剤を導くための第1の分配システムと、
少なくとも活性領域を封止するために、セパレータプレートと一体に形成されたビードと、
セパレータプレートと一体に形成され、活性領域とビードとの間、または場合によっては存在する第1の分配領域とビードとの間に配置され、反応媒体がセパレータプレートの第1の平坦面上でビードに沿って、また活性領域を越えて流れるのを抑制または防止するような方式で形成されたバリア要素とを備える、セパレータプレートが提案される。
Claims (24)
- 電気化学システムのバイポーラプレート用のセパレータプレートであって、
前記セパレータプレートを介して冷却剤を導くための第1の貫通開口と、
前記電気化学システムにおいて電気化学的に活性となる活性領域であって、前記活性領域は、前記セパレータプレートの第1の平坦面に沿って反応媒体を導くための構造体と、前記セパレータプレートの第2の平坦面上で前記活性領域内の後面に沿って冷却剤を導くための構造体と、を有し、前記活性領域内の後面は、前記セパレータプレートの前記活性領域内の前記第2の平坦面側の一面である、前記活性領域と、
前記セパレータプレートの前記第1の平坦面上で前記活性領域に又は前記活性領域から前記反応媒体を導くとともに、前記セパレータプレートの前記第2の平坦面上で前記第1の貫通開口から前記活性領域へと、または前記セパレータプレートの前記第2の平坦面上で前記活性領域から前記第1の貫通開口へと前記冷却剤を導くように構成された分配領域と、
前記第2の平坦面上の前記第1の貫通開口から前記活性領域内の後面までの前記冷却剤の流路を画定するために前記セパレータプレートに形成される構造体に交差することなく、前記第1の貫通開口と前記活性領域との両方を完全に包含して封止するために、前記セパレータプレートと一体に形成されたビードと、
前記活性領域と前記ビードとの間に配置され且つ前記セパレータプレートと一体に形成されたバリア要素と
を備え、
前記バリア要素のうちの少なくとも1つは、前記活性領域から前記ビードまで延在して、反応媒体が前記セパレータプレートの前記第1の平坦面上で前記ビードに沿って前記活性領域を越えて流れるのを抑制または防止するような方式で形成され、
前記バリア要素のうちの少なくとも1つが少なくとも局所的に凹型になっており、その目的は具体的には、前記活性領域内の前記後面と前記ビードの内部との間のこのバリア要素の領域において、前記セパレータプレートの前記第2の平坦面上に冷却剤が流れることを抑制または防止するためであり、
前記活性領域内の前記後面に沿った前記冷却剤の前記流れ方向を横切る方向に、前記活性領域から前記ビードまで連続的に延在する少なくとも1つの凹部を備え、
前記バリア要素が、前記ビードの主延在方向に対して平行に連続して配置され、前記活性領域から前記ビードまで連続的に延在する凹部が、前記分配領域と向き合うこの列の端部に配置される、
セパレータプレート。 - 前記セパレータプレートに冷却剤を導くための第2の貫通開口を備え、前記ビードが、前記第2の貫通開口も完全に包含する、請求項1に記載のセパレータプレート。
- 少なくとも前記バリア要素のうちの1つまたは複数に関しては、凹部が、前記バリア要素全体にわたって少なくとも1方向に延在する、請求項1又は2に記載のセパレータプレート。
- 少なくとも前記バリア要素のうちの1つまたは複数に関しては、凹部が、前記バリア要素の縁部に対して離れている、請求項1から3のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 少なくとも前記バリア要素のうちの1つまたは複数に関しては、凹部が、細長い形状を有し、前記ビードの主延在方向に対して平行に整列している、請求項1から4のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 少なくとも前記バリア要素のうちの1つまたは複数に関しては、凹部が、前記セパレータプレートの前記第2の平坦面上の前記活性領域内の前記後面と前記ビードの前記内部との間の連結部の、前記セパレータプレートの平坦面に対して垂直に画定される断面を、少なくとも50パーセントまで縮小するような方式で設計され、前記連結部が前記バリア要素によって形成される、請求項1から5のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記バリア要素の最大高さは、前記活性領域の構造体の最大高さよりも高く、前記ビードの最大高さよりも低い、請求項1から6のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記バリア要素のうちの少なくとも1つまたは複数が、少なくとも部分的に、前記ビードの主延在方向を横切る方向に整列している、請求項1から7のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記バリア要素のうちの少なくとも1つまたは複数が、前記セパレータプレートの平坦面に対して垂直に画定されるそれぞれの前記バリア要素の断面が前記ビードに向かって、少なくとも50パーセントまで漸減するような方式で形成される、請求項1から8のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記断面が、前記セパレータプレートの前記平坦面に対して平行な方向に沿って漸減する、請求項9に記載のセパレータプレート。
- 少なくとも前記バリア要素のうちの1つまたはいくつかに関しては、前記漸減が、階段状に実施される、請求項9または10に記載のセパレータプレート。
- 互いに隣接する前記バリア要素のうちの少なくともいくつかが、前記ビードの主延在方向に対して平行に整列した連結部によって互いに連結される、請求項1から11のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記活性領域内の前記後面にわたって冷却剤を分配するための分配構造体を備え、前記分配構造体が、前記活性領域内の前記後面に沿った前記冷却剤の流れ方向を横切る方向に、前記ビードと向き合う前記活性領域の端部まで延びている、請求項1から12のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記バリア要素のうちの少なくとも1つは凹部を有さない、請求項1から13のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記第1の貫通開口を完全に包含する第1のポートビードを備える、請求項1から14のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
- 前記第2の貫通開口を完全に包含する第2のポートビードを備える、請求項2に記載のセパレータプレート。
- 金属シートから形成され、以下の要素、すなわち
1つもしくは複数の前記ビード、
前記活性領域の前記構造体、
前記分配領域の分配構造体、
前記バリア要素、および/または
凹部
のうちの少なくとも1つ、複数、またはすべてが、前記セパレータプレートにエンボス加工される、
請求項1から16のいずれか一項に記載のセパレータプレート。 - 請求項1から17のいずれか一項に記載の第1のセパレータプレートと、請求項1から17のいずれか一項に記載の第2のセパレータプレートとを備える、電気化学システム用のバイポーラプレートであって、前記第1のセパレータプレート及び前記第2のセパレータプレートの2つのセパレータプレートが互いに連結され、前記2つのセパレータプレートの前記第1の貫通開口が、位置合わせされて、前記バイポーラプレートの第1の貫通開口を形成するように配置され、前記2つのセパレータプレートが、前記バイポーラプレートに冷却剤を導くための空洞を囲み、前記バイポーラプレートの前記第1の貫通開口が前記空洞と流体連結している、バイポーラプレート。
- 前記第1のセパレータプレート及び前記第2のセパレータプレートは、冷却剤を導くための第2の貫通開口をそれぞれ備え、前記ビードが、前記第2の貫通開口も完全に包含し、前記第1のセパレータプレート及び前記第2のセパレータプレートの第2の貫通開口が、位置合わせされて、前記バイポーラプレートの第2の貫通開口を形成するように配置され、前記バイポーラプレートの前記第2の貫通開口が前記空洞と流体連結している、請求項18に記載のバイポーラプレート。
- 前記第1のセパレータプレートのバリア要素と前記第2のセパレータプレートのバリア要素とが、少なくとも局所的に重なるように配置され、前記第1のセパレータプレートの前記バリア要素の凹部と前記第2のセパレータプレートの前記バリア要素の凹部とが、前記バイポーラプレートの平坦面に対して平行に、少なくとも部分的にオフセットして配置される、請求項18または19に記載のバイポーラプレート。
- 前記第1のセパレータプレートの前記バリア要素と前記第2のセパレータプレートの前記バリア要素とが、少なくとも局所的に重なるように配置され、前記第1のセパレータプレートの前記バリア要素の凹部と前記第2のセパレータプレートの前記バリア要素の凹部とが、少なくとも部分的に重なるように配置される、請求項18から20のいずれか一項に記載のバイポーラプレート。
- 前記2つのセパレータプレートの間に囲まれた前記空洞が、第1の部分空間および第2の部分空間を有し、前記第1の部分空間が、前記第1のセパレータプレートの前記活性領域と前記第2のセパレータプレートの前記活性領域との間に囲まれ、前記第2の部分空間が、前記第1のセパレータプレートの前記ビードと前記第2のセパレータプレートの前記ビードとの間に囲まれ、前記バイポーラプレートの前記第1の貫通開口と前記バイポーラプレートの第2の貫通開口とが、前記第1の部分空間を含む第1の流体連結部を介して連結され、前記バイポーラプレートの前記第1の貫通開口と前記バイポーラプレートの前記第2の貫通開口とが、前記第2の部分空間を含む第2の流体連結部を介して連結され、前記第1の流体連結部の最小断面A1,minが、前記第2の流体連結部の最小断面A2,minよりも大きい、請求項19から21のいずれか一項に記載のバイポーラプレート。
- スタックに配置された、請求項18から22のいずれか一項に記載の複数のバイポーラプレートを備える電気化学システムであって、前記スタックの隣接するバイポーラプレートの間にそれぞれの膜電極接合体(MEA)が配置され、前記隣接するバイポーラプレートの前記活性領域における前記MEAのそれぞれが、アイオノマーと、少なくとも1つのガス拡散層とを含む、電気化学システム。
- 前記MEAのそれぞれが、前記バイポーラプレートのバリア要素と少なくとも局所的に重なる補強縁部領域を有し、前記バイポーラプレートが前記MEAに隣接する、請求項23に記載の電気化学システム。
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