JPH0665049B2 - 双極ガス分配組立物およびその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池中で使用するための改良したガス分
配組立物に関し、かかる要素を使用する燃料電池、およ
びかかる要素の製造方法に関するものである。

ここで本出願と同一の譲受け人に譲渡される関連する他
の特許出願を参考として挙げると以下のとおりである：
“燃料電池ガス分配組立物のためのインテグラルガスシ
ールおよび製造方法”と題するチャールスＪ．デットリ
ングおよびペーターＬ．テリーの出願、第４８４，０１
４号１９８３年４月１１日出願、“燃料電池ガス分配板
のためのインテグラルガスシール”と題するＨ．ファイ
ゲンバウムおよびＡ．カウフマンの特許願、第４３０，
４５３号、１９８２年、９月３０日出願、“振動手段を
利用する多孔性ガス分配板中のインテグラルエジシー
ル”と題するＨ．ファイゲンバウムおよびＳ．プディッ
クの特許願、第４３０，２９１号、１９８２年９月３０
日出願“燃料電池の多孔性ガス分配板用エッジシール”
と題するＨ．ファイゲンバウム、Ｓ．プディックおよび
Ｒ．シンの米国特許第４，４５０，２１２号。

燃料電池の設計と作動は一般に、水素含有燃料と他のな
んらかの酸化体の発熱反応による直流電力への転換を包
含する。この反応は公知でありかつ確立されたパラメー
ターと制限を有している。燃料電池は、たとえば遠隔地
域における一次動力源のような、ある種の用途に対して
は特に、動力供給源としてきわめて有利なものとなる可
能性があることが知られている。このような燃料電池組
立物は、きわめて信頼性が高いことが非常に望ましい。
このような目的を達成するらめに、種々の燃料電池系が
今までに考案されている。このような従来の燃料電池の
例は米国特許第３，７０９，７３６号、第３，４５３，
１４９号および第４，１７５，１６５号中に示しかつ説
明されているものである。多数の異なる燃料電池を比較
する燃料電池技術の詳細な分析は、ダグラスＭ．コンサ
ダインによる“エネルギー技術ハンドブック”、マック
グローヒルブックカンパニー、１９７７年刊の第４章５
９〜７３頁中に認められる。

本発明の譲受け人に対して譲渡された米国特許第３，７
０９，７３６号は交互する燃料電池ラミネートと電気的
および熱的に伝導性の不通気性電池板からなる積み重ね
た形態を包含する。ラミネートは固定化した酸からなる
電解質の両側にある燃料および酸素電極を包含する。本
発明の譲受け人に譲渡された米国特許第３，４５３，１
４９号は、このような固定化した酸電解質の例である。
燃料電池はさらにガス分配板を包含しており、その一方
はアノードと電気的に接触しており、他方はカソードと
電気的に接触している。ガス分配板は反応材料（燃料と
酸化体）を燃料電池に導く。

個々の電池のグループを相互に電気的に接続して一つの
大きな燃料電池のスタックを形成させるためには、一般
に双極組立物が用いられる。たとえば、本発明の譲受け
人に譲渡された米国特許第４，１７５，１６５号におい
て説明している燃料電池の積み重ね配列体においては、
反応ガス分配板は、反応物の分配のための多数の気流チ
ャンネルすなわち溝を有している。水素ガスの分配のた
めの溝は酸素の分配のための溝に対して直交して配列し
てある。

ガス分配板自体は、それが反応物の一方または他方のた
めの個々の分配板を有する末端組立物の一部であるかま
たは本開示におけるように両反応物を分配するための２
枚の分配板を有する双極組立物の何れであろうとも、電
気的に伝導性の不通気性材料からなっている。たとえば
アルミニウムのような非多孔性の材料から双極板を製造
するばあいは、燃料電池の環境内で、たとえば電解質の
ような、腐食性の作用物から効果的に絶縁するために、
一般に板をたとえば金のような非腐食性の材料の層で被
覆する。さらに新しい燃料電池の設計においては、この
ような組立物のガス分配板は、電極表面上により均一か
つ完全な気流を提供するように、多孔性の材料からなっ
ている。

非多孔性のガス分配板を用いている従来方式において
は、反応物は常に溝中のみを流れかつその壁によって封
じ込められていた。しかしながら、多孔性の板を使用す
る最近の方式においては、多孔性の板をその縁に沿って
シールすること、また双極の組立物においては電池の不
適切な動作を生じさせるかあるいは全く動作させなくす
る可能性のある反応物の不規則の混合を避けるために、
両反応物を相互から隔離することが必要である。

このような多孔性ガス分配板のシールのための種々の方
法が公知である。たとえば、前記の共願中の特許願第４
８４，０１４号においては、２枚の多孔性の板、好まし
くは炭素、中に、両方の板のあいだの境界面においてシ
ール部材を含浸させることによって形成せしめた一体の
内部不通気性領域を備えた多孔性双極ガス分配組立物を
開示している。多孔性板中に含浸させることには、シー
ル部材は両方の板を相互に単一の一体の双極組立物に保
持する結合として働く。溝は境界層と反対側の外側に面
する表面上で炭素板中に機械加工し、一方の板の溝は他
方の板の溝に対して実質的に垂直とする。不通気性の領
域は反応物のガスが面を通じる透過によって混合するこ
とを防ぐが、この不通気性領域を通じる板から板への電
気の伝導は許す。

この双極ガス分配板組立物は、両多孔性板のあいだにシ
ール部材を位置させ、ついで板とこのシール部材に対し
て圧力と熱とを同時に加えてシール部材を溶融させるこ
とによって製造する。シール部材の材料は溶融すると多
孔性板に浸み込んで、板を結合する。フィルムの厚さ、
圧力および温度の適切な選択によって、熱可塑性シーラ
ントフィルムは隣接する板のそれぞれの表面に沿う細孔
中に流入し、それによって板を相互に効果的に結合する
と共に、この共通の境界面に沿って各板をガスの透過に
対してシールする。さらに、双極組立物に対する圧力を
取り除く前に、低い温度となるまで冷却させる。

開示された方法の一実施態様においては、たとえばポリ
エーテルスルホンのような、シーラントの熱可塑性フィ
ルムを、２枚の未処理の多孔性炭素板のあいだに挟む。
このサンドイッチをホットプレス中に置き、ホットプレ
スの温度を上げて複合物を約２６０〜３７１℃（５００
〜７００゜F）の範囲の温度まで加熱すると共にサンドイ
ッチを約１３７９〜３４４８ＫＰａ（２００〜５００ｐ
ｓｉ）の圧力下に圧縮する。温度は、たとえば1/2時間
というような、適当な時間のあいだ保持するが、圧縮サ
イクルの長さは種々の溶融したシール部材の材料の流れ
特性と共に変化する。圧縮サイクルの完了したのちに
も、生成するサンドイッチをプレス内で圧縮荷重下に保
持したまま冷却させることによって圧力の解放前に層の
融合を確実にする。

双極ガス分配組立物の製造の完了において、板の縁を通
じるガスの漏洩が生じると、前記と同様に、電池の適正
な作動ができなくなるかまたは全く作動しなくなるか
ら、板の縁を通じてガスが逸出して相互に混合すること
を防ぐために、板の縁をシールすることが必要となる。

炭素質双極板の縁のシールは通常は、溶剤を蒸発させた
のちに縁上に連続的な炭素質のフィルムすなわち被覆を
残すシーラントの懸濁液を用いて縁をコーティングする
ことによって行なわれる。これは労力を要する作業であ
ると共に、塗布した縁の被覆の乾燥のあいだに放出され
る毒性ガスによる危険をもたらす。

叙上の点に鑑み本発明は双極ガス分配板における縁のシ
ールを達成するための改良方法を提供するものである。

本発明の方法によって、固体のシール部材を使用する双
極ガス分配組立物の製造と同時に縁のシールも達成され
る。この方法によって別に縁のシールを施す工程の必要
がなくなると共に毒性ガスの問題が回避される。

本発明に従って、ガス状の反応物の漏洩を防止すべき確
実な縁を有する、燃料電池において使用するための双極
ガス分配組立物の製造方法が提供される。一対の多孔性
の板は、各板における反応ガスの流路にほぼ平行な二つ
の縁近傍にそれぞれスリットが形成されており、これら
のスリットは板の二つの縁に対して概して平行でありか
つそれらの縁から間隔を置いている。これらのスリット
に固体の、溶融しうる、ガス不透過性の、第１シール部
材が詰められる。スリットに第１シール部材を詰めたの
ち、各板の向い合う面（反応ガス流路が形成された面の
背面）がそれらのあいだに介在させる同じく溶融しうる
第２シール部材と接するようにして板の対を組立てる。
組立てた板を熱と圧力の同時適用によって相互に積層す
る。これは第２シール部材を板同士の接触面内の細孔中
へ浸透させると同時に、第１シール部材をスリットを囲
む板の区域へ含浸させる。その結果として、第１シール
部材が、接触面内に浸透された第２シール部材の一部中
へ拡散し第２シール部材と結合する。それによって組立
物の縁に沿うシーラントの連続層が生成する。然るの
ち、組立物を、好ましくは圧力下に、冷却する。所望に
応じ、シール部材が含浸されていない板の縁の部分を切
り去ることによって、組立物の縁に沿う連続的なシール
部を露出させてもよい。

本発明をついで図面に関して説明するが、これらの図面
中で同様な要素には共通の参照番号が与えてある。

好適実施態様の詳細な説明 本発明にしたがう複数の燃料電池１１を使用する燃料電
池スタック組立物の一例１０を、第１図および第２図を
参照して説明する。スタック組立物１０の一方の縁に沿
って水素ガス導入マニホルド１２が配置してある。燃料
電池１１の各グループに対して複数のマニホルド１２が
示されているけれども、望むならば、単独のマニホルド
装置を用いてもよい。マニホルド１２は水素ガス源１４
に接続している。水素ガス収集マニホルド１５がガス導
入マニホルド１２に対してスタックの反対側に沿って配
置させてある。このばあいもまた、複数のマニホルド１
５が示されているが、望むならば、単一のマニホルドを
用いることもできる。一方、収集マニホルドは水素ガス
排出または再循環系１７に接続している。導入マニホル
ド１２からの水素ガス分配板１８中を収集マニホルド１
５へと流れる。

同様にして、複数の酸素または空気導入マニホルド（図
中に示してない）が、スタックの一方の側と他の側を接
続してスタックの縁（図中に示してない）に沿って配置
してある。これらの酸素マニホルドは酸素源１９に接続
している。酸素は、望むならば、純酸素ではなく空気の
形態で供給してもよい。同様な具合に、複数の収集マニ
ホルドが酸素導入マニホルドを有するスタックの縁とは
反対側のスタックの縁（図中に示してない）に沿って配
置してあって、それぞれ一方のスタックの縁と反対側の
スタックの縁をつないである。これらのマニホルドは同
様に、酸素貯蔵マニホルド再循環系（図中に示してな
い）に接続させることができる。導入マニホルド（図中
に示してない）からの酸素または空気は、酸素ガス分配
板２０中を、それぞれの収集マニホルド（図中に示して
ない）へと流れる。

この実施態様においては、隣接する燃料電池１１のあい
だに、それぞれ冷却板２１が配置してある。それぞれ４
個の電池１１の配列体の中間に配置された３個の冷却板
２１が示されている。冷却板２１中を流れる冷却流体
は、たとえば、“サーミノール”の商品名下にモンサン
トによって製造されている誘電性の高温油のような、適
当な材料とすることができる。ポンプ２２が冷却流体を
導管２３および入口マニホルド２４を経て各冷却板２１
中に循環させる。冷却流体はついで収集マニホルド２６
へと流れる。後者は冷却流体の温度を望ましい導入温度
まで低下させるための熱交換器２６に接続している。つ
いで導管２７が熱交換器をポンプ２２に接続し、それに
よって流体を各冷却板２１中に再循環させることができ
る。

燃料電池１１と冷却板２１は導電性であり、それ故図示
のようにそれらを積み重ねるときに燃料電池１１は直列
に接続される。スタック組立物１０を望ましい電気的負
荷に結合させるためには、スタック組立物１０の各端に
おける電流収集板２８を使用する。アノード端子２９と
カソード端子３０を図示のように収電板２８に接続しか
つそれらの端子を通常の手段によって所望の電気的負荷
に接続すればよい。

各燃料電池１１は複数の要素からなっており、かつ水素
ガス分配板１８と酸素または空気分配板２０を包含して
いる。各ガス分配板１８および２０のあいだには、水素
ガス分配板１８から出発する以下の要素が配置してあ
る：アノード３１、アノード触媒３２、電解質３３、カ
ソード触媒３４およびカソード３５。燃料電池１１中の
これらの要素３１〜３５は、一般的な慣例にしたがう適
当な材料から形成せしめることができる。

水素ガス分配板１８はアノード３１と接触させて配置す
る。一般には、アノードは、水素燃料をアノードを通じ
てアノード触媒へと送ることを可能とする細孔を有する
炭素材料からなっている。アノード３１は、固定化した
酸であることが好ましい電解質３３がアノードの区域中
に逆に流れるのを防ぐために、テフロン（登録商標。ポ
リテトラフルオロエチレン）で処理してあることが好ま
しい。逆の流れが生じるときには、電解質はアノード３
１中の細孔を閉塞して、電池１１中の水素燃料の流れを
低下させる。

アノード触媒３２は白金含有触媒であることが好まし
い。電池１１は、電子を導いてはならないが水素イオン
は導く固定化した酸電解質層を除けば、たとえば炭素に
基づく材料のような、導電性の材料からなっている。各
要素、１８、３１〜３５および２０を正の圧力下に相互
に対してプレスするたとえば燐酸のような電解質３３
は、酸が自由な液体とはならないようにゲルまたはペー
スト基質中に分散させることによって固定化する。電解
質基質の一例は、燐酸、炭化珪素粒子およびテフロン粒
子の混合物からなることができる。

カソード触媒３４とカソード３５はアノード触媒３２と
アノード３１のそれぞれと同一種の材料からなってい
る。それ故、アノード３１とカソード３５は多孔性炭素
からなりかつアノード触媒３２とカソード触媒３４は白
金含有触媒からなることができる。カソード３５もま
た、電解質が多孔性の炭素からなるカソード中に逆流す
るのを防ぐために、やはりテフロン（登録商標）によっ
て処理することができる。

電池１１の全要素を第２図に示すように緊密に接触させ
て配置する。電気的に相互に結合させたスタック組立物
１０を提供するためには、双極組立物３６を用いて隣接
する燃料電池１１を相互に連絡する。双極組立物３６
は、陰影を付して示した内側の不通気性の界面領域３７
において相互に結合した、水素ガス分配板１８と酸素ま
たは空気分配板２０からなっている。水素ガス分配板１
８は溝３９に対して概して平行に走る非通気性の第１シ
ール部材５３でその縁がシールされている。酸素板２０
も同様に配置されたその溝３８に対して平行に走る第１
シール部材５３でその縁がシールされている。それ故、
双極組立物３６は、１個の電池１１の水素ガス分配板１
８および次の隣接する電池１１の酸素または空気分配板
２０からなっている。

界面領域３７と第１シール部材５３は第４、５および６
図と関連させて以下にさらに詳細に説明する。

ガス分配板１８および２０中の気体の流れを容易にする
ために、それぞれチャンネルすなわち溝３８または３９
を使用する。水素ガス分配板１８中の溝３８は酸素また
は空気ガス分配板２０中の溝３９に対して直交的に配置
してある。これによって、たとえば電池スタック組立物
１０の両側上の入口および出口マニホルドに対して容易
に溝を接続させることが可能となる。たとえば板１８ま
たは２０のような個々の板内の溝は第２図中で一方向的
な具合にのびているように示されているけれども、流体
反応物材料の分配を助けるために、これらの溝のあいだ
に交差するチャンネルを与えることもできる。このよう
な交差チャンネルを用いるばあいにも、反応物の主な流
れはやはり第２図に示す溝３８および３９の方向、すな
わち、反応物の導入および収集マニホルド間に反応物が
流れる方向にある。

ガス分配板１８および２０は、それぞれ水素および酸素
または空気ガスを、それらのそれぞれのアノード３１ま
たはカソード３５の表面に供給する。各ガスをアノード
３１またはカソード板表面にいっそう均一に分配するた
めに、ガス分配板１８および２０を、たとえば多孔性炭
素のような多孔性材料から形成せしめる。これによっ
て、それぞれのガスが各チャンネル３８または３９のあ
いだで板１８および２０の細孔中を流れることが可能と
なり、それぞれアノード３１またはカソード３５の面上
におけるいっそう均一なガスの分布が提供される。

第３図を参照すると、平らな面４６と溝のある面４７を
有する多孔性の上方の板４５が示されているが、溝４８
は燃料電池電極と共に組立てたときにガス分配通路をな
すものである。板４５はそれらの向い合う平らな面にお
いて第２の同様な底板４５ａと共に組立てるときに双極
ガス分配組立物３６を形成する。板の溝付きの面は燃料
電池として組立てたときに電極に面する。上方の板の溝
付き面はさらに、概して４９および４９ａに示した線状
にのびる水平の周辺部のスリットをも備えている。

同じ幅と長さのものであることが好ましいスリット４９
および４９ａは、やはり溝４８に対して概して平行であ
る縁５０、５１に対して平行にかつそれらから間隔を置
いて溝付きの面中に機械加工される。これらのスリット
は、成形した切片、すなわち、固体の、溶融しうる、気
体不透過性熱可塑性の第１シール部材の細片またはロッ
ドを受け入れるように適用している。スリット４９およ
び４９ａの断面積は、スリットに第１シール部材を詰め
るときに、組立てた板の縁を通して出るガスの漏洩を実
質的に防止するために充分な厚さ、たとえば約０．７６
〜３．８１mm（０．０３０〜０．１５０インチ）の縁の
シールを提供するために必要な量の第１シール部材をス
リットが受け入れることができるように選ぶ。

一例として、板４５は約３５６mm（１４インチ）の長
さ、約２７９mm（１１インチ）の幅および約３．２mm
（1/8インチ）の厚さを有する多孔性の炭素ベースから
なっている。板４５の厚さ中に切ったスリット４９、４
９ａは幅約２．５４mm（約０．１００インチ）でありか
つ板４５の端の縁に沿い、その水平軸に沿って直線状に
走っている。スリット４９、４９ａに第１シール部材を
詰めるために、たとえばポリエーテルスルホンのよう
な、固体の、非多孔性溶融性熱可塑性樹脂の細長い厚さ
約３．２mm（1/8インチ）および幅約２７９mm（１１イ
ンチ）の帯状片を、スリット中に具合よく適合するよう
にその中に挿入し、それによって帯状片は引続く積層操
作のあいだに正しくその場に保持される。およそのもの
である前記の寸法は、板および縁のシールの形成のため
に用いることができる前記の特定の材料についての一例
として示したのであるにすぎず、従来からの技術により
必要とされるものを越えて本発明に対して何らの制限を
加えるべきではない。

板４５と同一の寸法の溝付きの底板４５ａは垂直のスリ
ット４９ｂおよび４９ｃを備えており、それらもまたス
リット４９および４９ａと同一の寸法、たとえば幅約
２．５４mm（０．１００インチ）のもので、板４５ａの
垂直軸を通してかつ板４５ａの垂直の縁５０ａおよび５
１ａから間隔をおいて切ってある。熱可塑性を有する第
２シール部材５４を板４５および４５ａのあいだに位置
させる。組立てのために第４図に示すように並べるとき
に、水平のスリット４９および４９ａは垂直のスリット
４９ｂおよび４９ｃと相互に直角に交差しかつ重なる。

ついで第５図を参照すると、それぞれ、第１シール部材
５３が詰めてあるスリット４９、４９ａおよび４９ｂ、
４９ｃを有する第３図および第４図に示す種類の２枚の
同一の多孔性分配板４５および４５ａが、それらのあい
だに位置させた熱可塑性第２シール部材５４と共に示さ
れている。

板４５および４５ａおよび第２シール部材５４の組立物
を、適当なプレスによる圧力下に（第５図で矢印により
示すように）、プレスして、双極板組立物を生成させ
る。組立物の温度は圧力を加えているあいだに比較的高
い温度に上げて、第２シール部材５４の溶融と板表面の
細孔中への拡散を生じさせる。スリット、４９、４９
ａ、４９ｂ、４９ｃ中に入れた第１シール部材の溶融お
よび板間に挟んだ第２シール部材中への拡散およびそれ
との混合が生じる。シール部材は組立てた板の界面５８
に、第６図に示すように、一体となった気体不透過性の
領域５７を形成する。

第２シール部材の適当な厚さと量、適当な圧力および温
度を用いるならば、第２シール部材５４は隣接する板表
面に完全に含浸して気体不透過性の領域５７を形成し、
隣接する板表面間には細孔中を除けば実質的に第２シー
ル部材を全く残さなくなる。かくして板４５および４５
ａの界面５８において良好な導電性を提供する緊密な接
触が生じる。

第２シール部材５４の溶融および拡散と同時に、スリッ
ト４９、４９ａ、４９ｂおよび４９ｃ中に含有された第
１シール部材５３もまた板４５および４５ａの積層に用
いられる熱と圧力下に溶融する。溶融した第１シール部
材はスリットの壁を満しかつそれに隣接する板の区域を
溶融した第１シール部材で含浸する。溶融した第１シー
ル部材５３の一部は溶融した第２シール部材５４のスリ
ットに接する部分と結合する。第１シール部材５３と第
２シール部材５４の結合した部分は、双極板組立物の両
側の縁に沿うシール部材の連続層５９を形成し、それに
よって積層された双極板の縁に沿ってガス不透過性のシ
ールが生じる。

板を積層させたのち、板４５および４５ａを比較的低い
温度まで冷却させるあいだは、圧力を加え続けることが
好ましい。この過程が板４５および４５ａのガス不透過
性領域５７による結合および電気的な接触の保持をもた
らして、単一の多孔性双極ガス分配板組立物が生成す
る。板４５および４５ａは良好な表面多孔性を有してお
り、また境界面５８を通る反応物の透過に対してはきわ
めて低い板通り抜け多孔性を有しているに過ぎないが、
板間を通じる良好な電気伝導性を有している。

望ましいばあいには、そののちに、冷却した積層双極板
を、第６図に示すように、シール部材が含浸されていな
い双極板の縁部分６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃを廃物
として切り取って、双極板組立てプロセスの積層段階の
あいだに生じた連続的な縁のシール部材を完全に露出さ
せることもできる。

多孔性板４５および４５ａは多孔性炭素板であることが
好ましい。たとえば、板は網状化したガラス質炭素（Ｒ
ＶＣ）板；穿刺フェルト（needled-felt）炭素板；また
は黒鉛板とすることができる。ＲＶＣ板は約０．１〜
１．０mmの大きさの比較的大きな細孔を有しているのに
対して、穿刺フェルト炭素板は約０．０１〜０．１mmの
大きさの比較的小さい細孔を有している。黒鉛板は工業
用黒鉛電極として使用するために市販されているものと
同一の材料からなることができる。それらは黒鉛粒子か
らなる成形または押出し要素である。黒鉛板は他のもの
と比較して著しく小さい細孔、約０．００１〜０．０１
mmの大きさ、を有している。板４５および４５ａとして
の使用に対しては、黒鉛が好適な材料である。

第１シール部材および第２シール部材として使用するた
めの組成物としては適当な固体熱可塑性または熱硬化性
コンパウンドを選択することができる。便宜かつ相溶性
のために、第１シール部材および第２シール部材の組成
物としては共通の材料を選ぶことが好ましく、かつその
材料は溶融可能でありかつ熱酸、たとえば双極板組立物
が燃料電池中で用いられているあいだにさらされる可能
性のある環境として約１７７〜２３２℃（３５０〜４５
０゜F）の燐酸下に、劣化に耐えるものである。適当な候
補材料はＦＥＰテフロン（登録商標。フッ素化エチレン
−プロピレン）、ポリパラバン酸、ポリエーテルスルホ
ン、ポリスルホン、ポリフェニルスルホンおよびＰＦＡ
テフロン（登録商標。過フッ素化アルコキシテトラフル
オロエチレン）を包含する。前記の材料中のあるもの
は、比較的低温の燃料電池に対して、またはあらかじめ
選択した電解質または反応物に対して最良に適するもの
であるかも知れない。

双極板組立物の積層のために用いる特定の温度と圧力に
関しては、第５図に示すように、プレス５によって２炭
素板４５および４５ａに加える圧力は各板の両側の表面
を相互に緊密に接触するように押し付けるために充分に
高くなければならないが板材料を破壊するほど高くては
ならない。板４５および４５ａとしてＲＶＣを用いるば
あいは、ＲＶＣ材料はきわめて脆く、あまり高い圧力で
は割れるおそれがあるので、約１３７９ＫＰａ（２００
ｐｓｉ）まで圧力を下げる。穿刺フェルト炭素板材料を
用いるときは、約８６８８ＫＰａ（１２６０ｐｓｉ）の
圧力が用いられる。

板とシーラント材料の層の組立物をプレス中に置いたの
ち、温度を約２６０〜３９９℃（５００〜７５０゜F）、
好ましくは約３７１℃±１１°（７００゜F±〜２０°）
の範囲内に上げる。一般に、組立物およびプレスを室温
から高い温度まで上げかつ安定化させるためには約３ま
たは４分を要する。

予定時間の加熱を行なったのち、組立物を圧力下に、一
般には約１７７℃（３５０゜F）まで、冷却する。冷却は
単にヒーターを切ることにより放冷によって、あるい
は、たとえばファンまたは水の噴霧を用いるというよう
な強制冷却によって、行なうことができる。冷却は第１
シール部材および第２シール部材が充分に固化するまで
行ない、その時点で組立物に対する圧力を解除すること
ができる。

本発明の方法によって製造される双極組立物の一例はつ
ぎのとおりである；厚さ約３．２mm（０．１２５イン
チ）の黒鉛板材料をガス分配板に使用した。この第１の
板中に板の両側の縁に対して概して平行にかつ各縁から
約６．４mm（1/4インチ）の間隔をおいて板の垂直長さ
に沿って直線的に幅約２．３mm（０．０９０インチ）、
長さ約２７９mm（１１インチ）の２本のスリットを切
り、厚さ約３．２mm（０．１２５インチ）および幅約２
７９mm（１１インチ）の固体ポリエーテルスルホンの帯
状片をこれらのスリット中に挿入した。

板の水平軸に沿って板中に幅約２．３mm（０．０９０イ
ンチ）、長さ約３５６mm（１４インチ）の２本のスリッ
トを切るほかは第１の板と同一の寸法を有する第２の板
を準備した。この水平スリット中に厚さ約３．２mm
（０．１２５インチ）および幅約３５６mm（１４イン
チ）の固体ポリエーテルスルホンの帯状片を挿入した。
ついで第１と第２の板のスリットが相互に対して直角と
なるように第１と第２の板を組立てた。

厚さ約０．１３mm（０．００５インチ）のポリエーテル
スルホンからなる第２シール部材を組立て前に両方の板
のあいだに置いた。ついでこの黒鉛板−第２シール部材
組立物を約２７５８ＫＰａ（４００ｐｓｉ）の圧力と約
３７１℃（７００゜F）の温度下に約1/2時間保持した。
ついで同じ圧力下に約１４９℃（３００゜F）まで組立物
を冷却した。冷却した双極板組立物から約６．４mm（1/
4インチ）の含浸されていない縁材料を切り去ることに
よって、双極板の縁の全長にわたってのびている縁のシ
ール部材の末端を露出させた。板の外観は申し分のない
ものでありかつフィルム接合の電気抵抗は約０．０９２
９m²（１平方フィート）当り１５０アンペアにおいて
１．８ミリボルトであり、きわめてすぐれたものであっ
た。この双極組立物の漏洩試験を行なって良好な結果を
えた。本明細書中の他の部分におけると同様に、前記パ
ラメーターはおおよそのものであるに過ぎず、何ら本発
明を制限しようとするものではない。

前記の特性および特許願の開示は全体的に参考としてこ
こに編入せしめる。本発明の前記の実施態様は例として
あげたのみであり、この技術分野の熟達者にはその変更
が可能であることを了承すべきである。それゆえ、本発
明はここに開示した実施態様に限られるものとみなすべ
きではなく、特許請求の範囲によって規定するようにの
み制限されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、中間の冷却板および末端の集電板を伴なう複
数の積み重ねた燃料電池からなる燃料電池組立物の概念
図である。 第２図は、双極組立物を有する個々の燃料電池をさらに
詳細に示している、第１図の燃料電池組立物の一部分の
遠近図である。 第３図は、第１シール部材の挿入のための水平または垂
直の周辺部スリットを備えた双極板の組立て前の個々の
多孔性ガス分配板を示している、双極板組立物の分解し
た遠近図である。 第４図は、相互に対して直角の角度で重ねた水平および
垂直の周辺部スリットを示している、積層前の組立てた
状態にある双極板の遠近図である。 第５図は、周辺部のスリットに本発明に従う第１シール
部材が詰めてある、第４図の双極板の遠近図である。 第６図は、個々の板の第１シール部材により含浸されて
いない縁部分の端の切り落しを示している、本発明に従
って製造した多孔性双極ガス分配板組立物の遠近図であ
る。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の面に反応ガス流路用溝が形成された
   一対の多孔性板部材を準備し、該多孔性板部材における
   前記溝と実質的に平行な両縁に沿いかつ該縁から間隔を
   おいたスリットを形成し、 該スリットに非多孔性の溶融しうるガス不透過性第１シ
   ール部材を詰め、 前記一対の多孔性板部材を、たがいの他方の面が溶融し
   うる第２シール部材を挟みかつ前記スリット同士がほぼ
   垂直になるように組立て、 前記第２シール部材が溶融して隣接する多孔性板部材の
   表面の細孔中へ浸透することによって多孔性板部材同士
   が接触するとともに、第１シール部材が溶融してスリッ
   トを画する多孔性板部材の領域へ含侵されて第１シール
   部材と第２シール部材とが混合を生じるために充分な温
   度において前記組立物を熱プレスすることにより、組立
   物の縁に沿うシール部材の連続した層を形成させる ことを特徴とする、ガス反応物の漏洩を防止するための
   ガス不透過性縁シールを有する、固体の双極ガス分配組
   立物の製法。
2. 【請求項２】多孔性板部材は穿刺−フェルト炭素材料か
   らなる、特許請求の範囲第１項記載の製法。
3. 【請求項３】多孔性板部材は黒鉛からなる、特許請求の
   範囲第１項記載の製法。
4. 【請求項４】シール部材の材料は熱可塑性樹脂材料であ
   る、特許請求の範囲第１項記載の製法。
5. 【請求項５】シール部材の材料はポリエーテルスルホン
   である、特許請求の範囲第１項記載の製法。
6. 【請求項６】第１シール部材と第２シール部材とは同一
   の化合物からなる、特許請求の範囲第１項記載の製法。
7. 【請求項７】さらに組立物を冷却し、ついでそれに対し
   て加えた圧力を解除する段階を包含する、特許請求の範
   囲第１項記載の製法。
8. 【請求項８】前記熱プレス温度は約２６０ないし約３９
   ９℃である、特許請求の範囲第１項記載の製法。
9. 【請求項９】前記熱プレス温度は約３７１℃である、特
   許請求の範囲第１項記載の製法。
10. 【請求項１０】該板に加える熱プレス圧力は少なくとも
    約１３７９ＫＰａである、特許請求の範囲第１項記載の
    製法。
11. 【請求項１１】第２シール部材の層は約０．０７６〜
    ０．５０８mmの厚さである、特許請求の範囲第１項記載
    の製法。
12. 【請求項１２】組立物における第１シール部材が含浸し
    てない縁部分を切り除いて組立物の熱プレスのあいだに
    生成した連続的な縁のシールを充分露出させる、特許請
    求の範囲第１項記載の製法。
13. 【請求項１３】それぞれの一方の面に反応ガス流路用溝
    が形成された２枚の多孔性板部材のそれぞれの他方の面
    同士が、前記溝同士がほぼ垂直となるように接触かつ結
    合してなる多孔性の双極ガス分配組立物であって、 前記多孔性板部材同士の接触面内部に溶融しうるシール
    材料の第１の層が形成されており、 前記多孔性板部材内部の前記溝に実質的に平行な縁の内
    部に、溶融しうるシール材料の第２の層が形成されてお
    り、 前記シール材料の第１の層と第２の層とが連続すること
    により、シール材料の連続層が形成されてなる双極ガス
    分配組立物。
14. 【請求項１４】多孔性板部材は穿刺−フェルト炭素材料
    からなる、特許請求の範囲第１３項記載の組立物。
15. 【請求項１５】多孔性板部材は黒鉛からなる特許請求の
    範囲第１３項記載の組立物。
16. 【請求項１６】前記シール材料は熱可塑性樹脂材料であ
    る、特許請求の範囲第１３項記載の組立物。
17. 【請求項１７】前記シール材料は同一化合物からなる、
    特許請求の範囲第１３項記載の組立物。
18. 【請求項１８】前記第２の層および第１の層のシール材
    料はともにポリエーテルスルホンからなる、特許請求の
    範囲第１７項記載の組立物。