ロールグッド燃料電池製造プロセス、設備、およびそれらから製造された物品
ロールグッド燃料電池材料の製造は、隔置された窓を有する第１および第２の接合材料ウェブを、燃料電池膜ウェブの第１および第２の表面に積層する工程を含む。膜ウェブの第１および第２の活性領域は、それぞれの接合材料窓内に位置決めされる。隔置された窓を有する第３および第４のガスケット材料ウェブは、それぞれ、第１および第２の膜ウェブ表面上の接合材料に積層される。接合材料の少なくともいくらかがそれぞれのガスケット材料窓内に延在するように、接合材料窓はそれぞれのガスケット材料窓と整列する。第５および第６のＦＴＬ材料ウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分は、それぞれの第１および第２の活性領域に積層される。ＦＴＬ材料部分は、それぞれのガスケット材料窓内に位置決めされ、かつそれぞれのガスケット材料窓内に延在する接合材料と接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは燃料電池に関し、より詳細には、ロールグッド（ｒｏｌｌ−ｇｏｏｄ）形態の多層燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリの自動化製造のためのプロセスおよび装置、ならびにそれらから製造された燃料電池物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェブまたはロール形態で開発された構成要素から燃料電池を製造するためにさまざまな装置および方法が開発されている。従来の組立て方法は、典型的には、入力ウェブ構成要素のいくつかを切断して、バッチ操作でそのような材料のスタックを形成することを伴う。次に、シンギュレートされた（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）材料は、燃料電池組立ての間シンギュレートされた材料を適切に位置決めするように、さまざまな機械的手段および真空手段を使用して操作される。
【０００３】
これらのプロセスの多くは自動化することができるが、そのためには、典型的には、複雑で、時間がかかり、典型的には高価な自動化設備によって行われる多数の取扱い工程、位置合せ工程、および整列工程が伴う。従来の燃料電池製造方法と関連する処理工程の数および複雑さは、典型的には、製品処理量を低減し、これは、自動化燃料電池組立てラインの生産性に悪影響を及ぼす。さらに、多くの従来の燃料電池製造装置および方法が、高度の自動化、特に、厳しい位置公差要件を有するそのような装置およびプロセスに十分適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改善された燃料電池製造装置、方法、ならびにそのような装置および方法から製造された燃料電池アセンブリが必要である。自動化燃料電池組立てプラントなどの自動化組立て環境において実現することができるそのような装置、方法、および燃料電池アセンブリがさらに必要である。本発明は、これらおよび他の要求を満たし、かつ先行方法の他の欠陥に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、改善された燃料電池製造プロセス、設備、およびそれらから製造された物品に関する。本発明は、さらに、ロールグッド形態のユニット化燃料電池アセンブリを含む、ロールグッド形態の多層燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリの自動化製造に関する。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法は、各々が接合材料を含みかつ隔置された窓を有する第１および第２のウェブを、燃料電池膜を含むウェブの第１および第２の表面に積層する工程を含む。膜ウェブの第１および第２の活性領域は、それぞれの接合材料窓内に位置決めされる。この方法は、各々がガスケット材料を含みかつ隔置された窓を有する第３および第４のウェブを、それぞれ、膜ウェブの第１および第２の表面上に配置された接合材料に積層する工程をさらに含む。接合材料の少なくともいくらかがそれぞれのガスケット材料窓内に延在するように、接合材料の窓はガスケット材料のそれぞれの窓と整列する。この方法は、また、ＦＴＬ材料を含む第５および第６のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層する工程を含む。ＦＴＬ材料部分は、それぞれのガスケット材料窓内に位置決めされ、かつそれぞれのガスケット材料窓内に延在する接合材料と接触する。
【０００７】
別の実施形態によれば、１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法が、接合材料を含む第１のウェブを切断して、第１のウェブの隔置された第１の窓を製造する工程を含む。第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。接合材料を含む第２のウェブを切断して、第２のウェブの隔置された第２の窓を製造する。第２の窓も、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。
【０００８】
この方法は、燃料電池膜を含むウェブであって、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層する工程とをさらに含む。膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層する。この方法は、また、ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程を含む。ＦＴＬ材料部分の各々は、それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する。
【０００９】
さらなる実施形態によれば、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法は、膜材料のウェブ、第１の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第１のウェブを処理して、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブの第１の表面を形成する工程を含む。この方法は、また、膜材料のウェブ、第２の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第２のウェブを処理して、ＭＥＡウェブの第２の表面を形成する工程を含む。第１および第２のフローフィールドプレートは、好ましくは第１および第２のフローフィールドプレートウェブの形態で提供される。この方法は、ＭＥＡウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する（ｅｎｃａｓｉｎｇ）工程をさらに含む。
【００１０】
別の実施形態によれば、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法は、連続ＭＥＡウェブを製造する工程を含む。隔置された第１の窓を有する、接合材料を含む第１のウェブが提供され、第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。隔置された第２の窓を有する、接合材料を含む第２のウェブが提供される。第２の窓は、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。燃料電池膜を含むウェブであって、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブも提供する。
【００１１】
この方法は、また、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層する工程とを含む。ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層し、ＦＴＬ材料部分の各々は、それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する。
【００１２】
この方法は、第１のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程とをさらに含む。ＭＥＡの各々をそれぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する。
【００１３】
さらに別の実施形態によれば、燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造するための装置は、接合材料を含む第１のウェブを切断するために構成された第１の切断ステーションを含む。第１の切断ステーションは、第１のウェブの隔置された第１の窓を製造するように構成された第１の切断機構を含む。第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。第２の切断ステーションが、接合材料を含む第２のウェブを切断するために構成される。第２の切断ステーションは、第２のウェブの隔置された第２の窓を製造するように構成された第２の切断機構を含む。第２の窓は、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。
【００１４】
この装置は、また、膜ウェブを輸送するように構成された膜ウェブ輸送機構を含む。膜ウェブは、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含む。第１の積層ステーションが、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層するように構成される。第２の積層ステーションが、膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層するように構成される。
【００１５】
この装置は、第１のＦＴＬパッチの各々が第１の窓の接合サイトと接触するように、第１のＦＴＬパッチを膜ウェブの第１の表面の活性領域に積層するように構成された第３の積層ステーションをさらに含む。第４の積層ステーションが、第２のＦＴＬパッチの各々が第２の窓の接合サイトと接触するように、第２のＦＴＬパッチを膜ウェブの第２の表面の活性領域に積層するように構成される。
【００１６】
さらなる実施形態によれば、燃料電池アセンブリは、第１の表面および第２の表面を有する膜を含む。第１および第２の表面は、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む。第１の接合層が、膜の第１の表面と接触する第１の表面を含み、かつ膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む。第１の窓は、第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００１７】
燃料電池アセンブリの第２の接合層が、膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む。第２の窓は、第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００１８】
第１のガスケット層が、第１の接合層の第２の表面上に配置され、かつ第１の接合層の第１の窓と整列する第３の窓を含む。第２のガスケット層が、第２の接合層の第２の表面上に配置され、かつ第２の接合層の第２の窓と整列する第４の窓を含む。
【００１９】
燃料電池アセンブリは、また、膜の第１の表面と接触する第１のＦＴＬを含み、第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも第１の窓の接合材料突出部と接触する。第２のＦＴＬの周縁が少なくとも第２の窓の接合材料突出部と接触するように、第２のＦＴＬが膜の第２の表面と接触する。アノード触媒が、第１および第２の活性領域の一方に配置され、カソード触媒が、第１および第２の活性領域の他方に配置される。
【００２０】
別の実施形態によれば、１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池サブアセンブリは、第１の表面および第２の表面を有する膜を含む。第１および第２の表面が、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む。第１の接合層が、膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む。第１の窓は、第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。燃料電池サブアセンブリの第２の接合層が、膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む。第２の窓は、第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００２１】
燃料電池サブアセンブリは、また、膜の第１の表面と接触する第１のＦＴＬを含み、第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも第１の窓の接合材料突出部と接触する。第２のＦＴＬが膜の第２の表面と接触し、第２のＦＴＬの周縁が少なくとも第２の窓の接合材料突出部と接触する。アノード触媒が、第１および第２の活性領域の一方に配置され、カソード触媒が、第１および第２の活性領域の他方に配置される。
【００２２】
本発明の上記要約は、本発明の各実施形態またはあらゆる実現を説明することが意図されていない。本発明のより完全な理解とともに、利点および達成は、添付の図面と関連して、次の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかになり、理解されるであろう。
【００２３】
本発明は、さまざまな修正例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定しないことが意図されることが理解されるべきである。それどころか、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内である修正例、均等物、および代替例をすべて網羅することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
例示された実施形態の次の説明において、本明細書の一部を形成し、本発明を実施してもよいさまざまな実施形態が例示として示されている添付の図面を参照する。これらの実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなく構造変更を行ってもよいことが理解されるべきである。
【００２５】
本発明は、燃料電池構造を構成するための改善された方法および装置、ならびに改善された燃料電池アセンブリに関する。燃料電池は、水素燃料と空気からの酸素とを組合せて、電気、熱、および水を発生する電気化学デバイスである。燃料電池は、燃焼を利用せず、したがって、燃料電池は、たとえあるとしても、有害な流出物を僅かしか発生しない。燃料電池は、水素燃料および酸素を電気に直接変換し、かつ、たとえば内部燃焼発電機よりはるかに高い効率で動作させることができる。
【００２６】
典型的な燃料電池が、図１に示されている。図１に示された燃料電池１０は、アノード１４に隣接した第１の流体輸送層（ＦＴＬ）１２を含む。電解質膜１６がアノード１４に隣接している。カソード１８が電解質膜１６に隣接して位置し、第２の流体輸送層１９がカソード１８に隣接して位置する。ＦＴＬ１２および１９は、拡散集電体（ＤＣＣ）またはガス拡散層（ＧＤＬ）と呼ぶことができる。動作中、水素燃料が、燃料電池１０のアノード部分に導入され、第１の流体輸送層１２を通り、アノード１４の上を通る。アノード１４において、水素燃料は、水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とに分離される。
【００２７】
電解質膜１６は、水素イオンまたはプロトンのみが、電解質膜１６を通って、燃料電池１０のカソード部分に進むことを可能にする。電子は、電解質膜１６を通ることができず、代わりに、電流の形態で外部電気回路を通って流れる。この電流は、電気モータなどの電気負荷１７を電力供給することができるか、充電式バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスに向けることができる。
【００２８】
酸素は、第２の流体輸送層１９を介して、燃料電池１０のカソード側に流入する。酸素がカソード１８の上を通るとき、酸素、プロトン、および電子は、組合されて、水および熱を発生する。
【００２９】
図１に示されたようないくつかの個別の燃料電池を、本発明の原理に従ってロールグッド入力材料（たとえば、燃料電池構成要素のウェブ）から製造することができる。たとえば、個別の燃料電池を、連続組立て方法を用いて製造することができ、ロールグッド入力ウェブ材料を処理して、完成した燃料電池アセンブリのロールグッド出力ウェブを製造する。特定の方法において、ロールグッド入力ウェブ材料を処理して、燃料電池サブアセンブリのロールグッド出力ウェブを製造することができ、これをその後のプロセスで使用して、完成した燃料電池アセンブリを製造することができる。
【００３０】
出力燃料電池アセンブリウェブおよびサブアセンブリウェブを適切なライナ材料で巻いて、ロールを形成することができる。別の方法において、出力燃料電池アセンブリウェブおよびサブアセンブリウェブをシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）プロセスにかけることができ、個別の燃料電池アセンブリまたはサブアセンブリがそれらのそれぞれのウェブから分離される。
【００３１】
他の方法によれば、ロールグッド燃料電池入力ウェブ材料およびフローフィールドプレートを処理して、連続的にユニット化燃料電池アセンブリ（ＵＣＡ）を製造することができる。ユニット化燃料電池アセンブリは、単独でまたはスタック内の他のＵＣＡと関連して機能燃料電池として働くことができる１つ以上の電池を含むユニットモジュールまたはユニットである。ＵＣＡは、モノポーラまたはバイポーラ構成で実現することができる。
【００３２】
たとえば、１つの方法において、ロールグッド燃料電池入力ウェブ材料、およびフローフィールドプレートのウェブを処理して、ＵＣＡのウェブを製造することができる。フローフィールドプレートのウェブは、インライン成形プロセスを用いて製造することができ、フローフィールドプレートが、燃料電池ウェブ処理の間、前、または後に成形され、かつ、出力ウェブの膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を収容するために使用される。ＵＣＡを、取扱いの容易さおよび今後の使用のために、ロールするか、シンギュレートし積重ねることができる。
【００３３】
いくつかの異なった燃料電池技術を用いて、本発明の原理に従う燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを構成することができる。たとえば、本発明の燃料電池製造方法を用いて、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリを構成することができる。ＰＥＭ燃料電池は、比較的低温（約１７５°Ｆ／８０℃）で動作し、高電力密度を有し、電力要求のシフトに応じるためにそれらの出力を迅速に変えることができ、たとえば自動車におけるような、迅速な始動が必要とされる用途によく適している。
【００３４】
ＰＥＭ燃料電池に使用されるプロトン交換膜は、典型的には、水素イオンを通す薄いプラスチックシートである。膜は、典型的には、両側に、活性触媒である高度に分散した金属粒子または金属合金粒子（たとえば、白金または白金／ルテニウム）がコーティングされる。使用される電解質は、典型的には、ポリ−ペルフルオロスルホン酸などの固体有機ポリマーである。固体電解質の使用は、それが腐食問題および管理問題を低減するので、有利である。
【００３５】
水素が、燃料電池のアノード側に供給され、そこで、触媒は、水素原子が電子を放出して水素イオン（プロトン）になることを促進する。電子は、利用可能な電流の形態で移動し、酸素が導入された燃料電池のカソード側に戻る。同時に、プロトンは、膜を通ってカソードに拡散し、そこで、水素イオンは、酸素と再び組合され反応して、水を生成する。
【００３６】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、水素燃料電池などのＰＥＭ燃料電池の中心要素である。上述されたように、典型的なＭＥＡは、固体電解質として機能するポリマー電解質膜（ＰＥＭ）（イオン伝導性膜（ＩＣＭ）としても知られている）を含む。
【００３７】
ＰＥＭの１つの面はアノード電極層と接触し、反対側の面はカソード電極層と接触する。各電極層は、典型的には白金金属を含む電気化学触媒を含む。流体輸送層（ＦＴＬ）が、アノード電極材料およびカソード電極材料への、ならびにアノード電極材料およびカソード電極材料からのガス輸送を容易にし、かつ、電流を導く。
【００３８】
典型的なＰＥＭ燃料電池において、プロトンが、水素酸化によってアノードで形成され、カソードに輸送されて酸素と反応し、電極を接続する外部回路内で電流が流れることを可能にする。ＦＴＬは、また、ガス拡散層（ＧＤＬ）またはディフューザ／集電体（ＤＣＣ）と呼んでもよい。アノード電極層およびカソード電極層は、完成されたＭＥＡ内でＰＥＭとＦＴＬとの間に配置される限り、製造の間、ＰＥＭに塗布してもＦＴＬに塗布してもよい。
【００３９】
任意の適切なＰＥＭを本発明の実施に使用してもよい。ＰＥＭは、典型的には厚さが５０μｍ未満、より典型的には４０μｍ未満、より典型的には３０μｍ未満、最も典型的には約２５μｍである。ＰＥＭは、典型的には、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）（デラウェア州ウィルミントンのデュポン・ケミカルズ（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ））およびフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標）（日本、東京の旭硝子株式会社（Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏ． Ｌｔｄ．， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ））などの酸官能性フルオロポリマーであるポリマー電解質から構成される。本発明に有用なポリマー電解質は、典型的には、好ましくはテトラフルオロエチレンと１つ以上のフッ素化酸官能性コモノマーとのコポリマーである。
【００４０】
典型的には、ポリマー電解質はスルホネート官能基を有する。最も典型的には、ポリマー電解質はナフィオン（登録商標）である。ポリマー電解質は、典型的には酸当量が１２００以下、より典型的には１１００以下、より典型的には１０５０以下、最も典型的には約１０００である。
【００４１】
任意の適切なＦＴＬを本発明の実施に使用してもよい。典型的には、ＦＴＬは、炭素繊維紙などの、炭素繊維を含むシート材料から構成される。ＦＴＬは、典型的には、織布および不織布炭素繊維構造から選択される炭素繊維構造である。本発明の実施に有用であろう炭素繊維構造としては、東レ（Ｔｏｒａｙ）カーボン紙、スペクトラカーブ（ＳｐｅｃｔｒａＣａｒｂ）カーボン紙、ＡＦＮ不織布カーボンクロス、ゾルテック（Ｚｏｌｔｅｋ）カーボンクロスなどを挙げてもよい。ＦＴＬは、炭素粒子コーティング、親水性化（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｚｉｎｇ）処理、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でのコーティングなどの疎水性化（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｚｉｎｇ）処理を含めて、さまざまな材料でコーティングまたは含浸してもよい。
【００４２】
任意の適切な触媒を本発明の実施に使用してもよい。典型的には、炭素担持触媒粒子が使用される。典型的な炭素担持触媒粒子は、５０〜９０重量％の炭素および１０〜５０重量％の触媒金属であり、触媒金属は、典型的には、カソード用のＰｔと、アノード用の２：１の重量比のＰｔおよびＲｕとを含む。触媒は、典型的には、触媒インクの形態でＰＥＭまたはＦＴＬに塗布される。触媒インクは、典型的には、ＰＥＭを構成するポリマー電解質材料と同じであっても同じでなくてもよいポリマー電解質材料を含む。
【００４３】
触媒インクは、典型的には、ポリマー電解質の分散液中の触媒粒子の分散液を含む。インクは、典型的には５〜３０％の固形分（すなわちポリマーおよび触媒）、より典型的には１０〜２０％の固形分を含有する。電解質分散液は、典型的には水性分散液であり、これは、アルコール、グリセリンおよびエチレングリコールなどの多価アルコール、またはＮ−メチルピロリドン（ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｏｌｉｄｏｎｅ）（ＮＭＰ）およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの他の溶媒をさらに含有してもよい。水、アルコール、および多価アルコール含有量は、インクのレオロジー特性を変更するように調整してもよい。インクは、典型的には、０〜５０％のアルコールおよび０〜２０％の多価アルコールを含有する。さらに、インクは適切な分散剤０〜２％を含有してもよい。インクは、典型的には、熱とともに撹拌し、その後、コーティング可能なコンシステンシーに希釈することによって製造される。
【００４４】
触媒は、アノード配合物およびカソード配合物の両方の、ハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体ベアリング（ｆｌｕｉｄ ｂｅａｒｉｎｇ）ダイコーティング、巻線ロッドコーティング、流体ベアリングコーティング、スロット供給ナイフコーティング、３ロールコーティング、または、乾燥した触媒コーティングの、膜上へのデカール転写を含む、手動方法および機械方法の両方を含む任意の適切な手段によって、ＰＥＭまたはＦＴＬに塗布してもよい。コーティングは、１回の塗布または複数回の塗布で行ってもよい。
【００４５】
本発明の原理に従う燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを構成するために用いることができる別の燃料電池技術は、ダイレクトメタノール燃料電池と呼ばれる。ダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、ポリマー膜を電解質として使用する点で、ＰＥＭ電池と同様である。しかし、ＤＭＦＣにおいて、アノード触媒自体が、液体メタノール燃料から水素を引き、燃料改質装置の必要をなくす。ＤＭＦＣは、典型的には、１２０〜１９０°Ｆ／４９〜８８℃の間の温度で動作する。ダイレクトメタノール燃料電池は、本発明の原理に従う処理およびパッケージングを行うことができる。
【００４６】
ここで、図２を参照すると、ＰＥＭ燃料電池技術に従う多層燃料電池３７の実施形態が示されている。図２の燃料電池実施形態の断面図が図３に提供されている。図２および図３に示された燃料電池３７は、５層ＭＥＡ構造と、２層ガスケット構造とを含む７層構造である。
【００４７】
燃料電池３７は、接合層３２および４２がそれぞれ塗布された表面を有するＰＥＭ層３０を含む。接合層３２および４２は、図２において別々の部材として示されているが、接合層３２および４２を、固体、液体、またはＵＶもしくは光硬化性材料または蒸気接合材料もしくは蒸気接合剤を使用して形成することができることが理解される。
【００４８】
接合層３２および４２は、ＰＥＭ層３０の活性領域にほぼ等しいサイズを有する窓を含むように、パターニングまたは他の態様で形成される。接合層３２および４２の窓は、いくつかの内方に延在する接合サイト３３、４３を含む。接合サイト３３、４３は、ＰＥＭ層３０の活性領域内に延在し、かつ、ＰＥＭ層３０の活性領域内への接合層３２および４２の進入を最小にしながら、ＰＥＭ層３０の活性領域とそれぞれの流体輸送層（ＦＴＬ）３６および４６との間の接着接触を容易にするのに役立つ。接合サイトを使用して、ＰＥＭ層３０とＦＴＬ３６および４６との間の接着接触を提供することは、有利に、これらの層に、従来の処理技術の場合のように高温で長時間圧縮プレス力をかける必要をなくすことができる。
【００４９】
図２において、接合サイト３３、４３は、接合層窓の内周に設けられた一連の突出部または指として示されている。接合サイトを、いくつかの異なった構成を呈するように形成またはパターニングすることができ、また、図２および他のところに示された指形接合サイト３３、４３が、例示的な、非限定的な目的のためにすぎないことが理解される。たとえば、接合サイト３３、４３は、接合層窓の内周のいくつかの端縁部分を画定することができる。また、接合サイト３３、４３は、接合層窓の連続内周縁を画定することができる。これらおよび他の構成を、接合サイト３３、４３として使用することができ、そのような接合サイトは、約１５％以下などの、ＰＥＭ層３０の総活性領域の小さいパーセンテージのみと接触する。
【００５０】
ガスケット層３４および４４は、それぞれの接合層３２および４２と接触するように位置する。ガスケット層３４および４４は、接合層３２および４２の窓より大きいサイズを有する窓を含む。ガスケット層３４および４４は、たとえば、テフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、テフロン（登録商標）で含浸されたガラス繊維、エラストマー材料、ＵＶ硬化性ポリマー材料、表面テクスチャー材料、多層複合材料、シーラント、およびシリコン材料を含むさまざまな材料から形成することができる。
【００５１】
１つの特定の実施形態において、ガスケット層３４および４４は、各々、代理人事件番号５８２１８ＵＳ００２で２００２年１１月１４日に出願された同時係属中の出願第１０／２９４，０９８号明細書に開示されたような独立気泡フォームゴムガスケットであってもよい。他の実施形態において、ガスケット層３４および４４には、２００２年５月１０日に出願された同時係属中の出願第１０／１４３，２７３号明細書に開示されたような隆起リッジ微細構造化シーリングパターンを有する接触面を形成してもよい。
【００５２】
ＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合するようなサイズである。さらに、ＦＴＬ３６および４６は、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。アノード触媒材料（図示せず）が、２つのＦＴＬ３６、４６の一方とＰＥＭ層３０との間に位置し、カソード触媒材料（図示せず）が、ＰＥＭ層３０と２つのＦＴＬ３６、４６の他方との間に位置する。
【００５３】
１つの構成において、ＰＥＭ層３０は、一方の表面上にアノード触媒コーティングを含み、他方の表面上にカソード触媒コーティングを含むように製造される。この構造は、しばしば、触媒コーティング膜またはＣＣＭと呼ばれる。別の構成によれば、ＦＴＬ３６、４６は、それぞれ、アノード触媒コーティングおよびカソード触媒コーティングを含むように製造される。さらに別の構成において、アノード触媒コーティングを、２つのＦＴＬ３６、４６の一方の上に部分的に配置し、かつＰＥＭ層３０の一方の表面上に部分的に配置することができ、カソード触媒コーティングを、２つのＦＴＬ３６、４６の他方の上に部分的に配置し、かつＰＥＭ層３０の他方の表面上に部分的に配置することができる。
【００５４】
ＰＥＭ層３０ならびにＦＴＬ３６および４６は、上述されたような構造を有することができる。接合層３２および４２は、熱硬化性または熱可塑性材料などの熱接合材料を使用して形成することができる。適切な接合層材料としては、感圧接着剤、接合剤、セルフシーリング材料、および熱活性化接合材料が挙げられる。
【００５５】
一実施形態によれば、接合層３２および４６は、熱可塑性シーリング材料を使用して形成される。熱可塑性樹脂は、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレンと、ヘキサフルオロプロピレンと、二フッ化ビニリデンとのターポリマー）などのフッ素樹脂、ポリエチレン、エチレンとアクリル酸とのコポリマーなどのポリエチレンのコポリマー、サーモボンド（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｂｏｎｄ）８４５（３Ｍによって製造される、たとえば、ポリエチレン無水マレイン酸コポリマー）およびサーモボンド６６８（３Ｍによって製造される、たとえば、ポリエステル）であることができる。これらの材料またはこれらの複合材料と、炭素、ガラス、セラミックなどの充填剤とのブレンドも、熱可塑性樹脂として使用してもよい。好ましくは、溶融範囲は５０〜１８０℃であり、より好ましくは１００〜１５０℃であり、これは、ＭＥＡ接合温度と同様でなければならない。
【００５６】
図４は、本発明の実施形態による燃料電池サブアセンブリ３５の図である。図４に示された燃料電池サブアセンブリ３５は、膜の対向する表面上に接合層を組入れる独自の５層ＭＥＡ構造である。示されているように、図４のＭＥＡは、図２および図３の燃料電池アセンブリと関連して先に説明された層および特徴のいくつかを組入れる。特に、図４のＭＥＡは、接合層３２および４２がそれぞれ塗布された表面を有するＰＥＭ層３０を含む。先に説明されたように、接合層３２および４２は、ＰＥＭ層３０の活性領域にほぼ等しいサイズを有する窓を含む。
【００５７】
接合層３２および４２の窓は、いくつかの内方に延在する接合サイトまたは指３３、４３を含む。接合サイト３３、４３は、ＰＥＭ層３０の活性領域内に延在し、かつＰＥＭ層３０の活性領域の部分ならびにそれぞれの流体輸送層（ＦＴＬ）３６および４６と接着接触する。ＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合し、かつ、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。アノードが、２つのＦＴＬ３６、４６の一方とＰＥＭ層３０との間に位置し、カソードが、ＰＥＭ層３０と２つのＦＴＬ３６、４６の他方との間に位置する。
【００５８】
この実施形態において、ＰＥＭ層３０と接触していない接合層３２、４２の表面は、好ましくは、ライナ（図示せず）または他の材料によって被覆され、接合層３２、４２の接合材料およびＦＴＬ３６、４６は、それらの露出がその後のプロセスにおいて望ましいような時まで露出されない。さまざまなタイプの剥離ライナをこの目的で使用することができる。その後のプロセスにおいて、露出された接合層３２、４２およびＦＴＬ３６、４６を、たとえば、それぞれのガスケット層またはフローフィールドプレートと位置合せしてもよい。
【００５９】
図４に示されたタイプのＭＥＡ構造は、ロールグッドの形態またはスタックなど、その後の燃料電池製造プロセスでの使用のための適切な態様で保管することができる。あるいは、これらのＭＥＡ構造を、以下で説明されるような、さらなる自動化燃料電池組立てプロセスにかけることができる。上述されたように剥離ライナが使用される場合、剥離ライナを、自動化プロセスなどによって、接合層／ＦＴＬの外面から除去することができる。特定の熱接合材料を組入れる燃料電池アセンブリロールグッドの場合など、特定の接合材料を、ライナを使用して保護する必要がないことが認められる。
【００６０】
例として、図５を参照すると、上述されたタイプのＭＥＡ３５が１対のフローフィールドプレート５０および６０の間に配置されたＵＣＡの実施形態が示されている。この実施形態によれば、ＭＥＡ３５は、各々が、先に説明されたように、ＰＥＭ層３０の活性領域にサイズがほぼ等しい窓と、内方に延在する接合サイトまたは指３３、４３とを有する接合層３２および４２の間に挟まれたＰＥＭ層３０を含む。２つのＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合し、かつ、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。先に説明されたように、アノード領域およびカソード領域が、それぞれ、２つのＦＴＬ３６、４６とＰＥＭ層３０との間に位置する。
【００６１】
図５に示された接合層３２および４２の各々は、それぞれのフローフィールドプレート５０、６０の表面と位置合せすることができる露出された接合表面を有する。接合層３２および４２の露出された接合表面、ならびにそれぞれのフローフィールドプレート５０および６０の間の接合接触は、有利に、自動化燃料電池組立ての間、これらの構成要素の間の正確な位置合せを維持する。さらに、接合層３２および４２は、ヒートシーリングプロセスの間、ＵＣＡの端縁シーリングを容易にすることができる。本発明のプロセスおよび構造特徴を組入れてもよいＵＣＡ製造プロセスおよび構造は、２００２年１１月１５日に同時に出願された同時係属中の出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示されている。
【００６２】
一般的に言うと、フローフィールドプレート５０、６０の各々は、水素および酸素供給燃料が通るポートおよびガスフローチャネルのフィールドを含む。特定の構成において、フローフィールドプレート５０、６０は、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができ、１つのＭＥＡ３５が１対のフローフィールドプレート５０、６０の間に挟まれてＵＣＡを画定する。このおよび他の実施形態のフローフィールドは、２００１年９月１７日に出願された同時係属中の出願第０９／９５４，６０１号明細書に開示されたような低横流（ｌｏｗ ｌａｔｅｒａｌ ｆｌｕｘ）フローフィールドであってもよい。典型的な構成において、フローフィールドプレートのサイズは、典型的には、膜とほぼ同じサイズである。
【００６３】
他の構成において、ＵＣＡが、１つ以上のバイポーラフローフィールドプレートの使用によって複数のＭＥＡ３５を組入れることができる。たとえば、ＵＣＡが、図５に記載されたタイプの２つのＭＥＡ３５と、１つのバイポーラフローフィールドプレートとを組入れることができる。そのような構成において、第１のＭＥＡ３５が、第１のＦＴＬと第２のＦＴＬとの間に挟まれた接合層／カソード／膜／アノード／接合層構造を含むことができる。第１のＦＴＬは、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができる第１のフローフィールドエンドプレートに隣接して位置することができる。第２のＦＴＬは、バイポーラフローフィールドプレートの第１のフローフィールド表面に隣接して位置することができる。
【００６４】
同様に、第２のＭＥＡ３５が、第３のＦＴＬと第４のＦＴＬとの間に挟まれた接合層／カソード／膜／アノード／接合層構造を含むことができる。第３のＦＴＬは、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができるフローフィールドエンドプレートに隣接して位置することができる。第４のＦＴＬは、バイポーラフローフィールドプレートの第２のフローフィールド表面に隣接して位置することができる。Ｎ数のＭＥＡ３５およびＮ−１のバイポーラフローフィールドプレートを、１つのＵＣＡに組入れることができることが理解されるであろう。しかし、一般に、１つまたは２つのＭＥＡ３５を組入れるＵＣＡが、より効率的な熱管理に好ましいと考えられる。
【００６５】
図５に示されここで説明されるＵＣＡ構成は、本発明に関連する使用のために実現することができる特定の機構を表す。これらの機構は、例示のためにのみ提供され、本発明の範囲内になる可能な構成をすべて表すことが意図されない。たとえば、以下で説明されるようなフローフィールドプレートを製造するためのインライン成形プロセスが、付加的なまたは向上したシーリング特徴、ガスケット特徴、および／またはハードストップ特徴およびソフトストップ特徴などの特定のＵＣＡ特徴の使用を決定してもよい。逆に、そのようなインライン成形プロセスは、フローフィールドプレートのマニホルドの周りに成形された材料の代わりの使用によって別個のガスケット特徴またはシーリング特徴をなくすことなどの、特定のＵＣＡ特徴をなくすことに備えてもよい。
【００６６】
さらなる例として、さまざまな向上したシーリング方法を用いて、１対のモノポーラフローフィールドプレートの間に配置された１つのＭＥＡを含むＵＣＡの必要なシーリングを提供することができ、また、複数のＭＥＡと、１対のモノポーラフローフィールドプレートと、１つ以上のバイポーラフローフィールドプレートとを含むＵＣＡをシールすることができる。たとえば、モノポーラ構造またはバイポーラ構造を有するＵＣＡを、先に援用された出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示された平坦な固体シリコーンガスケットなどの、その場で形成された固体ガスケットを含むように構成することができる。
【００６７】
特定の実施形態において、ＵＣＡはさらに、ハードストップ機構を含むことができる。ハードストップは、組込むか、ＵＣＡの内部に配置するか、モノポーラおよび／またはバイポーラフローフィールドプレートに一体化することができる。フローフィールドプレート上に設けられた微細複製パターンおよび余分なガスケット材料のトラップチャネルなどの他の特徴を、ＵＣＡに組入れることができる。ハードストップをＵＣＡパッケージングに組入れることは、有利に、製造の間（たとえば、プレス力）および使用の間（たとえば、外部スタック圧力システム）にＭＥＡに加えられる圧縮力の量を制限する。たとえば、ＵＣＡハードストップの高さを計算して、ＵＣＡ構成の間、３０％などの指定された量のＭＥＡ圧縮をもたらすことができ、そのような圧縮は、ハードストップによって、指定された量に制限される。ハードストップをフローフィールドプレートに組入れることは、また、２つのフローフィールドプレートのための位置合せの助けとして働くことができる。
【００６８】
さらに、さまざまなＵＣＡ構成を、本発明の他の実施形態による熱管理能力で実現することができる。例として、所与のＵＣＡ構成が、一体化熱管理システムを組入れることができる。あるいは、またはさらに、所与のＵＣＡを、分離可能な熱管理構造と機械的に結合するように構成することができる。いくつかの例示的なＵＣＡハードストップおよび熱管理方法が、先に援用された出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示されている。
【００６９】
図６〜９は、本発明の実施形態によって燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリを製造することができるさまざまな方法を示す。図６は、ロールグッド入力燃料電池材料を使用する、ＭＥＡなどの、ロールグッド燃料電池サブアセンブリまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリの連続製造を伴うさまざまなプロセスを示す。図６の実施形態によれば、ＰＥＭ材料のウェブなどの膜材料のウェブが、接合材料の第１のウェブとともに処理されて（７０）、膜ウェブの第１の接合表面を形成する。膜ウェブの第２の表面が、第２の接合材料ウェブとともに処理されて（７２）、膜ウェブの第２の接合表面を形成する。
【００７０】
膜ウェブの第１の接合表面は、ガスケット材料の第１のウェブとともに処理されて（７４）、膜ウェブの第１の接合表面上にガスケットを形成する。膜ウェブの第２の接合表面は、第２のガスケット材料ウェブとともに処理されて（７６）、膜ウェブの第２の接合表面上にガスケットを形成する。
【００７１】
膜ウェブの第１の接合表面は、ＦＴＬ材料部分とともにさらに処理されて（７８）、第１の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。膜ウェブの第２の接合表面は、ＦＴＬ材料部分とともに処理されて（８０）、第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。
【００７２】
ＦＴＬ材料部分は、好ましくは、第１および第２のＦＴＬ材料ウェブから提供され、これらは、膜ウェブの第１および第２の接合表面とともに処理されて、それぞれ、第１および第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。膜ウェブの第１および第２の表面上に形成された第１および第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面は、図２〜３にＭＥＡ３７として示されたようなＭＥＡ構造のウェブを画定する。
【００７３】
燃料電池サブアセンブリウェブは、燃料電池サブアセンブリロールグッドを製造するための巻きプロセス、またはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造するためのシンギュレーションプロセスなどへ、さらなる処理のために移送される（８２）。取扱いおよび輸送性を向上させるため、ライナが、典型的には、膜ウェブ表面の他の露出された接合材料表面と接触することが認められる。
【００７４】
図７は、別の実施形態によって、ＭＥＡなどの燃料電池サブアセンブリのウェブを製造するためのさまざまなプロセスを示す。この方法によれば、各々が窓付セクションを備えた第１および第２の接合材料ウェブが提供される（９０）。ライナが、それぞれ、第１および第２の接合表面の一方の表面上に設けられる。窓付の第１および第２の接合材料ウェブの露出された表面が、膜ウェブの第１および第２の表面に積層される（９２）。ＦＴＬ材料部分が、接合材料ウェブの窓内の露出された接合サイトと接触するように、膜ウェブの活性領域に位置決めされる（９４）。
【００７５】
次に、ＦＴＬ材料部分は、膜ウェブの第１および第２の表面の活性領域に積層され（９６）、したがって、図４にＭＥＡ３５として示されたようなＭＥＡ構造のウェブを形成する。多層燃料電池サブアセンブリウェブは、さらに処理されて（９８）、燃料電池サブアセンブリロールグッドまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造する。
【００７６】
図８は、本発明のさらなる実施形態によって、ガスケット層を組入れる燃料電池サブアセンブリのウェブを製造するためのさまざまなプロセスを示す。この実施形態によれば、第１および第２の接合材料ウェブの窓は、膜ウェブの活性領域と整列される（１００）。窓付の第１および第２の接合材料ウェブは、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面に積層される（１０２）。第３および第４のガスケット材料ウェブの窓は、膜ウェブの第１および第２の活性領域と整列される（１０４）。第３および第４の窓付ガスケット材料ウェブは、第１および第２の膜ウェブ表面上の接合材料に積層される（１０６）。
【００７７】
ＦＴＬ材料部分が、第１および第２の接合材料ウェブの窓内に画定された接合サイトと接触するように、第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に位置決めされる（１０８）。次に、ＦＴＬ材料部分は、第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層される（１１０）。図８に示されたプロセスを用いて、図２および図３に示されたＭＥＡ３７などの、ガスケット材料層を組入れるＭＥＡを製造することができる。先の実施形態のように、図８に従って製造された多層燃料電池サブアセンブリウェブを、さらに処理して、燃料電池サブアセンブリロールグッドまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造することができる。
【００７８】
図９は、本発明の実施形態によるユニット化燃料電池アセンブリまたはＵＣＡの製造を伴うさまざまなプロセスを示す。この方法によれば、膜ウェブ、第１の接合材料ウェブ、および第１のＦＴＬウェブが、処理されて（１２０）、燃料電池サブアセンブリウェブの第１の表面を形成する。膜ウェブ、第２の接合材料ウェブ、および第２のＦＴＬウェブが、処理されて（１２２）、燃料電池サブアセンブリウェブの第２の表面を形成する。
【００７９】
一連の第１のフローフィールドプレート（たとえば、モノポーラまたはバイポーラ）が、燃料電池サブアセンブリウェブの第１の表面と接触するために位置決めされる（１２４）。一連の第２のフローフィールドプレートが、燃料電池サブアセンブリウェブの第２の表面と接触するために位置決めされる（１２６）。特に、対の第１および第２のフローフィールドプレートが、燃料電池サブアセンブリウェブ上に形成された個別の燃料電池サブアセンブリと接触するために位置決めされる。対の第１および第２のフローフィールドプレートならびに個別の燃料電池サブアセンブリは、処理されて（１２８）、ＵＣＡのウェブなどのユニット化燃料アセンブリを形成する。
【００８０】
ウェブ形態またはシンギュレートされた形態のＵＣＡを、加熱プレス手順などを用いることによって、さらに処理して、個別のＵＣＡをシールすることができる。図９に示されたプロセスを用いて、図５に示されたタイプのＵＣＡを製造することができる。そのようなＵＣＡのウェブをさらに処理して、ＵＣＡロールグッドまたはシンギュレートされたＵＣＡを製造することができる。
【００８１】
上述されたプロセスは、例示のためにのみ提供され、本発明の範囲内になる、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造するための可能なプロセスをすべて表すことが意図されない。さらに、上述されたものに加えて、または上述されたものと異なった、プロセスを用いて、本発明の燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造することができる。たとえば、以下で説明される装置および関連したプロセスを用いて、本発明の燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造することができる。
【００８２】
ここで図１０〜図１２を参照すると、燃料電池材料の入力ウェブを処理し、そのような入力ウェブから、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、またはＵＣＡの出力ロールグッドを製造する装置が示されている。一般的に言うと、図１０〜図１２の装置は、ロールグッド燃料電池構成要素を使用する燃料電池のロールグッドを製造することができる。図１０の装置は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、イオノマー燃料電池膜ウェブに、ガスケットおよびＦＴＬ構成要素などのさまざまな燃料電池構成要素を付着する目的で、イオノマー燃料電池膜ウェブを準備するための独自の方法を提供する。図１１の装置は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、ＦＴＬ材料ウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、準備された膜に付着するための独自の方法を提供する。図１２は、図１０および図１１の装置を含む１つの装置を示す。
【００８３】
図１０の装置は、ライナからのパターニングされた接合剤を、燃料電池膜ウェブに積層する。接合材料パターンは、好ましくは、燃料電池膜ウェブの触媒活性領域と実質的に同じ形状および領域を有する。さらに、一実施形態によれば、準備後、ガスケット材料が燃料電池膜ウェブに付着される。これは、燃料電池構成要素の連続組立てに必要な優れた膜ウェブ安定性に寄与する。接合材料は、典型的には、厚さが約２５〜１５２μｍ（約１〜６ミル）である。
【００８４】
図１０に示されているように、ライナ上の接合材料の第１のロール２１２ａが、回転ダイ２３４ａおよびアンビルロール２４０ａによってダイカットされて、接合材料のパターニングされた（たとえば、窓付の）ウェブが製造される。ライナ上の廃棄接合材料２１８ａが、真空プロセスなどによって収集される。パターニングされた接合材料ウェブ２１２ａは、ニップロール２３８ａによって膜ウェブ２１０の頂面に積層される。したがって、積層された膜ウェブは、その頂面２２２上にパターニングされた接合剤およびライナを有する。
【００８５】
ライナ上の接合材料の第２のロール２１２ｂも、回転ダイ２３４ｂおよびアンビルロール２４０ｂによってダイカットされ、ニップロール２３８ｂによって膜ウェブ２１０の底面に積層され、ライナ／接合材料／膜／接合材料／ライナ構造２２４をもたらす。ライナ上の廃棄接合材料２１８ｂは収集される。
【００８６】
光学センサが、好ましくは、膜ウェブ２１０の頂面および底面の両方の上の接合材料ウェブパターン（たとえば、窓）を整列させるために使用される。光ファイバセンサは、たとえば、膜ウェブ２１０の両側の活性領域に対して接合材料パターンの窓を検出することができる。
【００８７】
当業者は、いくつかの技術および構成を用いて、光学センサまたは他のタイプの検知機構を使用する窓付材料の整列を容易にできることを理解するであろう。例として、ダイ２３４ａから切断されたパターンを、それがロール２４０ａおよび２３８ａによって形成されたニップにおいて積層された後、かつロール２４０ｂおよび２３８ｂによって形成されたニップ前に検出するように、１つの光学センサを位置決めすることができる。ダイロール２３４ｂ上のまたはダイロール２３４ｂに付着されたマークを検出するように、第２の光学センサを位置決めすることができ、マークは各ダイキャビティに対応する。
【００８８】
別の光学検知方法は、ダイロール２３４ａ上のまたはダイロール２３４ａに付着されたマークを検出するように、第１のセンサを位置決めすることを伴い、マークは各キャビティに対応し、かつ、ダイロール２３４ｂ上のまたはダイロール２３４ｂに付着されたマークを検出するように、第２のセンサを位置決めすることを伴い、このマークは各キャビティに対応する。さらに別の方法は、ダイカットが位置合せしてウェブ２１０に積層されるようにロール２３４ｂを段階調整する能力とともに、ロール２３４ａおよび２３４ｂをともに機械的に拘束することを伴う。
【００８９】
パターニングされた接合材料ウェブのライナは、剥離され、廃棄ライナロール２１４ａ上に巻かれる。このライナの除去は、露出された接合材料／膜／接合材料／ライナ構造を有するウェブ２２６に備える。ガスケット材料のロール２１６ａが、第１の回転ダイ２３６ａおよびアンビルロール２４０ｃによってダイカットされ、廃棄ガスケット材料２２０ａが、真空または他の方法を用いて収集される。ダイカットされたガスケット材料は、ニップロール２３８ｃによって、露出された接合材料／膜積層体２２６の頂面にロール積層され、ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ライナ積層体２２８を形成する。
【００９０】
積層体２２８の底側のライナも、剥離され、廃棄ライナロール２１４ｂ上に巻かれ、積層体２３０を形成する。積層体２３０は、ガスケット／接合材料／膜／接合材料構造を有する。ガスケット材料の第２のロール２１６ｂが、第２の回転ダイ２３６ｂおよびアンビルロール２４０ｄによってダイカットされ、廃棄ガスケット材料２２０ｂが、真空または他の方法を用いて収集される。ダイカットされたガスケット材料は、ニップロール２３８ｄによって、積層体２３０の露出された接合材料の底面にロール積層され、ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット積層体２３２を形成する。
【００９１】
この実施形態によれば、図１０の装置は、裸の膜上に窓パターンとして露出された接合材料（たとえば、接合剤または接着剤）の使用によって膜の頂面および底面に保持されたガスケット材料を有する燃料電池膜を製造する。ガスケットダイカット廃棄物２２０ａ、２２０ｂが、接合材料ダイカット廃棄物２１８ａ、２１８ｂよりわずかに大きいので、パターニングされた接合材料のいくらかが膜上に露出されたままであることが認められる。
【００９２】
積層体２３０を製造する第１のダイカットが、プロセスの残りのための主要な位置合せシグナルであることが好ましい。各ダイは、ウェブに対して位置合せすることになる。ダイロールは、各ステーションにおいてアンビルロールと別々に駆動しなければならず、というのは、アンビルロールは、また、ニップとして作用するからである。ウェブ張力が典型的には１から２ｐｌｉ（１インチ長あたりのポンド）の範囲に及ぶが、この張力範囲が０．１ｐｌｉから３ｐｌｉほど低いことができることが認められる。
【００９３】
図１０に示された装置は、従来の燃料電池製造方法に対していくつかの利点に備える。１つの利点は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、イオノマー膜フィルム（ロール形態の）を準備し、同時に、燃料電池構成要素をそれに付着して、多層（たとえば、７層）の燃料電池アセンブリを製造する独自のプロセスに関する。別の利点は、膜上にあり、かつ、露出された触媒領域より大きい窓（ダイカットされた）を有する、膜に付着されたガスケット材料の使用によって触媒領域の端縁において露出された接合材料または接合剤の存在に関する。さらなる利点は、ロールグッド膜フィルム材料が、それに付着されたより強靭なガスケット材料によって、連続膜処理により安定するようになることに関する。
【００９４】
他の利点は、多層燃料電池組立てプロセスの一部として、導電性流体輸送層（ＦＴＬ）材料を付着するために使用される、活性触媒領域の端縁において露出された接合材料に関する。活性領域の端縁において露出されたそのような接合材料は、また、燃料電池アセンブリのＦＴＬを通る漏れからガスをシールするために使用することができる。
【００９５】
図１１は、連続製造プロセスにおいて、ロールグッドＦＴＬ材料を、すでに準備された燃料電池膜ウェブに付着させる装置を示す。たとえば、上述された図１０の装置、および図１１の装置を組合せて、ロールグッド処理技術を用いて多層燃料電池アセンブリを構成するための１つの装置を画定することができる。図１２は、図１０および図１１の準備装置およびＦＴＬ材料付着装置を組合せた１つの装置の図である。
【００９６】
図１１の装置は、ロールグッドＦＴＬ材料を、触媒活性領域の端縁において膜フィルムに付着させる。ＦＴＬ材料が触媒活性領域の端縁においてのみ付着されるので、燃料電池性能の衰えがない。一般に、ＦＴＬ材料部分が、回転ダイによってＦＴＬ材料ウェブから切断される。各ＦＴＬ材料部分は、真空によってダイ表面上に保持され、膜ウェブのガスケットおよび／または接合材料窓内に精密に配置される。膜ウェブ上に先に設けられた接合材料は、ＦＴＬ材料部分と接触して、ＦＴＬ材料部分を膜ウェブの活性領域に取付ける。
【００９７】
図１１の装置を使用して、いくつかの方法を用いてＦＴＬ材料部分を膜ウェブに配置することができる。図１０に示された積層体２３２（ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット積層体）が、図１１に示された装置に入力されることが想定される。ある方法によれば、回転ダイ２５４ａ、２５４ｂが、各々、所望の部分の厳密な形状であるパターンを有する。ダイ２５４ａ、２５４ｂは、１：１のウェブ速度一致、およびそれぞれ１：１のダイ２５４ａ／２５４ｂ対アンビルロール２５８ａ／２５８ｂ速度比で回転する。
【００９８】
ＦＴＬ材料の第１のウェブ２５６ａが、ニップロール２５９ａによって第１の回転ダイロール２５４ａおよびアンビルロール２５８ａに供給される。ダイロール２５４ａは、好ましくは真空ダイロールである。ダイロール２５４ａは、切断されたＦＴＬ部分を、積層体２３２の頂面に積層されるまで真空によって保持して、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット構造を有する積層体２５０に加えて優れた触媒／ＦＴＬ界面を製造する。廃棄ＦＴＬ材料が廃棄物ロール（図示せず）上に巻かれる。
【００９９】
同様に、ＦＴＬ材料の第２のウェブ２５６ｂが、ニップロール２５９ｂによって第２の回転ダイロール２５４ｂおよびアンビルロール２５８ｂに供給される。ダイロール２５４ｂは、切断されたＦＴＬ部分を、積層体２５０の底面に積層されるまで真空によって保持して、積層体２５２を製造する。積層体２５２は、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット／ＦＴＬ構造を有する。
【０１００】
図１１の装置を使用する別の方法によれば、回転ダイ２５４ａ／２５４ｂおよび特殊なアンビルロール２５８ａ／２５８ｂが、適合されたセットとして構成される。この点に関して、ダイ２５４ａ／２５４ｂおよびアンビルロール２５８ａ／２５８ｂは、ダイロール表面速度対アンビルロール表面速度比が、燃料電池部分サイズ対ＦＴＬ部分サイズ比に等しいことを可能にするように設計される。
【０１０１】
この目的を達成するために、ＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂは、真空によって、それぞれのアンビルロール２５８ａ、２５８ｂ上に保持され、ＦＴＬウェブ速度は、それぞれのアンビルロール２５８ａ、２５８ｂおよびゴムニップロール２５９ａ、２５９ｂによって形成されたニップによって制御される。ダイロール２５４ａ、２５４ｂは、より高い表面速度で回転するが、それぞれのＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂを引張らない。ダイブレードが来ると、ＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂは、切断され、切断されたＦＴＬ部分は、真空によってダイロール２５４ａ、２５４ｂ上に保持される。それぞれのダイロール２５４ａ／２５４ｂとアンビルロール２５８ａ／２５８ｂとの間の表面速度差による、切断されたＦＴＬとＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂとの間の分離がある。ダイブレードは、光ファイバセンサおよびサーボ制御ダイステーションによって、膜ウェブ（２３２および２５０）に対して位置合せされる。
【０１０２】
各切断されたＦＴＬ部分は、関連したガスケット窓の中心に配置される。１つの構成において、ガスケット窓の中心内のＦＴＬ部分の位置合せは、光ファイバセンサなどの光学センサによって監視される。例として、および図１１を参照すると、１つのセンサが、ウェブ２３２上の窓をピックアップすることになり、第２のセンサが、ダイロール２５４ａ上のまたはダイロール２５４ａに付着されたマークをピックアップするように位置決めされることになり、マークは各ダイキャビティに対応する。第３のセンサが、ダイロール２５４ｂ上のまたはダイロール２５４ｂに付着されたマークをピックアップするように位置決めされることになる。
【０１０３】
好ましい方法によれば、接合材料ウェブの切断された窓は、サイズが最小である。ガスケット窓は、サイズが最大であり、ＦＴＬパッチは、ガスケット窓内に嵌合し、かつ接合材料窓の端縁を完全に被覆するように切断される。各ＦＴＬパッチは、対応する接合材料窓の内周から内方に突出する接合サイトと接触する。
【０１０４】
図１１に示されたＦＴＬ付着装置は、有利に、連続製造プロセスにおいて、ロールグッドＦＴＬ材料を切断し、真空によって、ダイカットされたＦＴＬピースを保持し、ＦＴＬピースを燃料電池ガスケットの窓内に精密に配置する。ＦＴＬ材料が切断されるときに真空をＦＴＬ材料上でより良好に維持することができるように、薄いフォーム材料（たとえば、厚さが５１μｍ（２ミル）である）の１つ以上の層をダイステーションの回転鋼ダイに付着することが望ましいであろう。真空ダイの性能を向上させるために、回転ダイの外側の穴のみを使用することがさらに望ましいであろう。ＦＴＬを膜のガスケット窓に付着するときに膜の引裂が起こらないように、ダイカットされたＦＴＬパッチの端縁の突出部を最小レベルに制御し維持しなければならないことが認められる。
【０１０５】
図１３は、図１２に示された装置の出力において製造された積層体２５２のシーリングを促進するために使用することができる付加的なウェブ処理ステーションを示す。図１３のドラム２６０の左側に示された装置構成要素が図１２に示されたものであることが認められる。先に説明されたように、積層体２５２は、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット／ＦＴＬ構造を有する。図１３に示された実施形態において、比較的大きい半径を有するドラム２６０が、好ましくは、積層体２５２の接合材料を活性化し、また、良好な触媒／ＦＴＬ界面に備えるのに十分な適切な温度に加熱される。ロール２６２およびドラム２６０は、協働して、積層体２５２がドラムの外面の周りをロールするとき積層体２５２を張力下で配置する。積層体２５２とドラム２６０との間で生じた張力は、ヒートシーリングプロセスの間、制御された量の圧力下で積層体構造を配置するのに役立つ。
【０１０６】
ドラム２６０のサイズ、積層体回転の速度、積層体２５２とドラム表面との間の総接触時間、および張力の量が、適切なレベルの積層体シーリング、また、優れた触媒／ＦＴＬ界面を達成するように選択することができるいくつかの処理パラメータの中にある。これらの処理パラメータは、積層体構造に使用される特定の材料に基いて、積層体シーリングを最適化するように調整することができる。図１３に示されたタイプのシーリング装置が、燃料電池材料選択および性能特徴の点で、向上した可撓性に備えることを理解することができる。他のシーリング装置を使用して、プロセス積層体２５２をさらに処理することができることが理解されるであろう。他のそのようなシーリング装置としては、たとえば、ＵＶ硬化、熱（たとえば、硬化オーブン）、ＲＦ活性化、およびｅビーム活性化を用いるものが挙げられる。
【０１０７】
先に説明されたように、上述された実施形態によって製造されたものなどのロールグッド燃料電池ウェブを、成形ステーションによってさらに処理して、燃料電池ウェブの個別の燃料電池アセンブリを対のフローフィールドプレートの間に収容することができる。１つの方法において、および図１４Ａに示されているように、成形ステーション３００を、燃料電池アセンブリのウェブを受けるように構成することができる。成形ステーション３００は、２つのモールド半体３０２および３０４を含み、これらは、従来のモールド／クランプ機構によって互いに対して移動する。図１４Ａに示された実施形態において、上部モールド半体３０２は、静止した下部モールド半体３０４に対して垂直平面において移動可能である。この構成の下部および上部モールド半体は、モールドキャビティを含む。モールド半体が、１つのモールドキャビティまたは複数のモールドキャビティを含むことができることが認められる。
【０１０８】
一般に、入力ウェブの１つ以上の燃料電池アセンブリが、上部モールド半体３０２と下部モールド半体３０４との間で輸送される。各燃料電池アセンブリは、モールドキャビティと位置合せされる。光学センサなどの位置合せセンサを使用して、燃料電池アセンブリとそれらのそれぞれのモールドキャビティとの適切な整列を確実にすることができる。上部モールド半体３０２は、成形ステーション３００のクランプ機構によって生じた圧縮力下で下部モールド半体３０４との係合に移動される。フローフィールドプレートの構造に適切な材料がモールドキャビティに導入される。材料は、たとえば、注入してもよいし、プリフォームとして加えてもよい。
【０１０９】
ショットの完了および適切な硬化期間の終了後、上部モールド半体３０２は、下部モールド半体３０４から上方に、かつ下部モールド半体３０４との係合から移動される。次に、収容された燃料アセンブリ（すなわち、ＵＣＡ）は、下部モールド半体３０４のモールドキャビティから取出される。モールドキャビティからの成形されたＵＣＡの容易な分離を促進するために、離型剤を、上部および下部モールドキャビティ半体の表面上にスプレーするか他の態様で分配することができることが認められる。成形されたＵＣＡの審美性および／または耐久性を向上させるために、着色剤、ＵＶ保護剤、および他の剤を、注入材料に導入するか、モールドキャビティ内にスプレーすることができることがさらに認められる。
【０１１０】
入力燃料電池ウェブを、上述されたような自動化連続ウェブ処理方法によって製造されたロールグッド形態で受けることができる。しかし、本発明のインラインフローフィールドプレート成形方法を用いて、ロールグッドを収容するか、他の態様で製造された燃料電池アセンブリをシンギュレートすることができることが理解される。
【０１１１】
別の方法において、たとえば、成形ステーション３００への入力燃料電池ウェブは、図１２または図１３に示された装置の出力において製造された積層体２５２であることができる。この方法によれば、図１２または図１３の装置の出力と成形ステーション３００の入力との間のいかなるウェブ速度差も調整するために、中間のステージングステーションが必要であろう。好ましくは、いかなるそのような速度差も、成形ステーション３００における成形速度（ショット時間および硬化期間を含む）を図１２または図１３の装置のウェブ処理速度と一致させることによって最小にすることができる。
【０１１２】
別の実施形態によれば、成形ステーション３００は、フローフィールドプレートを連続ウェブ内に成形するように構成することができ、リビングヒンジ、キャリヤストリップ、または、テーパ穴およびプラグ機構などの他の噛合い機構が、隣接したプレートの間に設けられる。成形材料は、また、フローフィールドプレートのマニホルドの周りでガスケット機能を果たすことができる。
【０１１３】
図１４Ｂおよび図１４Ｃに見ることができるように、モールドは、先に成形されたプレートとの接合を形成し、したがって、フローフィールドプレートの連続ウェブを形成するための、材料の、それ自体上への過剰成形（ｏｖｅｒｍｏｌｄ）を考慮するように設計することができる。図１４Ｂは、成形ステーション３００における、時間ｔ1の、フローフィールドプレート３０６の後部のリビングヒンジの第１の部分３１０を示す。図１４Ｃは、成形ステーションにおける、時間ｔ2の、次の隣接したフローフィールドプレート３０８から、先に成形されたフローフィールドプレート３０６の第１の部分３１０内へ材料を過剰成形することによって第１の部分３１０と係合するように作られたリビングヒンジの第２の部分３１２を示す。図１４Ｃに示されたリビングヒンジ形状３１４は、隣接したフローフィールドプレートの間の接続性、およびウェブの曲げを考慮する。凹部３１４は、ウェブの曲げ、およびＵＣＡのウェブからの個別のＵＣＡのシンギュレーションを向上させるために、隣接したフローフィールドプレートの間に形成される。
【０１１４】
別の方法によれば、成形ステーション３００は、図１５に示されているように、連続ウェブの隣接したプレートを接続するためのキャリヤストリップを製造するモールド半体で構成される。１つの方法において、フローフィールドプレート４００およびキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂは、第１のショットを用いて成形される。この第１のショットの後、狭い間隙が、フローフィールドプレート４００およびキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂを分離する。第２の過剰成形ショットが、材料をこの狭い間隙内に注入して、フローフィールドプレート４００をキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂと接続する。その後の巻きプロセスおよび／またはシンギュレーションプロセスを容易にするために、位置合せ穴をキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂに形成することができる。
【０１１５】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、フローフィールドプレートを成形して連続ウェブを形成するための、さらに別の方法を示す。この方法によれば、第１のショットの間、逆テーパ穴５０２が第１のフローフィールドプレート５００のコーナ内に成形される。隣接したフローフィールドプレート５００ｂを形成する第２の過剰成形ショットの間、第２のショットからの材料が、先に成形されたプレート５００ａの少なくとも逆テーパ穴５０２に流されて、プラグ５０４を形成する。この穴およびプラグ噛合い機構を、隣接したフローフィールドプレート５００ａ、５００ｂの各コーナに形成することができる。
【０１１６】
本発明によって製造されたフローフィールドプレートのウェブを、今後の組立てのためにロールグッドとしてロールアップすることができる。あるいは、および図１７に示されているように、フローフィールドプレートのウェブをＵＣＡ組立てライン内に直接供給することができ、この場合、２つのプレスを用いてもよく、各々が図１７に示されているようにＵＣＡの各側のウェブを製造する。
【０１１７】
図１７に示されたＵＣＡ組立てステーション６００は、フローフィールドプレートの第１のウェブ６０６を製造する第１の成形ステーション６０１と、フローフィールドプレートの第２のウェブ６０８を製造する第２の成形ステーション６０３とを含む。ＭＥＡウェブ６０６が輸送され、ＭＥＡウェブ６０４の個別のＭＥＡ６０４ａが、第１および第２のフローフィールドプレートウェブ６０６、６０８からの１対のフローフィールドプレート６０６ａ、６０８ａと位置合せする。ＭＥＡ６０６ａをそれぞれの対のフローフィールドプレート６０６ａ、６０８ａの間に収容した後、結果として生じるＵＣＡウェブ６１０をシーリングステーションおよび／または巻きステーションによってさらに処理してもよい。その後、シールされたＵＣＡのウェブ６１０をシンギュレーションプロセスにかけて、ＵＣＡウェブ６１０から個別のＵＣＡを分離することができる。
【０１１８】
本発明のさまざまな実施形態の先の説明は、例示および説明のために提示された。余すところがないこと、または本発明を開示された厳密な形式に限定することは、意図されていない。上記教示に鑑み、多くの修正および変更が可能である。たとえば、添付の図を参照して説明されたさまざまな回転切断プロセス、積層プロセス、および輸送プロセスは、代わりに、たとえば、当該技術において知られているような、フラットダイプロセスおよび装置、ステップアンドリピートプロセスおよび装置、ピックアンドプレイスプロセスおよび装置、間欠運動プロセスおよび装置、ならびにインデックスおよびスタンプカットプロセスおよび装置の使用によってなど、非回転方法および装置を用いて行うことができる。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ、特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】典型的な燃料電池およびその基本動作を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によって構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図３】図２に示された燃料電池アセンブリの断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によって構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図５】本発明の別の実施形態によってユニット化燃料電池アセンブリまたはＵＣＡとして構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図６】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図７】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図８】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図９】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図１０】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、燃料電池膜ウェブを準備し、それにさまざまな燃料電池構成要素を付着するための装置の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、準備された膜ウェブに、ＦＴＬ材料ウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）パッチを付着するための装置の実施形態を示す図である。
【図１２】図１０および図１１の装置を組入れる１つの装置を示す図である。
【図１３】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリをシールするためのシーリング装置の実施形態を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートを製造するための成形ステーションおよびプロセスの図である。
【図１４Ｂ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形リビングヒンジ機構の特徴を示す図である。
【図１４Ｃ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形リビングヒンジ機構の特徴を示す図である。
【図１５】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形キャリヤストリップ機構の特徴を示す図である。
【図１６Ａ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための別の成形噛合い機構の特徴を示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための別の成形噛合い機構の特徴を示す図である。
【図１７】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、成形されたユニット化燃料電池アセンブリを製造するための成形システムおよびプロセスの図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは燃料電池に関し、より詳細には、ロールグッド（ｒｏｌｌ−ｇｏｏｄ）形態の多層燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリの自動化製造のためのプロセスおよび装置、ならびにそれらから製造された燃料電池物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェブまたはロール形態で開発された構成要素から燃料電池を製造するためにさまざまな装置および方法が開発されている。従来の組立て方法は、典型的には、入力ウェブ構成要素のいくつかを切断して、バッチ操作でそのような材料のスタックを形成することを伴う。次に、シンギュレートされた（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）材料は、燃料電池組立ての間シンギュレートされた材料を適切に位置決めするように、さまざまな機械的手段および真空手段を使用して操作される。
【０００３】
これらのプロセスの多くは自動化することができるが、そのためには、典型的には、複雑で、時間がかかり、典型的には高価な自動化設備によって行われる多数の取扱い工程、位置合せ工程、および整列工程が伴う。従来の燃料電池製造方法と関連する処理工程の数および複雑さは、典型的には、製品処理量を低減し、これは、自動化燃料電池組立てラインの生産性に悪影響を及ぼす。さらに、多くの従来の燃料電池製造装置および方法が、高度の自動化、特に、厳しい位置公差要件を有するそのような装置およびプロセスに十分適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改善された燃料電池製造装置、方法、ならびにそのような装置および方法から製造された燃料電池アセンブリが必要である。自動化燃料電池組立てプラントなどの自動化組立て環境において実現することができるそのような装置、方法、および燃料電池アセンブリがさらに必要である。本発明は、これらおよび他の要求を満たし、かつ先行方法の他の欠陥に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、改善された燃料電池製造プロセス、設備、およびそれらから製造された物品に関する。本発明は、さらに、ロールグッド形態のユニット化燃料電池アセンブリを含む、ロールグッド形態の多層燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリの自動化製造に関する。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法は、各々が接合材料を含みかつ隔置された窓を有する第１および第２のウェブを、燃料電池膜を含むウェブの第１および第２の表面に積層する工程を含む。膜ウェブの第１および第２の活性領域は、それぞれの接合材料窓内に位置決めされる。この方法は、各々がガスケット材料を含みかつ隔置された窓を有する第３および第４のウェブを、それぞれ、膜ウェブの第１および第２の表面上に配置された接合材料に積層する工程をさらに含む。接合材料の少なくともいくらかがそれぞれのガスケット材料窓内に延在するように、接合材料の窓はガスケット材料のそれぞれの窓と整列する。この方法は、また、ＦＴＬ材料を含む第５および第６のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層する工程を含む。ＦＴＬ材料部分は、それぞれのガスケット材料窓内に位置決めされ、かつそれぞれのガスケット材料窓内に延在する接合材料と接触する。
【０００７】
別の実施形態によれば、１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法が、接合材料を含む第１のウェブを切断して、第１のウェブの隔置された第１の窓を製造する工程を含む。第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。接合材料を含む第２のウェブを切断して、第２のウェブの隔置された第２の窓を製造する。第２の窓も、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。
【０００８】
この方法は、燃料電池膜を含むウェブであって、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層する工程とをさらに含む。膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層する。この方法は、また、ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程を含む。ＦＴＬ材料部分の各々は、それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する。
【０００９】
さらなる実施形態によれば、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法は、膜材料のウェブ、第１の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第１のウェブを処理して、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブの第１の表面を形成する工程を含む。この方法は、また、膜材料のウェブ、第２の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第２のウェブを処理して、ＭＥＡウェブの第２の表面を形成する工程を含む。第１および第２のフローフィールドプレートは、好ましくは第１および第２のフローフィールドプレートウェブの形態で提供される。この方法は、ＭＥＡウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する（ｅｎｃａｓｉｎｇ）工程をさらに含む。
【００１０】
別の実施形態によれば、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法は、連続ＭＥＡウェブを製造する工程を含む。隔置された第１の窓を有する、接合材料を含む第１のウェブが提供され、第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。隔置された第２の窓を有する、接合材料を含む第２のウェブが提供される。第２の窓は、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。燃料電池膜を含むウェブであって、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブも提供する。
【００１１】
この方法は、また、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層する工程とを含む。ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層し、ＦＴＬ材料部分の各々は、それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する。
【００１２】
この方法は、第１のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程とをさらに含む。ＭＥＡの各々をそれぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する。
【００１３】
さらに別の実施形態によれば、燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造するための装置は、接合材料を含む第１のウェブを切断するために構成された第１の切断ステーションを含む。第１の切断ステーションは、第１のウェブの隔置された第１の窓を製造するように構成された第１の切断機構を含む。第１の窓は、第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。第２の切断ステーションが、接合材料を含む第２のウェブを切断するために構成される。第２の切断ステーションは、第２のウェブの隔置された第２の窓を製造するように構成された第２の切断機構を含む。第２の窓は、第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む。
【００１４】
この装置は、また、膜ウェブを輸送するように構成された膜ウェブ輸送機構を含む。膜ウェブは、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含む。第１の積層ステーションが、膜ウェブの第１の表面の活性領域が第１の窓内に位置決めされるように、第１の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に積層するように構成される。第２の積層ステーションが、膜ウェブの第２の表面の活性領域が第２の窓内に位置決めされるように、第２の接合材料ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に積層するように構成される。
【００１５】
この装置は、第１のＦＴＬパッチの各々が第１の窓の接合サイトと接触するように、第１のＦＴＬパッチを膜ウェブの第１の表面の活性領域に積層するように構成された第３の積層ステーションをさらに含む。第４の積層ステーションが、第２のＦＴＬパッチの各々が第２の窓の接合サイトと接触するように、第２のＦＴＬパッチを膜ウェブの第２の表面の活性領域に積層するように構成される。
【００１６】
さらなる実施形態によれば、燃料電池アセンブリは、第１の表面および第２の表面を有する膜を含む。第１および第２の表面は、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む。第１の接合層が、膜の第１の表面と接触する第１の表面を含み、かつ膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む。第１の窓は、第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００１７】
燃料電池アセンブリの第２の接合層が、膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む。第２の窓は、第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００１８】
第１のガスケット層が、第１の接合層の第２の表面上に配置され、かつ第１の接合層の第１の窓と整列する第３の窓を含む。第２のガスケット層が、第２の接合層の第２の表面上に配置され、かつ第２の接合層の第２の窓と整列する第４の窓を含む。
【００１９】
燃料電池アセンブリは、また、膜の第１の表面と接触する第１のＦＴＬを含み、第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも第１の窓の接合材料突出部と接触する。第２のＦＴＬの周縁が少なくとも第２の窓の接合材料突出部と接触するように、第２のＦＴＬが膜の第２の表面と接触する。アノード触媒が、第１および第２の活性領域の一方に配置され、カソード触媒が、第１および第２の活性領域の他方に配置される。
【００２０】
別の実施形態によれば、１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池サブアセンブリは、第１の表面および第２の表面を有する膜を含む。第１および第２の表面が、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む。第１の接合層が、膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む。第１の窓は、第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。燃料電池サブアセンブリの第２の接合層が、膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む。第２の窓は、第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む。
【００２１】
燃料電池サブアセンブリは、また、膜の第１の表面と接触する第１のＦＴＬを含み、第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも第１の窓の接合材料突出部と接触する。第２のＦＴＬが膜の第２の表面と接触し、第２のＦＴＬの周縁が少なくとも第２の窓の接合材料突出部と接触する。アノード触媒が、第１および第２の活性領域の一方に配置され、カソード触媒が、第１および第２の活性領域の他方に配置される。
【００２２】
本発明の上記要約は、本発明の各実施形態またはあらゆる実現を説明することが意図されていない。本発明のより完全な理解とともに、利点および達成は、添付の図面と関連して、次の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかになり、理解されるであろう。
【００２３】
本発明は、さまざまな修正例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定しないことが意図されることが理解されるべきである。それどころか、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内である修正例、均等物、および代替例をすべて網羅することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
例示された実施形態の次の説明において、本明細書の一部を形成し、本発明を実施してもよいさまざまな実施形態が例示として示されている添付の図面を参照する。これらの実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなく構造変更を行ってもよいことが理解されるべきである。
【００２５】
本発明は、燃料電池構造を構成するための改善された方法および装置、ならびに改善された燃料電池アセンブリに関する。燃料電池は、水素燃料と空気からの酸素とを組合せて、電気、熱、および水を発生する電気化学デバイスである。燃料電池は、燃焼を利用せず、したがって、燃料電池は、たとえあるとしても、有害な流出物を僅かしか発生しない。燃料電池は、水素燃料および酸素を電気に直接変換し、かつ、たとえば内部燃焼発電機よりはるかに高い効率で動作させることができる。
【００２６】
典型的な燃料電池が、図１に示されている。図１に示された燃料電池１０は、アノード１４に隣接した第１の流体輸送層（ＦＴＬ）１２を含む。電解質膜１６がアノード１４に隣接している。カソード１８が電解質膜１６に隣接して位置し、第２の流体輸送層１９がカソード１８に隣接して位置する。ＦＴＬ１２および１９は、拡散集電体（ＤＣＣ）またはガス拡散層（ＧＤＬ）と呼ぶことができる。動作中、水素燃料が、燃料電池１０のアノード部分に導入され、第１の流体輸送層１２を通り、アノード１４の上を通る。アノード１４において、水素燃料は、水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とに分離される。
【００２７】
電解質膜１６は、水素イオンまたはプロトンのみが、電解質膜１６を通って、燃料電池１０のカソード部分に進むことを可能にする。電子は、電解質膜１６を通ることができず、代わりに、電流の形態で外部電気回路を通って流れる。この電流は、電気モータなどの電気負荷１７を電力供給することができるか、充電式バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスに向けることができる。
【００２８】
酸素は、第２の流体輸送層１９を介して、燃料電池１０のカソード側に流入する。酸素がカソード１８の上を通るとき、酸素、プロトン、および電子は、組合されて、水および熱を発生する。
【００２９】
図１に示されたようないくつかの個別の燃料電池を、本発明の原理に従ってロールグッド入力材料（たとえば、燃料電池構成要素のウェブ）から製造することができる。たとえば、個別の燃料電池を、連続組立て方法を用いて製造することができ、ロールグッド入力ウェブ材料を処理して、完成した燃料電池アセンブリのロールグッド出力ウェブを製造する。特定の方法において、ロールグッド入力ウェブ材料を処理して、燃料電池サブアセンブリのロールグッド出力ウェブを製造することができ、これをその後のプロセスで使用して、完成した燃料電池アセンブリを製造することができる。
【００３０】
出力燃料電池アセンブリウェブおよびサブアセンブリウェブを適切なライナ材料で巻いて、ロールを形成することができる。別の方法において、出力燃料電池アセンブリウェブおよびサブアセンブリウェブをシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）プロセスにかけることができ、個別の燃料電池アセンブリまたはサブアセンブリがそれらのそれぞれのウェブから分離される。
【００３１】
他の方法によれば、ロールグッド燃料電池入力ウェブ材料およびフローフィールドプレートを処理して、連続的にユニット化燃料電池アセンブリ（ＵＣＡ）を製造することができる。ユニット化燃料電池アセンブリは、単独でまたはスタック内の他のＵＣＡと関連して機能燃料電池として働くことができる１つ以上の電池を含むユニットモジュールまたはユニットである。ＵＣＡは、モノポーラまたはバイポーラ構成で実現することができる。
【００３２】
たとえば、１つの方法において、ロールグッド燃料電池入力ウェブ材料、およびフローフィールドプレートのウェブを処理して、ＵＣＡのウェブを製造することができる。フローフィールドプレートのウェブは、インライン成形プロセスを用いて製造することができ、フローフィールドプレートが、燃料電池ウェブ処理の間、前、または後に成形され、かつ、出力ウェブの膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を収容するために使用される。ＵＣＡを、取扱いの容易さおよび今後の使用のために、ロールするか、シンギュレートし積重ねることができる。
【００３３】
いくつかの異なった燃料電池技術を用いて、本発明の原理に従う燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを構成することができる。たとえば、本発明の燃料電池製造方法を用いて、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリを構成することができる。ＰＥＭ燃料電池は、比較的低温（約１７５°Ｆ／８０℃）で動作し、高電力密度を有し、電力要求のシフトに応じるためにそれらの出力を迅速に変えることができ、たとえば自動車におけるような、迅速な始動が必要とされる用途によく適している。
【００３４】
ＰＥＭ燃料電池に使用されるプロトン交換膜は、典型的には、水素イオンを通す薄いプラスチックシートである。膜は、典型的には、両側に、活性触媒である高度に分散した金属粒子または金属合金粒子（たとえば、白金または白金／ルテニウム）がコーティングされる。使用される電解質は、典型的には、ポリ−ペルフルオロスルホン酸などの固体有機ポリマーである。固体電解質の使用は、それが腐食問題および管理問題を低減するので、有利である。
【００３５】
水素が、燃料電池のアノード側に供給され、そこで、触媒は、水素原子が電子を放出して水素イオン（プロトン）になることを促進する。電子は、利用可能な電流の形態で移動し、酸素が導入された燃料電池のカソード側に戻る。同時に、プロトンは、膜を通ってカソードに拡散し、そこで、水素イオンは、酸素と再び組合され反応して、水を生成する。
【００３６】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、水素燃料電池などのＰＥＭ燃料電池の中心要素である。上述されたように、典型的なＭＥＡは、固体電解質として機能するポリマー電解質膜（ＰＥＭ）（イオン伝導性膜（ＩＣＭ）としても知られている）を含む。
【００３７】
ＰＥＭの１つの面はアノード電極層と接触し、反対側の面はカソード電極層と接触する。各電極層は、典型的には白金金属を含む電気化学触媒を含む。流体輸送層（ＦＴＬ）が、アノード電極材料およびカソード電極材料への、ならびにアノード電極材料およびカソード電極材料からのガス輸送を容易にし、かつ、電流を導く。
【００３８】
典型的なＰＥＭ燃料電池において、プロトンが、水素酸化によってアノードで形成され、カソードに輸送されて酸素と反応し、電極を接続する外部回路内で電流が流れることを可能にする。ＦＴＬは、また、ガス拡散層（ＧＤＬ）またはディフューザ／集電体（ＤＣＣ）と呼んでもよい。アノード電極層およびカソード電極層は、完成されたＭＥＡ内でＰＥＭとＦＴＬとの間に配置される限り、製造の間、ＰＥＭに塗布してもＦＴＬに塗布してもよい。
【００３９】
任意の適切なＰＥＭを本発明の実施に使用してもよい。ＰＥＭは、典型的には厚さが５０μｍ未満、より典型的には４０μｍ未満、より典型的には３０μｍ未満、最も典型的には約２５μｍである。ＰＥＭは、典型的には、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）（デラウェア州ウィルミントンのデュポン・ケミカルズ（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ））およびフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標）（日本、東京の旭硝子株式会社（Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏ． Ｌｔｄ．， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ））などの酸官能性フルオロポリマーであるポリマー電解質から構成される。本発明に有用なポリマー電解質は、典型的には、好ましくはテトラフルオロエチレンと１つ以上のフッ素化酸官能性コモノマーとのコポリマーである。
【００４０】
典型的には、ポリマー電解質はスルホネート官能基を有する。最も典型的には、ポリマー電解質はナフィオン（登録商標）である。ポリマー電解質は、典型的には酸当量が１２００以下、より典型的には１１００以下、より典型的には１０５０以下、最も典型的には約１０００である。
【００４１】
任意の適切なＦＴＬを本発明の実施に使用してもよい。典型的には、ＦＴＬは、炭素繊維紙などの、炭素繊維を含むシート材料から構成される。ＦＴＬは、典型的には、織布および不織布炭素繊維構造から選択される炭素繊維構造である。本発明の実施に有用であろう炭素繊維構造としては、東レ（Ｔｏｒａｙ）カーボン紙、スペクトラカーブ（ＳｐｅｃｔｒａＣａｒｂ）カーボン紙、ＡＦＮ不織布カーボンクロス、ゾルテック（Ｚｏｌｔｅｋ）カーボンクロスなどを挙げてもよい。ＦＴＬは、炭素粒子コーティング、親水性化（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｚｉｎｇ）処理、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でのコーティングなどの疎水性化（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｚｉｎｇ）処理を含めて、さまざまな材料でコーティングまたは含浸してもよい。
【００４２】
任意の適切な触媒を本発明の実施に使用してもよい。典型的には、炭素担持触媒粒子が使用される。典型的な炭素担持触媒粒子は、５０〜９０重量％の炭素および１０〜５０重量％の触媒金属であり、触媒金属は、典型的には、カソード用のＰｔと、アノード用の２：１の重量比のＰｔおよびＲｕとを含む。触媒は、典型的には、触媒インクの形態でＰＥＭまたはＦＴＬに塗布される。触媒インクは、典型的には、ＰＥＭを構成するポリマー電解質材料と同じであっても同じでなくてもよいポリマー電解質材料を含む。
【００４３】
触媒インクは、典型的には、ポリマー電解質の分散液中の触媒粒子の分散液を含む。インクは、典型的には５〜３０％の固形分（すなわちポリマーおよび触媒）、より典型的には１０〜２０％の固形分を含有する。電解質分散液は、典型的には水性分散液であり、これは、アルコール、グリセリンおよびエチレングリコールなどの多価アルコール、またはＮ−メチルピロリドン（ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｏｌｉｄｏｎｅ）（ＮＭＰ）およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの他の溶媒をさらに含有してもよい。水、アルコール、および多価アルコール含有量は、インクのレオロジー特性を変更するように調整してもよい。インクは、典型的には、０〜５０％のアルコールおよび０〜２０％の多価アルコールを含有する。さらに、インクは適切な分散剤０〜２％を含有してもよい。インクは、典型的には、熱とともに撹拌し、その後、コーティング可能なコンシステンシーに希釈することによって製造される。
【００４４】
触媒は、アノード配合物およびカソード配合物の両方の、ハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体ベアリング（ｆｌｕｉｄ ｂｅａｒｉｎｇ）ダイコーティング、巻線ロッドコーティング、流体ベアリングコーティング、スロット供給ナイフコーティング、３ロールコーティング、または、乾燥した触媒コーティングの、膜上へのデカール転写を含む、手動方法および機械方法の両方を含む任意の適切な手段によって、ＰＥＭまたはＦＴＬに塗布してもよい。コーティングは、１回の塗布または複数回の塗布で行ってもよい。
【００４５】
本発明の原理に従う燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを構成するために用いることができる別の燃料電池技術は、ダイレクトメタノール燃料電池と呼ばれる。ダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、ポリマー膜を電解質として使用する点で、ＰＥＭ電池と同様である。しかし、ＤＭＦＣにおいて、アノード触媒自体が、液体メタノール燃料から水素を引き、燃料改質装置の必要をなくす。ＤＭＦＣは、典型的には、１２０〜１９０°Ｆ／４９〜８８℃の間の温度で動作する。ダイレクトメタノール燃料電池は、本発明の原理に従う処理およびパッケージングを行うことができる。
【００４６】
ここで、図２を参照すると、ＰＥＭ燃料電池技術に従う多層燃料電池３７の実施形態が示されている。図２の燃料電池実施形態の断面図が図３に提供されている。図２および図３に示された燃料電池３７は、５層ＭＥＡ構造と、２層ガスケット構造とを含む７層構造である。
【００４７】
燃料電池３７は、接合層３２および４２がそれぞれ塗布された表面を有するＰＥＭ層３０を含む。接合層３２および４２は、図２において別々の部材として示されているが、接合層３２および４２を、固体、液体、またはＵＶもしくは光硬化性材料または蒸気接合材料もしくは蒸気接合剤を使用して形成することができることが理解される。
【００４８】
接合層３２および４２は、ＰＥＭ層３０の活性領域にほぼ等しいサイズを有する窓を含むように、パターニングまたは他の態様で形成される。接合層３２および４２の窓は、いくつかの内方に延在する接合サイト３３、４３を含む。接合サイト３３、４３は、ＰＥＭ層３０の活性領域内に延在し、かつ、ＰＥＭ層３０の活性領域内への接合層３２および４２の進入を最小にしながら、ＰＥＭ層３０の活性領域とそれぞれの流体輸送層（ＦＴＬ）３６および４６との間の接着接触を容易にするのに役立つ。接合サイトを使用して、ＰＥＭ層３０とＦＴＬ３６および４６との間の接着接触を提供することは、有利に、これらの層に、従来の処理技術の場合のように高温で長時間圧縮プレス力をかける必要をなくすことができる。
【００４９】
図２において、接合サイト３３、４３は、接合層窓の内周に設けられた一連の突出部または指として示されている。接合サイトを、いくつかの異なった構成を呈するように形成またはパターニングすることができ、また、図２および他のところに示された指形接合サイト３３、４３が、例示的な、非限定的な目的のためにすぎないことが理解される。たとえば、接合サイト３３、４３は、接合層窓の内周のいくつかの端縁部分を画定することができる。また、接合サイト３３、４３は、接合層窓の連続内周縁を画定することができる。これらおよび他の構成を、接合サイト３３、４３として使用することができ、そのような接合サイトは、約１５％以下などの、ＰＥＭ層３０の総活性領域の小さいパーセンテージのみと接触する。
【００５０】
ガスケット層３４および４４は、それぞれの接合層３２および４２と接触するように位置する。ガスケット層３４および４４は、接合層３２および４２の窓より大きいサイズを有する窓を含む。ガスケット層３４および４４は、たとえば、テフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、テフロン（登録商標）で含浸されたガラス繊維、エラストマー材料、ＵＶ硬化性ポリマー材料、表面テクスチャー材料、多層複合材料、シーラント、およびシリコン材料を含むさまざまな材料から形成することができる。
【００５１】
１つの特定の実施形態において、ガスケット層３４および４４は、各々、代理人事件番号５８２１８ＵＳ００２で２００２年１１月１４日に出願された同時係属中の出願第１０／２９４，０９８号明細書に開示されたような独立気泡フォームゴムガスケットであってもよい。他の実施形態において、ガスケット層３４および４４には、２００２年５月１０日に出願された同時係属中の出願第１０／１４３，２７３号明細書に開示されたような隆起リッジ微細構造化シーリングパターンを有する接触面を形成してもよい。
【００５２】
ＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合するようなサイズである。さらに、ＦＴＬ３６および４６は、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。アノード触媒材料（図示せず）が、２つのＦＴＬ３６、４６の一方とＰＥＭ層３０との間に位置し、カソード触媒材料（図示せず）が、ＰＥＭ層３０と２つのＦＴＬ３６、４６の他方との間に位置する。
【００５３】
１つの構成において、ＰＥＭ層３０は、一方の表面上にアノード触媒コーティングを含み、他方の表面上にカソード触媒コーティングを含むように製造される。この構造は、しばしば、触媒コーティング膜またはＣＣＭと呼ばれる。別の構成によれば、ＦＴＬ３６、４６は、それぞれ、アノード触媒コーティングおよびカソード触媒コーティングを含むように製造される。さらに別の構成において、アノード触媒コーティングを、２つのＦＴＬ３６、４６の一方の上に部分的に配置し、かつＰＥＭ層３０の一方の表面上に部分的に配置することができ、カソード触媒コーティングを、２つのＦＴＬ３６、４６の他方の上に部分的に配置し、かつＰＥＭ層３０の他方の表面上に部分的に配置することができる。
【００５４】
ＰＥＭ層３０ならびにＦＴＬ３６および４６は、上述されたような構造を有することができる。接合層３２および４２は、熱硬化性または熱可塑性材料などの熱接合材料を使用して形成することができる。適切な接合層材料としては、感圧接着剤、接合剤、セルフシーリング材料、および熱活性化接合材料が挙げられる。
【００５５】
一実施形態によれば、接合層３２および４６は、熱可塑性シーリング材料を使用して形成される。熱可塑性樹脂は、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレンと、ヘキサフルオロプロピレンと、二フッ化ビニリデンとのターポリマー）などのフッ素樹脂、ポリエチレン、エチレンとアクリル酸とのコポリマーなどのポリエチレンのコポリマー、サーモボンド（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｂｏｎｄ）８４５（３Ｍによって製造される、たとえば、ポリエチレン無水マレイン酸コポリマー）およびサーモボンド６６８（３Ｍによって製造される、たとえば、ポリエステル）であることができる。これらの材料またはこれらの複合材料と、炭素、ガラス、セラミックなどの充填剤とのブレンドも、熱可塑性樹脂として使用してもよい。好ましくは、溶融範囲は５０〜１８０℃であり、より好ましくは１００〜１５０℃であり、これは、ＭＥＡ接合温度と同様でなければならない。
【００５６】
図４は、本発明の実施形態による燃料電池サブアセンブリ３５の図である。図４に示された燃料電池サブアセンブリ３５は、膜の対向する表面上に接合層を組入れる独自の５層ＭＥＡ構造である。示されているように、図４のＭＥＡは、図２および図３の燃料電池アセンブリと関連して先に説明された層および特徴のいくつかを組入れる。特に、図４のＭＥＡは、接合層３２および４２がそれぞれ塗布された表面を有するＰＥＭ層３０を含む。先に説明されたように、接合層３２および４２は、ＰＥＭ層３０の活性領域にほぼ等しいサイズを有する窓を含む。
【００５７】
接合層３２および４２の窓は、いくつかの内方に延在する接合サイトまたは指３３、４３を含む。接合サイト３３、４３は、ＰＥＭ層３０の活性領域内に延在し、かつＰＥＭ層３０の活性領域の部分ならびにそれぞれの流体輸送層（ＦＴＬ）３６および４６と接着接触する。ＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合し、かつ、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。アノードが、２つのＦＴＬ３６、４６の一方とＰＥＭ層３０との間に位置し、カソードが、ＰＥＭ層３０と２つのＦＴＬ３６、４６の他方との間に位置する。
【００５８】
この実施形態において、ＰＥＭ層３０と接触していない接合層３２、４２の表面は、好ましくは、ライナ（図示せず）または他の材料によって被覆され、接合層３２、４２の接合材料およびＦＴＬ３６、４６は、それらの露出がその後のプロセスにおいて望ましいような時まで露出されない。さまざまなタイプの剥離ライナをこの目的で使用することができる。その後のプロセスにおいて、露出された接合層３２、４２およびＦＴＬ３６、４６を、たとえば、それぞれのガスケット層またはフローフィールドプレートと位置合せしてもよい。
【００５９】
図４に示されたタイプのＭＥＡ構造は、ロールグッドの形態またはスタックなど、その後の燃料電池製造プロセスでの使用のための適切な態様で保管することができる。あるいは、これらのＭＥＡ構造を、以下で説明されるような、さらなる自動化燃料電池組立てプロセスにかけることができる。上述されたように剥離ライナが使用される場合、剥離ライナを、自動化プロセスなどによって、接合層／ＦＴＬの外面から除去することができる。特定の熱接合材料を組入れる燃料電池アセンブリロールグッドの場合など、特定の接合材料を、ライナを使用して保護する必要がないことが認められる。
【００６０】
例として、図５を参照すると、上述されたタイプのＭＥＡ３５が１対のフローフィールドプレート５０および６０の間に配置されたＵＣＡの実施形態が示されている。この実施形態によれば、ＭＥＡ３５は、各々が、先に説明されたように、ＰＥＭ層３０の活性領域にサイズがほぼ等しい窓と、内方に延在する接合サイトまたは指３３、４３とを有する接合層３２および４２の間に挟まれたＰＥＭ層３０を含む。２つのＦＴＬ３６および４６は、ガスケット層３４および４４の窓内に嵌合し、かつ、接合サイト３３および４３を被覆することに加えて、接合層３２および４２の窓の内周縁を被覆するようなサイズである。先に説明されたように、アノード領域およびカソード領域が、それぞれ、２つのＦＴＬ３６、４６とＰＥＭ層３０との間に位置する。
【００６１】
図５に示された接合層３２および４２の各々は、それぞれのフローフィールドプレート５０、６０の表面と位置合せすることができる露出された接合表面を有する。接合層３２および４２の露出された接合表面、ならびにそれぞれのフローフィールドプレート５０および６０の間の接合接触は、有利に、自動化燃料電池組立ての間、これらの構成要素の間の正確な位置合せを維持する。さらに、接合層３２および４２は、ヒートシーリングプロセスの間、ＵＣＡの端縁シーリングを容易にすることができる。本発明のプロセスおよび構造特徴を組入れてもよいＵＣＡ製造プロセスおよび構造は、２００２年１１月１５日に同時に出願された同時係属中の出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示されている。
【００６２】
一般的に言うと、フローフィールドプレート５０、６０の各々は、水素および酸素供給燃料が通るポートおよびガスフローチャネルのフィールドを含む。特定の構成において、フローフィールドプレート５０、６０は、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができ、１つのＭＥＡ３５が１対のフローフィールドプレート５０、６０の間に挟まれてＵＣＡを画定する。このおよび他の実施形態のフローフィールドは、２００１年９月１７日に出願された同時係属中の出願第０９／９５４，６０１号明細書に開示されたような低横流（ｌｏｗ ｌａｔｅｒａｌ ｆｌｕｘ）フローフィールドであってもよい。典型的な構成において、フローフィールドプレートのサイズは、典型的には、膜とほぼ同じサイズである。
【００６３】
他の構成において、ＵＣＡが、１つ以上のバイポーラフローフィールドプレートの使用によって複数のＭＥＡ３５を組入れることができる。たとえば、ＵＣＡが、図５に記載されたタイプの２つのＭＥＡ３５と、１つのバイポーラフローフィールドプレートとを組入れることができる。そのような構成において、第１のＭＥＡ３５が、第１のＦＴＬと第２のＦＴＬとの間に挟まれた接合層／カソード／膜／アノード／接合層構造を含むことができる。第１のＦＴＬは、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができる第１のフローフィールドエンドプレートに隣接して位置することができる。第２のＦＴＬは、バイポーラフローフィールドプレートの第１のフローフィールド表面に隣接して位置することができる。
【００６４】
同様に、第２のＭＥＡ３５が、第３のＦＴＬと第４のＦＴＬとの間に挟まれた接合層／カソード／膜／アノード／接合層構造を含むことができる。第３のＦＴＬは、モノポーラフローフィールドプレートとして構成することができるフローフィールドエンドプレートに隣接して位置することができる。第４のＦＴＬは、バイポーラフローフィールドプレートの第２のフローフィールド表面に隣接して位置することができる。Ｎ数のＭＥＡ３５およびＮ−１のバイポーラフローフィールドプレートを、１つのＵＣＡに組入れることができることが理解されるであろう。しかし、一般に、１つまたは２つのＭＥＡ３５を組入れるＵＣＡが、より効率的な熱管理に好ましいと考えられる。
【００６５】
図５に示されここで説明されるＵＣＡ構成は、本発明に関連する使用のために実現することができる特定の機構を表す。これらの機構は、例示のためにのみ提供され、本発明の範囲内になる可能な構成をすべて表すことが意図されない。たとえば、以下で説明されるようなフローフィールドプレートを製造するためのインライン成形プロセスが、付加的なまたは向上したシーリング特徴、ガスケット特徴、および／またはハードストップ特徴およびソフトストップ特徴などの特定のＵＣＡ特徴の使用を決定してもよい。逆に、そのようなインライン成形プロセスは、フローフィールドプレートのマニホルドの周りに成形された材料の代わりの使用によって別個のガスケット特徴またはシーリング特徴をなくすことなどの、特定のＵＣＡ特徴をなくすことに備えてもよい。
【００６６】
さらなる例として、さまざまな向上したシーリング方法を用いて、１対のモノポーラフローフィールドプレートの間に配置された１つのＭＥＡを含むＵＣＡの必要なシーリングを提供することができ、また、複数のＭＥＡと、１対のモノポーラフローフィールドプレートと、１つ以上のバイポーラフローフィールドプレートとを含むＵＣＡをシールすることができる。たとえば、モノポーラ構造またはバイポーラ構造を有するＵＣＡを、先に援用された出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示された平坦な固体シリコーンガスケットなどの、その場で形成された固体ガスケットを含むように構成することができる。
【００６７】
特定の実施形態において、ＵＣＡはさらに、ハードストップ機構を含むことができる。ハードストップは、組込むか、ＵＣＡの内部に配置するか、モノポーラおよび／またはバイポーラフローフィールドプレートに一体化することができる。フローフィールドプレート上に設けられた微細複製パターンおよび余分なガスケット材料のトラップチャネルなどの他の特徴を、ＵＣＡに組入れることができる。ハードストップをＵＣＡパッケージングに組入れることは、有利に、製造の間（たとえば、プレス力）および使用の間（たとえば、外部スタック圧力システム）にＭＥＡに加えられる圧縮力の量を制限する。たとえば、ＵＣＡハードストップの高さを計算して、ＵＣＡ構成の間、３０％などの指定された量のＭＥＡ圧縮をもたらすことができ、そのような圧縮は、ハードストップによって、指定された量に制限される。ハードストップをフローフィールドプレートに組入れることは、また、２つのフローフィールドプレートのための位置合せの助けとして働くことができる。
【００６８】
さらに、さまざまなＵＣＡ構成を、本発明の他の実施形態による熱管理能力で実現することができる。例として、所与のＵＣＡ構成が、一体化熱管理システムを組入れることができる。あるいは、またはさらに、所与のＵＣＡを、分離可能な熱管理構造と機械的に結合するように構成することができる。いくつかの例示的なＵＣＡハードストップおよび熱管理方法が、先に援用された出願第１０／２９５，５１８号明細書および第１０／２９５，２９２号明細書に開示されている。
【００６９】
図６〜９は、本発明の実施形態によって燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリを製造することができるさまざまな方法を示す。図６は、ロールグッド入力燃料電池材料を使用する、ＭＥＡなどの、ロールグッド燃料電池サブアセンブリまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリの連続製造を伴うさまざまなプロセスを示す。図６の実施形態によれば、ＰＥＭ材料のウェブなどの膜材料のウェブが、接合材料の第１のウェブとともに処理されて（７０）、膜ウェブの第１の接合表面を形成する。膜ウェブの第２の表面が、第２の接合材料ウェブとともに処理されて（７２）、膜ウェブの第２の接合表面を形成する。
【００７０】
膜ウェブの第１の接合表面は、ガスケット材料の第１のウェブとともに処理されて（７４）、膜ウェブの第１の接合表面上にガスケットを形成する。膜ウェブの第２の接合表面は、第２のガスケット材料ウェブとともに処理されて（７６）、膜ウェブの第２の接合表面上にガスケットを形成する。
【００７１】
膜ウェブの第１の接合表面は、ＦＴＬ材料部分とともにさらに処理されて（７８）、第１の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。膜ウェブの第２の接合表面は、ＦＴＬ材料部分とともに処理されて（８０）、第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。
【００７２】
ＦＴＬ材料部分は、好ましくは、第１および第２のＦＴＬ材料ウェブから提供され、これらは、膜ウェブの第１および第２の接合表面とともに処理されて、それぞれ、第１および第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面を形成する。膜ウェブの第１および第２の表面上に形成された第１および第２の燃料電池サブアセンブリウェブ表面は、図２〜３にＭＥＡ３７として示されたようなＭＥＡ構造のウェブを画定する。
【００７３】
燃料電池サブアセンブリウェブは、燃料電池サブアセンブリロールグッドを製造するための巻きプロセス、またはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造するためのシンギュレーションプロセスなどへ、さらなる処理のために移送される（８２）。取扱いおよび輸送性を向上させるため、ライナが、典型的には、膜ウェブ表面の他の露出された接合材料表面と接触することが認められる。
【００７４】
図７は、別の実施形態によって、ＭＥＡなどの燃料電池サブアセンブリのウェブを製造するためのさまざまなプロセスを示す。この方法によれば、各々が窓付セクションを備えた第１および第２の接合材料ウェブが提供される（９０）。ライナが、それぞれ、第１および第２の接合表面の一方の表面上に設けられる。窓付の第１および第２の接合材料ウェブの露出された表面が、膜ウェブの第１および第２の表面に積層される（９２）。ＦＴＬ材料部分が、接合材料ウェブの窓内の露出された接合サイトと接触するように、膜ウェブの活性領域に位置決めされる（９４）。
【００７５】
次に、ＦＴＬ材料部分は、膜ウェブの第１および第２の表面の活性領域に積層され（９６）、したがって、図４にＭＥＡ３５として示されたようなＭＥＡ構造のウェブを形成する。多層燃料電池サブアセンブリウェブは、さらに処理されて（９８）、燃料電池サブアセンブリロールグッドまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造する。
【００７６】
図８は、本発明のさらなる実施形態によって、ガスケット層を組入れる燃料電池サブアセンブリのウェブを製造するためのさまざまなプロセスを示す。この実施形態によれば、第１および第２の接合材料ウェブの窓は、膜ウェブの活性領域と整列される（１００）。窓付の第１および第２の接合材料ウェブは、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面に積層される（１０２）。第３および第４のガスケット材料ウェブの窓は、膜ウェブの第１および第２の活性領域と整列される（１０４）。第３および第４の窓付ガスケット材料ウェブは、第１および第２の膜ウェブ表面上の接合材料に積層される（１０６）。
【００７７】
ＦＴＬ材料部分が、第１および第２の接合材料ウェブの窓内に画定された接合サイトと接触するように、第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に位置決めされる（１０８）。次に、ＦＴＬ材料部分は、第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層される（１１０）。図８に示されたプロセスを用いて、図２および図３に示されたＭＥＡ３７などの、ガスケット材料層を組入れるＭＥＡを製造することができる。先の実施形態のように、図８に従って製造された多層燃料電池サブアセンブリウェブを、さらに処理して、燃料電池サブアセンブリロールグッドまたはシンギュレートされた燃料電池サブアセンブリシートを製造することができる。
【００７８】
図９は、本発明の実施形態によるユニット化燃料電池アセンブリまたはＵＣＡの製造を伴うさまざまなプロセスを示す。この方法によれば、膜ウェブ、第１の接合材料ウェブ、および第１のＦＴＬウェブが、処理されて（１２０）、燃料電池サブアセンブリウェブの第１の表面を形成する。膜ウェブ、第２の接合材料ウェブ、および第２のＦＴＬウェブが、処理されて（１２２）、燃料電池サブアセンブリウェブの第２の表面を形成する。
【００７９】
一連の第１のフローフィールドプレート（たとえば、モノポーラまたはバイポーラ）が、燃料電池サブアセンブリウェブの第１の表面と接触するために位置決めされる（１２４）。一連の第２のフローフィールドプレートが、燃料電池サブアセンブリウェブの第２の表面と接触するために位置決めされる（１２６）。特に、対の第１および第２のフローフィールドプレートが、燃料電池サブアセンブリウェブ上に形成された個別の燃料電池サブアセンブリと接触するために位置決めされる。対の第１および第２のフローフィールドプレートならびに個別の燃料電池サブアセンブリは、処理されて（１２８）、ＵＣＡのウェブなどのユニット化燃料アセンブリを形成する。
【００８０】
ウェブ形態またはシンギュレートされた形態のＵＣＡを、加熱プレス手順などを用いることによって、さらに処理して、個別のＵＣＡをシールすることができる。図９に示されたプロセスを用いて、図５に示されたタイプのＵＣＡを製造することができる。そのようなＵＣＡのウェブをさらに処理して、ＵＣＡロールグッドまたはシンギュレートされたＵＣＡを製造することができる。
【００８１】
上述されたプロセスは、例示のためにのみ提供され、本発明の範囲内になる、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造するための可能なプロセスをすべて表すことが意図されない。さらに、上述されたものに加えて、または上述されたものと異なった、プロセスを用いて、本発明の燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造することができる。たとえば、以下で説明される装置および関連したプロセスを用いて、本発明の燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびＵＣＡを製造することができる。
【００８２】
ここで図１０〜図１２を参照すると、燃料電池材料の入力ウェブを処理し、そのような入力ウェブから、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、またはＵＣＡの出力ロールグッドを製造する装置が示されている。一般的に言うと、図１０〜図１２の装置は、ロールグッド燃料電池構成要素を使用する燃料電池のロールグッドを製造することができる。図１０の装置は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、イオノマー燃料電池膜ウェブに、ガスケットおよびＦＴＬ構成要素などのさまざまな燃料電池構成要素を付着する目的で、イオノマー燃料電池膜ウェブを準備するための独自の方法を提供する。図１１の装置は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、ＦＴＬ材料ウェブから切断されたＦＴＬ材料部分を、準備された膜に付着するための独自の方法を提供する。図１２は、図１０および図１１の装置を含む１つの装置を示す。
【００８３】
図１０の装置は、ライナからのパターニングされた接合剤を、燃料電池膜ウェブに積層する。接合材料パターンは、好ましくは、燃料電池膜ウェブの触媒活性領域と実質的に同じ形状および領域を有する。さらに、一実施形態によれば、準備後、ガスケット材料が燃料電池膜ウェブに付着される。これは、燃料電池構成要素の連続組立てに必要な優れた膜ウェブ安定性に寄与する。接合材料は、典型的には、厚さが約２５〜１５２μｍ（約１〜６ミル）である。
【００８４】
図１０に示されているように、ライナ上の接合材料の第１のロール２１２ａが、回転ダイ２３４ａおよびアンビルロール２４０ａによってダイカットされて、接合材料のパターニングされた（たとえば、窓付の）ウェブが製造される。ライナ上の廃棄接合材料２１８ａが、真空プロセスなどによって収集される。パターニングされた接合材料ウェブ２１２ａは、ニップロール２３８ａによって膜ウェブ２１０の頂面に積層される。したがって、積層された膜ウェブは、その頂面２２２上にパターニングされた接合剤およびライナを有する。
【００８５】
ライナ上の接合材料の第２のロール２１２ｂも、回転ダイ２３４ｂおよびアンビルロール２４０ｂによってダイカットされ、ニップロール２３８ｂによって膜ウェブ２１０の底面に積層され、ライナ／接合材料／膜／接合材料／ライナ構造２２４をもたらす。ライナ上の廃棄接合材料２１８ｂは収集される。
【００８６】
光学センサが、好ましくは、膜ウェブ２１０の頂面および底面の両方の上の接合材料ウェブパターン（たとえば、窓）を整列させるために使用される。光ファイバセンサは、たとえば、膜ウェブ２１０の両側の活性領域に対して接合材料パターンの窓を検出することができる。
【００８７】
当業者は、いくつかの技術および構成を用いて、光学センサまたは他のタイプの検知機構を使用する窓付材料の整列を容易にできることを理解するであろう。例として、ダイ２３４ａから切断されたパターンを、それがロール２４０ａおよび２３８ａによって形成されたニップにおいて積層された後、かつロール２４０ｂおよび２３８ｂによって形成されたニップ前に検出するように、１つの光学センサを位置決めすることができる。ダイロール２３４ｂ上のまたはダイロール２３４ｂに付着されたマークを検出するように、第２の光学センサを位置決めすることができ、マークは各ダイキャビティに対応する。
【００８８】
別の光学検知方法は、ダイロール２３４ａ上のまたはダイロール２３４ａに付着されたマークを検出するように、第１のセンサを位置決めすることを伴い、マークは各キャビティに対応し、かつ、ダイロール２３４ｂ上のまたはダイロール２３４ｂに付着されたマークを検出するように、第２のセンサを位置決めすることを伴い、このマークは各キャビティに対応する。さらに別の方法は、ダイカットが位置合せしてウェブ２１０に積層されるようにロール２３４ｂを段階調整する能力とともに、ロール２３４ａおよび２３４ｂをともに機械的に拘束することを伴う。
【００８９】
パターニングされた接合材料ウェブのライナは、剥離され、廃棄ライナロール２１４ａ上に巻かれる。このライナの除去は、露出された接合材料／膜／接合材料／ライナ構造を有するウェブ２２６に備える。ガスケット材料のロール２１６ａが、第１の回転ダイ２３６ａおよびアンビルロール２４０ｃによってダイカットされ、廃棄ガスケット材料２２０ａが、真空または他の方法を用いて収集される。ダイカットされたガスケット材料は、ニップロール２３８ｃによって、露出された接合材料／膜積層体２２６の頂面にロール積層され、ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ライナ積層体２２８を形成する。
【００９０】
積層体２２８の底側のライナも、剥離され、廃棄ライナロール２１４ｂ上に巻かれ、積層体２３０を形成する。積層体２３０は、ガスケット／接合材料／膜／接合材料構造を有する。ガスケット材料の第２のロール２１６ｂが、第２の回転ダイ２３６ｂおよびアンビルロール２４０ｄによってダイカットされ、廃棄ガスケット材料２２０ｂが、真空または他の方法を用いて収集される。ダイカットされたガスケット材料は、ニップロール２３８ｄによって、積層体２３０の露出された接合材料の底面にロール積層され、ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット積層体２３２を形成する。
【００９１】
この実施形態によれば、図１０の装置は、裸の膜上に窓パターンとして露出された接合材料（たとえば、接合剤または接着剤）の使用によって膜の頂面および底面に保持されたガスケット材料を有する燃料電池膜を製造する。ガスケットダイカット廃棄物２２０ａ、２２０ｂが、接合材料ダイカット廃棄物２１８ａ、２１８ｂよりわずかに大きいので、パターニングされた接合材料のいくらかが膜上に露出されたままであることが認められる。
【００９２】
積層体２３０を製造する第１のダイカットが、プロセスの残りのための主要な位置合せシグナルであることが好ましい。各ダイは、ウェブに対して位置合せすることになる。ダイロールは、各ステーションにおいてアンビルロールと別々に駆動しなければならず、というのは、アンビルロールは、また、ニップとして作用するからである。ウェブ張力が典型的には１から２ｐｌｉ（１インチ長あたりのポンド）の範囲に及ぶが、この張力範囲が０．１ｐｌｉから３ｐｌｉほど低いことができることが認められる。
【００９３】
図１０に示された装置は、従来の燃料電池製造方法に対していくつかの利点に備える。１つの利点は、連続燃料電池製造プロセスにおいて、イオノマー膜フィルム（ロール形態の）を準備し、同時に、燃料電池構成要素をそれに付着して、多層（たとえば、７層）の燃料電池アセンブリを製造する独自のプロセスに関する。別の利点は、膜上にあり、かつ、露出された触媒領域より大きい窓（ダイカットされた）を有する、膜に付着されたガスケット材料の使用によって触媒領域の端縁において露出された接合材料または接合剤の存在に関する。さらなる利点は、ロールグッド膜フィルム材料が、それに付着されたより強靭なガスケット材料によって、連続膜処理により安定するようになることに関する。
【００９４】
他の利点は、多層燃料電池組立てプロセスの一部として、導電性流体輸送層（ＦＴＬ）材料を付着するために使用される、活性触媒領域の端縁において露出された接合材料に関する。活性領域の端縁において露出されたそのような接合材料は、また、燃料電池アセンブリのＦＴＬを通る漏れからガスをシールするために使用することができる。
【００９５】
図１１は、連続製造プロセスにおいて、ロールグッドＦＴＬ材料を、すでに準備された燃料電池膜ウェブに付着させる装置を示す。たとえば、上述された図１０の装置、および図１１の装置を組合せて、ロールグッド処理技術を用いて多層燃料電池アセンブリを構成するための１つの装置を画定することができる。図１２は、図１０および図１１の準備装置およびＦＴＬ材料付着装置を組合せた１つの装置の図である。
【００９６】
図１１の装置は、ロールグッドＦＴＬ材料を、触媒活性領域の端縁において膜フィルムに付着させる。ＦＴＬ材料が触媒活性領域の端縁においてのみ付着されるので、燃料電池性能の衰えがない。一般に、ＦＴＬ材料部分が、回転ダイによってＦＴＬ材料ウェブから切断される。各ＦＴＬ材料部分は、真空によってダイ表面上に保持され、膜ウェブのガスケットおよび／または接合材料窓内に精密に配置される。膜ウェブ上に先に設けられた接合材料は、ＦＴＬ材料部分と接触して、ＦＴＬ材料部分を膜ウェブの活性領域に取付ける。
【００９７】
図１１の装置を使用して、いくつかの方法を用いてＦＴＬ材料部分を膜ウェブに配置することができる。図１０に示された積層体２３２（ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット積層体）が、図１１に示された装置に入力されることが想定される。ある方法によれば、回転ダイ２５４ａ、２５４ｂが、各々、所望の部分の厳密な形状であるパターンを有する。ダイ２５４ａ、２５４ｂは、１：１のウェブ速度一致、およびそれぞれ１：１のダイ２５４ａ／２５４ｂ対アンビルロール２５８ａ／２５８ｂ速度比で回転する。
【００９８】
ＦＴＬ材料の第１のウェブ２５６ａが、ニップロール２５９ａによって第１の回転ダイロール２５４ａおよびアンビルロール２５８ａに供給される。ダイロール２５４ａは、好ましくは真空ダイロールである。ダイロール２５４ａは、切断されたＦＴＬ部分を、積層体２３２の頂面に積層されるまで真空によって保持して、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット構造を有する積層体２５０に加えて優れた触媒／ＦＴＬ界面を製造する。廃棄ＦＴＬ材料が廃棄物ロール（図示せず）上に巻かれる。
【００９９】
同様に、ＦＴＬ材料の第２のウェブ２５６ｂが、ニップロール２５９ｂによって第２の回転ダイロール２５４ｂおよびアンビルロール２５８ｂに供給される。ダイロール２５４ｂは、切断されたＦＴＬ部分を、積層体２５０の底面に積層されるまで真空によって保持して、積層体２５２を製造する。積層体２５２は、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット／ＦＴＬ構造を有する。
【０１００】
図１１の装置を使用する別の方法によれば、回転ダイ２５４ａ／２５４ｂおよび特殊なアンビルロール２５８ａ／２５８ｂが、適合されたセットとして構成される。この点に関して、ダイ２５４ａ／２５４ｂおよびアンビルロール２５８ａ／２５８ｂは、ダイロール表面速度対アンビルロール表面速度比が、燃料電池部分サイズ対ＦＴＬ部分サイズ比に等しいことを可能にするように設計される。
【０１０１】
この目的を達成するために、ＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂは、真空によって、それぞれのアンビルロール２５８ａ、２５８ｂ上に保持され、ＦＴＬウェブ速度は、それぞれのアンビルロール２５８ａ、２５８ｂおよびゴムニップロール２５９ａ、２５９ｂによって形成されたニップによって制御される。ダイロール２５４ａ、２５４ｂは、より高い表面速度で回転するが、それぞれのＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂを引張らない。ダイブレードが来ると、ＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂは、切断され、切断されたＦＴＬ部分は、真空によってダイロール２５４ａ、２５４ｂ上に保持される。それぞれのダイロール２５４ａ／２５４ｂとアンビルロール２５８ａ／２５８ｂとの間の表面速度差による、切断されたＦＴＬとＦＴＬウェブ２５６ａ、２５６ｂとの間の分離がある。ダイブレードは、光ファイバセンサおよびサーボ制御ダイステーションによって、膜ウェブ（２３２および２５０）に対して位置合せされる。
【０１０２】
各切断されたＦＴＬ部分は、関連したガスケット窓の中心に配置される。１つの構成において、ガスケット窓の中心内のＦＴＬ部分の位置合せは、光ファイバセンサなどの光学センサによって監視される。例として、および図１１を参照すると、１つのセンサが、ウェブ２３２上の窓をピックアップすることになり、第２のセンサが、ダイロール２５４ａ上のまたはダイロール２５４ａに付着されたマークをピックアップするように位置決めされることになり、マークは各ダイキャビティに対応する。第３のセンサが、ダイロール２５４ｂ上のまたはダイロール２５４ｂに付着されたマークをピックアップするように位置決めされることになる。
【０１０３】
好ましい方法によれば、接合材料ウェブの切断された窓は、サイズが最小である。ガスケット窓は、サイズが最大であり、ＦＴＬパッチは、ガスケット窓内に嵌合し、かつ接合材料窓の端縁を完全に被覆するように切断される。各ＦＴＬパッチは、対応する接合材料窓の内周から内方に突出する接合サイトと接触する。
【０１０４】
図１１に示されたＦＴＬ付着装置は、有利に、連続製造プロセスにおいて、ロールグッドＦＴＬ材料を切断し、真空によって、ダイカットされたＦＴＬピースを保持し、ＦＴＬピースを燃料電池ガスケットの窓内に精密に配置する。ＦＴＬ材料が切断されるときに真空をＦＴＬ材料上でより良好に維持することができるように、薄いフォーム材料（たとえば、厚さが５１μｍ（２ミル）である）の１つ以上の層をダイステーションの回転鋼ダイに付着することが望ましいであろう。真空ダイの性能を向上させるために、回転ダイの外側の穴のみを使用することがさらに望ましいであろう。ＦＴＬを膜のガスケット窓に付着するときに膜の引裂が起こらないように、ダイカットされたＦＴＬパッチの端縁の突出部を最小レベルに制御し維持しなければならないことが認められる。
【０１０５】
図１３は、図１２に示された装置の出力において製造された積層体２５２のシーリングを促進するために使用することができる付加的なウェブ処理ステーションを示す。図１３のドラム２６０の左側に示された装置構成要素が図１２に示されたものであることが認められる。先に説明されたように、積層体２５２は、ＦＴＬ／ガスケット／接合材料／膜／接合材料／ガスケット／ＦＴＬ構造を有する。図１３に示された実施形態において、比較的大きい半径を有するドラム２６０が、好ましくは、積層体２５２の接合材料を活性化し、また、良好な触媒／ＦＴＬ界面に備えるのに十分な適切な温度に加熱される。ロール２６２およびドラム２６０は、協働して、積層体２５２がドラムの外面の周りをロールするとき積層体２５２を張力下で配置する。積層体２５２とドラム２６０との間で生じた張力は、ヒートシーリングプロセスの間、制御された量の圧力下で積層体構造を配置するのに役立つ。
【０１０６】
ドラム２６０のサイズ、積層体回転の速度、積層体２５２とドラム表面との間の総接触時間、および張力の量が、適切なレベルの積層体シーリング、また、優れた触媒／ＦＴＬ界面を達成するように選択することができるいくつかの処理パラメータの中にある。これらの処理パラメータは、積層体構造に使用される特定の材料に基いて、積層体シーリングを最適化するように調整することができる。図１３に示されたタイプのシーリング装置が、燃料電池材料選択および性能特徴の点で、向上した可撓性に備えることを理解することができる。他のシーリング装置を使用して、プロセス積層体２５２をさらに処理することができることが理解されるであろう。他のそのようなシーリング装置としては、たとえば、ＵＶ硬化、熱（たとえば、硬化オーブン）、ＲＦ活性化、およびｅビーム活性化を用いるものが挙げられる。
【０１０７】
先に説明されたように、上述された実施形態によって製造されたものなどのロールグッド燃料電池ウェブを、成形ステーションによってさらに処理して、燃料電池ウェブの個別の燃料電池アセンブリを対のフローフィールドプレートの間に収容することができる。１つの方法において、および図１４Ａに示されているように、成形ステーション３００を、燃料電池アセンブリのウェブを受けるように構成することができる。成形ステーション３００は、２つのモールド半体３０２および３０４を含み、これらは、従来のモールド／クランプ機構によって互いに対して移動する。図１４Ａに示された実施形態において、上部モールド半体３０２は、静止した下部モールド半体３０４に対して垂直平面において移動可能である。この構成の下部および上部モールド半体は、モールドキャビティを含む。モールド半体が、１つのモールドキャビティまたは複数のモールドキャビティを含むことができることが認められる。
【０１０８】
一般に、入力ウェブの１つ以上の燃料電池アセンブリが、上部モールド半体３０２と下部モールド半体３０４との間で輸送される。各燃料電池アセンブリは、モールドキャビティと位置合せされる。光学センサなどの位置合せセンサを使用して、燃料電池アセンブリとそれらのそれぞれのモールドキャビティとの適切な整列を確実にすることができる。上部モールド半体３０２は、成形ステーション３００のクランプ機構によって生じた圧縮力下で下部モールド半体３０４との係合に移動される。フローフィールドプレートの構造に適切な材料がモールドキャビティに導入される。材料は、たとえば、注入してもよいし、プリフォームとして加えてもよい。
【０１０９】
ショットの完了および適切な硬化期間の終了後、上部モールド半体３０２は、下部モールド半体３０４から上方に、かつ下部モールド半体３０４との係合から移動される。次に、収容された燃料アセンブリ（すなわち、ＵＣＡ）は、下部モールド半体３０４のモールドキャビティから取出される。モールドキャビティからの成形されたＵＣＡの容易な分離を促進するために、離型剤を、上部および下部モールドキャビティ半体の表面上にスプレーするか他の態様で分配することができることが認められる。成形されたＵＣＡの審美性および／または耐久性を向上させるために、着色剤、ＵＶ保護剤、および他の剤を、注入材料に導入するか、モールドキャビティ内にスプレーすることができることがさらに認められる。
【０１１０】
入力燃料電池ウェブを、上述されたような自動化連続ウェブ処理方法によって製造されたロールグッド形態で受けることができる。しかし、本発明のインラインフローフィールドプレート成形方法を用いて、ロールグッドを収容するか、他の態様で製造された燃料電池アセンブリをシンギュレートすることができることが理解される。
【０１１１】
別の方法において、たとえば、成形ステーション３００への入力燃料電池ウェブは、図１２または図１３に示された装置の出力において製造された積層体２５２であることができる。この方法によれば、図１２または図１３の装置の出力と成形ステーション３００の入力との間のいかなるウェブ速度差も調整するために、中間のステージングステーションが必要であろう。好ましくは、いかなるそのような速度差も、成形ステーション３００における成形速度（ショット時間および硬化期間を含む）を図１２または図１３の装置のウェブ処理速度と一致させることによって最小にすることができる。
【０１１２】
別の実施形態によれば、成形ステーション３００は、フローフィールドプレートを連続ウェブ内に成形するように構成することができ、リビングヒンジ、キャリヤストリップ、または、テーパ穴およびプラグ機構などの他の噛合い機構が、隣接したプレートの間に設けられる。成形材料は、また、フローフィールドプレートのマニホルドの周りでガスケット機能を果たすことができる。
【０１１３】
図１４Ｂおよび図１４Ｃに見ることができるように、モールドは、先に成形されたプレートとの接合を形成し、したがって、フローフィールドプレートの連続ウェブを形成するための、材料の、それ自体上への過剰成形（ｏｖｅｒｍｏｌｄ）を考慮するように設計することができる。図１４Ｂは、成形ステーション３００における、時間ｔ1の、フローフィールドプレート３０６の後部のリビングヒンジの第１の部分３１０を示す。図１４Ｃは、成形ステーションにおける、時間ｔ2の、次の隣接したフローフィールドプレート３０８から、先に成形されたフローフィールドプレート３０６の第１の部分３１０内へ材料を過剰成形することによって第１の部分３１０と係合するように作られたリビングヒンジの第２の部分３１２を示す。図１４Ｃに示されたリビングヒンジ形状３１４は、隣接したフローフィールドプレートの間の接続性、およびウェブの曲げを考慮する。凹部３１４は、ウェブの曲げ、およびＵＣＡのウェブからの個別のＵＣＡのシンギュレーションを向上させるために、隣接したフローフィールドプレートの間に形成される。
【０１１４】
別の方法によれば、成形ステーション３００は、図１５に示されているように、連続ウェブの隣接したプレートを接続するためのキャリヤストリップを製造するモールド半体で構成される。１つの方法において、フローフィールドプレート４００およびキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂは、第１のショットを用いて成形される。この第１のショットの後、狭い間隙が、フローフィールドプレート４００およびキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂを分離する。第２の過剰成形ショットが、材料をこの狭い間隙内に注入して、フローフィールドプレート４００をキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂと接続する。その後の巻きプロセスおよび／またはシンギュレーションプロセスを容易にするために、位置合せ穴をキャリヤストリップ４０２ａ、４０２ｂに形成することができる。
【０１１５】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、フローフィールドプレートを成形して連続ウェブを形成するための、さらに別の方法を示す。この方法によれば、第１のショットの間、逆テーパ穴５０２が第１のフローフィールドプレート５００のコーナ内に成形される。隣接したフローフィールドプレート５００ｂを形成する第２の過剰成形ショットの間、第２のショットからの材料が、先に成形されたプレート５００ａの少なくとも逆テーパ穴５０２に流されて、プラグ５０４を形成する。この穴およびプラグ噛合い機構を、隣接したフローフィールドプレート５００ａ、５００ｂの各コーナに形成することができる。
【０１１６】
本発明によって製造されたフローフィールドプレートのウェブを、今後の組立てのためにロールグッドとしてロールアップすることができる。あるいは、および図１７に示されているように、フローフィールドプレートのウェブをＵＣＡ組立てライン内に直接供給することができ、この場合、２つのプレスを用いてもよく、各々が図１７に示されているようにＵＣＡの各側のウェブを製造する。
【０１１７】
図１７に示されたＵＣＡ組立てステーション６００は、フローフィールドプレートの第１のウェブ６０６を製造する第１の成形ステーション６０１と、フローフィールドプレートの第２のウェブ６０８を製造する第２の成形ステーション６０３とを含む。ＭＥＡウェブ６０６が輸送され、ＭＥＡウェブ６０４の個別のＭＥＡ６０４ａが、第１および第２のフローフィールドプレートウェブ６０６、６０８からの１対のフローフィールドプレート６０６ａ、６０８ａと位置合せする。ＭＥＡ６０６ａをそれぞれの対のフローフィールドプレート６０６ａ、６０８ａの間に収容した後、結果として生じるＵＣＡウェブ６１０をシーリングステーションおよび／または巻きステーションによってさらに処理してもよい。その後、シールされたＵＣＡのウェブ６１０をシンギュレーションプロセスにかけて、ＵＣＡウェブ６１０から個別のＵＣＡを分離することができる。
【０１１８】
本発明のさまざまな実施形態の先の説明は、例示および説明のために提示された。余すところがないこと、または本発明を開示された厳密な形式に限定することは、意図されていない。上記教示に鑑み、多くの修正および変更が可能である。たとえば、添付の図を参照して説明されたさまざまな回転切断プロセス、積層プロセス、および輸送プロセスは、代わりに、たとえば、当該技術において知られているような、フラットダイプロセスおよび装置、ステップアンドリピートプロセスおよび装置、ピックアンドプレイスプロセスおよび装置、間欠運動プロセスおよび装置、ならびにインデックスおよびスタンプカットプロセスおよび装置の使用によってなど、非回転方法および装置を用いて行うことができる。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ、特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】典型的な燃料電池およびその基本動作を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によって構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図３】図２に示された燃料電池アセンブリの断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によって構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図５】本発明の別の実施形態によってユニット化燃料電池アセンブリまたはＵＣＡとして構成された多層燃料電池アセンブリの図である。
【図６】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図７】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図８】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図９】本発明の実施形態によって、燃料電池アセンブリ、サブアセンブリ、およびユニット化燃料電池アセンブリを製造するためのさまざまなプロセスを示すフロー図である。
【図１０】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、燃料電池膜ウェブを準備し、それにさまざまな燃料電池構成要素を付着するための装置の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、準備された膜ウェブに、ＦＴＬ材料ウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）パッチを付着するための装置の実施形態を示す図である。
【図１２】図１０および図１１の装置を組入れる１つの装置を示す図である。
【図１３】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって燃料電池アセンブリおよびサブアセンブリをシールするためのシーリング装置の実施形態を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートを製造するための成形ステーションおよびプロセスの図である。
【図１４Ｂ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形リビングヒンジ機構の特徴を示す図である。
【図１４Ｃ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形リビングヒンジ機構の特徴を示す図である。
【図１５】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための成形キャリヤストリップ機構の特徴を示す図である。
【図１６Ａ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための別の成形噛合い機構の特徴を示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の連続燃料電池製造プロセスによってフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するための別の成形噛合い機構の特徴を示す図である。
【図１７】本発明の連続燃料電池製造プロセスによって、成形されたユニット化燃料電池アセンブリを製造するための成形システムおよびプロセスの図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法であって、
各々が接合材料を含みかつ隔置された窓を有する第１および第２のウェブを、燃料電池膜を含むウェブの第１および第２の表面に積層する工程であって、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域が、前記それぞれの接合材料窓内に位置決めされる、工程と、
各々がガスケット材料を含みかつ隔置された窓を有する第３および第４のウェブを、それぞれ、前記膜ウェブの前記第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層する工程であって、前記接合材料の少なくともいくらかが前記それぞれのガスケット材料窓内に延在するように、前記接合材料の窓が前記ガスケット材料のそれぞれの窓と整列する、工程と、
ＦＴＬ材料を含む第５および第６のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域にそれぞれ積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分が、それぞれのガスケット材料窓内に位置決めされ、かつ前記それぞれのガスケット材料窓内に延在する前記接合材料と接触する、工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記積層する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記積層する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＦＴＬ材料の第５および第６のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第５および第６のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の一方がアノード触媒を含み、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の他方がカソード触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の接合材料ウェブを回転可能に切断して、前記隔置された窓を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを回転可能に切断して、前記隔置された窓を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブの窓が、前記第１および第２の接合材料ウェブの窓より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第５および第６のＦＴＬ材料ウェブを回転可能に切断して、前記ＦＴＬ材料部分を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＦＴＬ材料部分が、前記膜ウェブの活性領域のサイズに実質的に等しいサイズに切断される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＦＴＬ材料部分を前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層するときに、真空下で前記ＦＴＬ材料部分を回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の接合材料ウェブを前記膜ウェブの第１および第２の表面に積層するときに、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域に対する前記それぞれの接合材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを、前記膜ウェブの第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層するときに、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域に対する前記それぞれのガスケット材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＦＴＬ材料部分を前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層するときに、前記それぞれのガスケット材料窓ならびに前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の一方または両方に対する、前記ＦＴＬ材料部分の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを、前記膜ウェブの前記第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層する前に、前記第１および第２の接合材料ウェブのライナが除去されて前記接合材料が露出する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料電池材料の多層ウェブおよびライナをロールに巻く工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料電池材料の多層ウェブをシンギュレートして、複数の別々の燃料電池シートを製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程のすべてが、実質的に同時に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程の少なくともいくつかが、実質的に同時に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブをシールする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブを回転可能にシールする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法であって、
接合材料を含む第１のウェブを切断する工程であって、それにより前記第１のウェブの隔置された第１の窓が製造され、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
接合材料を含む第２のウェブを切断する工程であって、それにより前記第２のウェブの隔置された第２の窓が製造され、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
燃料電池膜を含むウェブであって、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層する工程と、
ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分の各々が、前記それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する、工程と、を含む方法。
【請求項２３】
前記第１および第２の接合材料ウェブの第２の表面が、それぞれ剥離ライナを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２の接合材料ウェブのそれぞれの第２の表面上の前記剥離ライナを除去する工程と、
フローフィールドプレートまたはガスケット層を、前記第１および第２の接合材料ウェブの第２の表面の各々と接着係合させる工程とをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記積層する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記積層する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記切断する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記切断する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＦＴＬ材料の第４および第５のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の膜ウェブ表面の一方の活性領域がアノード触媒を含み、前記第１および第２の膜ウェブ表面の他方の活性領域がカソード触媒を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブを回転可能に切断して、前記ＦＴＬ材料部分を製造する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＦＴＬ材料部分を前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層するときに、真空下で前記ＦＴＬ材料部分を回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１および第２の接合材料ウェブを前記第１および第２の膜ウェブ表面に積層するときに、前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に対する前記第１および第２の接合材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＦＴＬ材料部分を前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層するときに、前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に対する前記ＦＴＬ材料部分の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記燃料電池材料の多層ウェブおよびライナをロールに巻く工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記燃料電池材料の多層ウェブをシンギュレートして、複数の別々の燃料電池材料シートを製造する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程のすべてが、実質的に同時に行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３８】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程の少なくともいくつかが、実質的に同時に行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３９】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブをシールする工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４０】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブを回転可能にシールする工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法であって、
膜材料のウェブ、第１の接合ウェブ、および流体輸送層（ＦＴＬ）材料を含む第１のウェブを処理して、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブの第１の表面を形成する工程と、
前記膜材料のウェブ、第２の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第２のウェブを処理して、前記ＭＥＡウェブの第２の表面を形成する工程と、
第１のフローフィールドプレートを提供する工程と、
第２のフローフィールドプレートを提供する工程と、
前記ＭＥＡウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する工程と、を含む方法。
【請求項４２】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、前記第１のフローフィールドプレートを含む第１のウェブ、および前記第２のフローフィールドプレートを含む第２のウェブを提供する工程を含み、
前記方法が、前記第１および第２のウェブを前記ＭＥＡウェブと位置合せする工程をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
前記第１のフローフィールドプレートを含む第１のウェブを提供する工程と、
前記第２のフローフィールドプレートを含む第２のウェブを提供する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
ポリマー材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートを製造する工程と、
前記ポリマー材料を成形して、前記第２のフローフィールドプレートを製造する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
ポリマー材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートの第１のウェブを製造する工程と、
前記ポリマー材料を成形して、前記第２のフローフィールドプレートの第２のウェブを製造する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
連続膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブを製造する工程と、
第１のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、
第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、
前記ＭＥＡの各々をそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する工程とを含む、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法であって、
前記連続膜電極アセンブリウェブを製造する工程は、
隔置された第１の窓を有する、接合材料を含む第１のウェブを提供する工程であって、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
隔置された第２の窓を有する、接合材料を含む第２のウェブを提供する工程であって、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
燃料電池膜を含むウェブであって、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層する工程と、
ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分の各々が、前記それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する、工程とを含む、方法。
【請求項４７】
前記第１および第２のフローフィールドプレートのウェブの各々を前記ＭＥＡウェブと位置合せする工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、前記ＭＥＡの製造に対して実質的に同時に、材料を成形して前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記材料が炭素／ポリマー複合材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間に噛合い機構を形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間にリビングヒンジを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートの対向する側に沿って、および前記第２のフローフィールドプレートの対向する側に沿ってキャリヤストリップを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、プラグおよび穴噛合い機構を形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記多層燃料電池アセンブリをロールに巻く工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記多層燃料電池アセンブリに熱および圧力をかけて、前記ＭＥＡを前記それぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレート内にシールする工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５６】
前記ＦＴＬ材料の第４および第５のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１および第２の膜表面の一方がアノード触媒を含み、前記第１および第２の膜表面の他方がカソード触媒を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５８】
燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造するための装置であって、
接合材料を含む第１のウェブを切断するために構成された第１の切断ステーションであって、前記第１のウェブの隔置された第１の窓を製造するように構成された第１の切断機構を含み、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、第１の切断ステーションと、
接合材料を含む第２のウェブを切断するために構成された第２の切断ステーションであって、前記第２のウェブの隔置された第２の窓を製造するように構成された第２の切断機構を含み、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、第２の切断ステーションと、
膜ウェブを輸送するように構成された膜ウェブ輸送機構であって、前記膜ウェブが、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含む、膜ウェブ輸送機構と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層するように構成された第１の積層ステーションと、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層するように構成された第２の積層ステーションと、
第１の流体輸送層（ＦＴＬ）パッチを前記膜ウェブの第１の表面の活性領域に積層するように構成された第３の積層ステーションであって、前記第１のＦＴＬパッチの各々が、前記第１の窓の接合サイトと接触する、第３の積層ステーションと、
第２のＦＴＬパッチを前記膜ウェブの第２の表面の活性領域に積層するように構成された第４の積層ステーションであって、前記第２のＦＴＬパッチの各々が、前記第２の窓の接合サイトと接触する、第４の積層ステーションとを含む装置。
【請求項５９】
前記第１および第２の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記第１および第２の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
前記第１および第２の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第１および第２の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
ＦＴＬ材料の第１のウェブを受けるように構成された第３の切断ステーションであって、前記第１のＦＴＬ材料ウェブから前記第１のＦＴＬパッチを切断するように構成された第３の切断機構を含む第３の切断ステーションと、
ＦＴＬ材料の第２のウェブを受けるように構成された第４の切断ステーションであって、前記第２のＦＴＬ材料ウェブから前記第２のＦＴＬパッチを切断するように構成された第４の切断機構を含む第４の切断ステーションとをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
前記第３および第４の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記第３および第４の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６５】
前記第３および第４の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第３および第４の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
第１のガスケット材料ウェブを前記第１の膜ウェブ表面上の前記第１の接合材料ウェブに積層するように構成された第５の積層ステーションと、
第２のガスケット材料ウェブを前記第２の膜ウェブ表面上の前記第２の接合材料ウェブに積層するように構成された第６の積層ステーションとをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６７】
前記第１のガスケット材料ウェブの隔置された窓を切断するように構成された第５の切断機構を含む第５の切断ステーションと、
前記第２のガスケット材料ウェブの隔置された窓を切断するように構成された第６の切断機構を含む第６の切断ステーションとをさらに含む、請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記第５および第６の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記第５および第６の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
前記第５および第６の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第５および第６の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記製造された燃料電池材料のウェブを受けるように構成されたシーリングステーションであって、前記燃料電池材料ウェブに熱および圧力をかけるシーリングステーションをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項７２】
前記シーリングステーションが、シーリングドラムと、テンションロールとを含み、前記製造された燃料電池材料のウェブが、前記シーリングドラムと前記テンションロールとの間の協働によって圧力下で前記シーリングドラムの外周と接触する、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
成形システムをさらに含み、前記成形システムが、
第１および第２の成形ステーションであって、前記第１の成形ステーションが、ポリマー材料を成形して第１のフローフィールドプレートを製造するように構成され、前記第２の成形ステーションが、ポリマー材料を成形して第２のフローフィールドプレートを製造するように構成される、第１および第２の成形ステーションと、
前記製造された燃料電池材料のウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容するように構成された組立てステーションとを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するように構成される、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間にリビングヒンジを形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートの対向する側に沿って、および前記第２のフローフィールドプレートの対向する側に沿ってキャリヤストリップを形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７７】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、プラグおよび穴噛合い機構を形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７８】
前記製造された燃料電池材料のウェブをロールに巻くように構成された巻きステーションをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項７９】
前記製造された燃料電池材料のウェブを別々の燃料電池材料シートにシンギュレートするように構成されたシンギュレーションステーションをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項８０】
第１の表面および第２の表面を含む膜であって、前記第１および第２の表面が、それぞれ第１および第２の活性領域を含む、膜と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む第１の接合層であって、前記第１の窓が、前記第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第１の接合層と、
前記膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む第２の接合層であって、前記第２の窓が、前記第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第２の接合層と、
前記第１の接合層の第２の表面上に配置され、かつ前記第１の接合層の第１の窓と整列する第３の窓を含む第１のガスケット層と、
前記第２の接合層の第２の表面上に配置され、かつ前記第２の接合層の第２の窓と整列する第４の窓を含む第２のガスケット層と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の流体輸送層（ＦＴＬ）であって、前記第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第１の窓の接合材料突出部と接触する、第１の流体輸送層（ＦＴＬ）と、
前記膜の第２の表面と接触する第２のＦＴＬであって、前記第２のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第２の窓の接合材料突出部と接触する、第２のＦＴＬと、
前記第１および第２の活性領域の一方に配置されたアノード触媒と、
前記第１および第２の活性領域の他方に配置されたカソード触媒とを含む燃料電池アセンブリ。
【請求項８１】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の複数の端縁部分をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８２】
前記複数の端縁部分が、前記第１および第２の窓の連続周縁をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８３】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の周縁に沿って配置された複数の内方に突出する指をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８４】
前記第１および第２の接合層が熱活性化接合を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８５】
前記第１および第２の接合層が熱接合材料を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８６】
前記第１および第２の接合層が感圧接合を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８７】
前記第１および第２の接合層が接合剤を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８８】
前記第１および第２の接合層が光硬化性接合剤を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記第１および第２のガスケットの第３および第４の窓が、前記第１および第２の接合層の第１および第２の窓よりそれぞれ大きい、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９０】
複数の前記燃料電池アセンブリが、燃料電池アセンブリのウェブを画定するように配列される、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９１】
前記燃料電池アセンブリが、プロトン交換膜燃料電池アセンブリを画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９２】
１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池サブアセンブリであって、
第１の表面および第２の表面を含む膜であって、前記第１および第２の表面が、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む、膜と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む第１の接合層であって、前記第１の窓が、前記第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第１の接合層と、
前記膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む第２の接合層であって、前記第２の窓が、前記第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第２の接合層と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の流体輸送層（ＦＴＬ）であって、前記第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第１の窓の接合材料突出部と接触する、第１の流体輸送層（ＦＴＬ）と、
前記膜の第２の表面と接触する第２のＦＴＬであって、前記第２のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第２の窓の接合材料突出部と接触する、第２のＦＴＬと、
前記第１および第２の活性領域の一方に配置されたアノード触媒と、
前記第１および第２の活性領域の他方に配置されたカソード触媒と、を含む燃料電池サブアセンブリ。
【請求項９３】
前記第１のＦＴＬ、および前記第１の接合層の第２の表面と接触する第１のフローフィールドプレートと、
前記第２のＦＴＬ、および前記第２の接合層の第２の表面と接触する第２のフローフィールドプレートとをさらに含む、請求項９２に記載のサブアセンブリ。
【請求項９４】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の複数の端縁部分をそれぞれ画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９５】
前記複数の端縁部分が、前記第１および第２の窓の連続周縁をそれぞれ画定する、請求項９４に記載のアセンブリ。
【請求項９６】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の周縁に沿って配置された複数の内方に突出する指をそれぞれ画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９７】
前記第１および第２の接合層が熱活性化接合を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９８】
前記第１および第２の接合層が熱接合材料を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９９】
前記第１および第２の接合層が感圧接合を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１００】
前記第１および第２の接合層が接合剤を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０１】
前記第１および第２の接合層が光硬化性接合剤を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０２】
複数の前記燃料電池サブアセンブリが、燃料電池サブアセンブリのウェブを画定するように配列される、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０３】
前記燃料電池サブアセンブリが、プロトン交換膜燃料電池サブアセンブリを画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１】
燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法であって、
各々が接合材料を含みかつ隔置された窓を有する第１および第２のウェブを、燃料電池膜を含むウェブの第１および第２の表面に積層する工程であって、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域が、前記それぞれの接合材料窓内に位置決めされる、工程と、
各々がガスケット材料を含みかつ隔置された窓を有する第３および第４のウェブを、それぞれ、前記膜ウェブの前記第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層する工程であって、前記接合材料の少なくともいくらかが前記それぞれのガスケット材料窓内に延在するように、前記接合材料の窓が前記ガスケット材料のそれぞれの窓と整列する、工程と、
ＦＴＬ材料を含む第５および第６のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域にそれぞれ積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分が、それぞれのガスケット材料窓内に位置決めされ、かつ前記それぞれのガスケット材料窓内に延在する前記接合材料と接触する、工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記積層する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記積層する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＦＴＬ材料の第５および第６のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第５および第６のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の一方がアノード触媒を含み、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の他方がカソード触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の接合材料ウェブを回転可能に切断して、前記隔置された窓を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを回転可能に切断して、前記隔置された窓を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブの窓が、前記第１および第２の接合材料ウェブの窓より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第５および第６のＦＴＬ材料ウェブを回転可能に切断して、前記ＦＴＬ材料部分を製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＦＴＬ材料部分が、前記膜ウェブの活性領域のサイズに実質的に等しいサイズに切断される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＦＴＬ材料部分を前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層するときに、真空下で前記ＦＴＬ材料部分を回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の接合材料ウェブを前記膜ウェブの第１および第２の表面に積層するときに、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域に対する前記それぞれの接合材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを、前記膜ウェブの第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層するときに、前記膜ウェブの第１および第２の活性領域に対する前記それぞれのガスケット材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＦＴＬ材料部分を前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の活性領域に積層するときに、前記それぞれのガスケット材料窓ならびに前記膜ウェブの第１および第２の活性領域の一方または両方に対する、前記ＦＴＬ材料部分の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３および第４のガスケット材料ウェブを、前記膜ウェブの前記第１および第２の表面上に配置された前記接合材料に積層する前に、前記第１および第２の接合材料ウェブのライナが除去されて前記接合材料が露出する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料電池材料の多層ウェブおよびライナをロールに巻く工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料電池材料の多層ウェブをシンギュレートして、複数の別々の燃料電池シートを製造する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程のすべてが、実質的に同時に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程の少なくともいくつかが、実質的に同時に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブをシールする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブを回転可能にシールする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造する方法であって、
接合材料を含む第１のウェブを切断する工程であって、それにより前記第１のウェブの隔置された第１の窓が製造され、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
接合材料を含む第２のウェブを切断する工程であって、それにより前記第２のウェブの隔置された第２の窓が製造され、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
燃料電池膜を含むウェブであって、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層する工程と、
ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分の各々が、前記それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する、工程と、を含む方法。
【請求項２３】
前記第１および第２の接合材料ウェブの第２の表面が、それぞれ剥離ライナを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２の接合材料ウェブのそれぞれの第２の表面上の前記剥離ライナを除去する工程と、
フローフィールドプレートまたはガスケット層を、前記第１および第２の接合材料ウェブの第２の表面の各々と接着係合させる工程とをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記積層する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記積層する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記切断する工程のすべてが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記切断する工程の少なくともいくつかが、回転可能な積層工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＦＴＬ材料の第４および第５のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の膜ウェブ表面の一方の活性領域がアノード触媒を含み、前記第１および第２の膜ウェブ表面の他方の活性領域がカソード触媒を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブを回転可能に切断して、前記ＦＴＬ材料部分を製造する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＦＴＬ材料部分を前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層するときに、真空下で前記ＦＴＬ材料部分を回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１および第２の接合材料ウェブを前記第１および第２の膜ウェブ表面に積層するときに、前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に対する前記第１および第２の接合材料窓の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＦＴＬ材料部分を前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に積層するときに、前記第１および第２の膜ウェブ表面の活性領域に対する前記ＦＴＬ材料部分の位置を光学的に検知する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記燃料電池材料の多層ウェブおよびライナをロールに巻く工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記燃料電池材料の多層ウェブをシンギュレートして、複数の別々の燃料電池材料シートを製造する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程のすべてが、実質的に同時に行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３８】
前記膜ウェブの第１および第２の表面と関連する前記積層する工程の少なくともいくつかが、実質的に同時に行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３９】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブをシールする工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４０】
熱および圧力を用いて、前記製造された燃料電池材料のウェブを回転可能にシールする工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法であって、
膜材料のウェブ、第１の接合ウェブ、および流体輸送層（ＦＴＬ）材料を含む第１のウェブを処理して、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブの第１の表面を形成する工程と、
前記膜材料のウェブ、第２の接合ウェブ、およびＦＴＬ材料を含む第２のウェブを処理して、前記ＭＥＡウェブの第２の表面を形成する工程と、
第１のフローフィールドプレートを提供する工程と、
第２のフローフィールドプレートを提供する工程と、
前記ＭＥＡウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する工程と、を含む方法。
【請求項４２】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、前記第１のフローフィールドプレートを含む第１のウェブ、および前記第２のフローフィールドプレートを含む第２のウェブを提供する工程を含み、
前記方法が、前記第１および第２のウェブを前記ＭＥＡウェブと位置合せする工程をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
前記第１のフローフィールドプレートを含む第１のウェブを提供する工程と、
前記第２のフローフィールドプレートを含む第２のウェブを提供する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
ポリマー材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートを製造する工程と、
前記ポリマー材料を成形して、前記第２のフローフィールドプレートを製造する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１および第２のフローフィールドプレートを提供する工程が、
ポリマー材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートの第１のウェブを製造する工程と、
前記ポリマー材料を成形して、前記第２のフローフィールドプレートの第２のウェブを製造する工程とをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
連続膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）ウェブを製造する工程と、
第１のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、
第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程と、
前記ＭＥＡの各々をそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容する工程とを含む、多層燃料電池アセンブリを連続的に製造する方法であって、
前記連続膜電極アセンブリウェブを製造する工程は、
隔置された第１の窓を有する、接合材料を含む第１のウェブを提供する工程であって、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
隔置された第２の窓を有する、接合材料を含む第２のウェブを提供する工程であって、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、工程と、
燃料電池膜を含むウェブであって、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含むウェブを提供する工程と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層する工程と、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層する工程と、
ＦＴＬ材料を含む第４および第５のウェブから切断された流体輸送層（ＦＴＬ）材料部分を、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に積層する工程であって、前記ＦＴＬ材料部分の各々が、前記それぞれの第１および第２の窓の接合サイトと接触する、工程とを含む、方法。
【請求項４７】
前記第１および第２のフローフィールドプレートのウェブの各々を前記ＭＥＡウェブと位置合せする工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、前記ＭＥＡの製造に対して実質的に同時に、材料を成形して前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記材料が炭素／ポリマー複合材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間に噛合い機構を形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間にリビングヒンジを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートの対向する側に沿って、および前記第２のフローフィールドプレートの対向する側に沿ってキャリヤストリップを形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを提供する工程が、材料を成形して、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、プラグおよび穴噛合い機構を形成する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記多層燃料電池アセンブリをロールに巻く工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記多層燃料電池アセンブリに熱および圧力をかけて、前記ＭＥＡを前記それぞれの対の第１および第２のフローフィールドプレート内にシールする工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５６】
前記ＦＴＬ材料の第４および第５のウェブの一方がアノード触媒を含み、前記第４および第５のＦＴＬ材料ウェブの他方がカソード触媒を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１および第２の膜表面の一方がアノード触媒を含み、前記第１および第２の膜表面の他方がカソード触媒を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５８】
燃料電池材料の多層ウェブを連続的に製造するための装置であって、
接合材料を含む第１のウェブを切断するために構成された第１の切断ステーションであって、前記第１のウェブの隔置された第１の窓を製造するように構成された第１の切断機構を含み、前記第１の窓が、前記第１の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、第１の切断ステーションと、
接合材料を含む第２のウェブを切断するために構成された第２の切断ステーションであって、前記第２のウェブの隔置された第２の窓を製造するように構成された第２の切断機構を含み、前記第２の窓が、前記第２の窓の周囲に沿って設けられた接合サイトを含む、第２の切断ステーションと、
膜ウェブを輸送するように構成された膜ウェブ輸送機構であって、前記膜ウェブが、前記膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面上に配置された活性領域を有する燃料電池膜を含む、膜ウェブ輸送機構と、
前記膜ウェブの第１の表面の活性領域が前記第１の窓内に位置決めされるように、前記第１の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第１の表面に積層するように構成された第１の積層ステーションと、
前記膜ウェブの第２の表面の活性領域が前記第２の窓内に位置決めされるように、前記第２の接合材料ウェブの第１の表面を前記膜ウェブの第２の表面に積層するように構成された第２の積層ステーションと、
第１の流体輸送層（ＦＴＬ）パッチを前記膜ウェブの第１の表面の活性領域に積層するように構成された第３の積層ステーションであって、前記第１のＦＴＬパッチの各々が、前記第１の窓の接合サイトと接触する、第３の積層ステーションと、
第２のＦＴＬパッチを前記膜ウェブの第２の表面の活性領域に積層するように構成された第４の積層ステーションであって、前記第２のＦＴＬパッチの各々が、前記第２の窓の接合サイトと接触する、第４の積層ステーションとを含む装置。
【請求項５９】
前記第１および第２の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記第１および第２の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
前記第１および第２の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第１および第２の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
ＦＴＬ材料の第１のウェブを受けるように構成された第３の切断ステーションであって、前記第１のＦＴＬ材料ウェブから前記第１のＦＴＬパッチを切断するように構成された第３の切断機構を含む第３の切断ステーションと、
ＦＴＬ材料の第２のウェブを受けるように構成された第４の切断ステーションであって、前記第２のＦＴＬ材料ウェブから前記第２のＦＴＬパッチを切断するように構成された第４の切断機構を含む第４の切断ステーションとをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
前記第３および第４の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記第３および第４の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６５】
前記第３および第４の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第３および第４の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
第１のガスケット材料ウェブを前記第１の膜ウェブ表面上の前記第１の接合材料ウェブに積層するように構成された第５の積層ステーションと、
第２のガスケット材料ウェブを前記第２の膜ウェブ表面上の前記第２の接合材料ウェブに積層するように構成された第６の積層ステーションとをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６７】
前記第１のガスケット材料ウェブの隔置された窓を切断するように構成された第５の切断機構を含む第５の切断ステーションと、
前記第２のガスケット材料ウェブの隔置された窓を切断するように構成された第６の切断機構を含む第６の切断ステーションとをさらに含む、請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記第５および第６の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記第５および第６の積層ステーションが、それぞれニップロールを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
前記第５および第６の切断機構が、それぞれ回転切断ダイおよび回転アンビルを含み、前記それぞれの回転アンビルが、前記それぞれの第５および第６の積層ステーションの前記ニップロールの１つとして作用する、請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記製造された燃料電池材料のウェブを受けるように構成されたシーリングステーションであって、前記燃料電池材料ウェブに熱および圧力をかけるシーリングステーションをさらに含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項７２】
前記シーリングステーションが、シーリングドラムと、テンションロールとを含み、前記製造された燃料電池材料のウェブが、前記シーリングドラムと前記テンションロールとの間の協働によって圧力下で前記シーリングドラムの外周と接触する、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
成形システムをさらに含み、前記成形システムが、
第１および第２の成形ステーションであって、前記第１の成形ステーションが、ポリマー材料を成形して第１のフローフィールドプレートを製造するように構成され、前記第２の成形ステーションが、ポリマー材料を成形して第２のフローフィールドプレートを製造するように構成される、第１および第２の成形ステーションと、
前記製造された燃料電池材料のウェブの各ＭＥＡをそれぞれの対の前記第１および第２のフローフィールドプレートの間に収容するように構成された組立てステーションとを含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１および第２のフローフィールドプレートの連続ウェブを製造するように構成される、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するものの間にリビングヒンジを形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートの対向する側に沿って、および前記第２のフローフィールドプレートの対向する側に沿ってキャリヤストリップを形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７７】
前記第１および第２の成形ステーションが、前記第１のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、および前記第２のフローフィールドプレートのうち隣接するもののコーナに、プラグおよび穴噛合い機構を形成するように構成される、請求項７４に記載の装置。
【請求項７８】
前記製造された燃料電池材料のウェブをロールに巻くように構成された巻きステーションをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項７９】
前記製造された燃料電池材料のウェブを別々の燃料電池材料シートにシンギュレートするように構成されたシンギュレーションステーションをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項８０】
第１の表面および第２の表面を含む膜であって、前記第１および第２の表面が、それぞれ第１および第２の活性領域を含む、膜と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む第１の接合層であって、前記第１の窓が、前記第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第１の接合層と、
前記膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む第２の接合層であって、前記第２の窓が、前記第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第２の接合層と、
前記第１の接合層の第２の表面上に配置され、かつ前記第１の接合層の第１の窓と整列する第３の窓を含む第１のガスケット層と、
前記第２の接合層の第２の表面上に配置され、かつ前記第２の接合層の第２の窓と整列する第４の窓を含む第２のガスケット層と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の流体輸送層（ＦＴＬ）であって、前記第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第１の窓の接合材料突出部と接触する、第１の流体輸送層（ＦＴＬ）と、
前記膜の第２の表面と接触する第２のＦＴＬであって、前記第２のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第２の窓の接合材料突出部と接触する、第２のＦＴＬと、
前記第１および第２の活性領域の一方に配置されたアノード触媒と、
前記第１および第２の活性領域の他方に配置されたカソード触媒とを含む燃料電池アセンブリ。
【請求項８１】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の複数の端縁部分をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８２】
前記複数の端縁部分が、前記第１および第２の窓の連続周縁をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８３】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の周縁に沿って配置された複数の内方に突出する指をそれぞれ画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８４】
前記第１および第２の接合層が熱活性化接合を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８５】
前記第１および第２の接合層が熱接合材料を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８６】
前記第１および第２の接合層が感圧接合を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８７】
前記第１および第２の接合層が接合剤を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８８】
前記第１および第２の接合層が光硬化性接合剤を含む、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記第１および第２のガスケットの第３および第４の窓が、前記第１および第２の接合層の第１および第２の窓よりそれぞれ大きい、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９０】
複数の前記燃料電池アセンブリが、燃料電池アセンブリのウェブを画定するように配列される、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９１】
前記燃料電池アセンブリが、プロトン交換膜燃料電池アセンブリを画定する、請求項８０に記載のアセンブリ。
【請求項９２】
１対のフローフィールドプレートまたはガスケット層との、および１対のフローフィールドプレートの間またはガスケット層の間の使用のための燃料電池サブアセンブリであって、
第１の表面および第２の表面を含む膜であって、前記第１および第２の表面が、それぞれ、第１および第２の活性領域を含む、膜と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第１の活性領域と整列する第１の窓を含む第１の接合層であって、前記第１の窓が、前記第１の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第１の接合層と、
前記膜の第２の表面と接触する第１の表面を有し、かつ前記膜の第２の活性領域と整列する第２の窓を含む第２の接合層であって、前記第２の窓が、前記第２の活性領域と接触する接合材料の突出部を含む、第２の接合層と、
前記膜の第１の表面と接触する第１の流体輸送層（ＦＴＬ）であって、前記第１のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第１の窓の接合材料突出部と接触する、第１の流体輸送層（ＦＴＬ）と、
前記膜の第２の表面と接触する第２のＦＴＬであって、前記第２のＦＴＬの周縁が、少なくとも前記第２の窓の接合材料突出部と接触する、第２のＦＴＬと、
前記第１および第２の活性領域の一方に配置されたアノード触媒と、
前記第１および第２の活性領域の他方に配置されたカソード触媒と、を含む燃料電池サブアセンブリ。
【請求項９３】
前記第１のＦＴＬ、および前記第１の接合層の第２の表面と接触する第１のフローフィールドプレートと、
前記第２のＦＴＬ、および前記第２の接合層の第２の表面と接触する第２のフローフィールドプレートとをさらに含む、請求項９２に記載のサブアセンブリ。
【請求項９４】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の複数の端縁部分をそれぞれ画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９５】
前記複数の端縁部分が、前記第１および第２の窓の連続周縁をそれぞれ画定する、請求項９４に記載のアセンブリ。
【請求項９６】
前記第１および第２の窓の接合材料の突出部が、前記第１および第２の窓の周縁に沿って配置された複数の内方に突出する指をそれぞれ画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９７】
前記第１および第２の接合層が熱活性化接合を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９８】
前記第１および第２の接合層が熱接合材料を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項９９】
前記第１および第２の接合層が感圧接合を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１００】
前記第１および第２の接合層が接合剤を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０１】
前記第１および第２の接合層が光硬化性接合剤を含む、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０２】
複数の前記燃料電池サブアセンブリが、燃料電池サブアセンブリのウェブを画定するように配列される、請求項９２に記載のアセンブリ。
【請求項１０３】
前記燃料電池サブアセンブリが、プロトン交換膜燃料電池サブアセンブリを画定する、請求項９２に記載のアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１５】
【図１６ａ】
【図１６ｂ】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１５】
【図１６ａ】
【図１６ｂ】
【図１７】
【公表番号】特表２００７−５０３７０４（Ｐ２００７−５０３７０４Ａ）
【公表日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３２３６３（Ｐ２００６−５３２３６３）
【出願日】平成１６年４月２日（２００４．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１００１２
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０７４８３
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月２日（２００４．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１００１２
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０７４８３
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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