特開 2022-183089 電気化学反応器のための改良されたバイポーラセパレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183089

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】電気化学反応器のための改良されたバイポーラセパレータ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0267 20160101AFI20221201BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20221201BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20221201BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20221201BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20221201BHJP

   H01M 8/0213 20160101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0267

H01M8/0258

H01M8/0271

H01M8/026

H01M8/2483

H01M8/0213

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022085218

(22)【出願日】2022-05-25

(31)【優先権主張番号】2105452

(32)【優先日】2021-05-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】522087084

【氏名又は名称】アルストム・イドロジェーヌ・エスアエス

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ブノワ・ゲノ

(72)【発明者】

【氏名】アンドレ・ラコトンドレイニブ

(72)【発明者】

【氏名】ブリュノ・ジャンティス

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA08

5H126AA11

5H126AA12

5H126AA13

5H126BB06

5H126DD02

5H126EE03

5H126EE11

5H126EE23

5H126GG06

5H126HH06

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】電気化学反応器のための改良されたバイポーラセパレータを提供すること。
【解決手段】バイポーラセパレータは、２つの分配プレート（１４）および２つの冷却プレート（１６）を重畳することにより形成される。２つの冷却プレート（１６）は、２つの分配プレート（１４）の間に配置され、各分配プレート（１４）は、外方面（１４Ａ）および内方面（１４Ｂ）を有し、各分配プレート（１４）の外方面（１４Ａ）は、反応性流体を流すための分配チャネル（２０）を備え、冷却プレート（１６）は、冷却流体を循環させるための内部導管（２２）を画定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気化学反応器のためのバイポーラセパレータであって、前記バイポーラセパレータは、２つの分配プレート（１４）および２つの冷却プレート（１６）を重畳することにより形成され、２つの前記冷却プレート（１６）は、２つの前記分配プレート（１４）の間に配置され、各分配プレート（１４）は、外方面（１４Ａ）および内方面（１４Ｂ）を有し、各分配プレート（１４）の前記外方面（１４Ａ）は、反応性流体を流すための分配チャネル（２０）を備え、前記冷却プレート（１６）は、冷却流体を循環させるための内部導管（２２）を画定する、バイポーラセパレータ。

【請求項2】

前記外方面（１４Ａ）の前記分配チャネル（２０）の対向側に位置するチャネルプレートのうちの１つまたはそれぞれの前記内方面の領域が、略平坦である、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項3】

前記分配プレート（１４）のうちの１つまたはそれぞれの前記内方面（１４Ｂ）は、略平面状である、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項4】

前記内部導管（２２）は、２つの前記冷却プレート（１６）間に画定される、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項5】

各冷却プレート（１６）が、隣接する前記分配プレート（１４）に面する第１の面（１６Ａ）と、他方の冷却プレート（１６）に面する第２の面（１６Ｂ）とを有する、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項6】

前記冷却プレート（１６）のうちの１つまたはそれぞれが、前記冷却プレート（１６）と、隣接する前記分配プレート（１４）との間に挿入されたシールを受けるための少なくとも１つの封止溝（（４４）を前記冷却プレート（１６）の第１の面上に有する、請求項５に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項7】

前記冷却プレート（１６）に面する前記分配プレート（１４）の前記内方面（１４Ｂ）は、封止溝を有さない、請求項６に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項8】

前記冷却プレート（１６）のうちの１つまたはそれぞれが、前記内部導管（２２）を画定する冷却チャネル（２６）を前記冷却プレート（１６）の第２の面（１６Ｂ）上に有する、請求項５に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項9】

前記冷却チャネル（２６）の対向側に位置する前記冷却プレート（１６）のうちの１つまたはそれぞれの前記第１の面（１６Ａ）の領域が、略平坦である、請求項８に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項10】

前記冷却チャネル（２６）は、０．２０ｍｍ～０．３５ｍｍの間の深さを有し、特に０．３０ｍｍの深さを有する、請求項８に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項11】

前記冷却プレート（１６）のそれぞれが、冷却チャネル（２６）を前記第２の面（１６Ｂ）上に有し、前記冷却プレート（１６）のうちの１つの各冷却チャネル（２６）が、他方の前記冷却プレート（１６）の冷却チャネル（２６）の対向側に配置され、他方の前記冷却プレート（１６）の前記冷却チャネル（２６）と共に内部導管（２２）を形成する、請求項８に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項12】

反応性流体を通過させるために前記バイポーラセパレータ（４）を貫通して設けられた分配ポート（２８）を備え、各分配ポート（２８）が、流体連通状態にある前記分配プレート（１４）のうちの１つの前記分配チャネル（２０）に関連付けられ、前記分配プレート（１４）のうちの１つまたはそれぞれの前記分配チャネル（２０）は、前記分配プレート（１４）を貫通して形成された連結ポート（３６）を経由して前記分配ポート（２８）のうちの１つまたはそれぞれと流体連通状態にあり、前記連結ポート（３６）は、前記分配プレート（１４）と、隣接する前記冷却プレート（１６）との間に画定され前記分配ポート（２８）内へと開口する連結導管（３８）内に開口する、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項13】

前記分配プレート（１４）および前記冷却プレート（１６）のうちの１つまたはそれぞれが、黒鉛ベース材料から作製され、好ましくは可撓性の膨張黒鉛または炭素から作製される、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項14】

前記分配プレート（１４）および前記冷却プレート（１６）のうちの１つまたはそれぞれが、０．４～０．６ｍｍの間の厚さを有し、特に０．５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載のバイポーラセパレータ。

【請求項15】

請求項１に記載のバイポーラセパレータ（４）と膜／電極接合体（６）との交互配置物を含むスタックを備える、燃料電池または電解槽などの電気化学反応器。

【請求項16】

請求項１に記載のバイポーラセパレータ（４）を製造する方法であって、４個の材料ストリップ（５０）を平行に成形するステップであって、各材料ストリップ（５０）が、少なくとも１対の成形ローラ間を通過することにより成形され、前記材料ストリップ（５０）のうちの２個が、分配プレート（１４）を形成するように成形され、前記材料ストリップ（５０）のうちの２個が、冷却プレート（１６）を形成するように成形される、ステップと、２つの分配プレート（１４）間に挿入された２つの冷却プレート（１６）からそれぞれが形成される一連のバイポーラセパレータ（４）により形成されたセパレータストリップ（６０）を形成するために、前記４個の成形された材料ストリップ（５０）を重畳するステップと、次いでバイポーラセパレータ（４）を取得するために前記セパレータストリップ（６０）を切断するステップとを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学セルを画定するセパレータおよび膜／電極接合体のスタックを備える電気化学反応器の分野に関する。

【背景技術】

【0002】

かかる電気化学反応器は、例えば酸化剤と燃料との間における電気化学反応により電気を生成するための燃料電池、または電気を利用して流体から化学元素を分離するための、例えば水から二水素および二酸素を生成するための電解槽などがある。

【0003】

かかる電気化学反応器では、各膜／電極接合体は、２つの電極間に挿入されたイオン交換膜を備えるラミネートの形態をとる。

【0004】

各セパレータは、プレートの形態をとり、このセパレータの２つの面のうちの少なくとも一方が、膜／電極接合体の面に当接されて膜／電極接合体の前記面に沿って流れるように流体を通すために構成された分配面となる。

【0005】

各電気化学セルは、２つのセパレータ間に位置する膜／電極接合体によって画定され、各セパレータは、セパレータが当接する膜／電極接合体の面と共に流体チャンバを画定する。電気化学反応は、膜／電極接合体を通過する流体間におけるイオン交換によって実現される。

【0006】

バイポーラセパレータが設けられる場合があり、各バイポーラセパレータは、２つの膜／電極接合体の間に挿入され、各バイポーラセパレータは、２つの分配面を有し、これら２つの分配面のそれぞれが、それぞれの膜／電極接合体の面に当接されるように構成される。

【0007】

電気化学反応器は、例えばバイポーラセパレータおよび膜／電極接合体の交互スタックを備える。２つの端部セパレータが、このスタックの端部にて２つの電気化学セルを補足するためにスタックの端部に追加される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の１つの目的は、十分な性能を実現しつつ製造が容易かつ経済的である電気化学反応器バイポーラセパレータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的のために、本発明は、電気化学反応器のためのバイポーラセパレータを提案する。このバイポーラセパレータは、２つの分配プレートおよび２つの冷却プレートを重畳することにより形成され、２つの冷却プレートは、２つの分配プレートの間に配置され、各分配プレートは、外方面および内方面を有し、各分配プレートの外方面は、反応性流体を流すための分配チャネルを備え、冷却プレートは、冷却流体を循環させるための内部導管を画定する。

【0010】

特定の実施形態によれば、この製造方法は、以下の特徴のうちの１つを個別に、または以下の特徴のうちの複数を技術的に可能である任意の組合せにおいて有する。
外方面の分配チャネルの対向側に位置するチャネルプレートのうちの１つまたはそれぞれの内方面の領域が、実質的に平坦である。
分配プレートのうちの１つまたはそれぞれの内方面が、実質的に平坦である。
内部導管は、２つの冷却プレート間に画定される。
各冷却プレートが、隣接する分配プレートに面する第１の面と、他方の冷却プレートに面する第２の面とを有する。
冷却プレートのうちの１つまたはそれぞれが、この冷却プレートと、隣接する分配プレートとの間に挿入されたシールを受けるための少なくとも１つの封止溝を冷却プレートの第１の面上に有する。
冷却プレートに面する分配プレートの内方面は、封止溝を有さない。
冷却プレートのうちの１つまたはそれぞれが、前記内部導管を画定する冷却チャネルを冷却プレートの第２の面上に有する。
冷却チャネルの対向側に位置する冷却プレートのうちの１つまたはそれぞれの第１の面の領域が、実質的に平坦である。
冷却チャネルは、０．２０ｍｍ～０．３５ｍｍの間の深さを有し、特に０．３０ｍｍの深さを有する。
冷却プレートのそれぞれが、冷却チャネルを第２の面上に有し、冷却プレートのうちの１つの各冷却チャネルが、他方の冷却プレートの冷却チャネルの対向側に配置され、他方の冷却プレートの冷却チャネルと共に内部導管を形成する。
バイポーラセパレータは、反応性流体を通過させるためにバイポーラセパレータを貫通して設けられた分配ポートを備え、各分配ポートが、流体連通状態にある分配プレートのうちの１つの分配チャネルに関連付けられ、分配プレートのうちの１つまたはそれぞれの分配チャネルは、分配プレートを貫通して設けられた連結ポートを経由して分配ポートのうちの１つまたはそれぞれと流体連通状態にあり、これらの連結ポートは、分配プレートと、隣接する冷却プレートとの間に画定され分配ポート内へと開口する連結導管内に開口する。
分配プレートおよび冷却プレートのうちの１つまたはそれぞれが、黒鉛ベース材料から作製され、好ましくは可撓性の膨張黒鉛または炭素から作製される。
分配プレートおよび冷却プレートのうちの１つまたはそれぞれが、０．４～０．６ｍｍの間の厚さを有し、特に０．５ｍｍの厚さを有する。

【0011】

また、本発明は、上記に定義したようなバイポーラセパレータと膜／電極接合体との交互配置物を含むスタックを備える、例えば燃料電池または電解槽などの電気化学反応器に関する。

【0012】

また、本発明は、上記に定義したようなバイポーラセパレータを製造する方法に関する。この方法は、４個の材料ストリップを平行に成形するステップであって、各材料ストリップが、少なくとも１対の成形ローラ間を通過することにより成形され、材料ストリップのうちの２個が、分配プレートを形成するように成形され、材料ストリップのうちの２個が、冷却プレートを形成するように成形される、ステップと、２つの分配プレート間に挿入された２つの冷却プレートによってそれぞれが形成される一連のバイポーラセパレータにより形成されたセパレータストリップを形成するために、４個の成形された材料ストリップを重畳するステップと、次いでバイポーラセパレータを取得するためにセパレータストリップを切断するステップとを含む。

【0013】

添付の図面を参照しつつ、もっぱら非限定的な例として提示される以下の説明を読むことにより、本発明およびその利点が明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】２つのバイポーラセパレータ間に挿入された膜／電極接合体を特に示す、電気化学反応器スタックの断面図である。

【図2】ラミネート構造体を有するバイポーラセパレータの組立斜視図である。

【図3】２つの分配プレートおよび２つの冷却プレートを含むバイポーラセパレータの層構造を示す、図２のバイポーラセパレータの分解斜視図である。

【図4】バイポーラセパレータを製造する方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１に示す電気化学反応器２は、膜／電極接合体６と交互に配置されたバイポーラセパレータ４を備えるスタックを有する。これらの膜／電極接合体６と交互に配置された、バイポーラセパレータ４は、重畳された電気化学セル８を画定する。

【0016】

具体的には、このスタックは、スタックの端部に配置された２つの端部セパレータ（図示せず）をさらに備える。

【0017】

各電気化学セル８は、２つのセパレータの間に、すなわち２つのバイポーラセパレータ４の間に、またはこの電気化学セル８が、スタックの端部に位置する２つの電気化学セル８のいずれか一方である場合には、１つのバイポーラセパレータ４と１つの端部セパレータとの間に挿入された、膜／電極接合体６によって形成される。

【0018】

具体的には、電気化学反応器２は、数十個または数百個の重畳された電気化学セル８を備え得る。

【0019】

図の明瞭化のために、図１では、２つのバイポーラセパレータ４間に配置された膜／電極接合体６からなる１つの電気化学セル８のみを図示する。

【0020】

各膜／電極接合体６は、２つの電極１２に挟まれたイオン交換膜１０からなるラミネートの形態である。このイオン交換膜１０は、例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ）である。

【0021】

各電気化学セル８において、各セパレータは、膜／電極接合体６のそれぞれの面に当接される。

【0022】

各電気化学セル８の膜／電極接合体６の各面上に位置する２つのセパレータのそれぞれ（図１の電気化学セル８の場合には２つのバイポーラセパレータ４のそれぞれ）は、セパレータが当接される膜／電極接合体６の面に沿って反応性流体を通すように、イオンが膜／電極接合体６を通過して、膜／電極接合体６の各面上に位置する２つのセパレータを経由して通される反応性流体間におけるイオン交換を伴う電気化学反応をもたらすために構成される。

【0023】

電気化学反応器２が燃料電池である場合には、２つのセパレータの一方が、そのセパレータが当接される膜／電極接合体６の面に沿って燃料流体を通すように構成され、他方のセパレータは、そのセパレータが当接される膜／電極接合体６の他方の面に沿って酸化性流体を通すように構成される。

【0024】

各バイポーラセパレータ４は、２つの膜／電極接合体６の間に挿入されることによりスタック内に配置される。

【0025】

各バイポーラセパレータ４は、プレートの形態であり、２つの対向する分配面４Ａを有する。これらの２つの分配面４Ａのそれぞれは、それぞれの分配面４Ａが当接される膜／電極接合体６の面に沿って流体を通すように構成される。

【0026】

バイポーラセパレータ４同士は、同様であり、図２および図３を参照として、単一のバイポーラセパレータ４をさらに詳細に説明する。

【0027】

図２および図３に示すように、バイポーラセパレータ４は、ラミネート構造を有するプレートの形態である。

【0028】

バイポーラセパレータ４は、２つの分配プレート１４および２つの冷却プレート１６の重畳により形成され、２つの冷却プレート１６は、２つの分配プレート１４の間に配置される。

【0029】

各分配プレート１４は、外方面１４Ａおよび内方面１４Ｂを有し、これらの面は相互に対向側に位置する。

【0030】

各分配プレート１４の外方面１４Ａは、バイポーラセパレータ４の外側に面する。この外方面１４Ａは、膜／電極接合体６に対接されるように意図される。各分配プレート１４の外方面１４Ａは、バイポーラセパレータ４の分配面４Ａを画定する。

【0031】

内方面１４Ｂは、バイポーラセパレータ４の内側に面する。内方面１４Ｂは、バイポーラセパレータ４の他方の分配プレート１４に面する。

【0032】

各冷却プレート１６は、２つの分配プレート１４の一方と他方の冷却プレート１６との間に配置される。

【0033】

各冷却プレート１６は、それぞれの冷却プレート１６が当接される分配プレート１４に面する第１の面１６Ａと、他方の冷却プレート１６に面する第２の面１６Ｂとを有する。

【0034】

各分配プレート１４の外方面１４Ａは、分配領域１８を有し、この分配領域１８内には、分配チャネル２０が反応性流体を流すために設けられる。分配チャネル２０は、この外方面１４Ａが当接される膜／電極接合体６の面に沿って流体を通すように構成される。

【0035】

好ましくは、外方面１４Ａの分配領域の裏側に、すなわち外方面１４Ａの分配領域１８の対向側に位置する内方面１４Ｂの領域が、実質的に平坦である。

【0036】

具体的には、分配チャネル２０は、外方面１４Ａ内において凹状をなし、好ましくは内方面１４Ｂ側には凹状部を有さない。

【0037】

２つの冷却プレート１６は、冷却流体を循環させるための内部導管２２（図１）を画定する。これらの内部導管２２は、バイポーラセパレータ４の厚さの範囲内においてバイポーラセパレータ４の内部に延在する。

【0038】

好ましくは、これらの冷却プレート１６は、間に内部導管２２を画定する。各内部導管２２は、２つの冷却プレート１６間に画定される。

【0039】

各冷却プレート１６の第２の面１６Ｂが、例えば、２つの冷却プレート１６間に冷却流体を循環させるための冷却チャネル２６を有する冷却ゾーン２４を有する。

【0040】

一実施形態では、各冷却プレート１６の各冷却チャネル２６が、他方の冷却プレート１６の冷却チャネル２６の対向側に位置し、これにより内部導管２２が画定される。各内部導管２２は、２つの冷却プレート１６のうちの一方の冷却チャネル２６が、２つの冷却プレート１６のうちの他方の冷却チャネル２６の対向側に位置することによって画定される。

【0041】

分配ゾーン１８および冷却ゾーン２４は、好ましくは分配プレート１４および冷却プレート１６のスタック方向に沿って整列される。

【0042】

有利には、この冷却プレート１６の第２の面１６Ｂの冷却ゾーン２４の裏側に、すなわちこの冷却プレート１６の第２の面１６Ｂの冷却ゾーン２４の対向側に位置する、各冷却プレート１６の第１の面１６Ａの領域は、実質的に平坦である。

【0043】

具体的には、冷却チャネル２６は、第２の面１６Ｂ上において凹状をなし、好ましくは第１の面１６Ａ上には凹状部を有さない。

【0044】

好ましくは、各分配プレート１４は、０．４ｍｍ～０．６ｍｍの間の厚さを有し、例えば約０．５ｍｍの厚さを有する。

【0045】

好ましくは、各分配チャネル２０は、０．１５ｍｍ～０．３５ｍｍの間の深さを有し、例えば約０．３０ｍｍの深さを有する。

【0046】

好ましくは、各冷却プレート１６は、０．４ｍｍ～０．６ｍｍの間の厚さを有し、例えば約０．５ｍｍの厚さを有する。

【0047】

好ましくは、各冷却チャネル２６は、０．２０ｍｍ～０．３５ｍｍの間の深さを有し、例えば約０．３０ｍｍの深さを有する。

【0048】

バイポーラセパレータ４は、バイポーラセパレータ４が膜／電極接合体６とスタックされた場合にこのスタックを貫通するマニホルドを形成するように、バイポーラセパレータ４を貫通する穴を備える。

【0049】

電気化学セル８に供給される反応性流体および冷却流体はそれぞれ、それぞれの流体用の入口ポートを画定するポートのうちの１つを経由して入来し、それぞれの流体用の出口ポートを画定するポートのうちの他の１つを経由して退出する。

【0050】

具体的には、バイポーラセパレータ４は、反応性流体を通過させるためにバイポーラセパレータ４を貫通して設けられた分配ポート２８を備え、各分配ポート２８は、この分配ポート２８と流体連通状態にある分配プレート１４のうちの１つの分配チャネル２０に関連付けられる。

【0051】

バイポーラセパレータ４は、例えば、一方の分配プレート１４の分配チャネル２０と流体連通状態にある２つの分配ポート２８と、他方の分配プレート１４の分配チャネル２０と流体連通状態にある２つのさらなる分配ポート２８とを備える。

【0052】

各分配プレート１４に関連付けられた分配ポート２８の一方は、この分配プレート１４の分配チャネル２０に反応性流体を供給する役割を果たし、他方の分配ポート２８は、この分配プレート１４の分配チャネル２０内で循環した後の反応性流体を排出する役割を果たす。

【0053】

各分配ポート２８は、バイポーラセパレータ４のプレート内に、すなわち２つの分配プレート１４および２つの冷却プレート１６内に形成された分配開口３０同士を整列させることによって形成される。

【0054】

バイポーラセパレータ４は、２つの冷却ポート３２を備え、各冷却ポート３２は、内部導管２２と流体連通状態にある。

【0055】

冷却ポート３２の一方は、内部導管２２に冷却流体を供給するために使用され、他方の冷却ポート３２は、内部導管２２を通過した後の冷却流体を排出するために使用される。

【0056】

各冷却穴３２は、バイポーラセパレータ４のプレート内に形成された冷却開口３４同士を整列させることによって形成される。

【0057】

一例の実施形態では、分配プレート１４のうちの一方またはそれぞれの分配チャネル２０が、分配プレート１４を貫通して形成された連結ポート３６を経由して関連する分配ポート２８の一方またはそれぞれと連通状態にある。この連結ポート３６は、分配プレート１４と、隣接する冷却プレート１６との間に画定され分配ポート２８内へと開口する連結導管３８内に開口する。

【0058】

図２の左側において、分配ポート２８の２つに開口する連結導管３８の端部のみを見ることができる。

【0059】

各連結導管３８は、例えば、分配プレート１４の内方面１４Ｂ上に形成された連結チャネル４０、および／または隣接する冷却プレート１６の第１の面１６Ａ上に形成された連結チャネル４２により形成される（図３）。

【0060】

具体的には、各連結導管３８が、例えば、分配プレート１４の内方面１４Ｂ上に形成された連結チャネル４０と、隣接する冷却プレート１６の第１の面１６Ａ上に形成された連結チャネル４２とにより形成され、これら２つの連結チャネル４０、４２は、相互に対向側に配置される。

【0061】

分配プレート１４または各分配プレート１４の外方面１４Ａ上において、分配チャネル２０は、それらの分配チャネル２０に関連付けられた分配ポート２８を画定する分配開口３０または各分配開口３０から隔離される。

【0062】

分配プレート１４または各分配プレート１４の分配チャネル２０を、関連付けられた分配ポート２８または各関連付けられた分配ポート２８に連結するこのタイプの連結は、外方面１４Ａと、隣接する膜／電極接合体６との間において分配ポート２８の周囲にシールを設ける必要性を解消し、分配領域１８の周囲のシールは十分なものとなる。

【0063】

図示する例では、各分配プレート１４の分配チャネル２０は、分配プレート１４を貫通して設けられた連結ポート３６および、分配プレート１４と、隣接する冷却プレート１６との間に画定された連結導管３８とを介して、それらの分配チャネル２０に関連付けられた各分配ポート２８と流体連通状態にある。

【0064】

各連結導管３８は、分配プレート１４の内方面１４Ｂ上に形成された連結チャネル４０と、隣接する冷却プレート１６の第１の面１６Ａ上に形成された連結チャネル４２とによって形成され、これら２つの連結チャネル４０、４２は、相互に対向側に配置される。

【0065】

図３では、分配プレート１４の連結チャネル４０および冷却プレート１６の連結チャネル４２のみを見ることができる。

【0066】

有利には、各分配プレート１４の内方面１４Ｂは、具体的には分配領域１８の裏面にて、実質的に平坦である。

【0067】

各分配プレート１４の内方面１４Ｂは、任意の連結チャネル４０を除いて平坦であり、各連結チャネル４０は、分配ポート２８に対して少なくとも１つの連結ポート３６を連結する。

【0068】

代替的には、各分配プレート１４の内方面１４Ｂは、完全に平坦である。

【0069】

かかる例では、任意の連結チャネル３８が、例えば隣接する冷却プレート１６の第１の面１６Ａ上に形成された連結チャネル４２により画定される。

【0070】

内部導管２２は、バイポーラセパレータ４の２つの冷却ポート３２に対して流体連結される。

【0071】

一実施形態では、これは、各冷却プレート１６の冷却チャネル２６がその冷却プレート１６の冷却開口３４のそれぞれに接合することによって実現される。

【0072】

バイポーラセパレータ４は、バイポーラセパレータ４を形成する重畳されたプレート間にシールを設けるように構成される。

【0073】

具体的には、バイポーラセパレータ４は、各分配プレート１４と、隣接する冷却プレート１６との間におよび／または２つの冷却プレート１６間にシールを設けるように構成される。

【0074】

封止は、例えばバイポーラセパレータ４を形成する重畳されたプレート上に形成された封止溝内のシール（図示せず）によって確保される。

【0075】

好ましくは、分配プレート１４の内方面１４Ｂは、封止溝を有さない。

【0076】

この例において、封止溝は、冷却プレート１６内にのみ形成され、より厳密には冷却プレート１６の第１の面１６Ａおよび／または第２の面１６Ｂ上にのみ形成される。

【0077】

これらの封止溝は、各分配プレート１４と、隣接する冷却プレート１６との間の各分配ポート２８の周囲を個別に封止するように構成される。

【0078】

各冷却プレート１６は、例えば、第１の面１６Ａ上に第１の封止溝４４を備え、この第１の封止溝４４は、分配開口３０を個別に囲む閉ライン内の冷却プレート１６の各分配開口３０の周囲に延在する。

【0079】

任意には、各冷却プレート１６上において、第１の封止溝４４は、冷却プレート１６の第１の面１６Ａと、隣接する分配プレート１４の内方面１４Ｂとの間にこれらのプレートの全周縁部にシールを設けるために、冷却プレート１６の第１の面１６Ａの周縁部に延在するように構成される。

【0080】

これらの封止溝は、２つの冷却プレート１６間における反応性流体の通過を防止するために、２つの冷却プレート１６間において各分配ポート２８の周囲を個別に封止するように構成される。

【0081】

各冷却プレート１６は、例えば、その第２の面１６Ｂ上に第２の封止溝４６を有し、この第２の封止溝４６は、分配開口３０を個別に囲む閉ライン内の冷却プレート１６の各分配開口３０の周囲に延在する。

【0082】

これらの封止溝は、冷却ゾーン２４内に位置する内部導管２２を経由して一方の冷却ポート３２から他方の冷却ポート３２へ冷却流体を通すために、各冷却ポート３２および冷却プレート１６間の冷却ゾーン２４の周囲を封止するように構成される。

【0083】

第２の封止溝４６は、冷却ゾーン２４の周囲に延在する閉ライン内に延在して、各冷却ポート３２をさらに囲む。

【0084】

第２の封止溝４６は、冷却ゾーン２４と各分配ポート２８との間、および分配ポート２８間に封止隔離部を設けるように構成される。

【0085】

一実施形態では、２つの分配プレート１４が同一ではない。

【0086】

例えば、図２および図３に示すように、２つの分配プレート１４の一方の分配チャネル２０内に流体を循環させるための分配ポート２８が、２つの分配プレート１４の他方の分配チャネル２０内に流体を循環させるための分配ポート２８よりも大きい。

【0087】

より大きな分配ポート２８に対して流体的に連結された分配チャネル２０を有する分配プレート１４は、各分配ポート２８に対して分配チャネル２０を連結する５個の連結開口３６を備え、最小の分配ポート２８に対して流体的に連結された分配チャネル２０を有する分配プレート１４は、各分配ポート２８に対して分配チャネル２０を連結する３個の連結ポート３６を備える。

【0088】

分配ポート２８のサイズがそれぞれ異なることにより、電気化学反応の化学量論を考慮したものであり、他の反応性流体の場合よりも、ある反応性流体の場合に電気化学セル８内における反応性流体流を高くする。

【0089】

一例では、２つの冷却プレート１６が同一ではない。

【0090】

図３に示す実施形態では、各冷却プレート１６は、２つのより大きな分配ポート２８のそれぞれに対して連結するための５個の連結チャネル４２と、２つのより小さな分配ポート２８のそれぞれに対して連結するための３個の連結チャネル４２とを備える。

【0091】

別の実施形態では、２個の分配プレート１４が同一である、および／または２個の冷却プレート１６が同一である。

【0092】

一例では、各分配プレート１４および／または各冷却プレート１６が、黒鉛ベース材料シートから、好ましくは可撓性の膨張黒鉛または純炭素から、具体的にはGrafCell社から市販のGraphtech（登録商標）、Graphoil、Entegris社から市販のPoco Graphite、またはSGL Carbon社から市販のSigra Therm（登録商標）から作製される。

【0093】

好ましくは、分配プレート１４および冷却プレート１６が、同一の材料から作製される。

【0094】

一実施形態では、各分配プレート１４および／または各冷却プレート１６が、シートまたはストリップをカレンダリング加工、プレス加工、および／またはエンボス加工することによって、具体的には、２つのローラ間を通過するシートまたはストリップにチャネル、封止溝、および／または開口を形成するように構成された１対の成形ローラ間にシートまたはストリップを通すことにより、プレス加工、プレス加工、および／またはエンボス加工することによって作製される。

【0095】

一実施形態では、ストリップが、これらの成形ローラ間に通されることによりストリップ内にチャネル、封止溝、および／または開口が形成されて、ストリップに沿って複数のプレートが形成され、その後にこのストリップが個別のプレートへと切断される。各プレートは、分配プレート１４または冷却プレート１６を適宜形成する。

【0096】

有利な一製造方法によれば、各ストリップ上にプレートを形成するように４個のストリップが平行に形成される。２個のストリップが、分配プレート１４を形成するために形成され、２個のストリップが、冷却プレート１６を形成するために形成される。次いで、これらのストリップは、重畳されることにより、セパレータストリップに沿って分配された複数のバイポーラセパレータ４を備えるセパレータストリップを形成する。次いで、各バイポーラセパレータ４へと切り分けるために、かように形成されたセパレータストリップが切断される。

【0097】

任意には、この製造方法は、プレートストリップ間の封止溝および／または接着層に封止ガスケットを適用することを含み、その後に、ストリップが好ましくは加圧下において重畳され、それによりセパレータストリップが形成される。

【0098】

任意には、この製造方法は、例えばストリップの重畳前にこれらのストリップ間に配置されたシールおよび／または１つもしくは複数の接着層を固化するために、ストリップの組立ての結果として得られるセパレータストリップを加熱することを含む。

【0099】

図４に示す例では、バイポーラセパレータ４は、同一の材料から作製されたおよび好ましくはローラ５２としてパッケージングされた、４個の材料ストリップ５０から作製される。

【0100】

材料ストリップ５０同士は、平行に成形され、共に接合され、次いで切断されることによりバイポーラセパレータ４が得られる。

【0101】

各材料ストリップ５０は、少なくとも１対の成形ローラ５４の２つのローラ間を通過することにより成形されて、チャネル（分配チャネル、冷却チャネル、連結チャネル等）、封止溝、および／または開口（分配開口、冷却開口）がカレンダリング加工、プレス加工、および／またはエンボス加工によって形成される。

【0102】

任意には、次いで、各材料ストリップ５０は、少なくとも１対のアプリケータローラ５６の２つのローラ間を通過することにより材料ストリップ５０に対して施される接着層および／またはシーラントを受ける。

【0103】

図示する例では、各材料ストリップ５０は、１対のアプリケータローラ５６の２つのローラ間を通過する。

【0104】

代替的には、材料ストリップ５０のうちの少なくとも１つが、２つのアプリケータローラ５６間を通過しない、および／または少なくとも１つの材料ストリップ５０が、少なくとも２対のアプリケータローラ５６のうちの２つのアプリケータローラ間を通過する。

【0105】

材料ストリップ５０が、例えば、２対のアプリケータローラ５６のローラ間を通過されてもよい。一方の対のアプリケータローラ５６は接着層を施し、他方の対のアプリケータローラ５６はシールを施す。

【0106】

各対のアプリケータローラ５６は、例えば、材料ストリップ５０の２つの対向側に位置する面の一方のみに対して接着層もしくはシールを施してもよく、または材料ストリップ５０の対向側に位置する面の両面に対して同時に接着層もしくはシールを施してもよく、または材料ストリップ５０の一方の面に対して接着層をおよび材料ストリップ５０の他方の面に対してシールを同時に施してもよい。

【0107】

場合によってはシールおよび／または接着層を備える材料ストリップ５０同士は、一方が他方の上に配置され、好ましくは例えば材料ストリップ５０同士を相互に対して圧迫する１対の接合ローラ５８の２つのローラ間を通過することによって相互に圧迫される。

【0108】

重畳された材料ストリップ５０は、セパレータストリップ６０を形成し、このセパレータストリップ６０は、セパレータストリップ６０に沿って分配された一連のバイポーラセパレータ４からなる。

【0109】

任意には、この（これらの）対の整合ローラ５８の下流において、セパレータストリップ６０が加熱ステーション６２を通過する。この加熱ステーション６２は、例えば材料ストリップ５０間において接着層および／またはシールを固化するために使用される。

【0110】

セパレータストリップ６０は、切断デバイス６４により個別のバイポーラセパレータ４へと切断される。

【0111】

本発明により、十分な品質のバイポーラセパレータ４を容易にかつ大量に製造することが可能となる。

【0112】

２つの分配プレート１４および２つの冷却プレート１６を重畳することにより、バイポーラセパレータ４の動作およびその製造にとって有利な特徴を有する薄い材料シートまたは材料ストリップからこれらのプレートを製造することが可能となる。

【0113】

有利には、分配プレートに反応性流体を通し、冷却プレートに冷却流体を通すチャネリング機能が、これらのプレート間に分配される。

【0114】

これらのプレートは薄く、例えば成形ローラ間でのカレンダリング加工またはプレス加工による成形が容易なシートまたはストリップから作製され得る。

【0115】

薄いプレートの使用により、分配プレートおよび冷却プレートが材料ストリップ５０として作製され、共に接合されてセパレータストリップ６０を形成し、このセパレータストリップ６０がバイポーラセパレータ４へと切断される、連続製造方法の実施が可能となる。

【符号の説明】

【0116】

２ 電気化学反応器
４ バイポーラセパレータ
４Ａ 分配面
６ 膜／電極接合体
８ 電気化学セル
１０ イオン交換膜
１２ 電極
１４ 分配プレート
１４Ａ 外方面
１４Ｂ 内方面
１６ 冷却プレート
１６Ａ 第１の面
１６Ｂ 第２の面
１８ 分配領域、分配ゾーン
２０ 分配チャネル
２２ 内部導管
２４ 冷却ゾーン
２６ 冷却チャネル
２８ 分配ポート
３０ 分配開口
３２ 冷却ポート、冷却穴
３４ 冷却開口
３６ 連結ポート、連結開口
３８ 連結導管、連結チャネル
４０ 連結チャネル
４２ 連結チャネル
４４ 第１の封止溝
４６ 第２の封止溝
５０ 材料ストリップ
５２ ローラ
５４ 成形ローラ
５６ アプリケータローラ
５８ 接合ローラ、整合ローラ
６０ セパレータストリップ
６２ 加熱ステーション
６４ 切断デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】