JP2010512626A - 燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用シール、ならびにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
10’ シーリング
12 バイポーラ板
16 スペーサ部品
18 ハンダ部材
18’ ハンダ部材
20 凹部
22 凹部
24 縁部
26 表面
28 反復ユニット
30 主面
32 補助面
34 軸方向部分
36 ガスダクト範囲
38 電極
40 固体電解質
42 電極
44 ガスダクト範囲
46 空気流路
Claims (63)
- 燃料電池スタックの2つの要素(12)の気密接続用のシーリング(10)であって、非導電性スペーサ部品(16)と、前記燃料電池スタックの作動温度においてその全範囲にわたって固体または粘性であり、かつ前記燃料電池スタックの接続される前記要素の少なくとも一方に前記スペーサ部品(16)を気密式に結合する少なくとも1種のハンダ部材(18)とを含むシーリングにおいて、前記スペーサ部品(16)がセラミック材料で形成されることを特徴とする、シーリング。
- 前記少なくとも1種のハンダ部材(18)がガラスハンダを含むことを特徴とする請求項1に記載のシーリング(10)。
- 前記少なくとも1種のハンダ部材(18)が金属ハンダを含むことを特徴とする請求項2または3に記載のシーリング(10)。
- 前記少なくとも1種のハンダ部材(18)が活性ハンダを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)が、前記ハンダ部材(18)で満たされた少なくとも1つの凹部(20、22)を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記ハンダ部材(18)の量が、前記凹部(20、22)の容積よりも多いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記凹部(20)が、前記スペーサ部品(16)の縁部(24)に沿って延在することを特徴とする請求項5または6に記載のシーリング(10)。
- 前記凹部(22)が、接続される要素に向く表面(26)に配置され、かつ前記ハンダ部材(18)の広がりに関して、前記表面(26)によって垂直方向に境界を定められることを特徴とする請求項5または6に記載のシーリング(10)。
- 前記接続される要素(12)の少なくとも1つへの前記スペーサ部品(16)の結合を複数のハンダ接合によってもたらし、前記ハンダ接合のそれぞれが、無傷な状態で気密接続をもたらすことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記ハンダ部材(18)が、接続される要素(12)に向い合っている前記表面の全体に広がることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)が、接続される要素(12)に向い合っている表面(26)に金属ハンダ部材(18’)を、および反対側の表面(26)にガラスハンダ部材(18)を担持することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)が気密式に焼結されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)の軸方向の厚さが0.1〜0.2mmであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)の軸方向の厚さが0.3〜0.8mmであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記ハンダ部材(18)の軸方向の厚さが0.02〜0.2mmであることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記ハンダ部材(18)を担持する前記スペーサ部品(16)の前記表面を粗面にすることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)の熱膨張係数が10.5〜13.5×10−6K−1の範囲であることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)が以下の材料:バリウムジシリケート、カルシウムジシリケート、バリウムカルシウムオルトシリケートの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記スペーサ部品(16)が部分安定化酸化ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項1〜18のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 前記部分安定化酸化ジルコニウムに酸化アルミニウムが添加されることを特徴とする請求項19に記載のシーリング(10)。
- 前記ハンダ部材(18)が、以下の材料:金、銀、銅の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項3〜20のいずれか一項に記載のシーリング(10)。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載の少なくとも1つのシーリング(10)を含む燃料電池スタック。
- 軸方向に積み重ねられた複数の反復ユニット(28)と、前記燃料電池スタックの2つの要素(12)を気密式に接続する少なくとも1つのシーリング(10)とを含む燃料電池スタックであって、前記シーリング(10)が、非導電性スペーサ部品(16)と、前記燃料電池スタックの前記接続される要素の少なくとも一方に前記スペーサ部品(16)を結合する少なくとも1種のハンダ部材(18)とを含む燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックを軸方向に圧縮する力の分布が、前記スペーサ部品(16)によって、前記接続される要素(12)の一方に直接伝達されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)がセラミック材料で形成されることを特徴とする請求項23に記載の燃料電池スタック。
- 前記少なくとも1種のハンダ部材(18)がガラスハンダを含むことを特徴とする請求項23または24に記載の燃料電池スタック。
- 前記少なくとも1つのスペーサ部品(16)が金属ハンダを含むことを特徴とする請求項23〜25のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記少なくとも1種のハンダ部材(18)が活性ハンダを含むことを特徴とする請求項23〜26のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)が、前記ハンダ部材(18)で満たされた少なくとも1つの凹部(20、22)を含むことを特徴とする請求項23〜27のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記ハンダ部材(18)の量が前記凹部(20、22)の容積よりも多いことを特徴とする請求項23〜28のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記凹部(20)が、前記スペーサ部品(16)の縁部(24)に沿って延在することを特徴とする請求項28または29に記載の燃料電池スタック。
- 前記凹部(22)が、接続される要素(12)に向い合っている表面(26)に配置され、かつ前記ハンダ部材(18)の広がりに関して、前記表面(26)によって垂直方向に境界を定められることを特徴とする請求項28または29に記載の燃料電池スタック。
- 前記接続される要素(12)の少なくとも一方への前記スペーサ部品(16)の結合が複数のハンダ接合によってもたらされ、前記ハンダ接合のそれぞれが、無傷な状態で気密接続をもたらすことを特徴とする請求項23〜31のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記ハンダ部材(18)が、接続される要素(12)に向い合っている前記表面(26)の全体にわたって広がることを特徴とする請求項23〜32のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)が、接続される要素(12)に向い合っている表面(26)に金属ハンダ部材(18’)を、および反対側の表面(26)にガラスハンダ部材(18)を担持することを特徴とする請求項23〜33のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)が気密式に焼結されることを特徴とする請求項23〜34のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)の軸方向の厚さが0.1〜0.2mmであることを特徴とする請求項23〜35のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)の軸方向の厚さが0.3〜0.8mmであることを特徴とする請求項23〜36のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記ハンダ部材(18)の軸方向の厚さが0.02〜0.2mmであることを特徴とする請求項23〜37のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記ハンダ部材(18)を担持する前記スペーサ部品(16)の前記表面を粗面にすることを特徴とする請求項23〜38のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)の熱膨張係数が10.5〜13.5×10−6K−1の範囲であることを特徴とする請求項23〜39のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)が、以下の材料:バリウムジシリケート、カルシウムジシリケート、バリウムカルシウムオルトシリケートの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項23〜40のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記スペーサ部品(16)が部分安定化酸化ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項23〜41のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記部分安定化酸化ジルコニウムに酸化アルミニウムが添加される請求項42に記載の燃料電池スタック。
- 前記ハンダ部材(18)が、以下の材料:金、銀、銅の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項26〜43のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 請求項23〜44のいずれか一項に記載の燃料電池スタック用シーリング(10)。
- 燃料電池スタックの2つの要素(12)を気密式に接続することができるシーリング(10)の製造方法であって、前記シーリング(1)が、非導電性スペーサ部品(16)と、前記燃料電池スタックの作動温度においてその全範囲にわたって固体または粘性であり、かつ前記燃料電池スタックの前記接続される要素の少なくとも一方へ前記スペーサ部品(16)を気密式に結合する少なくとも1種のハンダ部材(18)とを含む、方法において、前記スペーサ部品(16)がセラミック材料で形成されることを特徴とする方法。
- 前記スペーサ部品(16)が、セラミック粉末を乾式プレスすることにより作製されることを特徴とする請求項46に記載の方法。
- 前記スペーサ部品(16)が、フィルムのキャスティング、積層およびスタンピングによって作製されることを特徴とする請求項46に記載の方法。
- スタンピングされたフィルムの形態のガラスハンダが前記スペーサ部品(16)に付与されることを特徴とする請求項46〜48のいずれか一項に記載の方法。
- ペーストの形態のガラスハンダまたは金属ハンダが前記スペーサ部品(16)に付与されることを特徴とする請求項46〜48のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属ハンダが付与される前に、前記スペーサ部品(16)に接着剤層が付与されることを特徴とする請求項50に記載の方法。
- ハンダが付与される前に、前記スペーサ部品(16)を粗面にすることを特徴とする請求項46〜51のいずれか一項に記載の方法。
- 軸方向に積み重ねられた複数の反復ユニット(28)と、前記燃料電池スタックの2つの要素(12)を気密式に接続する少なくとも1つのシーリング(10)とを含む燃料電池スタックの製造方法であって、前記シーリング(10)が、非導電性スペーサ部品(16)と、前記料電池スタックの作動温度においてその全範囲にわたって固体または粘性であり、かつ前記燃料電池スタックの前記接続される要素の少なくとも一方へ前記スペーサ部品(16)を気密式に結合する少なくとも1種のハンダ部材(18)とを含む方法において、セラミック材料製であるスペーサ部品(16)が使用されることを特徴とする方法。
- 前記燃料電池スタックの要素(12)、およびガラスハンダのハンダ部材(18)を含むシール(10)が積み重ねられ、次いで、前記接続される要素が、前記シール(10)を介して互いに同時に接続されることを特徴とする請求項53に記載の方法。
- 反復ユニット(28)、および金属ハンダのハンダ部材(18)を含むシール(10)が連続的に順々に互いに接続されることを特徴とする請求項53に記載の方法。
- −前記スペーサ部品(16)が、接続される要素(12)に向い合っている表面(26)に金属ハンダ部材(18’)を、および反対側の表面(26)にガラスハンダ部材(18)を担持するシール(10)を使用し、
−前記スペーサ部品(16)をまず前記金属ハンダ部材(18’)を介して前記燃料電池スタックの要素に接続し、
−前記反復ユニット(28)を完成させ、
−前記反復ユニット(28)を積み重ね、および
−前記反復ユニット(28)を、前記ガラスハンダ部材(18)を介して互いに接続する
ことを特徴とする請求項53に記載の方法。 - 前記金属ハンダ部材(18’)を介して前記スペーサ部品(16)を前記燃料電池スタックの要素へ接続した後に、前記反復ユニット(28)を気密性に関して調べることを特徴とする請求項56に記載の方法。
- 軸方向に積み重ねられた複数の反復ユニット(28)と、前記燃料電池スタックの2つの要素(12)を気密式に接続する少なくとも1つのシーリング(10)とを含む燃料電池スタックの製造方法であって、前記シーリング(10)が、非導電性スペーサ部品(16)と、前記燃料電池スタックの前記接続される要素の少なくとも一方へ前記スペーサ部品(16)を結合する少なくとも1種のハンダ部材(18)とを含む方法において、前記ハンダ部材(18)が前記スペーサ部品(16)に配置されて、前記燃料電池スタックを軸方向に圧縮する力の分布が、前記スペーサ部品(16)によって、前記接続される要素(12)の少なくとも1つに直接伝達されることを特徴とする方法。
- セラミック材料製のスペーサ部品(16)が使用されることを特徴とする請求項58に記載の方法。
- 前記燃料電池スタックの要素(12)およびガラスハンダのハンダ部材(18)を含むシール(10)を積み重ね、次いで、前記シール(10)を介して前記接続される要素を同時に互いに接続することを特徴とする請求項58または59に記載の方法。
- 前記反復ユニット(28)および前記シール(10)が、金属ハンダのハンダ部材(18)を使用して連続的に順々に互いに接続されることを特徴とする請求項58または59に記載の方法。
- −前記スペーサ部品(16)が、接続される要素(12)に向い合っている表面(26)に金属ハンダ部材(18’)を、および反対側の表面(26)にガラスハンダ部材(18)を担持するシール(10)を使用し、
−前記スペーサ部品(16)をまず、前記金属ハンダ部材(18’)を介して前記燃料電池スタックの要素に接続し、
−前記反復ユニット(28)を完成させ、
−前記反復ユニット(28)を積み重ね、および
−前記ガラスハンダ部材(18)を介して前記反復ユニット(28)を互いに接続する
ことを特徴とする請求項58または59に記載の方法。 - 前記金属ハンダ部材を介して前記スペーサ部品(16)を前記燃料電池スタックの前記要素(12)に接続した後、かつ前記反復ユニット(28)を積み重ねる前に、前記反復ユニット(28)を気密性に関して調べることを特徴とする請求項62に記載の方法。
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