特表 2023-538597 電気化学セルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-08

(54)【発明の名称】電気化学セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2465 20160101AFI20230901BHJP

   H01M 8/2432 20160101ALI20230901BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20230901BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20230901BHJP

   H01M 8/248 20160101ALI20230901BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20230901BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20230901BHJP

   C25B 1/23 20210101ALI20230901BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230901BHJP

   C25B 9/65 20210101ALI20230901BHJP

   C25B 9/77 20210101ALI20230901BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2465

H01M8/2432

H01M8/0271

H01M8/2483

H01M8/248

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

C25B1/04

C25B1/23

C25B9/00 A

C25B9/00 Z

C25B9/65

C25B9/77

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023512097

(86)(22)【出願日】2021-08-12

(85)【翻訳文提出日】2023-04-14

(86)【国際出願番号】 EP2021072533

(87)【国際公開番号】W WO2022043087

(87)【国際公開日】2022-03-03

(31)【優先権主張番号】2013374.0

(32)【優先日】2020-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(31)【優先権主張番号】2013369.0

(32)【優先日】2020-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508359550

【氏名又は名称】セレス インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ドマンスキー， トマシュ

(72)【発明者】

【氏名】ハリントン， マシュー

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021AB25

4K021BA02

4K021BA17

4K021CA01

4K021CA03

4K021CA15

4K021DB04

4K021DB46

5H126AA15

5H126AA22

5H126AA23

5H126AA25

5H126AA28

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE11

5H126GG02

5H126GG11

5H126JJ03

(57)【要約】

ベースプレート３０８及びトッププレート３０３を備える電気化学セルアセンブリ１４００に関する。これは、ベースプレートとトッププレートとの間に、平面セルユニット３０６のスタック及び少なくとも１つの電気エンドプレート１４０２、１４０７が圧縮状態で配置されている。電気エンドプレートは、それぞれ異なる材料から形成された第１の層１４１６、１４１９と第２の層１４１７、１４２０とが単一の導体を形成するように互いに永久的に接続された２層構造を備える。電気エンドプレートの第１の層１４１６、１４１９は、セルアセンブリの外側電気端子３０１、５０５に電気的に接続され、電気エンドプレートの第２の層１４１７、１４２０は、第１の導電性セラミック層１４１８、１８２４が接合された外向きの側を有し、外向きの側は、隣り合うセルユニット３０６と面同士で当接して電気接触している。
【選択図】 図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースプレートと、トッププレートとを備える電気化学セルアセンブリであって、
前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック及び少なくとも１つの電気エンドプレートが圧縮状態で配置され、
前記電気エンドプレートが、それぞれ異なる材料から形成された第１の層と第２の層とが単一の導体を形成するように互いに永久的に接続された２層構造を備え、
前記電気エンドプレートの前記第１の層が、前記セルアセンブリの外側電気端子に電気的に接続され、
前記電気エンドプレートの前記第２の層が、第１の導電性セラミック層が接合された外向きの側を有し、前記第１の導電性セラミック層が、隣り合うセルユニットと面同士で当接して電気的に接触している、電気化学セルアセンブリ。

【請求項2】

前記隣り合うセルユニットが、前記電気エンドプレートの前記第１の導電性セラミック層と面同士で当接する前記側に接合された第２の導電性セラミック層を有し、前記第１の導電性セラミック層及び前記第２の導電性セラミック層が同じ材料から作られている、請求項１に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項3】

前記電気エンドプレートの前記第１の導電性セラミック層が、前記少なくとも１つの電気エンドプレートと前記隣り合うセルユニットとの間の間隔が前記スタックの残りのセルユニット間の間隔と同じであるように選択された厚さを有する、請求項１又は２に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項4】

前記スタックが、電気化学的に活性なセルユニットを備え、前記セルユニットのそれぞれが、セパレータプレートとセル支持金属基板プレートとを備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項5】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、前記セパレータプレートと同じ材料から作られている、請求項４に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項6】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、セパレータプレートと本質的に同じ構成を有する、請求項４又は５に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項7】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、前記隣り合うセルユニットに当接するように外向きに延在する一連の突起を有する３Ｄ（３次元）輪郭構造を有し、前記第１の導電性セラミック層が、前記突起を覆って、不連続層として前記突起に接合されて延在している、請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項8】

前記第１の導電性セラミック層が、前記第１の導電性セラミック層と面同士で当接する前記隣り合うセルユニットの金属基板プレートに接合された第２の導電性セラミック層と同じ材料から作られている、請求項５～７のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項9】

前記隣り合うセルユニットが電気化学的に活性であり、前記第２の導電性セラミック層が、前記隣り合うセルユニットの前記金属基板プレートに接合された電気化学的に活性なセル層の最も外側の電極層を備える、請求項８に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項10】

前記隣り合うセルユニットが電気化学的に不活性であり、前記第２の導電性セラミック層が、前記隣り合うセルユニットの前記金属基板プレートに接合された電極材料層である、請求項８に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項11】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、前記セル支持金属基板プレートと同じ材料から作られている、請求項４に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項12】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、前記セル支持金属基板プレートと本質的に同じ構成を有する、請求項４又は１１に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項13】

前記電気エンドプレートの前記第２の層が、連続層を備える前記第１の導電性セラミック層が接合された平坦な外向きの側を有する、請求項１～４又は１１～１２のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項14】

前記第１の導電性セラミック層が、前記第１の導電性セラミック層と面同士で当接する前記隣り合うセルユニットのセパレータプレートに接合された第２の導電性セラミック層と同じ材料から作られている、請求項４又は１１～１３のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項15】

請求項５～１０のいずれか一項に規定された、前記スタックの一端にある第１の電気エンドプレートと、請求項１１～１４のいずれか一項に規定された、前記スタックの他端にある第２の電気エンドプレートとの両方を備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項16】

ベースプレートと、トッププレートとを備える電気化学セルアセンブリであって、
前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック、並びに少なくとも１つのプラスの電気エンドプレート及び少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートが、前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に作用する圧縮手段によって圧縮状態で配置され、
前記電気エンドプレートの少なくとも１つが、電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触しており、前記電気スタッドが、前記少なくとも１つの電気エンドプレートのベース部分から延在し、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの１つの開口を通って電気端子を形成し、
前記圧縮手段により、前記ベース部分と、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちのそれぞれ１つとの間で流体シールが維持され、その結果、前記開口を通る流体の損失が防止される、電気化学セルアセンブリ。

【請求項17】

前記ベースプレート及び前記トッププレートのそれぞれが、平面セルユニットの前記スタックのそれぞれの端部と、前記ベースプレート及び前記トッププレートそれぞれとの間に設けられた絶縁層によって、平面セルユニットの前記スタックからそれぞれ電気的に絶縁されている、請求項１６に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項18】

プラスの電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートであって、前記プラスの電気スタッドが、前記少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートのベース部分から延在し、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの１つの第１の開口を通ってプラスの電気端子を形成する、少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートと、
マイナスの電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートであって、前記マイナスの電気スタッドが、前記少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートのベース部分から延在し、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの１つの第２の開口を通ってマイナスの電気端子を形成する、少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートと
を備える、請求項１６又は１７に記載の電気化学セルアセンブリであって、
前記圧縮手段により、各ベース部分と前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちのそれぞれ１つとの間で流体シールが維持され、その結果、それぞれの各開口を通る流体の損失が防止される、電気化学セルアセンブリ。

【請求項19】

前記プラスの電気スタッドが、前記トッププレート及び前記ベースプレートのうちの一方の前記第１の開口を通り、前記マイナスの電気スタッドが、前記トッププレート及び前記ベースプレートのうちの他方である前記第２の開口を通る、請求項１８に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項20】

前記プラスの電気スタッド及び前記マイナスの電気スタッドが両方とも、前記ベースプレート又は前記トッププレートのいずれかのそれらのそれぞれの第１の開口及び第２の開口を通る、請求項１８に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項21】

前記プラスの電気スタッド及び前記マイナスの電気スタッドのうちの１つが、バスバーによってそのスタッドと同じ極性の追加の電気エンドプレートに電気的に接続され、任意選択で、バスバーへの前記接続が、前記バスバー及び前記接続された電気エンドプレートよりも可撓性のある少なくとも１つのタブを介している、請求項２０に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項22】

平面セルユニットの前記スタックのセルユニットが、少なくとも１つのポートを備え、前記それぞれのポートの位置が合って、前記スタックを通って延在するそれぞれの内部マニホールドを形成するように互いに積み重ねられ、そのそれぞれの開口を通って延在する前記電気スタッドもまた、前記それぞれの内部マニホールドと位置が合い、その結果、前記それぞれの内部マニホールドをシールするように前記圧縮手段によって及ぼされる圧縮力がまた、前記それぞれの開口をシールするように作用する、請求項１６～２１のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項23】

前記それぞれの電気エンドプレートの前記ベース部分が、前記それぞれの内部マニホールドを横切るように延在してそれを塞ぐ、請求項２２に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項24】

前記スタックを通って延在する第１及び第２のそれぞれの内部マニホールドと、
前記マイナスの電気エンドプレートと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触し、前記第１のそれぞれの内部マニホールドと位置合わせされたマイナスの電気スタッドと、
前記プラスの電気エンドプレートと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触し、前記第２のそれぞれの内部マニホールドと位置合わせされたプラスの電気スタッドと
を備える、請求項２２又は２３に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項25】

前記マイナスの電気スタッド及び前記プラスの電気スタッドが両方とも、前記ベースプレート又は前記トッププレートのうちのいずれかのそれらのそれぞれの開口を通り、前記マイナスの電気スタッド及び前記プラスの電気スタッドのうちの１つが、バスバーによって追加の電気エンドプレートに電気的に接続されている、請求項２４に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項26】

前記第１の内部マニホールド及び前記第２の内部マニホールドを備える第１の流体容積部が、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの別のものの流体入口開口及び流体出口開口によってそれぞれ供給及び排出される、請求項２５に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項27】

前記マイナスの電気スタッド及び前記プラスの電気スタッドが両方とも、前記ベースプレート又は前記トッププレートのいずれかのそれらのそれぞれの開口を通り、前記電気スタッドの一方がまた、他方のスタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している前記電気エンドプレートに設けられた開口を通る、請求項２４に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項28】

前記プラスの電気エンドプレート及び前記マイナスの電気エンドプレートのうちの少なくとも１つが、前記スタック内の第１の流体容積部と第２の流体容積部とを隔てる、請求項１６～２７のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項29】

前記圧縮手段が、前記ベースプレートと前記トッププレートとの間で張力をかけた状態で取り付けられたスカートを備え、前記スカートが、少なくとも平面セルユニットの前記スタックを囲む、請求項１６～２８のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項30】

ベースプレートと、トッププレートとを備える電気化学セルアセンブリであって、
前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック、並びに少なくとも１つのプラスの電気エンドプレート及び少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートが、前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に作用する圧縮手段によって圧縮状態で配置され、
少なくとも１つの電気エンドプレートが、スタッドのベース部分から延在する電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触し、
前記電気スタッドが、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの１つの開口を通って電気端子を形成し、
前記セルユニットのそれぞれが、少なくとも１つのポートを備え、前記セルユニットが、前記それぞれのポートの位置が合って、前記スタックを通って延在するそれぞれの内部マニホールドを形成するように互いに積み重ねられ、
前記それぞれの開口を通って延在する前記電気スタッドもまた、前記それぞれの内部マニホールドと位置が合い、その結果、前記それぞれの内部マニホールドをシールするように前記圧縮手段によって及ぼされる圧縮力がまた、前記開口をシールするように作用する、電気化学セルアセンブリ。

【請求項31】

前記外側電気端子の一部分が、前記ベースプレート及び前記トッププレートのうちの１つの開口を通って延在して、前記電気エンドプレートの前記第１の層に電気的に接続し、任意選択で、前記電気エンドプレートが、請求項１６～３０のいずれか一項に記載したようなものである、請求項１～１５のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【請求項32】

前記電気化学セルが、平面の固体酸化物形燃料電池ユニット又は固体酸化物形電解セルユニットを備える、請求項１～３１のいずれか一項に記載の電気化学セルアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学セルスタック、特に燃料電池スタック及び電解セルスタックに関し、また、それらの電気エンドプレートの設計に関する。本発明のセルスタックとしては、固体酸化物、高分子電解質膜、及び溶融炭酸塩のセルが含まれる。本発明は、より詳細には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）スタック及び固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ ｃｅｌｌ）スタックに関し、これらは、金属支持固体酸化物形燃料電池（ＭＳ－ＳＯＦＣ：ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）又は金属支持固体酸化物形電解セルスタック（ＭＳ－ＳＯＥＣ：ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ ｃｅｌｌ）を含んでもよい。

【背景技術】

【0002】

いくつかの燃料電池ユニットは、燃料を酸化させて電気を生成する電気化学的変換プロセスを用いることによって電気を生成することができる。いくつか燃料電池ユニットは、その代わりに、例えば、水から水素と酸素、又は二酸化炭素から一酸化炭素と酸素を分離するために、電解燃料電池ユニットとしてしばしば知られる再生燃料電池（又は可逆燃料電池）ユニットとして動作することもできる。これらは、管状又は平面状の構成の場合がある。平面状の燃料電池ユニットは、個々の燃料電池ユニットが電気的に直列に配置されたスタック構成で、例えば、１００～２００個の燃料電池ユニットをスタックにして、互いに積み重ねて配置される場合がある。

【0003】

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、マイナスの酸素イオンをカソードから電解質の反対がわに配置されたアノードへ導く固体酸化物電解質に基づいて電気を生成する。このため、燃料又は改質燃料はアノード（燃料極）に接触し、空気又は酸素富化流体などの酸化剤はカソード（空気極）に接触する。従来のセラミック支持（例えば、アノード支持）ＳＯＦＣは、機械的強度が低く、破損しやすい。したがって、近年、金属基板上に支持された活性燃料電池構成部品層を有する金属支持ＳＯＦＣが開発されている。これらのセルでは、セラミック層は電気化学的機能を果たすだけなので、非常に薄くすることができる。すなわち、セラミック層は自立しておらず、むしろ、金属基板上に敷かれ、金属基板によって支持された薄いコーティング／フィルムである。このような金属支持ＳＯＦＣスタックは、セラミック支持ＳＯＦＣよりも頑丈で、低コストで、熱特性に優れ、従来の金属溶接技術を用いて製造することができる。

【0004】

固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）は、ＳＯＦＣと同じ構造を有してもよいが、本質的には、ＳＯＦＣを逆に、すなわち再生モードで動作させ、電気エネルギーの入力、及び固体酸化物電解質の使用によって、水及び／又は二酸化炭素の電気分解を行って、水素ガス及び／又は一酸化炭素と酸素とを生成するものである。

【0005】

本発明は、繰り返し電気化学セルユニットのスタックを対象とし、それらの電気エンドプレート（電力取出又は送出）の設計に関する。したがって、これは、例えば、固体酸化物電解質、高分子電解質膜、又は溶融電解質に基づく様々なタイプの燃料電池及び電解セルに適用可能である。便宜上、「セルユニット」は、燃料電池ユニット又は電解セルユニットを含む「電気化学セルユニット」を指すために使用される。

【0006】

燃料電池によって生成される（又は電解セルへ入力される）電気エネルギーは、セルユニットのスタックを通って伝達され、（反対の電気極性の）２つの電気スタッド、及びスタッドとスタックの端部との間を電気的に接触させる関連する電気エンドプレートを使用してスタックから（又はスタックへ）伝達することができる。電気スタッド及び電気エンドプレートは、プラスとマイナスの「電力取出部」と呼ばれることもあるが、この用語は、（燃料電池の場合のように）電力が取り出されるか、（電解セルの場合のように）電力が送出されるかにかかわらず、便宜上使用される。

【0007】

スタックは、典型的には、容器内に入れられて流体容積部を形成し、以て、スタック内で使用する、又はスタックから排出する流体（燃料又は空気、及び／又は排出ガス）のうちの１つを保持する。電気スタッドは、典型的には、スタックと、スタックの外部の負荷又は電源との間で電気エネルギーを伝達することができるようにするために、容器内を通る（電気スタッド又はボルトは、外部との接続のために容器の開口を通り、容器の外部のスタッドの（遠位）部分は端子を形成してもよい）。容器によって囲まれる流体容積部を完全な状態に維持するために、典型的には、電力取出部と容器との間で流体シールを維持することが必要である。セルスタックが４５０～６５０℃の範囲で動作する（例えば、中温固体酸化物形燃料電池ＩＴ－ＳＯＦＣ（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ））燃料電池（例えばＳＯＦＣ）システムを動作させると、流体シールを維持しながらスタックへ／スタックから電気エネルギーを伝達する際に、一連の困難な技術問題が生じる。

【0008】

特開平０５－３２６０００号公報は、自己支持する電気化学的に活性な燃料電池層を有する燃料電池スタックに関するものである。集電プレートは、燃料電池スタックの各端部に配置され、電気エンドプレートとして機能する。集電プレートは、金属プレート（ＳＵＳ３１０）上にアンダーコート及び薄く重ねたセラミックを有する。アンダーコート及びセラミックは、溶射によって金属プレート上に積層される。特開平０５－３２６０００号公報は、いかなる電気スタッドも開示しておらず、スタック及び集電プレートが入った容器が存在するかどうかも開示していない。したがって、特開平０５－３２６０００号公報は、電力取出部と容器との間の流体シールを維持しながら、スタックから電気エネルギーを伝達する方法については説明していない。

【0009】

米国特許出願公開第２０１６／１０２４１０号は、エンドプレートと、自己支持ＭＥＡセルユニットを備えるスタックとの間に配置されたスタックカバープレートを有する燃料電池システムに関する。スタックカバープレートは、両方ともステンレス鋼から形成された、接触プレートとセパレータハーフプレートの２層構造を有する。接触プレートは、プラスチックのエンドプレートを通過する導体を備えて、スタックとシステムの外部との間を接続する。エンドプレート及びスタックカバープレートはまた、ガス又は冷却剤を送出するためのチャネルを備える。エンドプレートのリング状の凹部がチャネルを取り囲み、その中にシールリングが設けられる。圧縮されていない状態では、シールリングはエンドプレートから突出する。エンドプレートと接触プレートが互いに接触するようにシールリングを圧縮するために積層方向に圧縮する。

【0010】

図１は、米国特許出願公開第２００１／００４６６１９号から引用している。図１は、ハウジング２３内に入れられた燃料電池スタック２０を示す。内部入口マニホールド６は燃料流４の送出を行い、内部出口マニホールド７は燃料流４の除去を行う。外部マニホールド９は、入口チャンバ４１への酸化剤流３の送出を行い、外部マニホールド８は、出口チャンバ３３からの酸化剤流３の除去を行う。燃料電池スタック２０のマイナス極３０、すなわちアノード端は、絶縁スペーサ３１によってハウジング２３から隔てられている。電力取出端子３２は、燃料電池スタック３０の下から延在し、ハウジング２３の出口チャンバ３３内に延在する。導電性バスバー３４は、ハウジング２３の外側に電力取出端子３２に隣り合って配置される。絶縁スペーサ３５は、バスバー３４とハウジング２３との間に配置される。導電性締結具３６は、ハウジング２３に形成された開口３７を通って電力取出端子３２をバスバー３４に接続する。絶縁スペーサ３８は、ハウジング２３を貫通して延在する開口３７の表面から締結具３６を絶縁する。燃料電池スタック２０のプラス極２１、すなわちカソード端は、ハウジング２３と密接に電気的に接触している。導電性バスバー３９は、ハウジング２３の外側に配置され、導電性締結具４０によってハウジング２３に取り付けられている。燃料電池スタック２０内で生成された電気は、燃料電池スタック２０のマイナス極３０から電力取出端子３２及びバスバー３４を通って外部の電気回路に流れ、電気器具又は電気機械に電力を供給することができる。電流は、バスバー３９及びハウジング２３を通って、燃料電池スタック２０のプラス極２１に戻ることができる。

【0011】

米国特許出願公開第２００１／００４６６１９号では、導電性締結具３６、４０は、ハウジング２３をシールするために（したがって、チャンバ３３内の流体容積部を維持するために）張力を受けており、例えばセラミックプレートなどの絶縁スペーサ３８によってシールを維持することができる。

【0012】

図２は、国際公開第２００７／００１１８９号から引用している。図２は、壁４５、並びに第１のエンドプレート４２及び第２のエンドプレート４８を備えるハウジングを示す図である。燃料電池スタック３は、エンドプレート４２とエンドプレート４８との間で圧縮される。エンドプレート４２は、電気エンドプレートとしても機能し、電気エンドボルト５０に接続される。セルスタック４３は、前記電気エンドプレート４２と第２の電気エンドプレート４６との間に配置される。電気エンドプレート４６は、電気ボルト５１に接続され、ハウジング内に挿入され、ハウジングから電気的に絶縁される。この絶縁は、ボルト５１とエンドプレート４８との間の絶縁リング４９、及び電気絶縁性の弾性パッド４７によって達成される。弾性パッド４７は、電気エンドプレート４６とエンドプレート４８との間に配置される。ボルト５０及び５１は、国際公開第２００７／００１１８９号に「電気ボルト」であると記述されており、したがって、スタック４３からの電力取出部として機能する。弾性パッド４７は、電気ボルト５１の周りをシールし、電気エンドプレート４６をハウジング（エンドプレート４８及び壁４５を含む）から絶縁する。電気ボルト５０は、エンドプレート４２、壁４５、及びエンドプレート４８と電気的に接触している電力取出部である。（ボルト４２１とは反対の極性の、したがって４２、４５、４８とも反対の極性の）電気ボルト５１間の電位差は、セルスタック４３の両端間の電位差と等しい。したがって、エンドプレート４８と電気ボルト５１との間で電気火花及び短絡が生じる可能性が高い。

【0013】

国際公開第２００７／００１１８９号では、空間４４は「空きスペース」として記述されている。国際公開第２００７／００１１８９号では、スタック４３がどのように圧縮されるのか、燃料と酸化剤（及びそれぞれの排出）の容積部がどのように分離されるのか、それらの容積部が外部コネクタとどのように連通しているのかについては説明されていない。

【0014】

米国特許出願公開第２００１／００４６６１９号の構成では、シールを維持し、以て、流体容積部を画定するために、電力取出用のサブアセンブリは張力がかけられている。中温固体酸化物形燃料電池を含む電気化学セルは、比較的高温で動作し、そのような温度でシールを維持するために、典型的には、セラミックシールを必要とし、これは、効果的にするためには、それ自体高い圧縮荷重を必要とする。このような環境で高い圧縮荷重を維持することは困難であり、張力を受ける構成品は、クリープに耐えるためにインコネルなどの高価な材料から製造される必要がある。このような部品がクリープすると圧縮荷重が減少し、シール性が失われることによって電気化学セルシステムの故障につながる（構成部品間のシールに必要な最小限の圧縮力よりも圧縮力が減少することによるか、又はクリープを受けた構成部品が壊滅的に損傷することによるか、どちらかによる）。同様の欠点は、国際公開第２００７／００１１８９号に記述された電気化学セルに対しても明らかである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、従来技術の欠点の少なくとも１つに対処し、それを克服し、又は軽減しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

第１の態様では、
ベースプレート及びトッププレートを備える電気化学セルアセンブリが提供され、ベースプレートとトッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック、並びに少なくとも１つのプラスの電気エンドプレート及び少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートが、ベースプレートとトッププレートとの間に作用する圧縮手段によって圧縮状態で配置され、
電気エンドプレートの少なくとも１つは、電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触しており、電気スタッドは、少なくとも１つの電気エンドプレートのベース部分から延在し、ベースプレート及びトッププレートのうちの１つの開口を通って電気端子を形成し、
本圧縮手段により、ベース部分と、ベースプレート及びトッププレートのそれぞれ１つとの間で流体シールが維持され、その結果、開口を通る流体の損失が防止される。

【0017】

アクセスしやすくするために電気端子を電気化学セルアセンブリの外側に配置するには、アセンブリに開口が必要である。しかしながら、アセンブリ内から流体が開口を通して失われてはいけない。開口をシールするための従来技術の解決策は、しばしばクリープを受けて、シールを弱め、システムの故障につながる。特許請求の範囲の電気化学セルアセンブリは、平面セルユニットのスタックの圧縮を維持するために使用される圧縮手段を使用して、（ベース部分への圧縮手段の作用によって）開口をシールすることが有利である。

【0018】

電気エンドプレートとそれぞれの電気スタッドは、溶接によって接続される別々の構成部品であることが好ましい。これに代えて、電気エンドプレート及びそれぞれの電気スタッドは一体であってもよいし、電気エンドプレートを完全には貫通しない電気エンドプレートのねじ付き凹部に電気スタッドをねじ込むことによって接続される別々の構成部品であってもよい（後者の場合、電気スタッドはその位置で溶接されてもよい）。スタッドと電気エンドプレートが一緒に接合される別々の構成部品である場合、ベース部分はいずれかの構成部品の一部であってもよい。

【0019】

トッププレート及びベースプレートは、スタックの外側に配置されるプレートを指し、それらの間に圧縮を加えるために使用される。「トッププレート」及び「ベースプレート」という名称は、便宜上使用されているだけで、これらは入れ替えてもよく、アセンブリの向きを限定するものとして解釈すべきではない。圧縮手段は、例えば、圧縮プレート又はスカートとして、これらのプレートの間に（例えば、張力をかけた状態で）接続されてもよく（すなわち、その内側に配置されてもよく）、又は、圧縮手段は、これらのプレートを互いの方へ締める及び圧縮する従来の圧縮ボルト及び締結具を含んでもよい。

【0020】

プラスの電気エンドプレートとマイナスの電気エンドプレートは、平面セルユニットのスタックの反対がわの端部と電気的に接触していてもよい。電気スタッドは、それぞれの電気エンドプレートと電気的に接触していてもよい。プラス及びマイナスの電気エンドプレートのそれぞれと電気的に接触している１つ以上の電気スタッドが存在してもよい。（電気エンドプレートから離れる）スタッドの遠位端は、電気端子と呼ばれることがあり、端子は、スタッド（以て、スタック）が外部接続する箇所である。電気スタッドは、電気化学セルアセンブリが燃料電池として動作するときには、平面セルユニットのスタックから電力を伝達するための電力取出スタッドと呼ばれることがある。電気スタッドは、電気化学セルアセンブリが電解セルとして動作するときには、平面セルユニットのスタックに電力を伝達するための電力供給スタッドと呼ばれることがある。いくつかの場合には、プラス及びマイナスの電気エンドプレートは、それぞれエンドポール及びモノポールと呼ばれることもある。

【0021】

ベースプレート及び／又はトッププレートの開口は、ベースプレート又はトッププレートを完全に貫通する孔又は開口であってもよく、任意の断面であってもよい。開口は、電気スタッドがベースプレート又はトッププレートの一方の側から他方の側まで通過するのに十分な大きさの開口である。電気スタッドは、ベースプレート及び／又はトッププレートの開口を通って、平面セルユニットのスタックに外部（スタック、及びベースプレート及びトッププレートによって少なくとも一部が形成されたそのエンクロージャに対して外部の）の電気接続部を提供する。

【0022】

本圧縮手段は、電気化学セルアセンブリの製造時に加えられたベースプレートとトッププレートとの間の圧縮（すなわち、圧縮力）を維持することができる。圧縮により、スタックの平面セルユニット（繰り返しユニットとも呼ばれる）のそれぞれの間、電気エンドプレートと隣り合う平面セルユニットとの間の電気接触が良好になり、ベースプレートとトッププレートとの間の流体シールにおける圧縮が維持される。シールはガスケットによって形成されてもよく、例えば、ガスケットは、スタックの長さに沿って（すなわち、積み重ね方向に）セルユニットと交互に配置され、ガスケットは、各セルユニット内の流体容積部に流体を送出するための内部マニホールドをシールし、以て、第１の流体容積部と第２の流体容積部（例えば燃料容積部と酸化剤容積部）とを隔てる。

【0023】

電気エンドプレートの一方又は両方と、ベースプレート及びトッププレートのそれぞれとの間の流体シールは、圧縮手段によって維持される。これはまた、ベースプレート及び／又はトッププレートの開口が、（電気スタッドが開口を通ることを可能にしながら）圧縮手段によってシールされることも意味する。これは、電気スタッドが通る開口のシールを電気スタッド自体が維持する必要がないことを意味する。言い換えれば、電気スタッドはそれ自体が締結具又はボルトではなく、開口のシールを維持するために張力を受ける必要がない。燃料電池又は電解セルの環境で張力を受ける構成部品は、動作条件の範囲（例えば、約２０℃の大気温度から、それよりはるかに高温の少なくとも４００℃の動作温度までの温度範囲）にわたってクリープに耐えるために、通常、高価な耐クリープ性材料から製造しなければならないので、張力を受ける構成部品の数を減らすことは有利である。張力を受けるいかなる構成部品も、広い温度範囲にわたって適切なシール力を提供すべきであるが、セルユニットの寿命期間中、多くの熱サイクルにわたってもシール力を提供するべきであり、シールがなくなると、電気化学セルシステムの故障を引き起こす可能性がある。インコネルは、そのような耐クリープ性材料の１つである。しかしながら、電気スタッドが通る開口をシールするために本圧縮手段を使用することは、電気スタッドの関連部品が張力を受ける必要がないことを意味し、以て、クリープ問題が除去され、電気スタッドが耐クリープ性材料から製造される必要がなく、その代わりに、その材料は、その電気特性によって選択することができることを意味する。

【0024】

さらに、電気スタッドは、温度の変化とともに（電気スタッドが通るベースプレート又はトッププレートに対して）自由に膨張及び収縮することができる。したがって、電気スタッド（及び関連の構成部品、例えば電気エンドプレート）の熱膨張は、ベースプレート及び／又はトッププレートの開口のシールには必ずしも影響を与えない。（ベースプレート及び／又はトッププレートとそれぞれの電気エンドプレートとの間の）ベースプレート及び／又はトッププレートの開口のシールは、開口を通るガスがアセンブリから漏れることを防止する（このガスは、典型的には、例えば酸化剤用の第２の流体容積部のガス、内部マニホールド、及びセルユニットの支持プレートとセパレータプレートとの間の容積部を含む、例えば燃料用の第１の流体容積部のガスを含む）。ガスケットは、電気エンドプレートと、それぞれのベースプレート又はトッププレートとの間に配置されて、それらの間のシールを維持することができる。

【0025】

ベースプレート及びトッププレートのそれぞれは、平面セルユニットのスタックのそれぞれの端部と、ベースプレート及びトッププレートそれぞれとの間に設けられたそれぞれの絶縁層（複数の場合あり）によって、平面セルユニットのスタックからそれぞれ電気的に絶縁されている（したがって、平面セルユニットのスタックのいずれかの端部と同じ電位にはない）ことが好ましい。したがって、本圧縮手段はまた、絶縁プレートに作用する。この好ましい場合では、ベースプレート、トッププレート、及び圧縮手段は、平面セルユニットのスタックのいずれの端部とも同じ電位になく、したがって、電気スタッド（複数の場合あり）と同じ電位にない。言い換えれば、電気スタッド（複数の場合あり）はベースプレート、トッププレート、及び圧縮手段と電気的に接触していないので、それらの電位は電気スタッド（複数の場合あり）に対して浮遊状態にある。したがって、電気スタッドがベースプレート又はトッププレートを通る場合、電気スタッドとベースプレート又はトッププレートとの間の電位差は比較的低い場合があり（これは、それらの間の隙間が小さい場合でも、それらの間の電位勾配は低いことを意味する）、したがって電気スタッド（複数の場合あり）とベースプレート及び／又はトッププレートとの間での短絡の危険性は最小限となる。

【0026】

一例では、電気スタッドは、ベースプレート又はトッププレートの開口との間に空隙を有して、ベースプレート又はトッププレートの開口を通る。したがって、電気スタッドはベースプレート又はトッププレートと電気的に連通していない。言い換えれば、ベースプレート及び／又はトッププレートは、スタック及び電気スタッドと同じ電位になく、電気スタッド（複数の場合あり）に対して浮遊電位にある。

【0027】

代替の例では、電気スタッドは、ベースプレート又はトッププレートの開口との間に電気絶縁性のスリーブを有して、ベースプレート又はトッププレートの開口を通る。スリーブ（カラーと呼ばれることもある）は、マイカ又はセラミック材料から製造されてもよい。

【0028】

電気絶縁シートは、マイカ又はセラミック材料であってもよく、これは、電気エンドプレートとそれぞれのベースプレート又はトッププレートとの間の電気的な絶縁を改善する。電気エンドプレートと電気絶縁シートとの間、及び電気絶縁シートとベースプレート及び／又はトッププレートとの間には、アセンブリの他の場所で使用されるのと同じタイプのガスケットが配置されてもよい。ガスケットは、それぞれのプレート／シートの間に良好な流体シールを形成する。アセンブリ全体で同じタイプ（例えば、厚さ、平面寸法、及び材料）のガスケットを使用すること（すなわち、平面セルユニットのスタックと電気エンドプレートとの間、及び電気エンドプレートとそれぞれのベースプレート又はトッププレートとの間に同じタイプのガスケットを使用すること）は、部品点数を減らし、以て、コストを下げ、アセンブリを通して圧縮を一貫して伝達することを確実にする。ガスケットは、予め形成されたガスケットであってもよいし、インサイチュ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）で形成されてもよい。ガスケットは、適切な流体シールを提供し、且つ電気化学セルアセンブリの温度環境及び化学環境に耐えることができる（そして、ガスケットの劣化によってセルユニットのスタックを汚染しない）適切な非導電性の材料で形成することができる。追従性のある材料は、平行度、表面仕上げ、及び表面間の間隔が変わる表面（例えば、それぞれのプレートの表面）に容易に適合し、それらに対してシールすることができるので、ガスケットは、追従性（例えば、可撓性及び圧縮性）をもたせて、いくつかの場合には、圧縮力に対する要件を下げた良好なシールを提供することが好ましい。ガスケットは、マイカガスケットであってもよい。ガスケットは、追従性があり比較的安価なバーミキュライトガスケットであることがより好ましい。本アセンブリは、電気スタッドの外側端部を取り囲み、ベースプレート又はトッププレートの外面に接触する電気絶縁座金をさらに備えてもよい。座金は、マイカ又はセラミック材料から製造されてもよい。外部接続手段（例えば、ねじ部分）は、電気ボルトの外部端部の一部を形成して、（燃料電池として動作させる場合に）アセンブリに負荷を接続する、又は（電解セルとして動作させる場合に）アセンブリに電力を供給することができる。カラー及び／又は座金は、（例えば、アセンブリの取り扱い時、又は電気スタッドへの外部接続時に）電気スタッドに機械的安定性を提供することができ、いかなる異物が開口を通ってアセンブリへ侵入することも防止することができる。

【0029】

本アセンブリは、プラスの電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートであって、プラスの電気スタッドが、少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートのベース部分から延在し、ベースプレート及びトッププレートのうちの１つの第１の開口を通ってプラスの電気端子を形成する、少なくとも１つのプラスの電気エンドプレートと、マイナスの電気スタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートであって、マイナスの電気スタッドが、少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートのベース部分から延在し、ベースプレート及びトッププレートのうちの１つの第２の開口を通ってマイナスの電気端子を形成する、少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートとを備え、圧縮手段により、各ベース部分とベースプレート及びトッププレートのうちのそれぞれの１つとの間で流体シールが維持され、その結果、それぞれの各開口を通る流体の損失が防止されることが好ましい。

【0030】

この好ましい場合では、プラス及びマイナスの電気スタッドの両方は、ベースプレート及びトッププレートのうちの一方又は他方の開口を通る。

【0031】

プラスの電気スタッドは、トッププレート及びベースプレートのうちの一方の第１の開口を通り、マイナスの電気スタッドは、トッププレート及びベースプレートのうちの他方である第２の開口を通ることが好ましい。この場合、プラスの電気スタッドとマイナスの電気スタッドは、アセンブリの反対がわの端部に配置される。この場合、繰り返しユニットは、アセンブリ内（例えば、ベースプレート、トッププレート、及びスカートの範囲内、又は、装置のフードの範囲内）の容積のより大きな割合を占めることができ（平面面積に関して、例えば、バスバーがないことによる）、したがって、より高い電力密度を提供する。

【0032】

これに代えて、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドは両方とも、ベースプレート又はトッププレートのいずれかのそれらのそれぞれの第１の開口及び第２の開口を通る。プラス及びマイナスの電気スタッドの両方が、スタックの同じ端部に配置されることが好都合であり、それによりアセンブリの電気的接続及び設置が便利になる。この場合、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドのうちの１つは、バスバーによってそのスタッドと同じ極性の追加の電気エンドプレートに電気的に接続されてもよい。これにより、アセンブリの電気的接続が便利になる。任意選択で、バスバーへの接続は、バスバー及び接続された電気エンドプレートよりも可撓性のある少なくとも１つのタブを介する。タブの可撓性は、バスバーと平面セルユニットのスタックとの間の熱膨張差を受け持つ。タブは、バスバー、並びに／或いは電気エンドプレート及び追加の電気エンドプレートと同じ材料から製造されてもよく、その場合、その可撓性は、これらの構成部品よりも薄くすることによって増大する。これに代えて、バスバーは、（例えば、より薄くすることによって）タブ、並びに電気エンドプレート及び追加の電気エンドプレートよりも可撓性をもたせ、その結果、バスバーは、バスバーと平面セルユニットのスタックとの間の熱膨張差を受け持つように撓む。

【0033】

平面セルユニットのスタックのセルユニットは、少なくとも１つのポートを備え、それぞれのポートの位置が合って、スタックを通って延在するそれぞれの内部マニホールドを形成するように互いに積み重ねられ、そのそれぞれの開口を通って延在する電気スタッドもまた、それぞれの内部マニホールドと位置が合い、その結果、それぞれの内部マニホールドをシールするように圧縮手段によって及ぼされる圧縮力はまた、それぞれの開口をシールするように作用することが好ましい。内部マニホールドは、セルユニットによって画定される平面視領域内にある。いくつかの場合には、内部マニホールドはチムニーと呼ばれることがある。内部マニホールドは、セルユニット間の流体連通を可能にする。各セルユニット及び内部マニホールドの内部容積部は、第１の流体容積部を形成することができる。燃料電池の用途では、第１の流体容積部は燃料容積部であってもよい。第１の流体容積部への供給のための第１の内部マニホールドと、第１の流体容積部からの排出のための第２の内部マニホールドとの２つの内部マニホールドが設けられてもよい。ベースプレート及び／又はトッププレートは、セルユニットのポート（複数の場合あり）に対応する（例えば、それと位置合わせされた）ポート（複数の場合あり）を備えてもよく、それらは内部マニホールド（複数の場合あり）の一部を形成し（すなわち、第１の流体容積部の内部マニホールド化）、第１の流体容積部への供給及び／又は第１の流体容積部からの排出を可能にする。２つ以上の、例えば、内部入口マニホールド、又は、実際、２つ以上の内部出口マニホールドが存在してもよい。

【0034】

それぞれの電気エンドプレートのベース部分は、それぞれの内部マニホールドを横切るように延在してそれを塞ぐ（すなわち、それぞれの内部マニホールドを塞ぐ）ことが好ましい。電気エンドプレートのベース部分は、内部マニホールド内のシールに関連する高い圧縮力が、有利にも開口をシールするために使用されるように、それぞれの内部マニホールドを塞いで流体的にシールすることができる。プラス及びマイナスの電気エンドプレートは、平面セルユニットと実質的に同じ平面領域を覆うようにスタックの平面領域を横切って延在することができる。これにより、電気エンドプレートは、平面セルユニットの範囲にわたって、平面セルユニットのスタックに圧縮を伝達することができる。言い換えれば、ベース部分は、開口を横切る、及び／又は、開口と位置合わせされた内部マニホールドを横切る流体シールを形成し、この流体シールは、圧縮手段によって及ぼされる圧縮力によって維持される。

【0035】

本アセンブリは、スタックを通って延在する第１及び第２のそれぞれの内部マニホールドと、マイナスの電気エンドプレートと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触し、第１のそれぞれの内部マニホールドと位置合わせされたマイナスの電気スタッドと、プラスの電気エンドプレートと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触し、第２のそれぞれの内部マニホールドと位置合わせされたプラスの電気スタッドとを備えることが好ましい。電気スタッド及び開口は、それぞれの内部マニホールドと部分的に又は完全に位置合わせされてもよく（すなわち、同軸であってもよく）、その結果、電気スタッドは、それぞれの内部マニホールドを塞ぐ電気エンドプレートの領域から開口を通る（実際の開口の幅は、内部マニホールドの幅より大きくても小さくてもよいが、電気スタッドの部分が開口を通るように、内部マニホールドの幅と少なくとも重なる必要がある）。そのように位置合わせされると、圧縮が最大限伝達され、問題となる曲がる力が回避される。特に、電気スタッドは、内部マニホールド、並びにベースプレート及びトッププレートのうちの１つのそれぞれの開口と同軸であることが好ましい（例えば、ベースプレート及び／又はトッププレートの開口は内部マニホールドの連続部であってもよい）。電気絶縁シートはまた、それがある場合、（それぞれの内部マニホールドと部分的又は完全に位置合わせされる（すなわち同軸である）ことによって）それぞれの内部マニホールドの連続部を形成するそれぞれのポートを備える。

【0036】

マイナスの電気スタッド及びプラスの電気スタッドは両方とも、ベースプレート又はトッププレートのうちのいずれかのそれらのそれぞれの開口を通り、マイナスの電気スタッド及びプラスの電気スタッドのうちの１つは、バスバーによって追加の電気エンドプレートに電気的に接続されていることが好ましい。プラス及びマイナスの電気スタッドの両方が、スタックの同じ端部に配置されることが好都合であり、それによりアセンブリの電気的接続及び設置が便利になる。この場合、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドのうちの１つは、バスバーによって、そのスタッドと同じ極性の追加の電気エンドプレートに電気的に接続されてもよい。これにより、アセンブリの電気的接続が便利になる。任意選択で、バスバーへの接続は、この場合も、少なくとも１つのタブを介し、タブ又はバスバーは、上記のようなものであってもよい。

【0037】

この場合、第１の内部マニホールド及び第２の内部マニホールドを備える第１の流体容積部は、ベースプレート及びトッププレートのうちの別のものの流体入口開口及び流体出口開口によってそれぞれ供給及び排出されてもよい。これにより、両方のスタッドがベースプレート及びトッププレートのうちの一方の開口を通り、第１の流体容積部のための入口及び排出の両方がベースプレート及びトッププレートのうちの他方に配置されるため、アセンブリの電気接続及び流体接続が便利になる。一例では、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドのうちの一方は、第１の流体容積部の入口及び出口の内部マニホールドのうちの一方と位置合わせされ、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドのうちの他方は、第１の流体容積部の入口及び出口の内部マニホールドのうちの他方と位置合わせされる。

【0038】

この場合、マイナスの電気スタッド及びプラスの電気スタッドは両方とも、ベースプレート又はトッププレートのいずれかのそれぞれの開口を通ることができ、電気スタッドの一方はまた、他方のスタッドと接続され、又は一体的に形成され、電気的に接触している電気エンドプレートに設けられた開口を通ることもできる。これにより、電気スタッドのうちの１つが通る開口を有する電気エンドプレートは、他の電気エンドプレート及びセルユニットと同じ平面視領域又は範囲を有することができる。これは、両方のマニホールド（及びその連続部）が同じ構成部品から形成され、圧縮が最大限伝達され、問題となる曲がる力が回避されることを意味する。スタッドが通る、電気エンドプレートに設けられた開口は、空隙によってスタッドから隔てられており、また、絶縁材料のカラーによって隔てられてもよい。

【0039】

一例では、プラスの電気スタッド及びマイナスの電気スタッドは両方とも、トッププレートのそれぞれの開口を通ってもよく、マイナスの電気スタッドは、プラスの電気エンドプレートとトッププレートとの間に配置されたマイナスの電気エンドプレートに直接電気的及び機械的に接続され、追加の電気エンドプレートは平面セルユニットのスタックとベースプレートの間に配置され、追加の電気エンドプレートはバスバーによりマイナスの電気エンドプレートに電気的及び機械的に接続されている。この場合、プラスの電気エンドプレートは、スタックのその端部（すなわち、プラスの電気エンドプレートに近位のスタックの端部）で内部マニホールドのすべてを塞ぐことができる。その結果、マイナスの電気エンドプレートは、第１の流体容積部に曝されず、プラスの電気エンドプレートよりも薄くすることができ（同じ材料から製造される場合）、及び／又は、プラスの電気エンドプレートとは異なる材料から製造することができる。電気的に絶縁し流体的にシールするガスケットは、マイナスの電気エンドプレートとプラスの電気エンドプレートとの間に配置されて、その間を電気的に絶縁し、内部マニホールドの連続部をシールすることができる。電気絶縁プレートは、マイナスの電気エンドプレートとプラスの電気エンドプレートとの間に配置されて、その間の電気絶縁を改善することができる。電気絶縁プレートは、マイカ又は電気絶縁性セラミック材料から製造することができる。電気的に絶縁し流体的にシールするガスケットは、各プレート間に配置されてもよい。マイナス及びプラスは便宜上使用されており、プラスの電気エンドプレートは、これに加えて、又はこれに代えて、同様の態様でバスバーを介して追加の電気エンドプレートに接続されてもよい。

【0040】

プラスの電気エンドプレート及びマイナスの電気エンドプレートのうちの少なくとも１つは、スタック内の第１の流体容積部と第２の流体容積部とを隔てることが好ましい。電気エンドプレートは、内部マニホールド（複数の場合あり）によって画定された容積部と、各セルユニットの支持プレートとセパレータとの間の容積部とを含む第１の流体容積部を第２の流体容積部からシールしてもよい。各セルユニットのアノードと流体連通している場合がある第１の流体容積部への供給及びそれからの排出のために、それぞれの内部マニホールドが存在してもよい。第２の流体容積部は、アセンブリを画定するエンクロージャ内の（例えば、トッププレート、ベースプレート、圧縮手段、並びにベースプレート及び／又はトッププレートの開口の周りのシールの中の、及びそれらによって含まれる）残りの容積部を含んでもよい。燃料電池としての動作の場合、第１の流体容積部は典型的には燃料用であり、第２の流体容積部は酸化剤用である。

【0041】

圧縮手段は、ベースプレートとトッププレートとの間で張力をかけた状態で取り付けられたスカートを備え、スカートは少なくとも平面セルユニットのスタックを囲むことが好ましい。

【0042】

スカートはまた、プラス及びマイナスの電気エンドプレート、並びに、バスバー及び追加の電気エンドプレート（ある場合）を囲むことが好ましい。スカートは、フードとも呼ばれることがある。任意選択で、スカートは、第２の流体容積部と呼ばれる気密性の流体容積部、例えば、酸化剤マニホールド容積部を形成する。この場合、スカートは、ベースプレート及びトッププレートの周囲で（例えば、ガスシール溶接によって）ベースプレート及びトッププレートにシール可能に取り付けられる。スカート（圧縮手段）、ベースプレート、及びトッププレートは、スタックから電気的に絶縁されており、これは、スカートを金属から製造することができ、スカートを（例えば、ガスシール溶接によって）ベースプレート及びトッププレートに簡単で便利に取り付けることができることを意味する。電気的に絶縁されていることは、スカートが電気的に活性ではなく、運転中の燃料電池スタックの修理又は保守を行う人、或いはその周りにいる人を両方とも保護するとともに、製品において、簡単に構成部品をアースすることができることを意味する。

【0043】

燃料入口から排出燃料出口までの第１の流体流路、例えば燃料流路は、内部でマニホールド化されることが好ましく、すなわち、第１の流体流路内では、平面セルユニットのスタック内に少なくとも１つの内部マニホールド又はチムニーがあり（例えば、入口チムニー又は出口チムニーが設けられ）、このチムニーは、チムニー自体に設けられたシールが、ＰＴＯ開口をシールするためにも使用されるように、ＰＴＯ開口と位置合わせされることが好ましい。酸化剤入口から排出出口までの第２の流体流路、例えば酸化剤流路は、外部にマニホールド化されてもよく、その経路に、平面セルユニットのスタックの外部にマニホールド化された少なくとも１つの部分を含んでもよい。平面セルユニットのスタックの外部、及び電気化学セルアセンブリの内部でマニホールド化されることがより好ましい。容積部は、ベースプレート、トッププレート、スカート、及び平面セルユニットのスタックの間に画定されることがより好ましい。このような容積部は、第２の流体マニホールド容積部であると考えることができる。

【0044】

いくつかのセルアセンブリでは、酸化剤入口から排出出口までの第２の流体流路、例えば酸化剤流路は、内部的にマニホールド化されてもよく、すなわち、第２の流体流路内では、平面セルユニットのスタック内に少なくとも１つの内部マニホールド又はチムニーがあり（例えば、入口チムニー又は出口チムニーが設けられ）、このチムニーは、チムニー自体に設けられたシールが、ＰＴＯ開口をシールするためにも使用されるように、ＰＴＯ開口と位置合わせされることが好ましい。

【0045】

代替の圧縮手段、例えば、平面セルユニットのスタックによって画定された容積部の内側又は外側のタイバーなどが使用されてもよく、これらは、気密性のある流体容積部を形成するスカートに加えて使用されてもよい。

【0046】

インターコネクトプレート、又はマイナスの電気エンドプレートに形成された３Ｄ輪郭構造、又は追加の電気エンドプレート（ある場合）に形成された３Ｄ輪郭構造、又は平面セルユニットのスタックの最も外側のセルユニットに形成された３Ｄ輪郭構造は、それぞれの電気エンドプレートと平面セルユニットのスタックとの間に電流を伝達するためにそれらの間を電気接触させることが好ましい。インターコネクトプレート又は３Ｄ輪郭構造により、電気化学セルアセンブリ内のプレート間の電気接触は良好になる。圧縮手段は、インターコネクトプレート又はディンプルを介して、プレートを通して平面セルユニットのスタックに（及び、スタック内、各セルユニット間及び各セルユニット内で）圧縮を与え、以て、電気化学セルアセンブリ全体にわたって良好な電気的接続を確実にする。

【0047】

３Ｄ輪郭構造は、例えば、流体の流れを制御するために、間隔を空けたチャネルとリブのパターン、又は間隔を空けたディンプルのパターンを備える。

【0048】

上記で詳述した第１の態様によるアセンブリは、以下で詳述する代替の第１の態様について概説する特徴のいずれか、及び／又は、以下で詳述する第２の態様の特徴と組み合わされてもよい。

【0049】

代替の第１の態様によれば、
ベースプレート及びトッププレートを備える電気化学セルアセンブリが提供され、ベースプレートとトッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック、並びに少なくとも１つのプラスの電気エンドプレート及び少なくとも１つのマイナスの電気エンドプレートが、ベースプレートとトッププレートとの間に作用する圧縮手段によって圧縮状態で配置され、
少なくとも１つの電気エンドプレートは、スタッドのベース部分から延在する電気スタッドと機械的及び電気的に接続され、又は一体的に形成され、
電気スタッドは、ベースプレート及びトッププレートのうちの１つの開口を通って電気端子を形成し、
セルユニットのそれぞれは、少なくとも１つのポートを備え、セルユニットは、それぞれのポートの位置が合って、スタックを通って延在するそれぞれの内部マニホールドを形成するように互いに積み重ねられ、
それぞれの開口を通って延在する電気スタッドもまた、それぞれの内部マニホールドと位置が合い、その結果、それぞれの内部マニホールドをシールするように圧縮手段によって及ぼされる圧縮力はまた、開口をシールするように作用する。

【0050】

このように、それぞれの内部マニホールド（通常、セルユニットと、間に挟まれたマニホールド（例えば環状）のガスケットとを交互に配置して形成される）をシールするために必然的に高い、マニホールドの近傍で圧縮手段によって及ぼされる圧縮力は、開口をシールするためにも使用することができる。内部マニホールドは、開口と概ね又は正確に位置合わせされ（すなわち、同軸であり）、その結果、連続した通路として開口から延在する。

【0051】

この代替の第１の態様によるアセンブリは、上記の第１の態様について概説した特徴のいずれか、及び／又は、以下に詳述する第２の態様の特徴と組み合わされてもよい。したがって、電気スタッドは、通常、少なくとも１つの電気エンドプレートの一部を形成する、又はそれに接続されたさらなるプレート（これもベースプレートとトッププレートとの間で圧縮された状態にある）の一部を形成するスタッドのベース部分から延在してもよい。シールは、スタッドのベース部分によって提供され、少なくとも１つの電気エンドプレート（又はさらなるプレート）と、ベースプレート及びトッププレートのそれぞれとの間をシールすることができる。スタッドのベース部分は、内部マニホールドを塞ぐように内部マニホールドに完全にまたがって延在することが好都合であり、２つの雰囲気条件に耐えるのに十分な厚さである必要があり得る。

【0052】

第２の態様によれば、
ベースプレート及びトッププレートを備える電気化学セルアセンブリが提供され、ベースプレートとトッププレートとの間に、平面セルユニットのスタック及び少なくとも１つの電気エンドプレートが圧縮状態で配置され、
電気エンドプレートは、それぞれ異なる材料から形成された第１の層と第２の層とが単一の導体を形成するように互いに永久的に接続された２層構造を備え、
電気エンドプレートの第１の層は、セルアセンブリの外側電気端子に電気的に接続され、
電気エンドプレートの第２の層は、第１の導電性セラミック層が接合された外向きの側を有し、外向きの側は、隣り合うセルユニットと面同士で当接して電気的に接触している。

【0053】

第１の層（又はプレート）とは異なる材料及び異なる厚さの層とすることができ、セラミック層が接合された第２の層（又はプレート）を使用することは、良好な電気的接続を提供する一方、セラミック層の剥離が起こりにくいことが分かった。少なくとも１つの電気エンドプレートは、平面セルユニットのスタック（の端部）と、スタックのその端部に配置されたベースプレート及びトッププレートのうちのどちらかとの間に配置され、電気的に連通している隣り合うセルユニットを介してスタックから電力を供給する又は取り出す。典型的には、第１の層と第２の層は、（個別又は別々のプレートとして形成され、）溶接によって永久的に接続されるが、任意の適切な接続方法を使用して、これらの層（又はプレート）の間を永久的に電気的に接続することができる。典型的には、第１の層と第２の層は、第１の層と第２の層との間の容積部との流体連通を防止するように、その周囲で、及び、電気エンドプレートを貫通して設けられた任意のポートの周囲で永久的に接続される。

【0054】

隣り合うセルユニットは、電気エンドプレートの第１の導電性セラミック層と面同士で当接する側に接合された第２の導電性セラミック層を有し、第１の導電性セラミック層及び第２の導電性セラミック層は同じ材料から作られることが好ましい。

【0055】

第１の導電性セラミック層と第２の導電性セラミック層を同じ材料から形成することは、（例えば、２つの異なる材料間の接触抵抗と比較して接触抵抗が減ることによって、）その間の良好な電気的な接触を確実にし、したがって、電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間も良好な電気的な接触を確実にする。以て、燃料電池又は電解セルとして動作するアセンブリの効率が改善される。

【0056】

電気エンドプレートの第１の導電性セラミック層は、少なくとも１つの電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間の間隔がスタックの残りのセルユニット間の間隔と同じであるように選択された厚さを有することが好ましい。

【0057】

このように、スタックのセルユニットが（例えば圧縮可能な）ガスケットによって隔てられる場合、同じタイプのガスケット（例えば、同じ材料で同じ厚さのガスケット）を使用して、少なくとも１つの電気エンドプレートと、隣り合うセルユニットとを隔てることができることが好都合である。これにより、アセンブリ内の複数の場所で同じ構成要素が使用されるので、コストが削減され、異なる材料の数が削減され、アセンブリを通じた圧縮力の一貫した伝達が確実になる。

【0058】

スタックは、電気化学的に活性なセルユニットを備え、セルユニットのそれぞれは、セパレータプレートとセル支持金属基板プレートとを備えることが好ましい。

【0059】

電気化学的に活性なセルユニットでは、金属基板プレートは、そこに接合された活性な電気化学的なセル層（すなわち、動作時に電気化学的反応が起きるセル層）を支持し、そのセル層は、コーティング、積層、又はその他の方法で金属基板プレートに取り付けられてもよい。しかしながら、スタックのいずれか又は両方の端部では、国際公開第２０１５／１３６２９５号に記載されているように、電気化学的に活性でない１つ以上の「ダミー」セルが設けられてもよい。したがって、隣り合うセルユニットは、電気化学的に活性であってもよく、これは、動作条件において電気化学セルの機能を実行することを意味する。これに代えて、隣り合うセルユニットは、電気エンドプレートと燃料電池スタックの残りの部分との間の電気的接続を依然として形成しながら、電気化学的に不活性であってもよい。例えば、隣り合うセルユニットは、セパレータプレート及び金属基板プレートを備えてもよく、後者は、任意選択で、電気化学的に活性なセルユニットのカソードに使用される材料と同じ材料であるカソード材料の層を支持する。

【0060】

典型的には、隣り合うセルユニットは、金属基板プレート及びセパレータプレートのうちの少なくとも１つを備える。典型的には、セルユニットは金属支持セルユニットである。セパレータプレートは、スタックの各セルユニットにおいて酸化剤流体容積部を燃料流体容積部から隔て、通常、流体の流れを制御するために、例えば、間隔を空けたチャネルとリブのパターン、又は間隔を空けたディンプルのパターンを備える３Ｄ輪郭構造を備える。

【0061】

典型的には、隣り合うセルユニットは、セパレータプレート又は金属基板プレートのいずれかが、電気エンドプレートの第２の層の最も外側の面と面同士で当接しているように配置されてもよい。典型的には、金属基板プレート及びセパレータプレートのうちの一方又は両方は、電気エンドプレートの第２の層と同じ材料から作られてもよい。典型的には、この材料は鉄を含み、より典型的には、この材料は鋼であり、さらにより典型的には、ステンレス鋼であり、さらにより典型的には、フェライト系ステンレス鋼である。金属のタイプによって限定されることなく、適切な基板及び／又はセパレータ材料の例としては、ＳＳ４４１、ＳＳ４４４、Ｃｒｏｆｅｒ２２が含まれる。

【0062】

典型的には、セパレータプレートは、電気エンドプレートと面同士で当接する側に、一連の隆起領域（例えば、流体の流れを制御するための、間隔を空けたチャネルとリブのパターン、又は間隔を空けたディンプルのパターン）を有することになる。第２の電子伝導性セラミック層が、隣り合うセルユニットのセパレータプレートに接合される場合、セラミック層は、典型的には、セパレータプレートのこれらの隆起領域を覆う。

【0063】

金属基板が電気エンドプレートと面同士で当接する場合、金属基板はまた、第１の導電性セラミック層と面同士で当接する側に接合された第２の導電性セラミック層を有してもよい。典型的には、第１のセラミック層と第２のセラミック層は電気的に接触している。

【0064】

典型的には、第１のセラミック層は、固体酸化物形燃料電池のカソードに使用するのに適した材料を含む。本発明者らは、固体酸化物形燃料電池のカソードに使用するのに適した材料は、電気エンドプレートと、隣り合う燃料電池ユニットとの間の電気接続を良好にすることを見出した。セラミックのタイプによって限定されることなく、適切な材料の典型的な例としては、ＬＳＣＦ、ＬＣＮ、ＢＳＣＦが含まれる。典型的には、第２のセラミック層は、固体酸化物形燃料電池のカソードに使用するのに適した材料を含む。さらにより典型的には、第１のセラミック層と第２のセラミック層は、実質的に同じ成分を有する。

【0065】

電気エンドプレートの第２の層は、セパレータプレートと同じ材料から作られることが好ましい。これにより、アセンブリに使用される異なる材料の数が削減される。それは、電気エンドプレートの第２の層が、セルユニット及び第１の導電性セラミック層と化学的に適合することを確実にし、電気エンドプレートの第２の層が、アセンブリの化学的環境に適合する（すなわち、燃料及び酸化剤の場合がある第１及び／又は第２の流体容積部に化学的に耐えることができる）ことを確実にする。

【0066】

電気エンドプレートの第２の層は、セパレータプレートと本質的に同じ構成を有することが好ましい。電気エンドプレートの第２の層は、セルユニットのスタックのセルユニットのセパレータプレートと同じ材料から作られることが好都合であり、また、セパレータプレートと本質的に同じ構成（例えば、形状及び向き）を有し（例えば、電気エンドプレートとしての機能を行うために異なる（例えば、周囲）特徴を必要とするところを除く）、すなわち第２の層はそれ自体がプレート（例えば、自己支持剛体プレート）であることが好ましい。したがって、本質的に、第２の層は、スタックの残りのセパレータプレートと同じセパレータプレート（又は、非常に類似した構成部品）から形成することができ、隣り合うユニットセルへの電気的接続及び機械力が、隣り合うセルユニット間と酷似しているという利点があり、第１の導電性セラミック層は、したがって、スタックの他のセパレータプレートと同様に、隣り合うユニットセルの金属基板と面同士で当接している。

【0067】

電気エンドプレートの第２の層は、隣り合うセルユニットに当接するように外向きに延在する一連の突起を有する３Ｄ輪郭構造を有し、第１の導電性セラミック層は、突起を覆って、不連続層として接合されて延在することが好ましい。３Ｄ輪郭構造は、例えば、間隔を空けたチャネルとリブのパターン、又は間隔を空けたディンプルのパターンを備えて、電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間に容積部を提供することができ、これは、隣り合うセルユニットへの流体の供給及びその流体の流れの制御を可能にする。突起は、隣り合うセルユニットと当接（例えば接触）し、電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間を電気的に接続し、以て、電気エンドプレートがセルユニットのスタックの端部に、又は端部から電力を伝達することができる。

【0068】

第１の導電性セラミック層は、第１の導電性セラミック層と面同士で当接する隣り合うセルユニットの金属基板プレートに接合された第２の導電性セラミック層と同じ材料から作られることが好ましい。

【0069】

第１の導電性セラミック層と第２の導電性セラミック層を同じ材料で形成することは、（例えば、２つの異なる材料間の接触抵抗と比較して接触抵抗が減ることによって、）その間の良好な電気的な接触を確実にし、したがって、電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間も良好な電気的な接触を確実にする。以て、燃料電池又は電解セルとして動作するアセンブリの効率が改善される。

【0070】

一例では、隣り合うセルユニットは電気化学的に活性であり、第２の導電性セラミック層は、隣り合うセルユニットの金属基板プレートに接合された電気化学的に活性なセル層の最も外側の電極層を備える。

【0071】

電気化学的に活性なセルユニットでは、金属基板プレートは、そこに接合された活性な電気化学的なセル層（すなわち、動作時に電気化学的反応が起きるセル層）を支持し、そのセル層は、コーティング、積層、又はその他の方法で金属基板プレートに取り付けられてもよい。一例では、電気化学的に活性なセル層の最も外側の電極層はカソード層である。この場合、第１の導電性セラミック層は、カソード層に使用されているのと同じ材料を含む。

【0072】

代替の例では、隣り合うセルユニットは電気化学的に不活性であり、第２の導電性セラミック層は、隣り合うセルユニットの金属基板プレートに接合された電極材料層である。第２の導電性セラミック層は、隣り合うセルユニットの金属基板プレートに直接接合されてもよい電極材料層である。

【0073】

国際公開第２０１５／１３６２９５号に記載されているように、電気化学的に活性でない１つ以上の電気化学的に不活性なセル（「ダミー」セルとも呼ばれる）が設けられてもよい。この場合、隣り合うセルユニットは、電気エンドプレートと燃料電池スタックの残りの部分との間を依然として電気的に接続しながら、電気化学的に不活性であってもよい。例えば、隣り合うセルユニットは、電気化学的に活性なセルユニットのカソードに使用される材料と同じ材料であるカソード材料の層を支持する金属基板プレートを有してもよい。１つ以上の電気化学的に不活性なセルは、電気エンドプレートとセルユニットのスタックの電気化学的に活性なセルユニットとの間を電気的に接続する。

【0074】

電気エンドプレートの第２の層が、セパレータプレートと同じ材料から作られる場合の代替例では、電気エンドプレートの第２の層は、セル支持金属基板プレートと同じ材料から作られる。

【0075】

これにより、アセンブリに使用される異なる材料の数が削減される。それは、電気エンドプレートの第２の層が、セルユニット及び第１の導電性セラミック層と化学的に適合することを確実にし、電気エンドプレートの第２の層が、アセンブリの化学的環境に適合する（すなわち、燃料及び酸化剤の場合がある第１及び／又は第２の流体容積部に化学的に耐えることができる）ことを確実にする。

【0076】

この場合、電気エンドプレートの第２の層は、セル支持金属基板プレートと本質的に同じ構成を有することが好ましい。

【0077】

電気エンドプレートの第２の層は、セルユニットのスタックのセルユニットのセル支持金属基板プレートと同じ材料から作られることが好都合であり、また、セル支持金属基板プレートと本質的に同じ構成を有し（例えば、電気エンドプレートとしての機能を行うために異なる特徴を必要とするところを除く）、すなわち第２の層はそれ自体がプレート（例えば、自己支持剛体プレート）であることが好ましい。したがって、本質的に、第２の層は、スタックの残りのセル支持金属基板プレートと同じセル支持金属基板プレート（又は、非常に類似した構成部品）から形成することができ、隣り合うユニットセルへの電気的接続及び機械力が、隣り合うセルユニット間と酷似しているという利点があり、第１の導電性セラミック層は、したがって、スタックの他のセル支持金属基板プレートと同様に、隣り合うユニットセルのセパレータプレートと面同士で当接している。

【0078】

この場合、電気エンドプレートの第２の層は、連続層が備える第１の導電性セラミック層が接合された平坦な外向きの側を有することが好ましい。第１の導電性セラミック層は、第１の導電性セラミック層と面同士で当接する隣り合うセルユニットのセパレータプレートに接合された第２の導電性セラミック層と同じ材料から作られてもよい。

【0079】

第１の導電性セラミック層と第２の導電性セラミック層を同じ材料から形成することは、（例えば、２つの異なる材料間の接触抵抗と比較して接触抵抗が減ることによって、）その間の良好な電気的な接触を確実にし、したがって、電気エンドプレートと隣り合うセルユニットとの間も良好な電気的な接触を確実にする。以て、燃料電池又は電解セルとして動作するアセンブリの効率が改善される。

【0080】

第１の導電性セラミック層は、隣り合うセルユニットの電気化学的なセル層の厚さに等しい厚さを有してもよい。このように、スタックのセルユニットが（例えば圧縮可能な）ガスケットによって隔てられる場合、同じタイプのガスケット（例えば、同じ材料で同じ厚さのガスケット）を使用して、少なくとも１つの電気エンドプレートと、隣り合うセルユニットとを隔てることができることが好都合である。これにより、アセンブリ内の複数の場所で同じ構成要素が使用されるので、コストが削減され、異なる材料の数が削減され、アセンブリを通じた圧縮力の一貫した伝達が確実になる。

【0081】

本アセンブリは、スタックの一端にある第１の電気エンドプレートであって、この電気エンドプレートの第２の層が、セパレータプレートと同じ材料から作られた、第１の電気エンドプレートと、スタックの他端にある第２の電気エンドプレートであって、この電気エンドプレートの第２の層が、セル支持金属基板プレートと同じ材料から作られた、第２の電気エンドプレートとの両方を備える。第１及び第２の電気エンドプレートは、スタックとそれぞれの電気端子との間を電気的に接続する。

【0082】

外側電気端子の一部分は、ベースプレート及びトッププレートのうちの１つの開口を通って延在して、電気エンドプレートの第１の層に電気的に接続することが好ましい。任意選択で、電気エンドプレートは、上記の第１の態様に明記したようなものである。

【0083】

例えば、開口（複数の場合あり）は（スタックの各セルユニットを通るポートによって形成された）内部マニホールドと位置合わせされてもよく、電気端子（電気スタッドとも呼ばれる）も内部マニホールドと位置合わせされてもよい。ガスケットは各プレートを隔てることができ、内部マニホールドを形成するようにポートと開口の周りに配置される。

【0084】

典型的には、電気エンドプレートの第１及び第２の層は鉄含有層である。より典型的には、これらの層は鋼であり、より典型的には、ステンレス鋼であり、さらにより典型的には、フェライト系ステンレス鋼である。金属のタイプによって限定されることなく、第１の層の適切な材料の例としては、ＳＳ４４１、Ｃｒｏｆｅｒ２２が含まれ、第２の層の適切な材料の例としては、ＳＳ４４１、ＳＳ４４４、及びＣｒｏｆｅｒ２２が含まれる。

【0085】

典型的には、電気エンドプレートの第１の層は、少なくとも０．５ｍｍ、より典型的には、０．５ｍｍ～５ｍｍ、さらにより典型的には、０．５～２ｍｍ、さらにより典型的には、１～２ｍｍの厚さを有する。言い換えれば、電気エンドプレートの第１の層はそれ自体がプレートであり、自己支持剛体プレートとも呼ばれる。

【0086】

典型的には、第１及び第２のセラミック層の厚さは、５０～２００マイクロメートルであり、８０～１５０マイクロメートルが好ましく、９０～１００マイクロメートルがより好ましい。

【0087】

典型的には、基板（支持プレート、金属基板プレート、又はセル支持金属基板プレートとも呼ばれる）の厚さは、５０～２５０マイクロメートルであり、５０～１５０マイクロメートルが好ましく、１００マイクロメートルがより好ましい。

【0088】

上記で詳述した態様のいずれかの電気化学セルは、平面の固体酸化物形燃料電池ユニット又は固体酸化物形電解セルユニットを備えることが好ましい。本電気化学セルアセンブリは、燃料電池及び／又は電解セル、或いは電気化学的反応が可能な任意の他の変形例として使用することができる。平面セルユニットのスタックは、固体酸化物電解質、高分子電解質膜、又は溶融電解質のうちの１つ、或いは電気化学的反応が可能な任意の他の変形例に基づいてもよい。一例では、電気化学セルは、固体酸化物電解質を有する複数の平面セルユニット（例えば、数１０～数１００セルユニット）に基づいており、したがって、電気化学セルは固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び固体酸化物形電解セルと呼ばれることがある。固体酸化物電解質は箔によって支持されてもよく、その場合、金属支持セル、特に、金属支持固体酸化物形燃料電池（ＭＳ－ＳＯＦＣ）又は金属支持固体酸化物形電解セルと呼ばれることがある。

【0089】

本スタックは、電気化学的に活性なセルユニットを備えることができ、セルユニットのそれぞれは、セパレータプレートとセル支持金属基板プレートとを備える。電気化学的に活性なセルユニットでは、金属基板プレートは、そこに接合された活性な電気化学的なセル層（すなわち、動作時に電気化学的反応が起きるセル層）を支持し、そのセル層は、コーティング、積層、又はその他の方法で金属基板プレートに取り付けられてもよい。しかしながら、スタックのいずれか又は両方の端部では、国際公開第２０１５／１３６２９５号に記載されているように、電気化学的に活性でない１つ以上の「ダミー」セルが設けられてもよい。したがって、電気エンドプレートに隣り合うセルユニットは、電気化学的に活性であってもよく、これは、動作条件において電気化学セルの機能を実行することを意味し、電気エンドプレートは、セルユニットのスタックの端部でそれぞれの電気化学的に活性なセルと接触してもよい。これに代えて、隣り合うセルユニットは、電気エンドプレートと燃料電池スタックの残りの部分との間を依然として電気的に接続しながら、電気化学的に不活性であってもよい。例えば、隣り合うセルユニットは、電気化学的に活性なセルユニットのカソードに使用される材料と同じ材料であるカソード材料の層を支持する金属基板プレートを有してもよい。いずれの場合も、電気エンドプレートは、スタックの端部に配置された隣り合うセルユニットと電気的に接触していると説明することができる。

【0090】

典型的には、隣り合うセルユニットは、金属基板プレート及びセパレータプレートのうちの少なくとも１つを備える。典型的には、セルユニットは金属支持セルユニットである。セパレータプレートは、スタックの各セルユニットにおいて酸化剤流体容積部を燃料流体容積部から隔て、通常、流体の流れを制御するために、例えば、間隔を空けたチャネルとリブのパターン、又は間隔を空けたディンプルのパターンを備える３Ｄ輪郭構造を通常設けられる。

【0091】

上記のように、「セルユニット」又は「セルスタック」は、「電気化学セルユニット」又は「電気化学セルスタック」を指すために用いられる。

【図面の簡単な説明】

【0092】

【図1】従来技術のセルスタック構成体の概略図である。

【図2】従来技術のセルスタック構成体の概略図である。

【図3】本発明の第１の態様によるセルスタック構成体の断面図である。

【図4】第１の態様によるセルスタック構成体の断面図である。

【図5A】第１の態様によるセルスタック構成体の断面図である。

【図5B】図５Ａのセルスタック構成体の一部分の拡大図である。

【図6A】第１の態様によるセルスタック構成体の断面図である。

【図6B】図６Ａのセルスタック構成体の一部分の拡大図である。

【図6C】図６Ａのセルスタック構成体の一部分の拡大図である。

【図7】第１の態様による第１の電気エンドプレート及び第２の電気エンドプレートの平面図である。

【図8】第１の態様による図５Ａに示したセルスタック構成体の分解斜視図である。

【図9】第１の態様による図６Ａに示したセルスタック構成体の分解斜視図である。

【図10】本発明の第２の態様によるセルスタック構成体の断面図である。

【図11】図１０に示したセルスタック構成体の分解斜視図である。

【図12】第２の態様による第１の電気エンドプレートの分解図である。

【図13】第２の態様による第２の電気エンドプレートの分解図である。

【図14】第２の態様によるセルスタック構成体の一部分の断面図である。

【図15】第２の態様によるセルスタック構成体の一部分の断面図である。 以下の図及び説明では、異なる図における同様の要素には同様の参照符号が使用される。

【第１の態様の詳細な説明】

【0093】

図３を参照すると、電気化学セルスタック構成体３００の断面図が示されており、断面は右側で切られ、内部マニホールド（チムニー）、電気スタッド、及び電気エンドプレートの詳細を示している。電気化学セルスタックを形成する５つの繰り返しセルユニット３０６のスタックが示されており、セルユニットの数は、例示の目的のために少なくしているが、典型的にはこれよりはるかに多い（例えば、３０～２００個）。セルユニット３０６は、基板（又は金属支持プレート）３０６ａ及びセパレータ（又はインターコネクト）３０６ｂを備え、本出願人の先の特許出願の国際公開第２０１５／１３６２９５号に記述したものと同様であってもよい。基板３０６ａは、金属支持プレート（例えば、鋼板又は箔）上に（例えば、薄いコーティング／フィルムとして）それぞれ積層され、それに支持されたそれぞれのアノード、電解質、及びカソード層を備える電気化学的に活性な層（又は活性燃料電池構成部品層、図示せず）を保持し、この電気化学的に活性な層は隣り合うセルユニット３０６のセパレータ３０６ｂに面する。金属支持プレート３０６ａは、非多孔質領域に囲まれた多孔質領域（図示せず）を有し、活性層は多孔質領域に積層させられており、その結果、気体は、金属支持プレート３０６ａの一方の側から反対がわに細孔を通って、金属支持プレート３０６ａにコーティングされた活性層にアクセスすることできる。図３に示すように、各セルユニット３０６は、金属支持プレート３０６ａ及びセパレータプレート３０６ｂの２枚のプレート又は層を備える（が、スペーサプレートが、金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間に挟まれていてもよい）。各セルユニット３０６はまた、これらのプレートに設けられた流体ポート（酸化剤用及び／又は燃料用）を有し、これらのプレートは互いに積み重ねられ、溶接（融着）されて、金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間に設けられた空間によって画定された中間の流体容積部を有する単一の金属支持された繰り返しセルユニット３０６を形成する。燃料電池スタックの繰り返し層３０６の金属構成部品は、互いに電気的に接触しており、それらの間の電子の流れは主に融着／溶接経路を経由しており、以て表面同士の接触の抵抗損失を回避している。

【0094】

国際公開第２０１５／１３６２９５号で論じたように、多孔質領域は、アノード（又は、電気化学的に活性な層の極性の向きによってはカソード）に重なる位置（金属支持プレート３０６ａの下に位置する）に、金属支持プレート３０６ａを貫通して延在する小さな開口（金属箔基板を貫通する穿孔）（図示せず）を備える。これらは、流体容積部が、小さな開口を介して支持プレート３０６ａの下側の電気化学的に活性な層と流体連通するように、金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間の大きな空間又は開口（スペーサプレートによって画定される場合がある）に配置される。

【0095】

セパレータプレート３０６ｂには、上下方向の波形部が、この燃料電池ユニット上に積み重ねられた後続の（又は隣接の）燃料電池ユニットのカソード（又は、電気化学的に活性な層の極性の向きによってはアノード）に上向きに延在し、それ自体の燃料電池ユニット３０６の金属支持プレート３０６ａに下向きに延在するように設けられる。したがって、これにより、スタックの隣り合う燃料電池ユニット３０６間は電気的に接続されて、スタックの電気化学的に活性な層（通常は各燃料電池ユニットに１つ）は互いに直列に配置される。

【0096】

図３のセルユニット３０６のスタックは、隣接するセルユニット３０６間にガスケット３０４を配置して積み重ねられる。各ガスケット３０４は、セルユニットの流体ポートを取り囲み、電気的に絶縁している。セルユニット３０６のスタックは、それぞれのガスケット３０４を備え、セルユニット３０６の対応する流体ポートが位置合わせされて、セルユニットのスタックを通る内部マニホールド又はチムニーを形成するように互いに積み重ねて配置され、流体は、この内部マニホールド又はチムニーを通ってセルユニットへ送出、及びそこから排出することができる（詳細には、各セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂの間の開口に送出及び排出することができる）。ガスケット３０４は、その表面と当接面の表面との間を流体的にシールする。ガスケット３０４は、予め形成されたガスケットであり、導電性ではない。ガスケットは、例えば、バーミキュライト（例えば、サーミキュライト）製であってもよく、これは、シールに必要な負荷を大幅に低くしながら、マイカ又はセラミックと比較して優れたシール性能を提供する。

【0097】

セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａ及びセパレータプレート３０６ｂの一方又は両方は、流体ポートを取り囲む領域（すなわち、チムニーを取り囲む領域）で、ガスケット３０４に沿って金属支持プレート３０６ａ及びセパレータプレート３０６ｂの他方の方へ突出し接触するディンプル（図３には示されていない）又は他の３Ｄ突起を備えてもよい。ディンプルは、セルユニットのスタックを通して圧縮を伝達し、セルユニットの上下に配置されたガスケット（ポートガスケット、すなわちポートを囲むガスケットであり、ガスケットは典型的には円形断面のポートを取り囲む環状である）３０４によってセルユニットに加えられる圧縮を支え、単一のセルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間の間隔（隙間）を維持する。ディンプルは、（図５及び図６に関してさらに説明するように）ポートの周りにリング状に配置されてもよく、ディンプルにより、セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間の隙間に第１の流体が入る、又はそこから出ることができる。

【0098】

この実施形態では、セルユニットのスタックの各端部に配置されるのは、電力取出アセンブリ及びトッププレート又はベースプレートである。第１の電気エンドプレート３０２及び電気スタッド３０１を備える電力取出アセンブリは、セルユニットのスタックの上端に配置され、第１の電気エンドプレート３０２はセルユニットのスタックの上部に配置される。第１の電気エンドプレート３０２は、スタックのセルユニット３０６間に使用される（ポート）ガスケットと同一の（ポート）ガスケット３０４によってスタックの端部から隔てられている。第１の電気エンドプレート３０２は、以下にさらに論じるように、ベース部分（電気スタッドはここから垂直に延在する）によってチムニーを塞ぎ、その結果、流体は第１の電気エンドプレート３０２を通ることができない。第１の電気エンドプレート３０２は、セルユニット３０６のスタックの上端のセルユニット３０６と電気的に接触している。第１の電気エンドプレート３０２は、セルユニット３０６のスタックの上端のセルユニット３０６から電気スタッド３０１に電位を伝達し、電気スタッド３０１は、電位をセルスタック構成体３００の外部に伝達し、このスタッドは電気端子として作用する。第１の電気エンドプレート３０２と電気スタッド３０１は一体であってもよいし、それに代えて、それらは、互いに溶接、ろう付け、ねじ止め、又はその他の方法で取り付けられた２つの別々の構成部品であってよい。

【0099】

第１の電気エンドプレート３０２の上方に（すなわち外側に）配置されているのは第１の電気絶縁プレート３０５ａであり、その結果、第１の電気エンドプレート３０２は、第１の電気絶縁プレート３０５ａとセルユニットのスタックとの間に配置される。第１の電気絶縁プレート３０５ａは、少なくとも下にある積み重ねられたセルユニットと同じ範囲にスタックを横切って延在し、スタックのセルユニット３０６間に使用されるガスケットと同一の（ポート）ガスケット３０４によって第１の電気エンドプレート３０２から隔てられることが好ましい。ガスケット３０４は、電気スタッド３０１が通過する必要のある、スタックを通るチムニー（又は内部マニホールド）と同軸である（及び、チムニーの連続部を形成する）第１の電気絶縁プレート３０５ａの開口を取り囲む。

【0100】

第１の電気絶縁プレート３０５ａの上方に配置されるのはトッププレート３０３であり、その結果、第１の電気絶縁プレート３０５ａは、トッププレート３０３と第１の電気エンドプレート３０２との間に配置される。第１の電気絶縁プレート３０５ａは、スタックのセルユニット３０６間に使用されるガスケットと同一の（ポート）ガスケット３０４によってトッププレート３０３から隔てられる。ガスケット３０４は、電気スタッド３０１が通過する、スタックを通るチムニーと同軸である（及び、チムニーの連続部を形成する）トッププレート３０３の開口を取り囲む。第１の電気絶縁プレート３０５ａは、電気エンドプレート３０２とトッププレート３０３との間を電気的に絶縁する。第１の電気絶縁プレート３０５ａは、マイカ又は非導電性セラミック材料から製造されてもよい。

【0101】

セルユニットのスタックの下方に（すなわち、第１の電気エンドプレート３０２、第１の電気絶縁プレート３０５ａ、及びトッププレート３０３を有するスタックの反対がわの端部に）配置されるのは、第２の電気エンドプレート３１０、第２の電気絶縁プレート３０５ｂ、及びベースプレート３０８である。第２の電気エンドプレート３１０は、スタックのセルユニット３０６間に使用される（ポート）ガスケットと同一のガスケット３０４によってスタックの端部から隔てられている。第２の電気エンドプレート３１０は、セルユニット３０６を通るポートと位置合わせされ、流体が通ることができるポートを備え、したがって、チムニーの一部を画定する。第２の電気エンドプレート３１０は、セルユニット３０６のスタックの下端のセルユニット３０６と電気的に接触しており、第１の電気エンドプレートと反対の極性を有する。第２の電気エンドプレート３１０は、セルスタック構成体３００から電気エネルギーを伝達するために、第２の電気スタッド（図示せず）と電気的に接触していてもよい。

【0102】

第２の電気エンドプレート３１０の下方に配置されているのは第２の電気絶縁プレート３０５ｂであり、その結果、第２の電気エンドプレート３１０は、第２の電気絶縁プレート３０５ｂとセルユニットのスタックとの間に配置される。第２の電気絶縁プレート３０５ｂは、スタックのセルユニット３０６間に使用されるガスケットと同一のガスケット３０４によって第２の電気エンドプレート３１０から隔てられる。ガスケット３０４は、流体が通ることができる、スタックを通るチムニーと同軸である（及び、チムニーの一部を形成する）第２の電気絶縁プレート３０５ｂの開口を取り囲む。

【0103】

第２の電気絶縁プレート３０５ｂの下方に配置されるのはベースプレート３０８であり、その結果、第２の電気絶縁プレート３０５ｂは、ベースプレート３０８と第２の電気エンドプレート３１０との間に配置される。ベースプレート３０８は、スタックのセルユニット３０６間に使用されるガスケットと同一のガスケット３０４によって第２の電気絶縁プレート３０５ｂから隔てられる。ガスケット３０４は、流体が通ることができる、スタックを通るチムニーと同軸である（及び、チムニーの一部を形成する）ベースプレート３０８の開口であって、チムニーへ流体を送出、又はチムニーから流体を排出する、以て、スタックへ流体を送出、又はスタックから流体を排出するためのポートを提供する開口を取り囲む。第１の電気絶縁プレート３０５ａと同様の第２の電気絶縁プレート３０５ｂは、電気エンドプレート３１０とベースプレート３０８との間を電気的に絶縁する。第２の電気絶縁プレート３０５ｂは、マイカ又は非導電性セラミック材料から製造されてもよい。

【0104】

圧縮手段３０７は、製造時に加えられた圧縮を維持するために設けられる。圧縮手段３０７は、ベースプレート３０８とトッププレート３０３との間に設けられ、それらの間の構成部品（すなわち、ガスケット３０４、電気絶縁プレート３０５ａ、３０５ｂ、第１及び第２の電気エンドプレート３０２、３１０、並びにセルユニット３０６）の圧縮を維持する。図３の圧縮手段３０７は、製造時にベースプレート３０８とトッププレート３０３との間に外部圧縮が加えられる間、ベースプレート３０８及びトッププレート３０３に溶接又はその他の方法で永久的に取り付けることができるスカートとして示されている。外部圧縮力が取り除かれると、スカートの引張力が、ベースプレート３０８及びトッププレート３０３を介してスタックの圧縮荷重を維持する。溶接路は、ベースプレート３０８及びトッププレート３０３を一周し、ベースプレート３０８、トッププレート３０３、及びスカート３０７によって画定される、スタックが入っている（流体）容積部を流体的にシールするために流体シールを形成することができる。ベースプレート３０８及びトッププレート３０３は、比較的剛性の高いプレートであり（構成体の他のプレートのいずれよりも、例えば金属支持プレート、セパレータプレート、セルユニット全体、及び電気エンドプレートよりも剛性が高く、必ずしも本質的により剛性の高い材料で作ることによって剛性が高いのではなく、例えばより厚くすることによってより剛性が高い）、これによって、スタックの平面領域にわたって（少なくともガスケット３０４に接触する領域、及び電気化学的に活性な層の領域に沿う領域にわたって）圧縮荷重が広げられる。この圧縮手段は、スタックの繰り返しユニット（セルユニットを含む）間を良好に電気的に接触させる圧縮力を維持する。圧縮手段はまた、本出願人の先の特許出願の国際公開第２０１９／００２８２９号で記述したように、チムニーをシールするためにシール、例えば（ポート）ガスケット３０４の圧縮を維持し、スタックの構造的完全性を維持する。その結果、チムニー、及び、各セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとの間の空間に第１の流体容積部が画定される。第１の流体容積部から流体的にシールされる第２の流体容積部が、ベースプレート３０８、トッププレート３０３、及びスカート（圧縮手段）３０７によって画定される容積部内の残りの容積部によって画定される。したがって、この場合、圧縮手段は、流体容積部（すなわち、第２の流体容積部）を画定しシールするというさらなる目的を果たす。第１の流体容積部は電気化学的に活性な層のアノードと流体連通することができ、第２の流体容積部は電気化学的に活性な層のカソードと流体連通することができ、電気化学セル層の積み重ね方に応じてはその逆も可能である。

【0105】

代替案として、圧縮手段３０７は、開口を通って（固定手段、例えばロックナットで固定される）、又は開口にねじ込まれてベースプレート３０８とトッププレート３０３とを接続するように配置されたタイバーを備えてもよく、これにより、ベースプレート３０８とトッププレート３０３との間でセルスタック構成体に加えられる圧縮力が維持される。この場合、圧縮手段は、流体容積部を画定及びシールをせず、むしろ、第２の流体容積部は、構成体３００が配置される容器によって含まれてもよい。

【0106】

一例では、第１の電気エンドプレート３０２は、セルユニットのスタックの最も上側のセルユニット３０６の最も外側の層（例えばアノード層）と電気的に接触しており、第２の電気エンドプレート３１０は、セルユニットのスタックの最も下側のセルユニット３０６のカソード層と電気的に接触している（積み重ねられたセルユニットは直列接続である）。アノードは、第１の流体容積部と流体連通することができ、カソードは、第２の流体容積部と接触することができる。燃料電池として動作させると、燃料は第１の流体容積部に供給され、酸化剤は第２の流体容積部に供給され、第１の電気エンドプレート３０２と第２の電気エンドプレート３１０との間に電位差が生じ、それらの間に負荷を接続することができる。この場合、第１の電気エンドプレート３０２はモノポール、第２の電気エンドプレート３１０はエンドポールと呼ばれることがある。

【0107】

電解セルとして動作させると、電位差が、第１の電気エンドプレート３０２と第２の電気エンドプレート３１０との間に加えられて、水素ガス及び／又は一酸化炭素と酸素との生成を駆動する。

【0108】

図４を参照すると、セルスタック構成体４００の断面図が示されている。セルスタック構成体４００は、図３のセルスタック構成体３００の変形例である。図４に示す変形例では、セルユニット（繰り返しユニット）４０６は、金属支持プレート４０６ａ及びセパレータプレート４０６ｂを含む。この変形例では、セルユニットのスタックのセルユニット４０６間に、予め形成された（ポート）ガスケットは不要である。（予め形成された）ガスケットの代わりに、金属支持プレート４０６ａの流体ポートを取り囲む環状部が、そのセルユニットのセパレータプレート４０６ｂから離れて、隣接するセルユニットのセパレータプレートの方へ突出するように環状部を形成することによって（図では下向きに）隆起されている。

【0109】

インサイチュシール、すなわちシーラント材４０９のリングが環状部に形成され、この材料はスタックの組み立て中に塗布されてもよい。シーラント材４０９は、硬化したときに、燃料電池の動作環境に耐えるように設計された任意の従来のシーラント材とすることができる。シーラント材４０９は、必要に応じて（予め形成された）ガスケットに置き換えることもできるが、インサイチュシールの使用は、ガスケットを注意深く配置することがもはや不要になるため、部品数を低減し、コストを削減し、組み立てを簡略化するという大きな利点を有する。

【0110】

この構成では、シーラント材の厚さは、予め形成されたガスケットに一般的に必要とされる厚さよりも大幅に薄くすることができる。電気絶縁シール又はインサイチュシールは、隣り合う燃料電池ユニットの当接面（例えば、隆起環状部と、隣り合う燃料電池ユニットのセパレータプレートとによって形成されるハードストップ面を形成する）の一方又は両方に使用されて、隣り合う燃料電池ユニット間で、当接面を介して電気接触することを防止することができる。

【0111】

環状溝（図を見やすくするために示さず）もまた環状部に設けられてもよく、環状溝は、インサイチュシール材を収容するために、そのセルユニットのセパレータプレート４０６ｂの方へ突出している。ここでは、環状溝が一定の深さで一様な円を形成してもよいが、半径及び深さの両方がそれほど一様でない溝にすることも可能である。しかし、簡単にするために、一様な半径及び深さが設けられる。環状溝は、ある量の（又はビードの）シーラント材を収容し、隣り合うセルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂに接触し、したがって、図３のガスケット３０４のように機能する。

【0112】

図３のガスケット３０４の厚さは、空気又は燃料の流れのために、隣り合う燃料電池ユニット間に空間を提供するのに役立った。その空間を保持するために、金属支持プレート４０６ａの環状部分に成形ポート特徴部を設けることができる。これにより、電気化学的に活性な層の外面が、隣り合うセルユニット４０６のセパレータプレート４０６ｂに正しく接触することができるように、ガスケットシール材の頂部の最終的な高さがそれでもなお正しい高さであることが確実になる。

【0113】

隆起環状部は、図４では金属支持プレート４０６ａの一部として示されているが、その代わりに、各セルユニット４０６のセパレータプレート４０６ｂに設けられてもよい。

【0114】

この後に説明する実施形態において次に例示するように、図３及び図４の構成体で説明したように、金属支持プレート４０６ａに設けられた成形特徴部及び成形外周フランジ（これによってセルユニットは２部品セルとして溶接される）のいずれか又はすべては、その代わりに、セパレータプレート４０６ｂに設けることができる。

【0115】

図５Ａを参照すると、セルスタック構成体５００の断面図が示され、図５Ｂを参照すると、図５Ａの円に囲まれた領域の拡大図が示されている。図８は、図５の構成体５００の分解斜視図である。

【0116】

セルスタック構成体５００は、上記のセルユニット３０６と同様のセルユニット３０６のスタックを備える。図５Ａは、それぞれ、金属支持プレート３０６ａに（例えば、薄いコーティング／フィルムとして）積層され、それによって支持されたそれぞれのアノード、電解質、及びカソードの層を備える電気化学的に活性な層５０６を示す。図５Ａはまた、セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａ、及び隣り合う（隣接する）セルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の最も外側の層に接触するセパレータプレート３０６ｂの上下方向の突起を示す。

【0117】

電気スタッド３０１及び第１の電気エンドプレート３０２は、上記のものと同様である。この場合、電気絶縁スリーブ５０３（カラーとも呼ばれる）が電気スタッド３０１を取り囲む。電気スタッド３０１、並びに第１の電気絶縁プレート３０５ａ及びトッププレート３０３を貫通する開口は、断面が円形であってもよく、その場合、スリーブ５０３は、中空の円柱である。スリーブ５０３は、マイカ又はセラミックなどの（電気）絶縁材料から形成される。スリーブ５０３は、スタック構成体５００を取り扱うとき、及びスタッド３０１に負荷を接続するときに、電気スタッド３０１に機械的安定性を与える。スリーブ５０３はまた、トッププレート３０３の開口を通って異物（例えば、ごみ）がスタック構成体５００に侵入するのを防止する。さらなる機械的安定性は、スリーブ５０３（及びスタッド３０１）を取り囲み、トッププレート３０３の外面に着座する座金５０４によって与えられる。座金５０４の外面は、スリーブ５０３の外側端部より上にあり（すなわち、トッププレート３０３の外面からスリーブ５０３の外側端部の位置よりさらに突出し）、その結果、スタッドに加わるいかなる機械的力も、スリーブ５０３を通って、又はスタッド３０１を通って第１の電気エンドプレート３０２に伝達されるのではなく、座金５０４を通ってトッププレート３０３に伝達される。座金は、セラミック又はマイカなどの任意の適切な（電気）絶縁材料から形成されてもよい。図５ｂで分かるように、バスバー５０９が、スタック構成体５００の外部で、座金５０４に接触して、ナット５０８によってスタッド３０１に取り付けられてもよい。

【0118】

第１の電気エンドプレート３０２のさらなる詳細は、図５Ａで明らかである。第１の電気エンドプレート３０２は、第１の電気エンドプレート３０２に（例えば、薄いコーティング／フィルムとして）積層され、又は取り付けられ、それによって支持された材料の層５１０を備える（ことが好ましい）。材料の層５１０は、導電性セラミック材料であり、電気化学的に活性な層５０６のカソードと同様の成分を有してもよく、例えば、それはＬＳＣＦ、ＬＣＮ、ＢＳＣＦ、例えばＬＣＮ６０であってもよい。材料の層５１０は、セルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の厚さに相当する厚さを有することが有利であり、これは、最も外側（図５Ａでは最も上側）のセルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂの突起が材料の層５１０の面に接触することを意味する。これはまた、すべてのガスケット３０４を同様の厚さにすることができることが好都合である。これにより、セルユニット３０６のスタックを第１の電気エンドプレート３０２に接続するために特別な構成部品が不要になるので、スタック構成体５００に必要な異なる構成部品の数が少なくなる。材料の層５１０は、セルユニットのスタックの最も外側（図５Ａでは最も上側）のセルユニットのセパレータプレート３０６ｂの（上向きの）突起に接触し、そのセパレータプレートを第１の電気エンドプレート３０２に電気的に接続して、その間の電気エネルギーの伝達を可能にする。電気エンドプレート３０２は、材料の層５１０が取り付けられた、コーティングされた、又は積層された単一のプレートとして示されているが、第２の態様で説明するように、２つ（又はそれ以上）の部品構造、例えば、図１０の電気エンドプレート１４０２であってもよい。

【0119】

第２の電気スタッド５０５は、図５Ａに示されており、上記の電気スタッド３０１と同様であるが、反対の極性を有する。第２の電気スタッド５０５は、第２の電気エンドプレート５０７に接続され、第２の電気絶縁プレート３０５ｂ及びベースプレート３０８の開口を通る。第２の電気スタッド５０５は、第１の電気スタッド３０１と同様に、スリーブ５０３、座金５０４、バスバー、及びナットを備えるが、トッププレート３０３ではなくベースプレート３０８に関連する。

【0120】

第２の電気エンドプレート５０７のさらなる詳細は、図５Ａで明らかである。第２の電気エンドプレート５０７は、セルユニットのスタックの方へ延在する突起を備えて、セルユニットのスタックの最も外側（図５Ａでは最も下側）のセルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の最も外側の電極（例えば、カソード）に接触する。突起は、隣り合うセルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の方へ（上方に）突出するセパレータプレート３０６ｂの突起と同じ高さを有する。これにより、第２の電気エンドプレート５０７とセルユニットのスタックとの間に配置されるガスケット３０４が、セルユニットのスタックの隣り合うセルユニット３０６の間で使用されるものと同じ厚さのもの（実際に、同じガスケットである）とすることができることが有利である。

【0121】

第２の電気エンドプレート５０７の突起は、セルユニットのスタックの最も外側のセルユニットの電気化学的に活性な層（例えばカソード）の最も外側（図５Ａでは最も下側）の面に接触し、その電気化学的に活性な層のその面を第２の電気エンドプレート５０７に電気的に接続して、その間の電気エネルギーの伝達を可能にする。電気エンドプレート５０７は、一体の突起を有する単一のプレートとして示されているが、第２の態様で説明するように、２つ（又はそれ以上）の部品構造、例えば、図１０の電気エンドプレート１４０７であってもよい。

【0122】

電気スタッド３０１と第２の電気スタッド５０５は、セルユニットのスタックの反対がわの端部に配置されていることに留意されたい。２つのチムニーが構成体５００に存在し、電気スタッドがそれぞれのチムニーと位置合わせされる（例えば、それぞれのチムニーと同軸であることが好ましい）。チムニーは、ガスケット３０４、セルユニット３０６を通るポートと、第１の電気エンドプレート３０２、第１の電気絶縁プレート３０５ａ、及びトッププレート３０３、又は第２の電気エンドプレート５０７、第２の電気絶縁プレート３０５ｂ、及びベースプレート３０８を通るポートとによって画定／形成される。第１の電気エンドプレート３０２は、第１のチムニー（図５Ａの左側）を（ベース部分（電気スタッドはここから垂直に延在する）によって）塞ぎ、第２の電気エンドプレート５０７は、第２のチムニー（図５Ａの右側）を（ベース部分（電気スタッドはここから垂直に延在する）によって）を塞ぐ。

【0123】

図５Ａの矢印で示すように、第１のチムニーは第１の流体容積部への第１の流体の送出に使用され、第２のチムニーは第１の流体容積部からの排出に使用される。第１の流体容積部は、セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとの間に囲まれ、チムニーによって供給／排出される。第２の流体容積部は、セルユニット及びチムニーを取り囲み、スカート、ベースプレート、及びエンドプレートによって囲まれ、電気化学的に活性な層５０６の最も外側の電極と流体連通するように設けることができる。第２の流体容積部の供給及び排出のためのポートは、ベースプレート及び／又はエンドプレートに設けることができる（図５Ａには示されていない）。

【0124】

さらに図５Ａには、プレート３０２の電力取出部と第１の電気絶縁プレート３０５ａとの間、第１の電気絶縁プレート３０５ａとトッププレート３０３との間、第２の電気エンドプレート５０７と第２の電気絶縁プレート３０５ｂとの間、及び第２の電気絶縁プレート３０５ｂとベースプレート３０８との間に設けられた支持層５１１が示されている。支持層５１１は、電気化学的に活性な層５０６（及びセパレータプレート３０６ｂの突起）の範囲に対応する（一致し、平面図では対応する平面視面積を覆う）範囲を有する。支持層５１１は、ベースプレート３０８とトッププレート３０３との間に加えられる圧縮力の一部を、セルユニットのスタックを通して伝達する。これにより、（例えば、平面視領域にわたってさえ）セルユニット３０６内、及びセルユニットのスタック内の隣り合うセルユニット間の良好な電気接触（すなわち、セパレータプレート３０６ｂの下向き突起と、同じセルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとの間の良好な電気接触、及びセパレータプレート３０６ｂの上向き突起と、セルユニットのスタックの隣り合う、又は隣接するセルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の最も外側の電極との間の良好な電気接触）が確実になる。当然ながら、支持層５１１を介した同じ圧縮力によって、第１及び第２の電気エンドプレート３０２、５０７とセルユニットのスタックの最も外側のセルユニットとの間で良好な電気接触が得られる。支持層５１１は、圧縮力をスタックに伝達することができる任意の導電性又は非導電性の弾性材料、例えば、メッシュ又はエキスパンデッドメタル箔から形成されてもよい。

【0125】

図８を参照すると、図を見やすくするため、スカート３０７の一部分が示されている。スカート３０７は、さらに２つの側壁を含んで、図示のスカート構成部品３０７の縁を接続することができ、その結果、スカートがスタックを取り囲むことは理解されよう。金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂは分解して示しておらず、したがって、この図ではセパレータ３０６ｂのみが見えることにも留意されたい。セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとは、それらの周囲で互いに溶接されるか又はその他の方法で取り付けられる。

【0126】

燃料電池としての使用では、電気負荷は、構成体５００の電気スタッド３０１と第２の電気スタッド５０５との間に接続することができる。アノードが、金属支持プレート３０６ａに最も近い電気化学的に活性な層である例では、第１の流体は燃料である。燃料は、第１のチムニー、金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとの間の隙間、及び金属支持プレート３０６ｂの多孔質領域を通ってアノードに供給され、燃料排出生成物は、アノードから、金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとの間の隙間を通って第２のチムニーに導かれる。第２の流体は酸化剤であり、第２の流体容積部を通ってカソードに供給される。

【0127】

電解セルとしての使用では、電位差は、電気スタッド３０１と第２の電気スタッド５０５との間に、構成体５００に電気エネルギーを供給するために与えることができる。関連する流体は、第１及び第２の流体容積部に供給され、そこから排出される。

【0128】

図６Ａを参照すると、セルスタック構成体６００の断面図が示されている。セルスタック構成体６００は、図５Ａのセルスタック構成体５００の変形例である。図６Ｂ及び図６Ｃは、図６Ａのセルスタック構成体６００の拡大された領域を示す。図７は、それぞれがスタッドを有するセルスタック構成体６００の第１及び第２の電気エンドプレート６０２、６０６の平面図である。図９は、図６及び図７の構成体６００の分解斜視図である。構成体６００（セルユニットのスタックのセルユニット３０６を含む）は、図５に示した構成体５００に対して１８０度回転されて示されていることに留意されたい。

【0129】

図６に示す構成体６００では、スタッド６０１を有する第１の電気エンドプレート６０２は、追加のバスバー６１２を介して追加の電気エンドプレート６０７に接続され、これにより、両方の電気スタッド６０１及び６０５は、スタック構成体６００の同じ端部に配置することができる。また、これにより、第１の流体容積部の流体入口及び出口をスタック構成体６００の同じ端部に配置することができる（流体入口及び出口は、電気スタッド６０１、６０５とは反対がわのスタック構成体６００の端部に配置される）。ガスケット３０４は、構成体６００の追加の構成部品のそれぞれの間に設けられて、チムニー又はその連続部を画定する。

【0130】

第２の電気スタッド６０５及び関連する第２の電気エンドプレート６０６は、（以下に概説する理由で）第２の電気スタッド６０５が追加の電気絶縁プレート６１３の開口を通り、第１の電気エンドプレート６０２を通ることを除いて、構成体５００の第２の電気スタッド５０５及び第２の電気エンドプレート５０７と同様である。したがって、第２の電気エンドプレート６０６は、セルユニットのスタックの最も外側のセルユニット３０６の最も外側の層（電気化学的に活性な層５０６のうちの最も外側の層の電気化学的に活性な層の場合がある）に向かって、それと接触する突起６１４を備える。第２の電気エンドプレート６０６は、一体の突起を有する単一のプレートとして示されているが、第２の態様で説明するように、２つ（又はそれ以上）の部品構造、例えば図１０の電気エンドプレート１４０７であってもよい。

【0131】

支持層５１１は、スタックの電気化学的に活性な領域内の圧縮を維持するために、第２の電気エンドプレート６０６と追加の電気絶縁プレート６１３との間で、第２の電気エンドプレート６０６の突起の反対がわに配置される。

【0132】

第１の電気スタッド６０１は、構成体５００の電気スタッド３０１及び第１の電気エンドプレート３０２と同様に、第１の電気エンドプレート６０２に接続される、又はそれと一体である。構成体５００とは異なり、第１の電気エンドプレート６０２にはコーティング又は積層された導電性セラミック層５１０はない。第１の電気エンドプレート６０２は、バスバー６１２に電気的に接続され、このバスバーは、追加の電気エンドプレート６０７に電気的に接続され、その結果、２つの電気エンドプレートは同じ極性であり、両方とも、特にチムニーの近傍で、圧縮手段によって及ぼされる圧縮力を受ける。追加の電気エンドプレート６０７は、セルユニットのスタックの、第１の電気プレート６０２とは反対がわの端部に配置される。追加の電気エンドプレート６０７は、第１の電気エンドプレート６０７に（例えば、薄いコーティング／フィルムとして）積層され、又は取り付けられ、それによって支持された材料の層５１０を備える。材料の層５１０は、それ以外では、図５を参照して上で説明したものと同様である。

【0133】

第１の電気プレート６０２は、追加の電気絶縁プレート６１３とスタック構成体６００のトッププレート３０３との間に配置される。第１の電気プレート６０２は、支持層５１１及びガスケット３０４によって追加の電気絶縁プレート６１３から隔てられる。言い換えれば、第１の電気プレート６０２は、追加の電気絶縁プレート６１３の、第２の電気エンドプレート６０６から反対がわに配置される。したがって、追加の電気絶縁プレート６１３は、第１の電気プレート６０２と第２の電気エンドプレート６０６との間を電気的に絶縁する。同様に、追加の電気エンドプレート６０７は、支持層５１１及びガスケット３０４によって第１の電気絶縁プレート３０５ａから隔てられる。

【0134】

バスバー６１２は、バスバー６１２、並びに／或いは、第１の電気エンドプレート６０２及び追加の電気エンドプレート６０７の端部のタブを介して、第１の電気エンドプレート６０２及び追加の電気エンドプレート６０７に溶接又はその他の方法で取り付けられる（且つ、電気的に接続される）。バスバーは、セルユニットのスタックの一方の側に、セルユニットのスタックとスカートの間に配置され、セルユニットの積み重ね方向とほぼ平行である。タブは、バスバー６１２、第１の電気エンドプレート６０２、及び追加の電気エンドプレート６０７よりも可撓性があり（例えば、より薄いため）、それは、スタックとバスバーとの間の熱膨張差がタブの可撓性によって受け持たれ、したがって、バスバー６１２、第１の電気エンドプレート６０２、及び追加の電気エンドプレート６０７には最小限の応力しか伝わらないことを意味する。

【0135】

追加の電気エンドプレート６０７は、材料の層５１０が取り付けられた、コーティングされた、又は積層された単一のプレートとして示されているが、第２の態様に関して説明するプレートと同様の、２つ（又はそれ以上）の部品構造、例えば、図１０の電気エンドプレート１４０７であってもよい。

【0136】

図６Ａに示す例では、第２の電気エンドプレート６０６はチムニーの両方を横切って延在し、したがって、両方のエンドプレートは、左手側のチムニーを塞ぎ、そのチムニーにおける圧縮力によって圧縮されることに留意されたい。この場合、第１の電気プレート６０２は、第２の電気エンドプレート６０６と同じ材料から製造されてもよいが、チムニー内の流体（燃料電池用途では典型的には燃料）に曝されないので、第２の電気エンドプレート６０６よりも薄くてもよい。したがって、２つの電気エンドプレートがあるが、一方がスタック内の２つの雰囲気（２つの異なる流体）に曝され、他方が単一の雰囲気（１つの流体）に曝される場合、後者のプレートは、前者のプレートよりも耐腐食性の低い材料で作られてもよく、及び／又は、腐食保護コーティングが少なくてもよく、又は全くなくてもよく、及び／又は、薄く作られてもよい。これに代えて、第２の電気エンドプレート６０６が図６Ａの左手側のチムニーをさらに塞がない場合、第１の電気プレート６０２と第２の電気エンドプレート６０６は、両方とも同様の（２つの）化学環境に曝されるので、同じ材料から製造されて同じ厚さであってもよい。

【0137】

図９に示す構成体６００の部分分解図を参照すると、図を見やすくするため、スカート３０７の一部分が示されている。スカート３０７は、さらに２つの側壁を含んで、図示のスカート構成部品３０７の縁を接続することができ、その結果、スカートがスタックを取り囲むことは理解されよう。金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂは分解して示しておらず、したがって、この図では金属支持プレート３０６ａのみが見えることにも留意されたい。セルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとは、それらの周囲で互いに溶接されるか又はその他の方法で取り付けられる。追加の電気エンドプレート６０７、バスバー６１２、及び第１の電気エンドプレート６０２は、それらが組み立てられた（例えば、溶接、ろう付け、又はその他の方法で一緒に取り付けられた）形態で示されており、破線は、プレート６０７及びプレート６０２が占める分解された構成体における位置を示すことにさらに留意されたい。これらのプレートがスタックの定位置になったとき（好ましくは、スタックに圧縮が加わったとき）のみ、バスバー６１２はプレート６０７及びプレート６０２に取り付けることができる。さらに、導電性セラミック層５１０は、追加の電気エンドプレート６０７とは別に示されているが、しばしば、導電性セラミック層５１０が追加の電気エンドプレート６０７にコーティング又は積層されることが理解されよう。

【0138】

燃料電池としての使用では、電気負荷は、構成体６００の電気スタッド６０１と第２の電気スタッド６０５との間に接続することができる。アノードが、金属支持プレート３０６ａに最も近い電気化学的に活性な層である例では、第１の流体は燃料であり、第１の流体容積部内の流れは図６Ａの矢印によって示されている。燃料は、第１のチムニー、金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとの間の隙間、及び金属支持プレート３０６ｂの多孔質領域を通ってアノードに供給され、排出生成物は、アノードから、金属支持プレート３０６ａとセパレータ３０６ｂとの間の隙間を通って第２のチムニーに導かれる。第２の流体は酸化剤であり、第２の流体容積部を通ってカソードに供給される。

【0139】

電解セルとしての使用では、電位差は、電気スタッド６０１と第２の電気スタッド６０５との間に、構成体６００のスタックに電気エネルギーを供給するために与えることができる。関連する流体は、第１及び第２の流体容積部に供給され、そこから排出される。

【0140】

この構成体６００により、すべての電気接続部が構成体の一端に配置され、すべての流体接続部が他端に配置されるので、セルスタック構成体６００が配置されるシステムへの電気接続及び流体接続が便利になり得る。

【0141】

図７は、図６の第１の電気エンドプレート６０２及び第２の電気エンドプレート６０６の平面図である。第１の電気エンドプレート６０２は、セルスタック構成体６００の第１のチムニーと位置が合うように電気スタッド６０１を備える。第１の電気エンドプレート６０２は、第２の電気スタッド６０５及び関連するスリーブ５０３が通る開口７０４を備える。電気スタッド６０１に最も近い第１の電気エンドプレート６０２の端部は、バスバー６１２への取付けを容易にするために直線状であってもよい。

【0142】

第２の電気エンドプレート６０６は、セルスタック構成体６００の第２のチムニーと位置が合うように第２の電気スタッド６０５を備える。セルユニットのスタックの最も外側のセルユニットの電気化学に活性な層の最も外側の電極の方へ突出する複数の突起６１４が設けられて、スタックから第２の電気エンドプレート６０６に電力を伝達する。ポート７０６は、任意選択で、第２の電気エンドプレート６０６を貫通して設けられてもよい。ポート７０６が設けられている場合、ポートは第１のチムニーの一部を形成し、ポートが設けられていない場合、第２の電気エンドプレート６０６は第１のチムニーを塞ぐ。後者の場合、第２の電気エンドプレート６０６は両方のチムニーを塞ぐ。

【第２の態様の詳細な説明】

【0143】

図１０を参照すると、セルスタック構成体１４００の断面図が示されている。セルスタック構成体１４００は、図５のセルスタック構成体５００の変形例である。図１１は、図１０の構成体１４００の分解斜視図である。圧縮手段（例えばスカート３０７）は、図を見やすくするため、構成体１４００に示されていないことに留意されたい。

【0144】

図１２は、セルスタック構成体１４００の第１の電気エンドプレートの分解図である。図１３は、セルスタック構成体１４００の第２の電気エンドプレートの分解図である。

【0145】

構成体１４００には、第１の電気エンドプレート１４０２が示されており、これは、上記の第１の電気エンドプレートと実質的に同様に機能することができる。第１の電気エンドプレート１４０２は、第１の層１４１６が第２の層１４１７に溶接（又はその他の方法で接続）された２層構造を備える（溶接経路は、図１１及び図１２において破線１６２１で示されている）。第１の層１４１６は平面プレートである。第１の層１４１６は、セルスタック構成体のチムニーの１つを塞ぎ（電気スタッド３０１は、その塞がれたチムニーの連続部を通ってセルスタック構成体を出る）、第１の流体容積部の流体の送出又は排出のための別のチムニーの一部を形成するポートを備える。

【0146】

第２の層１４１７は平面プレートであることが分かる。第２の層１４１７は、セルユニットのスタックのセルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａと同様である。第２の層１４１７は、セルユニットのスタックの金属支持プレート３０６ａと同じように、（同様に配置された）ポートを備える。導電性セラミック層１４１８が、第２の層１４１７の、第１の層１４１６に面する面とは反対がわの面に接合（例えば、取り付け又は積層）される。導電性セラミック層１４１８は、先に説明した導電性セラミック層５１０と同様であってもよく、燃料電池のカソードでの使用に適したタイプの材料、例えばＬＳＣＦ、ＬＣＮ、ＢＳＣＦ、例えばＬＣＮ６０であってよい。導電性セラミック層１４１８の厚さは、セルユニットのスタックのセルユニット３０６の電気化学的に活性な層５０６の厚さと同様である。これは、第２の層１４１７をセルユニットのスタックの隣接する（最も外側又は最も上側の）セルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂから隔てるガスケット３０４を、構成体１４００の他の場所で用いられるガスケット３０４と同じにすることができることを意味する。

【0147】

導電性セラミック層１４１８の、第２の層１４１７とは反対がわの面は、セルユニットのスタックの隣接する（最も外側又は最も上側の）セルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂの突起に接触する。セパレータプレート３０６ｂの突起は上下方向に交互に配置され、上向きの突起は、導電性セラミック層１４１８の方を向いてそれに接触し、同じセルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａから離れ、下向きの突起は導電性セラミック層１４１８から離れるように、同じセルユニット３０６の金属支持プレート３０６ａの方を向いてそれに接触する。セパレータプレート３０６ｂの下向きの突起は、金属支持プレート３０６ａに接触し、したがって、電気化学的に活性な層であり得る層５０６に電気的に接続され、その場合、セパレータプレートの下向きの突起は、金属支持プレート３０６ａに最も近い電気化学的に活性な層（それらの電気化学的に活性な層は基板の他の側にある）の電極（典型的にはアノード）に電気的に接続される。その電気的な接続は、金属支持プレート３０６ａとセパレータプレート３０６ｂとがそれらの周囲で溶接されていることにより強化される。その結果、電気スタッド３０１は、第１の層１４１６、第２の層１４１７、及び導電性セラミック層１４１８を介して、セルユニットのスタックに電気的に接続される。

【0148】

構成体１４００はまた、図１０に示すように、第２の電気エンドプレート１４０７を含み、これは、上記の第１の電気エンドプレート１４０２と実質的に同様に機能することができる。第２の電気エンドプレート１４０７は、第１の層１４１９が第２の層１４２０に溶接（又はその他の方法で接続）された２層構造を備える（溶接経路１７２２は、図１１及び図１３において破線で示されている）。第１の層１４１９は、平面プレートである。第１の層１４１９は、セルスタック構成体のチムニーの１つを塞ぎ（電気スタッド５０５は、その塞がれたチムニーの連続部を通ってセルスタック構成体を出る）、第１の流体容積部の流体の送出又は排出のための別のチムニーの一部を形成するポートを備える。

【0149】

第２の層１４２０は、セルユニットのスタックのセルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂと同様である。第２の層１４２０は、セルユニットのスタックのセパレータプレート３０６ｂと同じように、（同様に配置された）ポートを備える。第２の層１４２０は、その周囲で第１の層１４１９に溶接又はその他の方法で接続される（ポートの周りで溶接されてもよい）。第２の層１４２０は、起伏のあるプレートである（すなわち、３Ｄ特徴部を有する）ことが分かる。第２の層１４２０は、上下方向に交互に配置された突起を備え、上向きの突起は、セルユニットのスタックの隣接する（図では最も下側の）セルユニット３０６の層５０６（電気化学的に活性な層であってもよい）の方を向いてそれに接触し、電気エンドプレート１４０７の第１の層１４１９から離れ、下向きの突起はセルユニットのスタックの隣接する（図では最も下側の）セルユニット３０６から離れるように、電気エンドプレート１４０７の第１の層１４１９の方を向いてそれに接触する。第２の層１４２０の上向きの突起は、セルユニットのスタックの隣接する（図では最も下側の）セルユニット３０６の層５０６に接触し、したがって、隣接する（図では最も下側の）セルユニット３０６の電極（典型的にはカソード）に電気的に接続される。その結果、電気スタッド５０５は、第１の層１４１９及び第２の層１４２０を介して、セルユニットのスタックに電気的に接続される。電気スタッド３０１、５０５は、上記の第１の態様に関して説明したのと同様の態様で、それぞれの電気エンドプレートのベース部分において取り付けられ又はその他の方法で接続され、ベース部分は、それぞれのチムニーにおける圧縮力を受ける。

【0150】

電気エンドプレート（１４０２、１４０７）の第１の層（１４１６、１４１９）及び第２の層（１４１７、１４２０）は鉄含有層であり、例えばこれらの層は鋼（典型的には、ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼）である。第１の層に適切な材料の例としては、ＳＳ４４１及びＣｒｏｆｅｒ２２が含まれ、第２の層に適切な材料の例としては、ＳＳ４４１、ＳＳ４４４、及びＣｒｏｆｅｒ２２が含まれる。第１の層と第２の層は、異なる金属から形成され、永久的に接続される。電気エンドプレートの第１の層は、少なくとも０．５ｍｍ、例えば０．５ｍｍ～５ｍｍ、又は０．５～２ｍｍ、又は１～２ｍｍの厚さを有する。

【0151】

図１０の構成体１４００は、第１の態様の図６の構成体６００に関して説明したように、バスバー及び追加の電気プレートを使用することによって、スタックの同じ端部に第１の電気スタッド３０１及び第２の電気スタッド５０５の両方を設けるように変えることができる。

【0152】

図１２は、第１の電気エンドプレート１４０２の（人為的な）分解図である。図１２において、第１の層１４１６及び第２の層１４１７は自己支持剛体プレートである。溶接経路１６２１は破線で示され、第１の電気エンドプレート１４０２の第２の層１４１７の周囲を辿る。流体が、それぞれのポートによって形成されたチムニーから、第１の電気エンドプレート１４２０の第１の層１４１６と第２の層１４１７との間の空間へ流入することを防止するために、流体ポートの周囲にさらなる溶接経路（複数の場合あり）（図示せず）も存在してもよい。

【0153】

図１３は、第２の電気エンドプレート１４０７の（人為的な）分解図である。図１３において、第１の層１４１９及び第２の層１４２０は自己支持剛体プレートである。溶接経路１７２２は破線で示され、第２の電気エンドプレートの第１の層１４１９及び第２の層１４２０の周囲を辿る。また、図１３には、第２の電気エンドプレート１４０７の第２の層１４２０の上下方向の突起１７２３が示されている。流体が、それぞれのポートによって形成されたチムニーから、第２の電気エンドプレート１４０７の第１の層１４１９と第２の層１４２０との間の空間へ流入することを防止するために、流体ポートの周囲にさらなる溶接経路（複数の場合あり）（図示せず）も存在してもよい。

【0154】

図１４を参照すると、セルスタック構成体の一部分の断面図が示されている。セルスタック構成体のこの一部分は、図１０のセルスタック構成体１４００の電気スタッド５０５、第２の電気エンドプレート１４０７、及びセルユニットのスタックの隣接する（図１０では最も下側の）セルユニット３０６の変形例である。

【0155】

図１４に示す変形例では、セルユニットのスタックの隣接するセルユニット３０６の層５０６の方へ向けられた第２の電気エンドプレート１４０７の第２の層１４２０の突起１７２３は、導電性セラミック層１８２４を備える。セルユニットのスタックの隣接するセルユニット３０６の電気化学的に活性な層の方へ向けられた、各セルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂの突起も、導電性セラミック層１８２４を備える。導電性セラミック層１８２４は、前記突起に接合又は積層される。

【0156】

導電性セラミック層１８２４は、セルユニットのスタックの隣接するセルユニット３０６の層５０６と面同士で接触し、突起（したがって、セパレータプレート３０６ｂ又は第２のプレート１４２０）と層５０６との間の電気接触を改善する。層５０６がセルユニットの電気化学的に活性な層であるとき、隣接するセルユニットの最も外側の電極は、典型的にはカソードであり、ＬＳＣＦ、ＬＣＮ、ＢＳＣＦなどのカソードタイプの材料が、導電性セラミック層１８２４に使用される。

【0157】

図１５は、セルスタック構成体１９００の一部として、第２の電気エンドプレート１４０７及び導電性セラミック層１８２４を示す。セルスタック構成体１９００は、図１０の構成体１４００の変形例である。図１５は、さらに、第１の電気エンドプレート１４０２の導電性セラミック層１４１８に接触するセルユニットのスタックの最も上側のセルユニット３０６のセパレータプレート３０６ｂの上向きの突起に接合又は積層された導電性セラミック層１８２４を示す。これらの導電性セラミック層１８２４により、第１の電気エンドプレート１４０２と、セルユニットのスタックの隣接する（図１５では最も上側の）セルユニットとの間の電気接続が良好になる。

【0158】

本発明は、上記の例だけに限定されず、他の例も、添付の請求項の範囲から逸脱することなく当業者には容易に明らかとなる。

【0159】

本発明のこれら及び他の特徴は、純粋に例示として上で説明した。特許請求の範囲内で、本発明に対して細かな変更を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】