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JP2001524740A - 陽子交換薄膜燃料電池電力システム - Google Patents

陽子交換薄膜燃料電池電力システム

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JP2001524740A
JP2001524740A JP2000522640A JP2000522640A JP2001524740A JP 2001524740 A JP2001524740 A JP 2001524740A JP 2000522640 A JP2000522640 A JP 2000522640A JP 2000522640 A JP2000522640 A JP 2000522640A JP 2001524740 A JP2001524740 A JP 2001524740A
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Abstract

(57)【要約】 電力を発生する陽子交換薄膜燃料電池電力システムが開示されており、該システムは、それぞれが対向したアノード側（１５３）とカソード側（１５４）を有する少なくとも二つの薄膜電極拡散アセンブリ（１５０）を有する複数の個別燃料電池モジュール（１００）と、前記薄膜電極拡散アセンブリの対向するアノード側及びカソード側とそれぞれ抵抗接触状態で並置される一対の集電体（１９０）と、前記一対の集電体と各薄膜電極拡散アセンブリに対して任意の力を付加する各力付加アセンブリ（２００）とを具備する。前記陽子交換薄膜燃料電池電力システムはまた、前記個別燃料電池モジュールを受け入れる複数のサブラックを搭載する収容体を有する。さらに、前記各個別陽子交換燃料電池モジュールの特性パラメータを最適化する制御システムが開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽子交換薄膜（ＰＥＭ）燃料電池電力システムに関し、より詳しく
は、それぞれが電圧を発生する複数の個別燃料電池モジュールを備え、その個別
燃料モジュールが自己加湿式であり、少なくと約４０％の電力効率を有し、プラ
ントにおいて高い信頼性と、保守の容易性と、これまでになく投資コストの安い
電力システムを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、１５０年以上前の１８３９年にウィリアム グルーブ卿によって
イギリスで開発された。発明者は当時、電気蓄積バッテリーである彼の他の発明
である燃料電池と区別するために、それを“ガス状バッテリー”と呼んだ。燃料
電池は、通常空気から供給される酸素と水素が反応し、電気と水を生成する電気
化学装置である。従来の処理では、天然ガス、石炭から得た合成燃料を含む広い
範囲の燃料を電力に変換することができる。基本的な処理は非常に効率が高く、
水素によって直接燃焼される燃料電池であり、公害の無いものである。さらに、
燃料電池は複数個を積み重ねて、異なる大きさに組み上げることができるので、
広範囲の出力レベルを提供する電力システムが開発されており、従って、多くの
種類のエンドユーズへの応用を可能とするものである。
【０００３】 これまで、燃料電池は、地球と宇宙での使用において、代替的電力源として使
用されてきた。その使用例として、一部ではあるが、無人通信リピータ、ナビゲ
ーション補助具、宇宙飛行体、海洋ステーションがある。
【０００４】 基本的な工程は非常に効率が高くまた公害の無いものであるが、この技術を利
用した商業的に実現可能な電力システムはまだ達成されていない。例えば、陽子
交換薄膜（ＰＥＭ）燃料電池に基づく、水素燃焼式燃料電池電力プラントは公害
が無く、清潔で、設置場所において静かで、且つ可動部品を僅かにしか有してい
ない。さらに、それらは、理論的には約８０％までの効率を有するものである。
これは、燃料から電気へのエネルギー変換効率が高くとも５０％であり、小さい
発電容量であり、非経済的であり且つ効率が非常に低いものである燃焼タービン
などの従来の燃焼技術とは明確に対比されるものである。
【０００５】 全ての燃料電池に関係した基本的な電気化学工程は良く理解されてはいるが、
ある種の燃料電池の信頼性を高めるための、他の種類のものでは経済的にするた
めの技術的解決策がまだ見つかっていないことが分かった。ＰＥＭ燃料電池では
、信頼性はこれまではあまり大きな関心事ではなく、発電容量のワット当りの設
置コストの方がむしろ関心事であった。ワット当りのＰＥＭ燃料電池コストを下
げるために、電力出力を高めることにより多くの注意が払われてきた。歴史的に
は、そのことにより、ＰＥＭ燃料電池電力出力を最適化し且つ高く維持するのに
必要な更に洗練されたバランスの良いプラントシステムをもたらす結果となった
。非常に複雑な、プラントに欠かせない残余のシステムのために、小さい（単一
設置）発電容量プラントは容易にスケールダウンできない。したがって、設置コ
スト、効率、信頼性、保守に要する出費は全て、小さい発電への適用では不都合
に作用する。
【０００６】 先に記したように、燃料電池は、同じ電解質を共有する電極の各インターフェ
イス面において燃料と酸素を作用させることにより起電力を発生する。ＰＥＭ燃
料電池の場合、水素ガスが第一電極のところに導入され、そこで、水素は触媒の
存在のもと、電気化学的に反応し、電子と陽子を発生する。電子は、両電極間に
接続された電気回路を通って、第一電極から第二電極へ循環する。さらに、陽子
は、固体、重合電解質の薄膜（陽子交換薄膜又はＰＥＭ）を通過し、第二電極へ
達する。同時に、酸素ガス等の酸化剤（又は空気）が第二電極に導入され、そこ
で、酸化剤は触媒の存在のもとで電気化学的に反応し、電気回路からの電子と（
陽子交換薄膜を通過して来た）陽子と結合し、水を生成すると共に電気回路を完
成させる。燃料側電極はアノードと呼ばれ、また酸素側電極はカソードと認識さ
れる。外部電気回路には電流が流れるので、電池から電力を引き出すことができ
る。ＰＥＭ燃料電池全体の反応により、燃料電池内で起きる少ない内部損失で、
電池の分離した各半分での反応の総和としての電気エネルギーが生じることにな
る。
【０００７】 単一のＰＥＭ燃料電池は、負荷が掛けられた状態で僅か約０．４５〜約０．７
Ｖの直流を有効な電圧として発生するものであるため、実際のＰＥＭ燃料電池プ
ラントでは、多数のセルがそれらが直列に接続されるように積み重ねて構成され
ていた。部品点数を減らし、コストを最小化するために、グラファイト又は特別
な金属でしばしば作られた頑丈な支持/導電分離板が用いられてきた。このよう なものは、しばしば、バイポーラ構造として説明されている。より具体的には、
これらバイポーラ板では、板の一方側がアノードとして機能し、他方側がカソー
ドとして機能する。電極、薄膜、バイポーラ板からなるそのようなアセンブリは
、スタックと呼ばれる。これまでの実際のスタックは、交流に効率良く変換され
るために必要な直流電圧を発生させるために、２０個又はそれ以上の数のセルか
ら構成されていた。バイポーラ板を用いたスタック構造に基づく設計の経済的利
点は非常に大きい。しかしながら、この構造による設計は、有用性を損なういろ
いろな不利な点も有している。例えば、スタック内の一つの電池の電圧が大幅に
低下したり消失した場合には、ボルトによってしっかりと互いに固定されたスタ
ック全体を保守のために取り出して、分解し、そして修理しなければならない。
スタックの冷却は、反応体、自然対流、放熱によって行なわれ、さらに可能なら
ば、追加的に冷却チャンネル及び/又は冷却プレートを設けることによって行な われる。従来のスタックの設計では、さらに、集電体、電池間のシーリング、絶
縁、配管、電池の特性を監視するために用いられる各種の機器がある。燃料電池
スタック、収容体、そして関係したハードウェアによって実際に動作する燃料電
池プラントが構成される。よく分かる通り、そのような従来のものは、非常に大
きく、扱い難く、そして極めて重いものであった。実際上、従来技術により設計
された商業上有用なＰＥＭ燃料電池は何れも、それらの特性からして、人の手に
よって操作できるものではなかった。
【０００８】 ＰＥＭ燃料電池が陽子交換薄膜（電解質）に対して追加的な加湿が可能である
ならば、より高い電力出力レベルで動作し得ることは良く知られている。加湿に
より、陽子が流れるための陽子交換薄膜の抵抗が下げられる。追加の水は水素又
は酸素の流れに導入することができ、または、注入芯を用いた物理的現象により
より直接的に陽子交換薄膜に導入することができる。近年集中的に行なわれてい
る研究は、追加的加湿が行なわれなく動作する場合でも出力電力が改善された（
即ち、自己加湿可能な）薄膜/ 電極のアセンブリ（ＭＥＡ）を開発することであ
る。自己加湿される状態でＭＥＡを動作できることは、プラントが複雑となるこ
と及び設置コストをともに減少できるので、利点があると言える。しかしながら
、これまでの自己加湿方法は、燃料電池が低い電流密度で動作するものであり、
従って、所定量の電力を発生させるためには、より多くのこれらアセンブリが要
求されるものであった。これは、従来の設計において、バイポーラ板などの支持
構造体のコストを下げることの重要性を増させるものであった。
【０００９】 従って、上に説明した従来の技術から得られる利点を達成できるとともに、そ
れらに関連した個々の不都合な点を避けることができる陽子交換薄膜燃料電池電
力システムを提供とすることを、本願発明の主目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、それぞれの薄膜電極拡散アセンブリを有する複数個
の個別ＰＥＭ燃料電池モジュールからなる陽子交換薄膜燃料電池電力システムが
提供され、そのＰＥＭ燃料電池モジュールはそれぞれ更に、薄膜電極拡散アセン
ブリに対して所定の力を作用させるための圧力付加アセンブリを有している。ま
た、本発明によるＰＥＭ燃料電池モジュールは人の手によって容易に操作するこ
とができるものである。
【００１１】 本発明の他の態様によれば、動作中、所定量の熱エネルギーを発生するＰＥＭ
燃料電池モジュールが提供され、そのＰＥＭ燃料電池モジュールは該ＰＥＭ燃料
電池モジュールで発生した熱エネルギーを除去するためのカソード空気流を具え
るものである。
【００１２】 本発明の他の態様によれば、個別ＰＥＭ燃料電池モジュールのそれぞれが少な
くとも約６０平方センチメートルの累積活性領域を有する対向した薄膜電極拡散
アセンブリを有し、個別ＰＥＭ燃料電池モジュールのそれぞれが直流約０．５Ｖ
の公称電圧のもと、活性領域の１平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍ
Ａの電流密度を発生し、少なくとも約１０．５Ｗの電力出力である陽子交換薄膜
燃料電池電力システムが提供される。
【００１３】 本発明の更に他の態様は、中にキャビティーを画定する収容体と、そのキャビ
ティーに搭載され、複数個の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールを支持するサ
ブラックとを有する陽子交換薄膜燃料電池電力システムに関する。
【００１４】 本発明の他の態様は、陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該システ
ムは、 個別キャビティーを画定する水素供給フレームであって、該個別キャビティー
のそれぞれには、各薄膜電極拡散アセンブリが封入されており、前記各薄膜電極
拡散アセンブリはそれぞれ対向するアノード側とカソード側を有している水素供
給フレームと、 前記各キャビティーに受け入れられる一対の集電体であって、それぞれの集電
体は各薄膜電極拡散アセンブリのそれぞれアノード側とカソード側に抵抗電気接
触されて設けられる集電体と、 を有するものである。
【００１５】 本発明の更に他の態様は、陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該シ
ステムは、 水素供給フレームのそれぞれのキャビティーを部分的に塞ぐカソードカバーで
あって、それぞれのカソードカバーはお互いにそして水素供給フレームと個別に
係脱自在に協働するカソードカバーと、 前記キャビティーのそれぞれの中に受容され、集電体と薄膜電極拡散アセンブ
リに対して所定の力を作用させる圧力伝達アセンブリであって、前記カソードカ
バーから圧力が伝達される状態で設けられる圧力伝達アセンブリと、 を有するものである。
【００１６】 本発明の更に他の態様は、薄膜電極拡散アセンブリを有する陽子交換薄膜燃料
電池電力システムであって、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導電解質薄膜と、 前記電解質薄膜のアノード側及びカソード側とイオン接触して設けられるそれ
ぞれの触媒採用アノード電極及びカソード電極と、 アノード電極及びカソード電極上にそれぞれ設けられ、導電性であって且つ所
定の多孔性を有する拡散層と、 を有するものである。
【００１７】 本発明の更に他の態様によれば、スルホン酸基を有する架橋高分子連鎖を有す
る固体電解質薄膜を有する陽子交換薄膜燃料電池電力システムが提供され、前記
架橋高分子連鎖はメタアクリレートである。
【００１８】 更に、本発明の他の態様は、少なくとも約７０％の空き領域を有する集電体を
有する陽子交換薄膜燃料電池電力システムに関する。
【００１９】 本発明のこれら及び他の特徴は、以下の詳細な説明によりより明瞭なものとな
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の陽子交換薄膜（ＰＥＭ）燃料電池電力システムは、図１において参照
符号１０で示されている。同図に示されている通り、ＰＥＭ燃料電池電力システ
ムは、参照符号１１で示され、地上又は他の支持体表面上に載置される収容体を
有する。収容体１１は左側、右側側面１３，１４および前面、後面１５，２０を
有する。収容体は、左側、右側側面および前面、後面にそれぞれ接続した上表面
２１を有する。第１及び第２開口部２２，２３がそれぞれ前面１５内に形成され
ている。さらに、参照符号２４で示される一対の扉が前面１５に対して兆番を用
いて取り付けられており、各開口２２，２３を塞ぐことができるようになってい
る。収容体１１には、上記のように構成されることにより、所定容積のキャビテ
ィー２５が画定される。
【００２１】 開口２３は、参照符号３０によって示される複数のサブラックによって塞がれ
る。サブラックは、それぞれキャビティー２５に設けられ、該キャビティー２５
内において複数の個別ＰＥＭ燃料電池モジュールを所定の方向に支持する。ＰＥ
Ｍ燃料電池モジュールの説明はこの後詳細に行う。図２を参照すると、サブラッ
ク３０はＰＥＭ燃料電池モジュールを支持するための本体３１を有する。本体３
１は、収容体１１に対して適当な締具によって取り付けられる支持フランジ３２
を有する。サブラック３０は前方端３３と後方端３４を有する。さらに、本体は
上部部分３５及び底部部分４０を有する。後方壁４１（図５、図６参照）は、後
方端３４のところで、上部及び底部部分と接続されている。図２に最も良く表わ
されている通り、複数の開口４２，４３が上部部分及び底部部分にそれぞれ形成
されている。さらに、上部部分３５及び底部部分４０には、複数の細長い溝４４
，４５がそれぞれ設けられている。図３，４，５を参照することにより最も良く
理解できる通り、本体３１は、合体したとき本体を形成する、多数の個別ミラー
イメージ部分３１Ａから成り立っている。これは、更に図８に示されている。こ
れらミラーイメージ部分は、成型体個別基板で作られている。図５及び図６に最
も良く表わされている通り、ＤＣ（直流）バス５０がサブラック３０の後部壁上
に取付けられている。８対の導電接触部５１の繰り返しパターンが後部壁面上に
設けられている。さらに、第一バルブ５２及び第二バルブ５３が、８対の導電接
触部５１に対して適当に配置されている。図６に最も良く表わされている通り、
第一及び第二バルブ５２，５３は、後部壁面４１を通り抜けて出ており、そして
第一及び第二導管５４，５５とそれぞれ流体通過可能状態で接続される。ここで
図８を参照すると、第一導管５４は、水素源６０（図１参照）と流動体移動可能
状態で接続される水素供給アセンブリを構成する。さらに、バルブアセンブリ６
１が、水素源６０及び第一導管５４に対して流量計測可能な状態で接続されてい
る。第二導管５５は、周囲に開放されているか、または、水素回収リサイクルシ
ステム又は電力システム１０によって使用される水素を供給する化学的処理装置
等の他の装置に流動体移動可能な状態で接続されても良い。この点、水素回収リ
サイクルシステムは、各ＰＥＭ燃料電池モジュールを既に通過してきた未反応の
水素を回収または採取するものである。このシステムは、簡単に言うと、他の汚
染物質（水、窒素など）から未反応の水素を分離し、それを電力システム１０に
再び戻すものである。他の手段として、化学的処理装置を上に述べた目的で利用
することもでき、そうすれば、以下に更に詳しく説明するように、未反応の水素
は、化学的処理装置に戻され、そしてそれは再び各ＰＥＭ燃料電池モジュールに
供給される。
【００２２】 図６を参照すると、本発明のＰＥＭ燃料電池モジュール電力システム１０は更
に、空気供給アセンブリ７０を有する。この空気供給アセンブリは、収容体１１
内に受容され、サブラック３０に対して流動体移動可能な状態で接続される。空
気供給アセンブリ７０は、参照符号７１で示される空間を具える。空間７１は、
第一の取入端７２と第二の排出端７３とを有する。排出端７３は、上部部分３５
と底部部分４０との間に位置し、サブラック３０によって支持される各ＰＥＭ燃
料電池モジュールに空気を提供する。さらに、取入端７２は、サブラック３０の
上部部分３５及び底部部分４０と流動体移動可能な状態で配置接続されている。
【００２３】 直流ファン７５を有する空気移動通気アセンブリ７４またはこれと同等の物が
、空間７１と作動的に結合されている。可変速度ファン７５は、空気を、空間７
１の取入端７２から排出端７３に移動させる。図６及び図７Ａ，７Ｂを参照する
と、空気混合バルブ８０が空気移動アセンブリ７４と、空間７１の取入端７２と
作動的に結合している。空気混合バルブ８０は、その中に空間７１と流動体移動
可能に連絡する一対の開口８２が形成される外側管８１を有する。さらに、空気
混合バルブ８０は内側管８３を有する。内側管８３は、外側管８１の内側に嵌め
込み式に受容され、且つ外側管８１に対してほぼ同心的に設けられる。内側管８
３は外側管８１に対して選択的に回転できるようになっている。一対の開口８４
が内側管に形成され、これにより、排出端７３を空間７１の取入端７２と選択的
に連絡するための好適手段が提供される。さらに、内側管８３は空間７１の外部
から入ってくる外部空気と流動体移動可能な状態で接続されるものと理解すべき
である。図２を参照すると最も良く表わされている通り、アクチュエータ又はモ
ータ８５が、空気混合バルブ８、より具体的にはその内側管８３に対して力伝達
可能な状体で設けられている。アクチュエータ８５はそれが付勢されたとき、空
気混合バルブ８０を、より具体的にはその第二の管を、図７Ｂに示されている第
１の位置９１から図７Ａに示されている第２の位置９２に、所定の移動経路９０
に沿って動かすよう動作する。この経路９０に沿って空気混合バルブ８０を動か
すことにより、外部の空気と、各ＰＥＭ燃料電池モジュールを既に通過してきた
、そして各陽子交換薄膜燃料電池モジュール内で起きた化学反応によって加熱さ
れ且つ加湿された空気との混合が容易となる。
【００２４】 図３０を検討することで最も良く理解される通り、複数の温度センサー９３が
、個別ＰＥＭ燃料電池モジュールに入る空気の温度を検出するために、空間７１
の排出端７３の近傍と、空間の取入端７２の近傍に設けられている。温度センサ
ー９３は、外気空気と各個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールを通過してきた空
気との混合空気の温度を検出する。さらに、図３０に最も良く表わされている通
り、制御アセンブリ２５０が、温度センサー９３とアクチュエータ８５と電気的
に接続されている。制御アセンブリは、空間７１の排出端７３に供給される空気
の温度を制御する目的で、空気混合バルブ８０を移動経路９０に沿って動かすた
めに、アクチュエータ８５を選択的に付勢する。空気流アセンブリ７４の運動速
度は自由に調節できるものである。この点、制御アセンブリは、均衡がとれた運
転状態において陽子交換薄膜（ＰＥＭ）燃料電池モジュールの運転特性を変化し
、または特性を最適化するために、空気流アッセンンブリ７４、温度センサー９
３及び空気混合バルブ８０と制御可能な状態で電気的に接続されている。この関
係は、図３０に最も適切に示されている。
【００２５】 図９を参照すると、複数の個別ＰＥＭ燃料電池モジュールが参照符号１００に
よって示されており、これらは、サブラック３０上に装脱自在に支持される。以
下の説明は、単一のＰＥＭ燃料電池モジュールについて行うこととする。各ＰＥ
Ｍ燃料電池モジュールはほぼ同一の構成であって、重量が軽く、そして人の手に
よって容易に操作又は移動することができるものである。個別ＰＥＭ燃料電池モ
ジュール１００は、図９及び図１１に最も良く表わされている。図１０を参照す
ると、各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、参照符号１１０によって示される
水素供給フレームを有する。水素供給フレーム１１０は、撓み係数が平方インチ
当り約５００，０００ポンドより小さく、圧縮強度が平方インチ当り約２０，０
００ポンドより小さい基板からなる。そのようなものとして、多くの適当且つ互
換性のある熱可塑性材料を用いることができる。水素供給フレーム１１０は、図
１０に示される通り、本体部１１１を有する。本体部１１１は第一端１１２及び
これに対向する第二端１１３を有する。さらに、本体部は周縁部１１４によって
画定される。周縁部の所定位置に設けられているのはハンドル１１５であって、
このハンドルは、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００の手による操作を容易とする
。長手案内部材又は突起部１１６が第一端１１２及び第二端１１３にそれぞれ設
けられている。各突起部１１６は、サブラック３０（図９参照）の上部部分３５
及び底部部分４０に形成された長手溝４４及び４５にそれぞれ受け入れられ、こ
れと協働する。各突起部１１６を各溝内に揃えて受容させることにより、それぞ
れのＰＥＭ燃料電池モジュール１００を、サブラック上に滑り入れ、相互に所定
の間隔を保って配置させることができる。そのような状態は、図２に最も明確に
示されている。サブラック３０に受け入れられると、空間７１の排出端７３は、
二つの隣り合うＰＥＭ燃料電池モジュール１００の間に受け入れられる。
【００２６】 図１０から分かる通り、本体部１１１は、複数のほぼ対向したキャビティー１
２０を画定する。これらのキャビティーは、第１キャビティー１２１、第２キャ
ビティー１２２、第３キャビティー１２３、第４キャビティー１２４として示さ
れる。さらに、再び図１０を参照すると、複数の穴１２５が本体部１１１内の所
定位置に設けられ、これらの穴は、以下に詳細を説明する締結部を受け入れるよ
うに作用する。本体部１１１はさらに、参照符号１３０で示される一対の通路を
具える。一対の通路は、水素源６０からの水素を各キャビティー１２１〜１２４
に供給する第１通路１３１と、各キャビティー１２１〜１２４から不純物、水、
未反応の水素を除去する第２通路１３２とを有する。連絡通路１３３は、第１キ
ャビティー１２１と第２キャビティー１２２とを、また第３キャビティー１２３
と第４キャビティー１２４とを、互いに流動体移動可能に接続する。その結果、
第１通路１３１によって供給された水素ガスは、各キャビティー１２１〜１２４
への通過経路を得ることになる。キャビティー１２１〜１２４の各キャビティー
は、その全体寸法及び形状がほぼ同一である。さらに、各キャビティーは、所定
の面積領域及び深さを具えた窪み領域１３４を有する。この窪み領域１３４に位
置し、その面からほぼ直角に延び出ているのは、複数の小さい突起１３５である
。それぞれの突起の機能は以下に詳しく説明する。図１０に最も良く表わされて
いる通り、第１通路１３１及び第２通路１３２は、窪み領域１３４のそれぞれに
対して流動体移動可能に接続されている。図１０を更に参照すると、本体部１１
１の周縁部１１４は途中不連続である。具体的には、周縁部１１４は多数のギャ
ップ又は開口部１３６を途中に画定する。ここで図１１を参照すると、各通路１
３１，１３２は所定の外側直径寸法を有する終端部１３７を有する。各通路１３
０の終端部１３７は、第１バルブ５２、第２バルブ５３とそれぞれ流動体移動可
能に確実に嵌り合うようになっている。
【００２７】 図１２，１３，２６及び図２７を参照すると、キャビティー１２１〜１２４内
にそれぞれ封止状態で装着されるのは、参照符号１５０で示される薄膜電極拡散
アセンブリである。薄膜電極拡散アセンブリ１５０は、本体部又は固体電解質薄
膜１５１を有し、該固体電解質薄膜は、水素供給フレーム１１０に対して封止状
態で装着される。薄膜電極拡散アセンブリ１５０は、アノード側１５３とこれと
反対側のカソード側１５４とを具える。アノード側１５３は、各キャビティー１
２１〜１２４を形成する水素供給フレーム１１０に対して、複数の突起１３５（
図１０参照）によって所定の間隔を置いて保持される。この特殊な関係が、各キ
ャビティー１２１〜１２４に供給された水素が薄膜電極拡散アセンブリ１５０の
アノード側の全ての部分に行きわたることを確実にする。触媒アノード電極１６
１及びカソード電極１６２を有する電極１６０が、本体部１５１上に形成される
。これらのアノード電極１６１とカソード電極１６２はイオン接触状態に置かれ
る。さらに、非触媒導電性拡散層１７０がアノード及びカソード電極１６０上に
付着され、そしてこの層は所定の多孔性を有している。図２６に最も良く表わさ
れている通り、非触媒導電性拡散層１７０は、電極１６１，１６２とそれぞれ電
気抵抗接触状態で設けられる第１拡散層１７１と、下層第１拡散層と電気抵抗接
触状態で配置される第２拡散層とを有する。図２７に最も良く表わされている通
り、同図は薄膜電極拡散アセンブリ１５０の第二の形態を示し、これには、第３
拡散層が設けられている。この形態においては、第３拡散層は、第１及び第２拡
散層が本体部１５１に付着される前に本体部１５１に付着される。この点、我々
発明者にはその組成は分からないが、多数の商業的に購入可能な薄膜電極アセン
ブリが製造されている。
【００２８】 図２６を参照すると、薄膜電極拡散アセンブリ１５０、より具体的には、それ
に付着された第１拡散層１７１は、バインダー樹脂内に粒子カーボンをサスペン
ドした被覆物である。更に、第２拡散層１７２は、多孔性疎水カーボンバック層
であることが好ましい。バインダー樹脂に関しては、それは殆ど疎水性であって
、主としてパーフルオロ炭化水素又はその代替物を含む群の中から選択される。
更に、第１拡散層１７１は、約２０〜約９０重量％の粒子カーボンを有する。第
２拡散層１７２に関しては、基本的にはカーボンクロス、カーボンペーパ、カー
ボンスポンジ又はその代替物を含む群の中からか選択される。好ましい発明の実
施例では、第１拡散層１７１は、それぞれが所定の疎水性を有した複数の連続状
第１拡散層の複合被覆体である。さらに、第１拡散層１７１は疎水性勾配を有し
ている。この勾配は、複合被覆体を形成する複数の層それぞれの疎水性を調節す
ることにより変えることができる。使用される薄膜電極拡散アセンブリ１５０に
要求される特性パラメータにより、第２拡散層１７２に最も近い連続状の層が全
ての層の中で最も疎水性が低いものとしても良く、又は、最も疎水性が高いもの
としても良い。第１拡散層１７１及び第２拡散層１７２を下層アノード電極１６
１及びカソード電極１６２に付着するために、主としてポリエチレン、ワックス
又はこれらの代替物の群の中から選択される熱可塑性接着剤を用いることができ
る。さらに、これらの層は圧力と熱を加えて接着しても良い。本発明の好ましい
実施例では、各アノード電極１６１とカソード電極１６２は、粒子カーボン、白
金等の触媒及びスルホン酸基を有する架橋コポリマー（架橋共重合体）を有する
。
【００２９】 上に述べた第１拡散層１７１及び第２拡散層１７２を形成する方法は、以下の
段落で説明する。薄膜電極拡散アセンブリ１５０と共に用いられる拡散層１７０
を形成する方法は、第１の工程として、第２拡散層１７２を構成するカーボンバ
ック層を提供する工程を有する。カーボンバック層は、主としてカーボンクロス
、カーボンペーパ、カーボンスポンジ又はその代替物を含む群のなからか選択さ
れる。その方法は、これに続く工程として、第２拡散層１７２を構成するカーボ
ンバック層に疎水性ポリマーを塗布する工程と、第２拡散層を構成するカーボン
バック層を、疎水性ポリマーの融点よりも高い温度の基で焼結する工程とを有す
る。上で述べた通り、疎水性ポリマーは、主にパーフルオロ炭化水素又はその代
替物の群の中から選択される。さらに、上の方法においては、焼結工程は、約２
７５℃〜約３６５℃の基で実行される。薄膜電極拡散アセンブリ１５０と共に用
いられる拡散層１７０を形成する好ましい方法は、第２拡散層１７２を構成する
多孔質カーボンバック層を提供する工程と、粒子カーボンのスラリと、バインダ
ー樹脂及び多孔質カーボンバック層上に加えられる射出液からなる多孔性被覆を
提供する工程とを有する。第２拡散層１７２を構成する多孔質カーボンバック層
は上に説明したものと同じである。さらに、バインダー樹脂は疎水性を有し、パ
ーフルオロ炭化水素を有していても良い。多孔質被覆体は、少なくとも約２０〜
約９０重量％の粒子カーボンを有する。粒子カーボンのスラリとバインダー樹脂
を形成するために用いられる射出液は、水と相溶性界面活性剤とからなる。具体
的には、射出液は、主として約９５〜約９９重量％の水と、約１〜約５重量％の
相溶性界面活性剤とからなる。界面活性剤は、主に水酸化アンモニウム及び／又
はアルコールの群から選択される。以下の実施例では、使用される射出液は、２
−ブトキシエタノールと界面活性剤としての水酸化アンモニウムの溶液である。
このような溶液は市販品から確保することができる。本実施例では、発明者は、
商品名“Ｗｉｎｄｅｘ”等で市販されているものを用いた。“Ｗｉｎｄｅｘ”は
、S.C. Johnson & Sons社が所有する登録商標である。バインダー樹脂及び粒子 カーボンを有するスラリを提供した後、その方法は更に、射出液を除去する工程
を有し、該工程により、第１拡散層１７１を構成する多孔質カーボンバック層上
に、粒子カーボン及びバインダー樹脂が取り残され又は堆積される。射出液は、
それに対してその揮発を促進する熱を加えることによって除去される。
【００３０】 本発明の他の実施例では、上で述べたバインダー樹脂及び多孔質カーボン被覆
スラリは、被覆を何層か繰り返して行い、そうすることにより疎水性勾配をもた
らすようにしても良い。疎水性勾配は、先に説明した通り、連続する各層の疎水
性を変えることにより調節しても良い。この疎水性勾配を調節可能とするために
は、バインダー樹脂は、主に疎水性及び親水性バインダー樹脂及びその代替物の
群から選択される。理解される通り、複合第１拡散層１７１を形成する各層を所
定の疎水性とするためには、疎水性のバインダー樹脂と親水性のバインダー樹脂
を所定の割合で混合し、結果物としてのスラリを提供することにより調整しても
良く、または、組成物間の構成比例関係を変えることによって調整しても良い。
上で説明した通り、多孔性カーボンバック層に最も近い、複合第１拡散層１７１
の各被覆層は、薄膜電極拡散アセンブリ１５０に要求される動作特性の如何によ
って、最も高い疎水性としても、又は最も低い親水性とすることもできる。さら
に、方法は、焼結工程を有していてもよく、この工程により、結果としての拡散
層１７０は、バインダー樹脂を融かし、ほぼ均質な表面を形成するのに有効な温
度で、焼結される。上記工程に加えてその方法は更に、焼結工程の後に、結果と
してできる拡散層１７０の多孔性を変えるのに有効な、任意値であって所定パタ
ーンの圧力を拡散層１７１に与える工程を有する。上で説明した通り、下層の触
媒アノード電極１６１及びカソード電極１６２それぞれに対して、熱可塑性接着
剤を用いて又は熱と圧力により、拡散層１７０を付着してもよい。熱可塑性接着
液は、主にポリエチレン又はワックスからなる群から選択される。
【００３１】 上で説明した拡散層１７０は、各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００内で起こる
化学反応の結果として生ずる水を処理するのに有用である。この点に関し、拡散
層１７０が、薄膜電極拡散アセンブリ１５０のカソード側から十分な量の水を逃
がし、その結果、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００を該モジュールが動作不能と
なるような“水浸し”とはならないことを、発明者は発見した。他方、疎水性勾
配は、上で説明した通り、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００が自己加湿されるた
めの十分な量の水分を保持することを容易にするものである。すなわち、薄膜電
極拡散アセンブリには、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００の外部から追加の水又
は加湿が行なわれなくても、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００がほぼ最大電流密
度で動作するのに十分な量の水が保持されるのである。さらに、空気供給アセン
ブリ７０と空気混合バルブ８０は、外部からの空気を各ＰＥＭ燃料電池モジュー
ル１００内を既に通過してきた空気に混合するのに都合の良い手段を提供する。
この手段により、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、好ましい加湿状態に維持
される。理解される通り、この空気の混合により、薄膜電極拡散アセンブリ１５
０のカソード側からは、水が効率良く除去される。さらに、同じ空気の混合によ
り、各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００内で起こる化学反応の結果物として発生
する熱が効率良く除去され、その結果、ＰＥＭ燃料電池モジュールを安定温度に
維持することができる。この点に関し、空間７１の排出端７３に供給される空気
は、カソード空気流を形成する。本発明による電力システム１０における新規な
特徴は、各ＰＥＭ燃料電池モジュールによって生じる熱エネルギーがそこからこ
のカソード空気流によって除去されることである。
【００３２】 薄膜電極拡散アセンブリ１５０の基本となる本体部１５１上に拡散層１７０を
形成する方法の実施例を以下に示す。
【００３３】 以下に示す実施例は、図２６,図２７にそれぞれ示す拡散層１７０の製造方法 に関する。
【００３４】 一般的テストの方法 水素／空気燃料電池試験装置は、４cm角のテストの対象となる陽子伝導性薄膜
電極拡散アセンブリ（ＭＥＤＡ）を収容する二つの部分で構成されたステンレス
鋼器具で作られていた。水素側のブロック（アノード）は、平面多孔質セラミッ
ク板を有するキャビティーを画定する。このセラミック板の上部に加えられる効
果的な圧力条件は、圧力を有孔白金被覆ニッケル集電体に調和させることである
。水素ガスは、セラミック板の孔及びこれに関連した集電体を通して、ステンレ
ス鋼器具のアノードの半分まで通り過ぎる。水素はこのように、アノード集電体
の上部に置かれたＭＥＤＡのアノードまで達することができる。
【００３５】 W.L. Gore Company社から商品番号“Primea 6000シリーズ”として入手可能な
陽子伝導性ＭＥＤＡは、それに取り付ける電極よりも大きい。そのＭＥＤＡは５
cm角の寸法を有する。これは、ステンレス鋼器具がボルト締めされるとき、電極
の周囲部に封止ガスケットを置くことを可能とするものである。
【００３６】 試験装置のカソード側は、また、有孔セラミック板及び集電体を合致して受け
入れるキャビティーを画定する。しかしながら、ステンレス鋼器具は、ＭＥＤＡ
に対して集電体を直接には押圧しない。その代わりに、５つのネジが試験装置カ
ソード側に設けられている。これらのネジは、有孔金属圧力板に対して圧力を加
える。この板には、セラミック板に設けられている孔とほぼ同心状に一致してい
る開口を有する。これらのネジは、セラミック板及び集電体を更に押圧する。ネ
ジをねじ込んでいくことにより、ＭＥＤＡに対する集電体の接触圧力を、ステン
レス鋼試験装置がボルト締めされた後、選択的に調節することができる。上で述
べた圧力ネジの間の、ステンレス鋼器具に機械的に穿孔された幾つかの開口によ
って、カソードに空気が供給される。こうすることにより、空気が、ネジ、有孔
鋼製圧力板、セラミック板、集電体を通って、ＭＥＤＡのカソード側に流れるこ
とになる。
【００３７】 試験ＭＥＤＡは、封止ガスケットと共に、試験装置のカソード上に置かれる。
試験装置は次にボルト締めされる。圧力ネジは次に、集電体カソード／アノード
境界部分に十分な力が発生し、良好な電気接触が得られるまで、ねじ込みが進め
られていく。一旦この作業が完了すると、水素ガスが約５PSIの圧力の基で供給 される。ＭＥＤＡのアノード側では次に、全ての空気の排出（除去）が行なわれ
る。次に、ＭＥＤＡのカソード側に対して、ファン又はその他の手段により、新
しい空気の供給が行なわれる。空気の供給は、露点１５℃で行なわれる。
【００３８】 電気的特性の試験は、燃料電池に種々の抵抗器を負荷することによって行なわ
れる。その場合、抵抗値は分かっているので、電流は、抵抗器両端間の電圧を調
べることによって計算できる。ＭＥＤＡは状態を整えるために最初は短絡され、
次に、通常な約０．６Ｖの任意負荷のもと、安定化される。定常状態の電力出力
が得られた時点で、データの収集が行なわれる。
【００３９】 比較試験では、ＭＥＤＡのカソード側とアノード側に設けられた拡散層１７０
はしばしば似ていないことがある。ＰＥＭ燃料電池の電気的特性は、アノード拡
散層が変えられたときには、大きな影響は受けない。しかしながら、ＭＥＤＡの
カソード側に設けられた拡散層は、ＰＥＭ燃料電池の電気的特性に非常に大きな
影響を与える。なぜならば、水の発生、蒸発は全てＭＥＤＡのカソード側で起き
るからである。前に記した通り、上に説明した製造方法は、拡散層１７０を下に
横たわるＭＥＡに付着させて、これによりＭＥＤＡを形成するのに有効的な任意
の温度及び圧力条件に拡散層１７０をさらす工程を有する。この点に関し、同一
の圧力がＭＥＤＡのカソード側とアノード側に加えられる。これまで説明した方
法によって形成される二つの異なる拡散層の間の最も正確な比較は、単一のＭＥ
ＤＡを用いることによってなされる。この点、異なった層の間の比較試験は、試
験装置内においてＭＥＤＡを単に引っ繰り返すこと、即ち、ＭＥＤＡのアノード
側とカソード側を逆にすることによって行なわる。したがって、同一のＭＥＤＡ
が、異なる拡散層がカソードとして機能する状態で試験されることになる。
【００４０】 実施例１ 一枚のカーボンペーパ（東レ ＴＧＰ−Ｈ−０６０）が、テフロン−１２０（
デュポン社）と脱イオン化水が２：３の溶液内に数分間浸漬された。テフロン−
１２０はポリテトラフルオロエチレンを有する疎水性ポリマーである。テフロン
−１２０は、E.I. Dupont Company社の商品記号である。カーボンペーパは、溶 液から取り出された後、スポンジ上に水平状に置かれ乾燥処理された。次に、カ
ーボンペーパは、空気充満焼結オーブン（３６０℃）内に３〜５分間置かれた。
これらの処理により、カーボンペーパは疎水性となった。
【００４１】 拡散層の“Ａ”側 水と相溶性界面活性剤からなる溶液を次に用意した。具体的には、２００mlの
購入可能な洗剤“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボンパ ウダーとを混合した。混合溶液は９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用い
て攪拌しスラリを作るように、約２００ワットのパワーの基で超音波破壊される
。超音波破壊の後、１mlの疎水性ポリマー、具体的にはテフロン−３０（デュポ
ン社）が加えられた。複数の通路を用いたエアーブラシによって、スラリがカー
ボンペーパ上に散布された。カーボンペーパが一旦溶液によって湿らされた後、
それは、水と界面活性剤を有する溶液を蒸発させるために、ホットプレート上に
載せられた。散布／乾燥の処理がその後繰り返された。蒸発の処理により、粒子
カーボン及びこれに関連したバインダー樹脂が堆積し、最終的な（乾燥状態の）
増加重量は、６．４mg/cm２となった。最後に、被覆カーボンペーパは、空気充 満焼結オーブン内に３６０℃のもと、３〜５分間投入される。この焼成処理によ
り、バインダー樹脂は溶融し、ほぼ均質な表面を形成する。
【００４２】 拡散層の“Ｂ”側 “Ｂ”側は上述した“Ａ”側とほぼ同一の方法によって形成される。しかしな
がら、“Ｂ”側は、１０秒間プレス機に置かれ、３トンの力が加えられた。圧力
が加えられる前に、不均一面が、拡散層の“Ｂ”側の上に置かれた。このテスト
では、アルミ箔をスペーサシートとして用い、１５０番サンドペーパが用いられ
た。圧力が作用している間は、散布面側がサンドペーパ／アルミ箔に向かい合っ
た。
【００４３】 ＭＥＡの製造 拡散層は、W.L. Gore Company社から商品記号“Primea Series 6000”として 購入可能な薄膜電極拡散アセンブリに取り付けられた。この作業は、アセンブリ
をホットプレス内に置くことによって行なわれた。ＭＥＤＡは、徐々に大きくな
る圧力によって数回ホットプレスされた。データは、連続的に圧力が加えられる
間ごとに取られた。
【００４４】 結果 各試料の試験は上で説明した試験装置に入れて行なわれた。拡散層の所で温度
が測定され、その温度は、±２℃の範囲内であった。これらの温度は、カソード
空気流を変えることにより制御された。値は、０．６Ｖのもと、ｍＡ/cm2で表さ
れる電流密度である。下での“Ａ”側及び“Ｂ”側は、カソードとして機能する
側を示すものである。
【表１】 結論：パターンプレス側（“Ｂ”側）は、９個の比較データポイント中８個、４
５℃及び５３℃での特性より良いか又は等しい特性を示している。良好な特性は
、“Ａ”側においても得られている。
【００４５】 実施例２ 一枚のカーボンペーパ（東レ ＴＧＰ−Ｈ−０６０）が、テフロン−１２０（
デュポン社）と脱イオン化水が２：３の溶液内に数分間浸漬された。テフロン−
１２０は、前にも記した通り、E.I. Dupont Company社の商品記号である。カー ボンペーパは、溶液から取り出された後、スポンジ上に水平状に置いて乾燥処理
された。次に、カーボンペーパは、空気充満焼結オーブン（３６０℃）内に３〜
５分間置かれた。熱エネルギーはポリテトラフルオロエチレン（テフロン−１２
０）を溶かし、これによりほぼ均一な表面となった。この焼結処理により、カー
ボンペーパは疎水性となった。
【００４６】 拡散層の“Ａ”側 水と、アンモニア等である相溶性界面活性剤からなる溶液を次に用意した。具
体的には、２００mlの購入可能な洗剤“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(C
abot)粒子カーボンパウダーとを混合してスラリを用意した。混合溶液は９０秒 間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌しスラリを作るように、約２００
ワットのパワーの基で超音波破壊される。超音波破壊の後、１mlの疎水性ポリマ
ーであるテフロン−３０（デュポン社）が加えられた。複数の通路を用いたエア
ーブラシによって、前にも説明した通り、スラリがカーボンペーパ上に散布され
た。カーボンペーパが一旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性
剤を有する溶液を蒸発させるために、ホットプレート上に載せられた。散布／乾
燥の処理がその後繰り返された。蒸発の処理により、粒子カーボン及びこれに関
連したバインダー樹脂が堆積し、最終的な（乾燥状態の）増加重量は６．４mg/c
m２となった。続いて“Ｂ”側が１０秒間プレス機に置かれ、３トンの力が加え られた。第１実施例の場合と同様に、不均一面が、プレス機と散布面層の間に用
いられた。本実施例では、アルミ箔をスペーサシートとして用い、１５０番サン
ドペーパが用いられた。圧力が加えられている間は、散布面側がサンドペーパ／
アルミ箔組合体に向かい合った。
【００４７】 拡散層の“Ｂ”側 ２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボンパウ ダーとを混合することによって、類似したスラリを用意した。混合溶液は９０秒
間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌しスラリを作るように、約２００
ワットのパワーの基で超音波破壊される。超音波破壊の後、１．２mlのテフロン
−３０（デュポン社）の溶液がスラリに加えられた。複数の通路を用いたエアー
ブラシによって、その混合溶液がカーボンペーパ上に散布された。カーボンペー
パが一旦溶液によって湿らされた後、それは、水と界面活性剤（Windex）を蒸発
させるために、ホットプレート上に載せられた。散布／乾燥の処理がその後繰り
返された。最終的な（乾燥状態の）増加重量は、４．９１mg/cm２となった。
【００４８】 ２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒状カーボンパウ ダーとを混合することによって、次に第２のスラリを用意した。このスラリは９
０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワットのパワー
の基で超音波破壊される。超音波破壊の後、０．５mlのテフロン−３０（デュポ
ン社）が加えられた。複数の通路を用いたエアーブラシによって、そのスラリが
、それに先立って被覆されているカーボンペーパ上に散布された。カーボンペー
パが一旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤（Windex）を蒸
発させ、それにより疎水性ポリマー及び粒子カーボンを堆積するために、ホット
プレート上に載せられた。散布／乾燥の処理がその後繰り返され、最終的な（乾
燥状態の）増加重量は１．５８mg/cm２となった。散布処理された層の総重量は 、６．５mg/cm２となった。“Ｂ”側は、不均一面（アルミ箔をスペーサシート として用いた１５０番サンドペーパ面）の下側に、３トンの力のもと、１０秒間
プレス機内に置かれた。圧力が加えられている間は、散布面側がサンドペーパ／
アルミ箔組合体に向かい合った。
【００４９】 ＭＥＡの製造 拡散層は、先の実施例１で述べたような購入可能なＭＥＤＡに取り付けられた
。この作業は、アセンブリをホットプレス内に置くことによって行なわれた。Ｍ
ＥＤＡは、徐々に大きくなる圧力によって数回ホットプレスされた。データは、
連続的に圧力が加えられる間ごとに取られた。
【００５０】 結果 各試料の試験は上で説明した試験装置に入れて行なわれた。拡散層表面の所で
下記表に記する温度が測定され、その温度は、許容値の±２℃の範囲内であった
。記載されている各値は、０．６Ｖのもと、ｍＡ/cm2の単位で表される電流密度
である。この実施例の試料では、表示の通り、ホットプレスは、同一圧力の基で
二回実施されると共に、各プレスの間にＭＥＤＡを１８０°回転した。
【表２】 ３．５トン以上の圧力を作用させたとき、反対勾配の試料は、１２個の比較テス
ト中１１個の割合で、勾配の無いサンプルと同等か、又はそれよりも良い電流密
度特性を呈することが結果として分かった。
【００５１】 実施例３ 一枚のカーボンペーパ（東レ ＴＧＰ−Ｈ−０９０）が、テフロン−１２０（
デュポン社）と脱イオン化水が４：９の割合の溶液内に数分間浸漬された。カー
ボンペーパは、溶液から取り出された後、スポンジ上に水平状に置いて乾燥処理
された。次に、カーボンペーパは、空気充満焼結オーブン（３６０℃）内に３〜
５分間置かれた。この処理により、カーボンペーパは疎水性となった。
【００５２】 拡散層の“Ａ”側 次に、２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボ ンパウダーとを混合してスラリを用意した。これは、これまでの実施例の場合と
同じである。混合溶液は９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し
、約２００ワットのパワーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、１．２ml
のテフロン−３０（デュポン社）がスラリに加えられた。複数の通路を用いたエ
アーブラシによって、スラリがカーボンペーパ上に散布された。カーボンペーパ
が一旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤(Windex)の溶液を
蒸発させるために、ホットプレート上に載せられた。その結果、疎水性ポリマー
と粒子カーボンが堆積する。その後、散布／乾燥の処理が、最終的な増加重量が
１．０mg/cm２となるまで繰り返された。
【００５３】 次に、２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボ ンパウダーとを混合することによって、第２のスラリを用意した。このスラリは
９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワットのパワ
ーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、０．５mlのテフロン−３０（デュ
ポン社）が添加された。複数の通路を用いたエアーブラシによって、そのスラリ
が、前以て被覆されているカーボンペーパ上に散布された。カーボンペーパが一
旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤（Windex）溶液を蒸発
させ、それにより疎水性ポリマー及び粒子カーボンを堆積するために、ホットプ
レート上に載せられた。散布／乾燥の処理がその後繰り返され、最終的な（乾燥
状態の）増加重量は０．５mg/cm２となった。散布処理された層の総重量は、１ ．５mg/cm２となった。
【００５４】 拡散層の“Ｂ”側 “Ｂ”側は“Ａ”側と全く同じに用意された。しかしながら、“Ｂ”側は、不
均一面（アルミ箔をスペーサシートとして用いた１５０番サンドペーパ面）の下
側に、３トンの力のもと、１０秒間プレス機内に置かれた。圧力が加えられてい
る間は、散布面側がサンドペーパ／アルミ箔組合体に向かい合った。 ＭＥＡの製造
【００５５】 拡散層は、先の実施例１で述べたような購入可能なＭＥＤＡに取り付けられた
。この作業は、ＭＥＤＡをホットプレス内に置くことによって行なわれた。ＭＥ
ＤＡは、徐々に大きくなる圧力によって数回ホットプレスされた。データは、連
続的に圧力が加えられる間ごとに取られた。
【００５６】 結果 各試料の試験は上で説明した試験装置に入れて行なわれた。拡散層表面の所で
下記表に記する温度が測定され、その温度は、±２℃の許容値範囲内であった。
記載されている各値は、０．６Ｖのもと、ｍＡ/cm2の単位で表される電流密度で
ある。“Ａ”側、“Ｂ”側はカソードとして機能する側を示したものである。こ
の実施例の試料では、ホットプレスが同一圧力の基で二回実施された。ＭＥＤＡ
は、各プレスの間に約１８０°回転された。
【表３】 上の表中のデータは、拡散層１７０及びこれに関連した薄膜電極拡散アセンブリ
の構造が新規なものであることを改めて示すものであった。
【００５７】 実施例４ 拡散層の“Ａ”側 一枚のカーボンペーパ（東レ ＴＧＰ−Ｈ−０６０）が、テフロン−１２０（
デュポン社）と脱イオン化水が４：９の割合の溶液内に数分間浸漬された。カー
ボンペーパは、溶液から取り出された後、スポンジ上に水平状に置いて乾燥処理
された。次に、カーボンペーパは、空気充満焼結オーブン（３６０℃）内に３〜
５分間置かれた。この焼結処理により、カーボンペーパは疎水性となった。
【００５８】 次に、水と、例えばアンモニア等の相溶性界面活性剤を用いてスラリが用意さ
れた。本実施例の場合、２００mlの購入可能な“Windex”と、４．２gのVulcan
XC-72R(Cabot)粒子カーボンパウダーとを混合してスラリが用意された。このス ラリは、９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワッ
トのパワーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、１．２mlの疎水性ポリマ
ー溶液であるテフロン−３０（デュポン社）が添加された。前の実施例でも説明
した通り、複数の通路を用いたエアーブラシによって、スラリがカーボンペーパ
上に散布された。カーボンペーパが一旦スラリによって湿らされた後、それは、
水と界面活性剤を蒸発させるために、ホットプレート上に載せられた。その後、
散布／乾燥の処理が、最終的な増加重量が４．２mg/cm２となるまで繰り返され た。
【００５９】 次に、２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボ ンパウダーとを混合することによって、第２のスラリを用意した。このスラリは
９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワットのパワ
ーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、０．５mlのテフロン−３０（デュ
ポン社）が添加された。複数の通路を用いたエアーブラシによって、そのスラリ
が、前以て被覆されているカーボンペーパ上に散布された。カーボンペーパが一
旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤を蒸発させために、ホ
ットプレート上に載せられた。その後、この散布／乾燥の処理は、最終的な（乾
燥状態での）増加重量が１．６mg/cm２となるまで繰り返された。散布処理され た層の総重量は、５．８mg/cm２となった。
【００６０】 拡散層の“Ｂ”側 一枚のカーボンペーパ（東レ ＴＧＰ−Ｈ−０９０）が、テフロン−１２０（
デュポン社）と脱イオン化水が４：９の割合の溶液内に数分間浸漬された。カー
ボンペーパは、溶液から取り出された後、スポンジ上に水平状に置いて乾燥処理
された。次に、カーボンペーパは、空気充満焼結オーブン（３６０℃）内に３〜
５分間置かれた。この処理により、カーボンペーパは疎水性となった。
【００６１】 次に、水と、例えばアンモニア等の相溶性界面活性剤を用いてスラリが用意さ
れた。具体的には、２００mlの購入可能な“Windex”と、４．２gのVulcan XC-7
2R(Cabot)粒子カーボンパウダーとを混合してスラリが用意された。このスラリ は、９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワットの
パワーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、１．２mlの疎水性ポリマー溶
液であるテフロン−３０（デュポン社）が添加された。複数の通路を用いたエア
ーブラシによって、混合液がカーボンペーパ上に散布された。カーボンペーパが
一旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤を蒸発させるために
、ホットプレート上に載せられた。その後、散布／乾燥の処理が、最終的な増加
重量が１．０mg/cm２となるまで繰り返された。
【００６２】 次に、２００mlの“Windex”と、４．２gのVulcan XC-72R(Cabot)粒子カーボ ンパウダーとを混合することによって、第２のスラリが用意された。このスラリ
は９０秒間、超音波破壊している間攪拌棒を用いて攪拌し、約２００ワットのパ
ワーの基で超音波破壊された。超音波破壊の後、０．５mlのテフロン−３０（デ
ュポン社）が添加された。複数の通路を用いたエアーブラシによって、そのスラ
リが、前以て被覆されているカーボンペーパ上に散布された。カーボンペーパが
一旦スラリによって湿らされた後、それは、水と界面活性剤を蒸発させために、
ホットプレート上に載せられた。その後、この散布／乾燥の処理は、最終的な（
乾燥状態での）増加重量が０．５mg/cm２となるまで繰り返された。散布処理さ れた層の総重量は、１．５mg/cm２となった。
【００６３】 ＭＥＤＡの製造及び試験 各拡散層は、W.L. Gore Company社から商品記号“Primea Series 6000”とし て購入可能な薄膜電極アセンブリに取り付けられた。この作業は、アセンブリを
ホットプレス内に置くことによって行なわれた。６０cm２のＭＥＤＡが３２トン
の圧力のもと、１５０℃で４分間一回ホットプレスされ、そして、さらに時間を
掛け、３７トンの圧力のもと、１５０℃で再プレスされた。この処理は、４つの
ＭＥＤＡができるまで繰り返された。
【００６４】 結果 ４個のＭＥＤＡを用いてＰＥＭ燃料電池モジュールが形成された。燃料電池モ
ジュール１００は図１０，１１，１４に示されているような形状をしているが、
セラミック板２０５が取り除かれ、圧力伝達アセンブリ２０３がカソード集電体
１９２に直接接触している点で異なっている。燃料電池モジュール１００は、そ
れを図５に示すスタンドに類似した試験用スタンドに挿入し、約１２立方フィー
ト毎分の空気を燃料電池モジュール内に通過させるための小型ファンを用いるこ
とによって試験が実施された。水素の送圧は８ＰＳＩに設定された。２．００４
Ｖ（ＭＥＤＡ１個当り約０．５Ｖ）のもと、正しく校正されたＤＣ電流変換器を
用いて電流２４．０Ａが計測された。これは、電流密度で４００ｍＡ/cm２、１ 単位ＰＥＭ燃料電池モジュール当り４８．０９６Ｗの電力を発生したことを示す
。
【００６５】 薄膜電極拡散アセンブリ１５０の本体部１５１は、前にも説明した通り、スル
ホン酸基を含むほぼ直線状の架橋高分子連鎖を有する電解質薄膜を有する。より
具体的には、架橋高分子連鎖は、主にポリ（エチレングリコール）メタクリレー
ト、ポリ（プロピレングリコール）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール
）エチルエーテルメタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテ
ルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチル
メタクリレート、アクリレート類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレートを含
む群から選択される単量体単位から形成される。類似した単量体単位からなる直
鎖共重合体であって、架橋剤無くして合成される直鎖共重合体を以下に説明する
。
【００６６】 さらに、スルホン酸基は、主に、３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロ
パンスルホン酸、４−スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロ
ピルメタクリレート、３−スルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理された
その誘導体の群から選択される。さらに、共重合体を架橋するのに用いられる架
橋剤は、主にエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビ
ニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコール
ジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリ
コールシメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸
塩、アリルメタクリレートの群から選択される。
【００６７】 本発明の好ましい実施例においては、薄膜電極拡散アセンブリ１５０は、 モル濃度約３５％〜約５０％のメタクリル酸モノマーと、 モル濃度約３０％〜約５０％のアクリル酸モノマーと、 モル濃度約２５％〜約４５％のスルホン酸と、 モル濃度約５％〜約２０％の相溶性架橋剤と、 からなる。
【００６８】 上に説明した本発明の好ましい実施例では、電解質薄膜又は本体部１５１は、
少なくとも約１１０℃のガラス転移温度と、好ましくは約０．２μmの厚さを有 する。さらに、電解質薄膜１５１は、水の存在下においてほぼ安定していなけれ
ばならず、また約８０℃以下の温度で動作するものでなければならない。電解質
薄膜１５１は、上で述べた通り、主にフタレートエステルの群から選択される相
溶性可塑剤を有していても良い。本発明の他の実施例では、電解質薄膜１５１は
、電解質薄膜１５１と一体的に作られた、その機械的強度を高める多孔質支持マ
トリクスを有している。この点に関し、多孔質支持マトリクスは水素イオンを反
応しては発生せず、絶縁性を示す。さらに、多孔質支持マトリクスは、ほぼ不活
性であり、約３０％〜約８０％の有孔率であり、そして支持マトリクスの有孔率
に比例する任意陽子伝導率を有する。使用可能な多孔質支持マトリクスは、主に
親水性ポリエチレンの群から選択してもよい。
【００６９】 最も好ましい実施例では、本発明の電解質薄膜１５１は、 主にポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコー
ル）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレー
ト、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキシ
プロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレート
類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレートを含む群から選択される単量体単位
である、少なくともモル濃度で約１０％〜約５０％の共重合体と、 主に３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレ
ンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−ス
ルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理された誘導体の群から選択される、
少なくともモル濃度で約２５％〜約４５％の酸と、 主にエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエ
ーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタ
クリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコール
ジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、ア
リルメタクリレートの群から選択される、少なくともモル濃度で約５％〜約２０
％の架橋剤と、 相溶性可塑剤と、 任意最小限の多孔性と、絶縁性を有した支持マトリクスと、 を有する。
【００７０】 上で説明した通り、好ましい電解質薄膜１５１の一例としては、W.L. Gore Co
mpany社から商品記号“Primea 6000シリーズ”ＭＥＡとして求めても良い。
【００７１】 電解質薄膜１５１の合成に関する代表的例を以下に示す。
【００７２】 例１ ３−スルホプロピルメタクリレートの１５．７８重量／容積％の水溶液（８m モル）１０．５６mlを先ず最初に濃縮し、１６．３容積／容積％の水分を有する
最終反応混合物を作る。ポリ（プロピレングリコール）メタクリレート（２．９
６００ｇ、８mmol）、ヒドロキシプロピルメタクリレート（０．１４４２２ｇ、
１mmol）、グリセロールジメタクリレート（０．４５６５グラム、２mmol）が加
えられ、先の濃縮酸溶液と良く混合された。混合液は４℃まで冷却され、次に、
冷たいエチレングリコールジビニルエーテル（０．２２８３ｇ、２mmol）と水０
．７２mlに溶かした過硫酸アンモニウムが加えられた。良く混合した後、反応混
合物は脱気され、そして前以て親水化されている グラフトポリエチレン（Ｅ１ ５０１２）に塗られる。紫外線光のもとに１０分間さらして、光化学重合が行な
われた。
【００７３】 例２ ３−スルホプロピルメタクリレートの１５．７８重量／容積％の水溶液（７．
９２ml、６mmol）を濃縮し、１７．７容積／容積％の水分を有する最終反応混合
物を作り、そしてポリ（プロピレングリコール）メタクリレート（５．１８００
ｇ、１４mmol）を加えて良くかき混ぜた。過酸化ベンゼン（０．４８４４ｇ、２
mmol）と１，１−アゾビス（１−サイクロヘキサンカーボンニトリル） （０． ４８８４ｇ、２mmol）をアセトン（４ml）に溶かして加えられた。こうしてでき
た反応混合物は真空脱気され、全てのアセトンは除去された。７１〜７４℃のも
と９０分間、熱重合が行われた。一晩室温にて冷却された後、結晶化された生成
物は、針状の結晶の束とされた。ポリ（プロピレングリコール）メタクリレート
に代えて、ヒドロキシプロピルメタクリレート（１４mmol）とポリ（エチレング
リコール）メタクリレートを用いて、同様の直鎖状重合体を合成することができ
た。
【００７４】 例３ ３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸の３５％水溶液（
２１．６０ml、４０mmol）を濃縮し、１２０．９容積／容積％の水分を有する最
終反応混合物を作った。ポリ（プロピレングリコール）メタクリレート（１１．
１０００ｇ、３０mmol）、ヒドロキシプロピルメタクリレート（２．８８３４ｇ
、２０mmol）、ジエチレングリコールジメタクリレート（２．４２２７ｇ、１０
mmol）が加えられ、酸と良く混合された。開始剤の過硫酸アンモニウム（１．１
４１０ｇ、５mmol）を適当量の水に溶かし加えた。完全に混合した後、反応混合
物は脱気された。そして、この混合物は、型の中で７５℃のもと９０分間熱重合
、または、親水化されたポリエチレンを支持物質として用いて、紫外線光のもと
１０分間、光化学重合された。ポリ（エチレングリコール）メタクリレートがポ
リ（プロピレングリコール）メタクリレートに代えて用いられた。グリセロール
ジメタクリレート（ジアリルオキシ酢酸塩）とエチレングリコールジビニルエー
テルが、ジエチレングリコールジメタクリレートの代わりに用いられた。
【００７５】 上の例に基づき合成された各電解質薄膜が試験され、先に説明した動作特性が
得られることが分かった。
【００７６】 図１２−１９及び図２８に示されている通り、本発明の陽子交換燃料電池電力
システムは更に、各キャビティー１２１〜１２４にそれぞれ受け入れられる一対
の集電体を有する。集電体には、図面上参照符号１９１，１９２がそれぞれ付し
て表されている。集電体１９０はそれぞれ、各薄膜電極拡散アセンブリ１５０の
対向したアノード側１５３とカソード側１５４と抵抗電気接触を保って並置され
る。図２８に最も良く表されている通り、各集電体１９０は、その中に複数の穴
又は開口領域１９４を有した本体部１９３を有する。具体的には、本体部は、少
なくとも約７０％が開口領域である一定の表面領域を有する。導電部材１９５が
本体部から外側に張り出ており、水素供給フレーム１１０に設けられた開口又は
隙間１３６の一つから抜け出るようになっている。図１１にその様子が示されて
いる。各導電部材１９５はサブラック３０の背面壁４１に設けられている８対の
導電接触部５１の内の一つの間に受け入れられ、これと電気的接触が達成される
。この状態は、図３，４に最も明確に表されている。
【００７７】 一般的に、集電体１９０は本体部１９３を形成する基板を有し、それに対して
被覆又は層が設けられ、それは隣の薄膜電極拡散アセンブリ１５０と電気的接触
が有効に保たれるようになっている。本体部１９３は、４つの個別部品から成る
。第１の部品は、酸素に晒されたとき表面が不動態化することがある導電性の基
板である。本体部１９３のこの個別部品に使用することができる適当な材料とし
ては、基本的に３ＸＸシリーズのクロム含有ステンレス鋼又はこれの代替物から
なる電流伝導基板である。これらの基板は、約２．４ＩＡＣＳのバルク導電率を
有し、また、全体の厚さが約０．７〜約３．０mmである。さらに、約２４％ＩＡ
ＣＳ以上のバルク導電率を有し、その厚さが約０．２〜１．３mmの銅又はニッケ
ル基板を用いても同等の結果を得ることができる。
【００７８】 本体部１９３を形成するのに用いられる第２の部品は、導電性基板を被覆する
ような関係で形成され、もし不用意に酸素に晒されれば不動態化するであろう保
護層である。この第２の部品に適した部材は、約２．４％ＩＡＣＳのバルク導電
率を有し、その厚みが約０．０２〜０．１５mmの３ＸＸシリーズクロム含有ステ
ンレス鋼の箔クラッド、または、もし空気に不用意に晒されたとき、表面不動態
を形成するタンタル又はニオビウム等のＩＶＢ族金属から基本的になる被覆又は
合金化合物である。この被覆又は合金化合物は、約０．２〜約２μmの厚さを有 する。
【００７９】 本体部１９３を形成する第３の部品は、導電性のコンタクト層であり、これは
、電池作用においてカソードの性質を有し且つ酸素に対して安定している。コン
タクト層に使用することができる適当な材料は、窒化可能であって、ＩＶＢ族に
属するものから形成される被覆である。これらの物質の例には、チタン、窒化ジ
ルコニウム、又は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性の酸化金属である。
等価的代替物質には、パラジウム、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、イリジウ
ム、オスミウム等のプラチナ族金属が含まれる。この第３の部品の厚さは約０．
２〜約２μmである。
【００８０】 本体部１９３を形成する第４の部品は、電解質／酸素排除層である。この機能
を得るための好ましい材料は、グラファイトで満たされた導電性の接着剤である
。そのようなものは、二液エポキシ又はシリコンゴムで作ることができる。
【００８１】 ４つの部品のいろいろな組み合わせにより、適切な本体部１９３を形成するこ
とができる。各本体部１９３は導電性の基板を有することになる。これと一緒に
用いられる他三つの部品の組み合わせは、ここでは特に説明しない。残り三つの
部品のうち一つより少なくなく、また残り三つの部品全てが一緒になって適切な
本体部１９３を形成しなければならないことは当然に理解されることである。好
ましい実施例では、本発明の発明者は、ニッケル又は銅等の導電性の基板、３Ｘ
Ｘシリーズクロム含有ステンレス鋼からなる箔クラッド、窒化物を形成すること
ができるＩＶＢ族の導電性の材料からなる被覆で構成された本体部１９３により
良い結果が得られることを見出した。
【００８２】 図１２−１９、図２２−２５をそれぞれ参照すると、本発明の陽子交換薄膜燃
料電池電力システム１０は更に、各集電体対１９０及び集電体対の間に挟まれる
薄膜電極拡散アセンブリ１５０に対して任意の力を作用させるための各圧力付加
アセンブリ２００を有している。この点、各圧力付加アセンブリは、図１３，１
５，１７，１９にそれぞれ最も良く表されている。図１２，２２に示されている
第一態様の圧力付加アセンブリは、水素供給フレーム１１０の各キャビティーを
部分的に覆うカソードカバー２０１を有する。図面に示されている通り、それぞ
れのカソードカバー２０１は互いに、そして水素供給フレーム１１０に対して係
脱自在に協働するようになっている。参照符号２０２で示され、ここでは複数の
波形スプリングとして示されるバイアスアセンブリは、カソードカバーと協働し
、圧力供給アセンブリ２０４によって隣の圧力伝達アセンブリ２０３に力を伝え
るように動作する。ここで図１４，１５，２３を参照して説明すると、本発明の
第二の態様においては、伝達アセンブリ２０３は、カソードカバー２０１によっ
てそれに伝えられた力を、接している圧力板２０５に伝達するようになっている
。本発明のこの形式の場合には、圧力供給アセンブリは取り除かれている。
【００８３】 図１６，１７，２４に示すような本発明の第三の態様によれば、圧力付加アセ
ンブリ２０２は、カソードカバー２０１と複数の波形スプリングと波形圧力板２
３２とからなる。本発明のこの態様の場合、圧力伝達アセンブリ２０３はアセン
ブリ２００から取り除かれている。図１８，１９，２５に示すようような本発明
の更に第四の態様によれば、圧力付加アセンブリ２００は、カソードカバー２０
１と波形スプリングと圧力伝達アセンブリ２０３とからなる。本発明のこの態様
の場合、圧力板２０５及び圧力供給アセンブリは構成から無い。上に説明した本
発明の４つの態様の何れの場合にも、平方インチ当り少なくとも１７５ポンドの
力の印加が、薄膜電極拡散アセンブリ１５０とこれに関連した集電体対の間に達
成できる。
【００８４】 図１１を参照すると、各カソードカバー２０１は、平方インチ当り少なくとも
約１００万ポンドの撓み率を有する基板から作られた本体部２１０を有する。平
方インチ当り約５０，０００ポンドより小さい撓み率であり、平方インチ当りの
圧縮耐圧が２０，０００ポンドより小さい基板から作られる水素供給フレーム１
１０とは対照的である。本体部２１０は、外部に面する面２１１と反対側の内部
に面する面２１２（図１３参照）とを有する。さらに、本体部はその中に複数の
開口２１４が設けられた周囲エッジ２１３を有する。各カソードカバーは、水素
供給フレーム１１０によって画定されるキャビティー１２１から１２４の一つに
それぞれ入り込んで収まる。適正に入り込むと、各開口２１４は、水素供給フレ
ーム１１０の本体部１１に形成された開口１２５とほぼ同軸で一致する。この同
軸一致により、締め具２１５をその中に受け入れることができるようになる。締
め具を締め付けることにより、対向したカソードカバーは、上で説明した中間の
アセンブリによって薄膜電極拡散アセンブリ１５０に力を付加し、これにより、
各集電体１９０と隣り合う薄膜電極拡散アセンブリとの間に良好な電気接続状態
が与えられる。さらに、本体部２１０は一部に第３の通路２１６を画定する。図
９，１１に示される第３通路は、空間７１の排出端７３によって供給されるカソ
ード空気流を薄膜電極拡散アセンブリ１５０のカソード側１５４に供給するため
に好都合な手段を提供する。具体的には、通路は、第１又は取入端２１７と第２
又は排出端２１８とを有する。図９に示されている通り、各第３通路２１６の排
出端は水素供給フレーム１１０の対向する端１１２及び１１３の一つの近傍に位
置している。図６に示す通り、排出端２１８を通して出てきた空気は、サブラッ
ク３０の上部部分３５及び底部部分４０にそれぞれ設けられた開口４２，４３を
通過する。そうなることにより、空気は空間内に入り、既に説明した空気混合バ
ルブ８０の手段によって再使用（リサイクル）されても良い。図１３，２２に最
も良く示されている通り、カソードカバーの内側面２１２は所定寸法のキャビテ
ィー２１９を画定する。内側面は更に複数の溝２２０を画定する。溝２２０は、
バイアスアセンブリ２０２を構成する各波形スプリングをその溝内に受け入れる
。
【００８５】 ここで図２９を参照すると、圧力伝達アセンブリ２０３は、中心背骨体２２２
を有する長手本体部２２１を有する。さらに、複数の足部材２２３が中心背骨体
２２２から張り出ており、これらは、本発明の一態様（図１４，２３参照）では
、圧力板２０５に対して強制的に係合するように動作する。さらに、本体部２２
１は、第１の面２２４と第２の面２２５とを有する。第１の面内には溝２２６が
設けられており、この溝は、バイアスアセンブリ２０２（図２５参照）を構成す
る金属波形スプリングの一つを受け入れるものである。これに代わる本発明の他
の形式によれば、圧力板２０５は除去され、圧力供給部材２０４がバイアスアセ
ンブリ２０３と圧力伝達アセンブリの第１の面２２４との間に配置される（図１
２，２２参照）。本発明のこの形式の場合には、圧力伝達アセンブリ２０４は、
圧力が作用すると各足部材が約０．００１〜０．００４インチだけ変形する可撓
性の基板で製造される。
【００８６】 上で述べた通り、本発明の一態様は、圧力板２０５（図１４，１５参照）を有
していても良い。具体的には、図示の圧力板２０５は、本体部２３０を有したセ
ラミック板又はその等価代替物である。図１５に示す通り、セラミック板はその
板内に設けられた複数の開口２３１を有する。この開口２３１はそこを空気が通
過することを許容し、そしてその空気をカソードカバー２０１の本体部２１０の
一部に設けられた第３通路２１６に進めることができる。圧力板２０５の本体部
２３０は、不均一度が約０．００２インチ以内のほぼ平坦面を形成する。図１６
，１７に圧力板の他の実施例が参照符号２３２で示されている。この第２実施例
の圧力板は、図１５に示される圧力板２０５よりもその厚さが厚いものである。
ここで図２０，２１を参照すると、圧力板２３２はその一方の面に、所定の開放
領域である、複数のほぼ等間隔に設けられた波状のしわ２３３を画定する。これ
らの波状のしわは、その間に空気が移動することができる特別な溝２３４を画定
する。圧力板２０５の第２の形状２３２が採用される場合、前にも説明した通り
、アセンブリから圧力伝達アセンブリ２０３を取り除いても構わない。圧力板２
０５によって画定される溝又は開放領域２３４は、それが図１５に示す第１形状
の圧力板であろうと、または、図２０に示す圧力板であろうと、一部に第３通路
２１６を画定する。この第３通路２１６により、空気がカソードカバー２０１か
ら薄膜電極拡散アセンブリ１５０のカソード側１５４に流れることになる。既に
説明し、図１２，１３に示されている通り、本発明の一態様は、圧力伝達アセン
ブリ２０４を利用する。これが採用されると、圧力板２０５は取り除かれ、圧力
伝達アセンブリ２０４が、バイアスアセンブリ２０２を構成する波形スプリング
と、既に説明した圧力伝達アセンブリ２０３との間に配置される。具体的には、
圧力伝達アセンブリは、第１のほぼ非圧縮性で且つ可撓性の基板２４０（図２２
参照）を有する。第１非圧縮性基板は第１面２４１と反対側の第２面２４２とを
有する。第１面２４１は、バイアスアセンブリ２０２と接触する。反対側の第２
面２４２上には、圧縮性基板２４３が載置される。圧縮性基板は、圧力伝達アセ
ンブリ２０３の第１面と接触する外側面２４４を有する。実際の動作では、それ
ぞれのカソードカバー及び関連したバイアスアセンブリ２０２は力を発し、カソ
ードカバーにはある程度の変形又は曲がりが生じるであろう。この様子は図２２
に示されている。このことが起こると、圧力伝達アセンブリの第１面は圧縮性の
面２４３に対して圧力を与え、これにより、隣の集電体の全体面に亘ってほぼ一
定の圧力を維持することができる。陽子交換薄膜燃料電池電力システム１０は更
に、図３０に示されている通り、デジタル式プログラム可能制御アセンブリ２５
０を有する。デジタル式プログラム可能制御アセンブリ２５０は、個別ＰＥＭ燃
料電池モジュール１００のそれぞれに電気的に接続されており、その結果、その
電気的特性が監視できるようになっている。このデジタル式プログラム可能な制
御アセンブリ２５０は、空気供給アセンブリ７０にも電気的に接続されている。
さらに、デジタル式プログラム可能な制御アセンブリ２５０は、水素源６０、こ
れに付加したバルブ、関連した第１導管５４を含む燃料供給アセンブリに電気的
に接続される。第１導管５４は、バルブ５２の一つによって水素を個別ＰＥＭ燃
料電池モジュール１００のそれぞれに供給する。
【００８７】 更に図３１を参照すると、本発明のＰＥＭ燃料電池電力システム１０は、空気
を個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００に供給するための空気供給アセンブリと
作動的に接続された熱交換器２６０を有する。熱交換器２６０は、個別ＰＥＭ燃
料電池モジュール１００が放出した有用な熱エネルギーを捕獲する。さらに、電
力システム１０は、インバータを有する電力調整アセンブリ２７０（図１参照）
を具える。インバータは、直流バスに電気的に接続され、個別ＰＥＭ燃料電池モ
ジュール１００のそれぞれが発生した直流電気エネルギーを受け、そしてこれを
適当な交流に変換するものである。
【００８８】 作用 本発明の各実施例の動作は明らかになったものと思うので、ここでは簡単に述
べることとする。
【００８９】 最も広い観点では、本発明は、自己加湿能力を有すると共にそれぞれが所定の
熱エネルギーを発生する個別陽子交換薄膜燃料電池モジュール１００を複数個有
した陽子交換薄膜燃料電池電力システム１０である。さらに、個別陽子交換薄膜
燃料電池モジュール１００はそれぞれカソード空気流を有し、個別陽子交換薄膜
燃料電池モジュール１００のそれぞれによって発生した多い分の熱エネルギーは
カソード空気流によって除去される。
【００９０】 本発明の他の特徴は、少なくとも二つの薄膜電極拡散アセンブリ１５０を有す
る複数の個別燃料電池モジュール１００を具えた、電気エネルギーを発生するた
めの陽子交換薄膜燃料電池電力システム１０に関する。薄膜電極拡散アセンブリ
１５０はそれぞれ、対向するアノード側１５３とカソード側１５４を有する。さ
らに、このＰＥＭ燃料電池電力システム１０は、各薄膜電極拡散アセンブリ１５
０の対向するアノード側１５３とカソード側１５４と電気的接触を保ってそれぞ
れ並置される一対の集電体１９０を有する。さらに、各集電体及び薄膜電極拡散
アセンブリのそれぞれに任意の力を与えるための力付加アセンブリ２００が設け
られている。前に記した通り、力付加アセンブリはいろいろな形状とすることが
できる。各力付加アセンブリに共通していることは、何れもがカソードカバー２
０１とバイアスアセンブリ２０２を有する。しかしながら、本発明の一形態にお
いては、複数の開口がその中に設けられたセラミック板を有する圧力板２０５を
用いることができる。図１４に示す通り、圧力伝達アセンブリ２０５が設けられ
、これは、下側に位置する薄膜電極拡散アセンブリ１５０に対して圧力板によっ
て力を有効的に伝達する。他の形態においては（図１６参照）、第２の圧力板２
３２を用いることもできる。この圧力板が用いられる場合には、ＰＥＭ燃料電池
モジュール１００の構成から、圧力伝達アセンブリ２０３を省くことができる。
力付加アセンブリ２００の更に他の形態においては（図１２参照）、圧力板２０
５を省くと共に、隣りの集電体１９０の表面領域全体に亘ってほぼ均一な力を作
用させることを確実にする圧力伝達アセンブリを用いることもできる。
【００９１】 ここに開示されている通り、ＰＥＭ燃料電池電力システム１０、より具体的に
は、個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、少なくとも４０％の電気効率と、
自己加湿機能を有する。この自己加湿機能により、水素燃料６０に対して外部か
ら追加の加湿を全く行う必要がなく、また、空気の供給も全く不要である。さら
に、本発明で使用される薄膜電極拡散アセンブリ１５０は、任意の表面領域を有
する活性領域を有する。個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、少なくとも直
流約０．５Ｖの公称電池出力電圧のもと、活性領域１cm2当り少なくとも約３５ ０ｍＡの電流密度を発生するものと決められた。さらに、個別燃料電池モジュー
ル１００はそれぞれ少なくとも約１０．５Ｗの電気出力能力を有する。
【００９２】 それぞれの陽子交換薄膜燃料電池モジュール１００は、それを支持するための
サブラック３０を有する収容体１１の中に装着される。陽子交換薄膜燃料電池モ
ジュール１００と一緒に用いられる収容体１１は更に、個別ＰＥＭ燃料電池モジ
ュール１００それぞれに水素を供給するための燃料供給アセンブリ５２，５４，
６０を有する。個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００のそれぞれに空気を供給す
るための空気供給アセンブリ７０が設けられ、そして、直流出力バス、個別ＰＥ
Ｍ燃料電池モジュール１００のそれぞれによって発生した電力を受けて変換する
電力調整アセンブリ２７０も収容体１１内に収容される。前に説明した通り、サ
ブラック３０のそれぞれは、収容体１１によって画定されるキャビティー２５内
に装着される。サブラック３０は、前方端３３、後方端３４、上部部分３５、底
部部分４０をそれぞれ有する。個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００はそれぞれ
燃料供給アセンブリ、直流出力バス５０、各サブラックの後方端３４の近傍の電
力調整アセンブリ２７０に作動的に接続される。この状態は、図３，４，６に最
も良く表されている。さらに、個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、サブラ
ック３０の上部部分３５及び底部部分４０のところで空気供給アセンブリ７０と
、そしてラックの排出端７３のところで空間７０と、それぞれ流動体通過可能に
接続される。
【００９３】 図６を参照すると、本装置で用いられる空気供給アセンブリ７０は、各サブラ
ック３０と一体的に形成される空間７１を有する。この空間は、サブラック３０
上に支持された各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００に空気を供給する排出端７３
と、各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００内を通過してきた空気と、ＰＥＭ燃料電
池モジュール１００の外から入ってきた空気の両方を受け入れる取入端７２を有
する。さらに、空気供給アセンブリ７０は、ファン７５の形態をした空気移動ア
センブリ７４を有する。この空気移動アセンブリは、空間７１に作動的に接続さ
れ、空気を各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００に向けて空間７１に沿って任意の
方向に移動させる。空気混合バルブ８０が空間７１内に設けられ、このバルブは
、各ＰＥＭ燃料電池モジュール１００に再循環される空気の混合量を制御する。
既に詳細に説明した通り、個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００は、個別のキャ
ビティー１２０を画定する水素供給フレーム１１０を有し、各薄膜電極拡散アセ
ンブリ１５０がキャビティー１２０のそれぞれに封止状態で装着される。本発明
の好ましい実施例では、水素供給フレーム１１０は、各薄膜電極拡散アセンブリ
１５０の間に、所定の方向で設けられる。図１０に最も良く表されている通り、
水素供給フレーム１１０は、別々に対向したキャビティー１２１〜１２４を複数
対有する。
【００９４】 水素供給フレーム１１０により、水素ガスがキャビティー１２１〜１２４のそ
れぞれに供給される。具体的には、水素供給フレーム１１０は、これによって画
定されたキャビティー１２１〜１２４のそれぞれと、薄膜電極拡散アセンブリ１
５０のアノード側１５３への水素の供給を可能とする第１通路１３１を画定する
。さらに、水素供給フレーム１１０は、キャビティー１２１〜１２４のそれぞれ
からの不純物、水、未反応水素の除去を容易とする。前に記した通り、各カソー
ドカバー２０１とそれぞれの力付加アセンブリ２００は第３の通路を確定し、該
第３通路は、各キャビティー１２１〜１２４及び薄膜電極拡散アセンブリ１５０
それぞれの各カソード側１５４への空気の供給を可能とする。水素供給フレーム
１１０の各キャビティー１２１〜１２４への水素の供給は、第１通路１３１の手
段により、約１ＰＳＩＧ〜約１０ＰＳＩＧの圧力のもとで行われ、また、空気の
供給は空気供給アセンブリ７０により大気圧以上のもとで行われる。
【００９５】 既に説明した通り、水素源６０は、ここでは収容体１１（図１参照）内に収容
される水素の加圧容器として示されている。しかしながら、水素供給アセンブリ
１１０へ適当な量の水素を供給することができる他の手段が採用されても良いの
は勿論である。具体的には、化学反応により適当な量の水素を生成する化学又は
燃料リフォーマーを用いて、これを収容体の内側又は外側に装備することもでき
る。化学リフォーマーは、天然ガス、アンモニア又はこれに類似の流動体等の水
素リッチ流動体の供給部に接続されれば良い。化学リフォーマーは、化学反応に
より、水素リッチ流動体中の水素要素を得て、水素供給アセンブリへ供給する。
残りのリフォーマー生成物は、次に大気中に排気されるか（これらの生成物が周
囲環境を汚染したり危険でないと仮定して）、または、適当な廃棄又はリサイク
ル手段のために集められても良い。
【００９６】 本発明の電力システム１０で使用される薄膜電極拡散アセンブリ１５０は、大
まかに言って、対向したアノード側１５３とカソード側１５４とを有する固体陽
子伝導性電解質薄膜１５１と、電解質薄膜１５１のアノード側１５３とカソード
側１５４のそれぞれとイオン接触して配置される触媒アノード電極１６１と触媒
カソード電極１６２と、該触媒アノード電極１６１と触媒カソード電極１６２の
それぞれ上に形成され、導電性で且つ所定の多孔性の拡散層１７０とを有する。
本発明の好ましい実施例では、拡散層１７０は、アノード電極１６１とカソード
電極１６２のそれぞれ上に設けられ、これらと電気接触する状態に設けられる第
１拡散層１７１を有する。この第１拡散層１７１は、導電性であり且つ所定サイ
ズの細孔を有する。さらに、第１拡散層１７１上に第２拡散層１７２が設けられ
、これは、下に位置する第１拡散層１７１と電気的接触状態を保って配置される
。第２拡散層１７２は導電性であり、第１拡散層１７１の所定サイズの孔より大
きい所定サイズの孔を有する。
【００９７】 最も広い意味で、本発明のシステム１０は、スルホン酸基を有する架橋高分子
連鎖を有する電解質部材１５１を有する。より具体的には、電解質薄膜１５１は
、少なくとも２０％モル濃度のスルホン酸を有する。本発明の薄膜電極拡散アセ
ンブリ１５０に用いられる拡散層１７０は、先に説明した任意方法によって設け
られるが、ここではその説明は繰り返さない。
【００９８】 本発明のシステム１０では、アノード電極１６１とカソード電極１６２はそれ
ぞれ、広い意味で、粒子カーボンと、触媒と、バインダー樹脂と、スルホン酸基
を有する架橋共重合体とを有する。先に述べたことに加えて、本発明の電力シス
テム１０は更に、一対の集電体１９０を有する。この集電体１９０は、広い意味
で、導電性で、もし空気に触れたら表面が不動態化するベース基板と、導電性で
、電池作用においてはカソード特性で、酸素に対して安定な接触層とを有する。
さらに、集電体対１９０は、その厚さが約０．１mm〜約１．３mmであり、また接
触層はその厚さが約０．２μmから約２μmである。これに加えて、ベース基板１
９０は、少なくとも７０％が開放領域である所定の表面領域を有する。
【００９９】 電力システム１０は、デジタル式プログラム可能制御アセンブリ２５０を有す
る。この制御アセンブリは、個別陽子交換薄膜電池モジュール１００の特性と、
個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００への水素６０の流量、陽子交換薄膜燃料モ
ジュール１００それぞれの熱出力、外部空気と個別陽子交換薄膜燃料電池モジュ
ール１００を通過してきた空気とを混合する空気供給アセンブリ７０の動作等の
他の特性を監視する。空気混合バルブ８０は、陽子交換薄膜燃料電池モジュール
１００に供給される空気の温度、並びに相対的加湿度を有効的に制御する。こう
することにより、ＰＥＭ燃料電池モジュール１００のそれぞれによって発生した
超過熱エネルギーは、そこから有効的に除去されるか又は大気中に排気される。
または、他の目的のために集められる。制御アセンブリ２５０は、したがって、
最大電流密度及び効率が得られるように、個別ＰＥＭ燃料電池モジュール１００
の動作状態を最適化するように動作する。
【０１００】 本発明システム１０の最も重要な利点の幾つかは、モジュール化されており、
構造が簡単で、動作上の効率が良く、保守が容易なことである。例えば、あるＰ
ＥＭ燃料電池モジュールが動作しなくなったとき、動作しないＰＥＭ燃料電池モ
ジュール１００をサブラック３０から素手によって容易に取り外し、システム１
０の動作を中断することなく、正常に動作するモジュールと取り替えることがで
きる。このようにして修理できることは、修理が行われている間、故障したＰＥ
Ｍ燃料電池（スタックとして構成されたもの）全体の分解が要求される従来技術
に比して極めて重要な利点である。
【０１０１】 本発明のシステム１０は従来技術に比して他に数々の利点があり、それには、
そのようなシステムでは典型的に利用されている多くのサブアセンブリを省略で
きることである。さらに、本発明の陽子交換薄膜燃料電池モジュール１００が自
己加湿作用を有していることにより、他の制御手段が簡素化されるか又は省略化
され、それにより、所定量の電力を発生するに当たって、特性能力を増加させる
と同時にその必要コストを減少させることができる。
【０１０２】 本発明は最も好ましい実施例について添付図面を参照しながら説明してきたが
、その実施例は限定的なものではなく、請求の範囲に記載の範囲内において、適
当な変更又は改変が当然にできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の陽子交換薄膜燃料電池電力システムの正面斜視図であり、一部
の隠れた部分を点線で示した図である。
【図２】 図２は本発明装置に用いられるサブラックの斜視図である。
【図３】 図３は図２において線３−３に沿った位置で切り出した垂直方向の概略断面図
である。
【図４】 図４は図２において線３−３に沿った位置で切り出した垂直方向の第２の概略
断面図である。
【図５】 図５はサブラックの一部斜視図である。
【図６】 図６は図２において線６−６に沿った位置で切り出した垂直方向の概略断面図
である。
【図７】 図７Ａは本発明の空気混合バルブの垂直方向の断面図であり、図７Ｂは本発明
の空気混合バルブの垂直方向の断面図であり、特に、バルブが第二の位置にある ときを示す図である。
【図８】 図８は図２の線８−８に沿った位置で切り出した水平方向の断面図である。
【図９】 図９は本発明で用いられる陽子交換薄膜燃料電池モジュールとこれに嵌り合う
サブラックの一部の斜視拡大側面図である。
【図１０】 図１０は本発明の陽子交換薄膜燃料電池モジュールと一緒に用いられる水素供
給フレームの側面図である。
【図１１】 図１１は本発明の陽子交換薄膜燃料電池モジュールの斜視側面図である。
【図１２】 図１２は本発明のＰＥＭ燃料電池モジュールの一態様の一部分解斜視図である
。
【図１３】 図１３は図１２のＰＥＭ燃料電池モジュールの一部を大きく拡大した分解斜視
図である。
【図１４】 図１４は本発明のＰＥＭ燃料電池モジュールの一態様の一部分解斜視図である
。
【図１５】 図１５は図１４のＰＥＭ燃料電池モジュールの一部を大きく拡大した分解斜
視図である。
【図１６】 図１６は本発明のＰＥＭ燃料電池モジュールの一態様の一部分解斜視図である
。
【図１７】 図１７は図１６のＰＥＭ燃料電池モジュールの一部を大きく拡大した分解斜視
図である。
【図１８】 図１８は本発明のＰＥＭ燃料電池モジュールの一態様の一部分解斜視図である
。
【図１９】 図１９は図１８のＰＥＭ燃料電池モジュールの一部を大きく拡大した分解斜視
図である。
【図２０】 図２０は本発明の一態様のＰＥＭ燃料電池モジュールで利用される圧力板の斜
視図である。
【図２１】 図２１は図２０の圧力板の端部を示す図である。
【図２２】 図２２は本発明のカソードカバーの垂直方向の概略断面図であり、本図はその
一態様を示す図である。
【図２３】 図２３は本発明のカソードカバーの垂直方向の概略断面図であり、本図は他の
態様を示す図である。
【図２４】 図２４は本発明のカソードカバーの垂直方向の概略断面図であり、本図は更に
他の態様を示す図である。
【図２５】 図２５は本発明のカソードカバーの垂直方向の概略断面図であり、本図は更に
他の態様を示す図である。
【図２６】 図２６は本発明の薄膜電極拡散アセンブリを極めて簡略化して示した分解図で
ある。
【図２７】 図２７は本発明の他の態様の薄膜電極拡散アセンブリを極めて簡略化して示し
た分解図である。
【図２８】 図２８は本発明のＰＥＭ燃料電池モジュールに用いられる集電体の平面図であ
る。
【図２９】 図２９は本発明の装置に用いられる圧力伝達アセンブリを大きく拡大した斜視
図である。
【図３０】 図３０は本発明の制御アセンブリを非常に簡略化して示した概略図である。
【図３１】 図３１は本発明の熱交換器を非常に簡略化して示した概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１０月２１日（１９９９．１０．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ファグルヴァンド， ウィリアム， エ イ． アメリカ合衆国， ワシントン州 99212， スポーケイン， ウッドビュードライブ イー． 8025 (72)発明者 ベイヤック， シブリハンナ， アイ． アメリカ合衆国， ワシントン州 99223， スポーケイン， イー． 38ス アヴェ ニュー 2703 (72)発明者 ロイド， グレッグ， エイ． アメリカ合衆国， ワシントン州 99216， スポーケイン， イー． 23ド アヴェ ニュー 12822 (72)発明者 デブリーズ， ピーター， ディー． アメリカ合衆国， ワシントン州 99204， スポーケイン， ダブリュー． ジャク ソンアヴェニュー 8323 (72)発明者 ロット， デビット， アール． アメリカ合衆国， ワシントン州 99205， スポーケイン， ワシントン エヌ． 2215 (72)発明者 スカルトジー， ジョン， ピー． アメリカ合衆国， ワシントン州 99216， スポーケイン， イースト 25ス アヴ ェニュー 13721 (72)発明者 ソマーズ， グレゴリー， エム． アメリカ合衆国， ワシントン州 99025， ニューマンレイク， エヌ． スターロ ード 5900 (72)発明者 ストークス， ロナルド， ジー． アメリカ合衆国， ワシントン州 99037， ヴェラデイル， センチュリーコート エス． 2004 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB04 BB08 CX01 CX03 CX04 CX05 EE02 EE05 EE08 EE18 EE19 HH02 HH03 HH04 HH05 HH06 HH08 HH09 5H027 AA06 BC14 BC19 KK44 KK46 MM03 MM04 MM27

Claims (258)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該システムは
    、自己加湿式であり、一定量の熱エネルギーを発生する複数個の個別陽子交換薄
    膜燃料電池モジュールを有し、それぞれの個別燃料電池モジュールがカソード空
    気流を有し、該カソード空気流によって個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールか
    ら熱エネルギーが優位になることを除くようになっていることを特徴とする電力
    システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュール各々は、対向するアノード側とカソ
    ード側を有する少なくとも二個の薄膜電極拡散アセンブリを有し、該各陽子交換
    薄膜燃料電池モジュールは人の手によって操作することができるようになってい
    ることを特徴とする電力システム。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各々は、各薄膜電極拡散アセンブ
    リの対向するアノード側とカソード側とに抵抗電気接触されて個々に並置される
    一対の集電体を有することを特徴とする電力システム。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールは、関連する前記薄膜電極拡散アセ
    ンブリの各対に対して所定の力を作用させるための力付加アセンブリを有するこ
    とを特徴とする電力システム。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記集電体の各々は、 導電性であり、その内の少なくとも約７０％が空き領域である一定の面領域を
    有し、主にニッケル、銅及びステンレス鋼からなる群から選択される基板と、 前記基板上に被覆され、導電性であり、電池の作用においてカソードの性質を
    呈し、酸素に対して安定的である被覆物と、 からなることを特徴とする電力システム。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールは、ある面領域を持つ活性領域を有し、
    前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれが、少なくとも直流約０．５Ｖ
    の公称電圧のもと、活性領域の１平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍ
    Ａの電流密度を発生することを特徴とする電力システム。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、該システムは、 実質的に対向する個別キャビティーを画定する水素供給フレームであって、そ
    れぞれの薄膜電極拡散アセンブリが各キャビティー内に個々にシール可能に設け
    られ、前記各薄膜電極拡散アセンブリの間に配置される水素供給フレームと、 前記水素供給フレームのそれぞれのキャビティーを部分的に塞ぐカソードカバ
    ーであって、それぞれのカソードカバーが前記水素供給フレームと個別に着脱可
    能に協働するカソードカバーと、 前記水素供給フレームの各キャビティーに受け入れられる一対の集電体と、 前記カソードカバーと協働し、前記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側に抵
    抗電気接触で設けられる前記集電体と結合する圧力伝達アセンブリと、 前記カソードカバーと前記圧力伝達アセンブリとの間に配置されるバイアス部
    材であって、前記圧力伝達アセンブリが、前記薄膜電極拡散アセンブリと関連す
    る一対の集電体との間に１平方インチ当り少なくとも約１７５ポンドの力を実現
    するように力を与えるバイアス部材と、 からなることを特徴とする電力システム。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記水素供給フレームは、前記キャビティーと前記薄膜電極拡散アセンブリの
    アノード側に水素を供給するための第１通路と、前記キャビティーから未反応水
    素ガス、水、不純物を除去するための第２通路とを画定し、カソードカバー及び
    圧力伝達アセンブリは、前記キャビティーと前記薄膜電極拡散アセンブリのカソ
    ード側とに外気を供給するための第３通路を画定することを特徴とする電力シス
    テム。
  9. 【請求項９】 請求項２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって
    、前記薄膜電極拡散アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記電解質薄膜のアノード側及びカソード側とイオン接触して設けられるそれ
    ぞれの触媒アノード電極及びカソード電極と、 前記アノード電極及びカソード電極上に担持され、各電極と抵抗電気接触にな
    っており、疎水性の勾配を有する第１拡散層と、 前記第１拡散層上に設けられ、下層の第１拡散層と抵抗電気接触になっている
    第２拡散層と、 からなることを特徴とする電力システム。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであっ
    て、前記固体陽子伝導性電解質薄膜は、 モル濃度において約３５％〜約５０％のメタクリレートモノマーと、 モル濃度において約３０％〜約５０％のアクリレートモノマーと、 モル濃度において約２５％〜約４５％のスルホン酸モノマーと、 モル濃度において約５％〜約２０％の相容性架橋剤と、 からなることを特徴とする電力システム。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであっ
    て、該システムは更に、 キャビティーを画定する収容体と、 前記キャビティーに搭載され、前記複数個の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュ
    ールを支持するサブラックと、 燃料供給アセンブリであって、該アセンブリが前記収容体に収容され前記サブ
    ラックに対して流体を流すように連結されており、各燃料供給アセンブリが各々
    の陽子交換薄膜燃料電池モジュールに水素を供給するようになっており、前記個
    別陽子交換薄膜燃料電池モジュールが燃料供給アセンブリに対して流体を流すよ
    うに着脱可能に連結される燃料供給アセンブリと、 前記サブラックに搭載される直流バスであって、前記個別陽子交換薄膜燃料電
    池モジュールが直流バスに着脱可能に電気的に接続される直流バスと、 前記直流バスと電気的に接続される電力調整アセンブリであって、各々の個別
    陽子交換薄膜燃料電池モジュールによって発生した電力を受けて変換する電力調
    整アセンブリと、 前記サブラックに搭載され各々の前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールに対し
    て流体を流すように連結される空気供給アセンブリであって、該燃料供給アセン
    ブリが各々の陽子交換薄膜燃料電池モジュールに送られる空気を受け入れる取入
    端と各々の陽子交換薄膜燃料電池モジュールに空気を送る排出端とを有し、陽子
    交換薄膜燃料電池モジュールに送られる空気がカソード空気流を含む、空気供給
    アセンブリと、 各々の陽子交換薄膜燃料電池モジュール、燃料供給アセンブリ、電力調整アセ
    ンブリ及び空気供給アセンブリの各々と電気的に接続されるデジタル式プログラ
    ム可能な制御装置と、 からなることを特徴とする電力システム。
  12. 【請求項１２】 陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該電力シス
    テムは、 各々が少なくとも二個の薄膜電極拡散アセンブリを有し、各々の前記薄膜電極
    拡散アセンブリが対向するアノード側とカソード側とを有する複数個の個別燃料
    電池モジュールと、 各々が薄膜電極拡散アセンブリの対向するアノード側とカソード側とに抵抗電
    気接触されて並置される一対の集電体と、 各々の対の前記集電体と前記薄膜電極拡散アセンブリに対して所定の力を作用
    させるための力付加アセンブリと、 を有することを特徴とする電力システム。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記個々の個別燃料電池モジュールが少なくとも約４０％の電気効率を有
    し、個別燃料電池モジュールが人の手によって操作することができるものである
    ことを特徴とする電力システム。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記個々の個別燃料電池モジュールが自己加湿式であり、各々の個別燃料
    電池モジュールが一定量の熱を発生し、カソード空気流を有し、該カソード空気
    流が個別燃料電池モジュールから熱エネルギーが優位になることを除くようにな
    っていることを特徴とする電力システム。
  15. 【請求項１５】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記各薄膜電極拡散アセンブリは、一定の面領域を持つ活性領域を有し、
    前記各個別燃料電池モジュールは、直流約０．５Ｖの公称電圧のもと、活性領域
    １平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの電流密度を発生することを
    特徴とする電力システム。
  16. 【請求項１６】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記個々の個別燃料電池モジュールは、少なくとも約１０．５Ｗの電気出
    力を有することを特徴とする電力システム。
  17. 【請求項１７】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に、 前記キャビティーを画定する収容部と、 前記キャビティーに搭載され、該キャビティー内に所定の配向で設けられる複
    数個の個別燃料電池モジュールを支持するサブラックと、 を有することを特徴とする電力システム。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記収容部は更に、 前記個別燃料電池モジュールが発生する熱エネルギーを捕獲する熱交換器を有
    することを特徴とする電力システム。
  19. 【請求項１９】 請求項１７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記収容部は更に、 各々の前記燃料電池モジュールに電気的に接続されるデジタル式プログラム可
    能な制御装置を有することを特徴とする電力システム。
  20. 【請求項２０】 請求項１７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記収容部は更に、 個々の前記個別燃料電池モジュールに水素を送る燃料供給アセンブリと、 個々の前記個別燃料電池モジュールに空気を送る空気供給アセンブリと、 直流出力バスと、 個々の前記個別燃料電池モジュールによって発生した電力を受けて変換する電
    力調整アセンブリと、 を有することを特徴とする電力システム。
  21. 【請求項２１】 請求項２０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、複数個のサブラックが前記キャビティーの中に設けられており、各々の前
    記サブラックは前方端、後方端及び上部部分、底部部分を有し、各々の前記燃料
    電池モジュールが、各サブラックの前方端の近くで、前記燃料供給アセンブリ、
    前記直流出力バス、及び前記電力調整アセンブリと作動的に連結されており、ま
    た各サブラックの上部部分及び底部部分で前記空気供給アセンブリと作動的に連
    結されていることを特徴とする電力システム。
  22. 【請求項２２】 請求項２０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記空気供給アセンブリは更に、 各々のサブラックと一体的に構成される空間部であって、該空間部が、サブラ
    ックに支持される各々の前記燃料電池モジュールに空気を送る排出端と、前記燃
    料電池モジュールを通過した空気とそれぞれの前記燃料電池モジュールの外部か
    らの空気の両方を受ける取入端とを有する空間部と、 個々の前記燃料電池モジュールに前記空間部に沿って一定の方向に空気を移動
    させるように前記空間部に作動的に連結される空気移動アセンブリと、 前記空間部に作動的に連結され、それぞれの前記燃料電池を通過し各々の燃料
    電池モジュールに再循環する空気の量を制御する空気混合バルブと、 を有することを特徴とする電力システム。
  23. 【請求項２３】 請求項２０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電力調整アセンブリは、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを
    有することを特徴とする電力システム。
  24. 【請求項２４】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記個別燃料電池モジュールは、個別キャビティーを画定する水素供給フ
    レームを有し、それぞれの前記薄膜電極拡散アセンブリが、各々のキャビティー
    に個々にシール可能に搭載されており、前記水素供給フレームが個々の薄膜電極
    拡散アセンブリの間に配置されることを特徴とする電力システム。
  25. 【請求項２５】 請求項２４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記水素供給フレームが、複数の対の個別的に相対するキャビティーから
    なることを特徴とする電力システム。
  26. 【請求項２６】 請求項２４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記力付加装置は、 前記水素供給フレームのそれぞれのキャビティーを部分的に塞ぐカソードカバ
    ーであって、それぞれのカソードカバーが、互いにそして水素供給フレームと着
    脱可能に連結されるカソードカバーと、 前記集電体の一個に対して並置になるように配置される圧力伝達アセンブリと
    、 それぞれのカソードカバーと圧力伝達アセンブリとの間に配置されるバイアス
    部材であって、平方インチ当り少なくとも約１７５ポンドの力の印加が、薄膜電
    極拡散アセンブリとこれに関連する集電体対の間に達成できるバイアス部材と、 を有することを特徴とする電力システム。
  27. 【請求項２７】 請求項２６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記力付加装置は更に前記圧力伝達アセンブリに並置される圧力分散アセ
    ンブリを有し、該圧力分散アセンブリは、 実質的に非圧縮性で可撓性の基板と、 前記非圧縮性の基板上に設けられ、実質的に半剛体で非伸縮性で圧縮性の基板
    とを有し、該圧縮性の基板が前記圧力伝達アセンブリに接触して設けられ、前記
    非圧縮性基板が前記バイアス部材に接触して設けられることを特徴とする電力シ
    ステム。
  28. 【請求項２８】 請求項２７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記実質的に非圧縮性の基板が薄い金属板からなることを特徴とする電力
    システム。
  29. 【請求項２９】 請求項２７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記圧縮性の基板が合成高分子材料から製造された剛性の気泡材料からな
    ることを特徴とする電力システム。
  30. 【請求項３０】 請求項２７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記圧力分散アセンブリは、連結するカソードカバーから力を実質的に均
    一に薄膜電極拡散アセンブリに作用させるようになっていることを特徴とする電
    力システム。
  31. 【請求項３１】 請求項２４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記水素供給フレームは更に、水素ガスを各々の前記キャビティー及び前
    記薄膜電極拡散アセンブリのアノード側に送るための第１の通路と、各キャビテ
    ィーから不純物、水、未反応水素を除去するための第２の通路を画定し、各カソ
    ードカバー及びそれぞれの力付加アセンブリは、空気を各々のキャビティーとそ
    れぞれの薄膜電極拡散アセンブリの各々のカソード側に送るための第３の通路を
    画定することを特徴とする電力システム。
  32. 【請求項３２】 請求項３１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記圧力伝達アセンブリは、前記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側に
    抵抗電気接触された前記集電体に並置され、前記圧力伝達アセンブリが隣接する
    集電体と接続するカソードカバーとの間に一定の空間領域を画定し、該空間領域
    が部分的に第３の通路を画定し、バイアス部材が圧力伝達アセンブリを通してそ
    れぞれのカソードカバーによって伝達される力を分配することを特徴とする電力
    システム。
  33. 【請求項３３】 請求項３１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記水素ガスは、前記第１の通路によって、各々のキャビティーに約１Ｐ
    ＳＩＧ〜約１０ＰＳＩＧの圧力のもとで供給され、また、空気の供給が、実質的
    に、ファンによる外気供給によって行われることを特徴とする電力システム。
  34. 【請求項３４】 請求項２６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記カソードカバーは、平方インチ当り少なくとも約１００万ポンドの撓
    み率を有する基板から作られ、水素供給フレームが平方インチ当り約５００，０
    ００ポンドより小さい撓み率であり、平方インチ当りの圧縮耐圧が２０，０００
    ポンドより小さい基板から作られることを特徴とする電力システム。
  35. 【請求項３５】 請求項２６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記カソードカバーは、前記各燃料電池モジュールにカソード空気流を送
    るための通路を画定し、各燃料電池モジュールが熱を発生し、前記カソード空気
    流によって燃料電池モジュールから熱エネルギーが優位になることを除くように
    なっていることを特徴とする電力システム。
  36. 【請求項３６】 請求項２６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記バイアス部材は、連結されるカソードカバーと協働する金属波形スプ
    リングを有し、前記圧力伝達アセンブリが、対の前記集電体及び前記薄膜電極拡
    散アセンブリに力を及ぼす複数個の可撓性足部材とを有し、各足部材が約０．０
    ０１〜０．００４インチ変形可能な可撓性であることを特徴とする電力システム
    。
  37. 【請求項３７】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記各薄膜電極拡散アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記電解質薄膜のアノード側及びカソード側とイオン接触して設けられるそれ
    ぞれの触媒アノード電極及びカソード電極と、 アノード電極及びカソード電極に担持され、電気的に導電性であって且つ所定
    の最小限の多孔性を有する拡散層と、 を有することを特徴とする電力システム。
  38. 【請求項３８】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記拡散層は更に、 個々のアノード電極及びカソード電極に担持され、各電極と抵抗電気接触され
    て配置され、電気的に導電性であって且つ所定の多孔サイズを有する第１拡散層
    と、 前記第１拡散層上に担持され、下層の第１拡散層と抵抗電気接触されて配置さ
    れ、更に電気的に導電性であって且つ所定の孔サイズを有する第１拡散層の所定
    の孔サイズより大きい孔サイズを有する第２拡散層と、 からなることを特徴とする電力システム。
  39. 【請求項３９】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜が、モル濃度において少なくとも約２０％のスルホン酸モ
    ノマーを有することを特徴とする電力システム。
  40. 【請求項４０】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜が、スルホン酸基を有する架橋高分子連鎖からなることを
    特徴とする電力システム。
  41. 【請求項４１】 請求項４０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記架橋重合連鎖は主に、 ポリ（エチレングリコール）メタクリルレートが、ポリ（プロピレングリコー
    ル）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレー
    ト、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキシ
    プロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレート
    類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレート、 を含む群から選択される単量体で形成されることを特徴とする電力システム。
  42. 【請求項４２】 請求項４０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記スルホン酸モノマーは主に、 ３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレンス
    ルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−スルホ
    プロピルアクリレート、及びフッ素処理されたその誘導体、 の群から選択されるものであることを特徴とする電力システム。
  43. 【請求項４３】 請求項４０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記架橋剤は主に、 エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテ
    ル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリ
    レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメ
    タクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、アリル
    メタクリレート、 の群から選択されるものであることを特徴とする電力システム。
  44. 【請求項４４】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜は、スルホン酸基を有する架橋高分子連鎖からなり、該架
    橋高分子連鎖がメタクリレート及び架橋剤を有することを特徴とする電力システ
    ム。
  45. 【請求項４５】 請求項４４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記スルホン酸基は主に、３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパ
    ンスルホン酸、４−スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピ
    ルメタクリレート、３−スルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理されたそ
    の誘導体の群から選択され、他方、前記架橋剤は主に、エチレングリコールジビ
    ニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコー
    ルジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコ
    ールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、グリセロー
    ルジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、アリルメタクリレート及びそれら
    の混合物の群から選択されることを特徴とする電力システム。
  46. 【請求項４６】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜は、 モル濃度において約３５％〜約５０％のメタクリレートモノマーと、 モル濃度において約３０％〜約５０％のアクリレートモノマーと、 モル濃度において約２５％〜約４５％のスルホン酸モノマーと、 モル濃度において約５％〜約２０％の相容性架橋剤と、 からなることを特徴とする電力システム。
  47. 【請求項４７】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜のガラス転移温度が少なくとも約１１０℃であり、電解質
    薄膜が約１mm以下の厚さを有し、水の存在下においてほぼ安定しており、また約
    ８０℃以下の温度で動作するものであることを特徴とする電力システム。
  48. 【請求項４８】 請求項４６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に相容性可塑剤を含むことを特徴とする電力システム。
  49. 【請求項４９】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜は更に、 該電解質薄膜に一体的に設けられる多孔質支持マトリクスを有することを特徴
    とする電力システム。
  50. 【請求項５０】 請求項４９記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記多孔質支持マトリクスが、反応的に水素イオンを生成せず、また導電
    性でないことを特徴とする電力システム。
  51. 【請求項５１】 請求項４９記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記多孔質支持マトリクスが実質的に不活性で、約３０％〜約８０％の有
    孔率を有することを特徴とする電力システム。
  52. 【請求項５２】 請求項４９記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜が、支持マトリックスの多孔率と比例する陽子伝導率を有
    することを特徴とする電力システム。
  53. 【請求項５３】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記固体電解質薄膜は、 ポリメタクリレートと、 アクリレートと、 スルホン酸と、 架橋剤と、 可塑剤と、 を含むことを特徴とする電力システム。
  54. 【請求項５４】 請求項５３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ポリメタクリレートは主に、 ポリ（エチレングリコール）メタクリルレートが、主に、ポリ（プロピレング
    リコール）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタク
    リレート、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒド
    ロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリ
    レート類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレート、 を含む群から選択されるものであることを特徴とする電力システム。
  55. 【請求項５５】 請求項５３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ポリメタクリルレートが約２０重量％〜約９０重量％であることを特
    徴とする電力システム。
  56. 【請求項５６】 請求項５３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記スルホン酸は主に、 ３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレンス
    ルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−スルホ
    プロピルアクリレート、及びフッ素処理されたその誘導体、 の群から選択されるものであることを特徴とする電力システム。
  57. 【請求項５７】 請求項５６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記スルホン酸がモル濃度において約２５％〜約４５％であることを特徴
    とする電力システム。
  58. 【請求項５８】 請求項５３記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記架橋剤は主に、 エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテ
    ル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリ
    レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメ
    タクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、アリル
    メタクリレート、及びそれらの混合物と、 の群から選択されるものであることを特徴とする電力システム。
  59. 【請求項５９】 請求項５８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記架橋剤が、モル濃度において約５％〜約２０％であることを特徴とす
    る電力システム。
  60. 【請求項６０】 請求項３７記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記固体電解質薄膜は、 主に、ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコ
    ール）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレ
    ート、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキ
    シプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレー
    ト類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレートを含む群から選択される単量体単
    位である、少なくともモル濃度で約１０％〜約５０％の共重合体と、 主に、３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチ
    レンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−
    スルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理されたその誘導体の群から選択さ
    れる、少なくともモル濃度で約２５％〜約４５％の酸と、 主に、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニル
    エーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメ
    タクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコー
    ルジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、
    アリルメタクリレートの群から選択される、少なくともモル濃度で約５％〜約２
    ０％の架橋剤と、 相溶性可塑剤と、 任意最小限の多孔性と、絶縁性を有した支持マトリクスと、 を含むことを特徴とする電力システム。
  61. 【請求項６１】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記薄膜電極拡散アセンブリの各々は、 対向するアノード側及びカソード側を有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記陽子伝導性電解質薄膜に形成され、それらとイオン接触状態に置かれる触
    媒アノード及びカソード電極と、 前記アノード電極及びカソード電極上に付着され、所定の多孔性を有する非触
    媒導電性拡散層と、 を有することを特徴とする電力システム。
  62. 【請求項６２】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記非触媒導電性拡散層が、各々の電極と電気抵抗接触状態で設けられる
    第１拡散層と、下層の第１拡散層と電気抵抗接触状態で配置される第２拡散層と
    、を有することを特徴とする電力システム。
  63. 【請求項６３】 請求項６２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記非触媒導電性拡散層が、第３拡散層に担持されることを特徴とする電
    力システム。
  64. 【請求項６４】 請求項６２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記第１拡散層がバインダー樹脂内に粒子カーボンを浮遊させた被覆物で
    あり、前記第２拡散層が多孔質疎水性カーボンバック層を有することを特徴とす
    る電力システム。
  65. 【請求項６５】 請求項６４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記バインダー樹脂が実質的に疎水性であり、フッ素処理された主として
    炭化水素からなる群から選択され、第１拡散層が約２０重量％〜約９０重量％の
    粒子カーボンを有することを特徴とする電力システム。
  66. 【請求項６６】 請求項６４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記第２拡散層を形成する前記多孔質疎水性カーボンバック層は、主とし
    て、疎水化されたカーボンクロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジからなる
    群から選択されることを特徴とする電力システム。
  67. 【請求項６７】 請求項６６記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記多孔質疎水性カーボンバック層は、約９５重量％〜約９９重量％の水
    、及び約１重量％〜約５重量％の相溶性界面活性剤からなる懸濁液で覆われるこ
    とを特徴とする電力システム。
  68. 【請求項６８】 請求項６２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記第１拡散層は、各拡散層が所定の疎水性を有した複数の連続した第１
    拡散層の複合被覆体であり、前記第１拡散層が疎水性勾配を有し、該疎水性勾配
    は複合被覆体を形成する複数の層それぞれの疎水性を調節することにより変える
    ことができることを特徴とする電力システム。
  69. 【請求項６９】 請求項６８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、第２拡散層に最も近い連続層が全ての層の中で最も疎水性が低いものであ
    ることを特徴とする電力システム。
  70. 【請求項７０】 請求項６８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、第２拡散層に最も近い連続層が全ての層の中で最も疎水性が高いものであ
    ることを特徴とする電力システム。
  71. 【請求項７１】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記拡散層は可変の多孔性を有することを特徴とする電力システム。
  72. 【請求項７２】 請求項７１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記アノード電極及びカソード電極と上層の拡散層との間に位置し、拡散
    層を下層のアノード電極及びカソード電極に結合するのに有効な熱可塑性結合剤
    を有することを特徴とする電力システム。
  73. 【請求項７３】 請求項７２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記熱可塑性結合剤は、主としてポリエチレン又はワックスからなる群か
    ら選択されることを特徴とする電力システム。
  74. 【請求項７４】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記個々のアノード電極及びカソード電極は電解質を含み、該電解質及び
    前記固体陽子伝導性電解質薄膜は、スルホン酸基を含有する架橋共重合体を含む
    ことを特徴とする電力システム。
  75. 【請求項７５】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、個々の前記アノード電極及びカソード電極は、 粒子カーボンと、 触媒と、 スルホン酸の群を含有する架橋共重合体と、 を含むことを特徴とする電力システム。
  76. 【請求項７６】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、個々の前記アノード電極及びカソード電極は、 粒子カーボンと、 触媒と、 バインダー樹脂と、 スルホン酸の群を含有する架橋共重合体と、 を含むことを特徴とする電力システム。
  77. 【請求項７７】 請求項６１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、個々の前記アノード電極及びカソード電極が、ガス融合性であり、電解質
    を含み、該電解質及び前記固体陽子伝導性電解質薄膜が、スルホン酸基を有する
    架橋共重合体を含むことを特徴とする電力システム。
  78. 【請求項７８】 請求項１２記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記各集電体は、 電気的に導電性のベース基板と、 該ベース基板上に設けられ、電池の作用においてカソードの性質を呈し、酸に
    対して安定的である導電性コンタクト層と、 を有することを特徴とする電力システム。
  79. 【請求項７９】 請求項７８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に、酸素に晒したときに不動態化する保護層と電解質除外
    層とを有することを特徴とする電力システム。
  80. 【請求項８０】 請求項７８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ベース基板は主に、クロム含有ステンレス鋼、銅、ニッケルからなる
    群から選ばれ、他方、前記コンタクト層は、導電性窒化物を形成するＩＶＢ族の
    元素及びパラジウム、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウ
    ムの一つあるいは複数の被覆物からなる群から選択されることを特徴とする電力
    システム。
  81. 【請求項８１】 請求項７９記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記保護層は、主としてクロム含有ステンレス鋼の箔クラッドからなる群
    、及び周期表のＩＶＢ族から選ばれ且つ空気に晒されたとき高度に不動態化する
    五酸化物を形成する材料からなる群から選ばれることを特徴とする電力システム
    。
  82. 【請求項８２】 請求項８０記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ベース基板は約０．１１mm〜約３mmの厚さを有し、他方、前記コンタ
    クト層は約０．２μm〜約２０μmの厚さを有することを特徴とする電力システム
    。
  83. 【請求項８３】 請求項７８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ベース基板は、その中の少なくとも７０％が空き領域である一定の面
    領域を有することを特徴とする電力システム。
  84. 【請求項８４】 陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該システム
    は、 各々が、実質的に対向する個々のキャビティーを画定する水素供給フレームを
    有する複数個の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールと、 対向するアノード側及びカソード側を有し、前記各キャビティーの所定の位置
    にシール可能に設けられる薄膜電極拡散アセンブリと、 前記各キャビティー内に位置し、前記各薄膜電極拡散アセンブリの対向するア
    ノード側及びカソード側と抵抗電気接触状態で個々に並置される１対の集電体と
    、 各キャビティー内に位置し、薄膜電極拡散アセンブリ及び１対の集電体に対し
    て力を伝達するように配置される圧力伝達アセンブリと、 各キャビティーを部分的に塞ぎ、前記水素供給フレームと協働するように配置
    されるカソードカバーと、 を有することを特徴とする電力システム。
  85. 【請求項８５】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更にそれぞれのカソードカバーと圧力伝達アセンブリとの間
    に配置されるバイアスアセンブリを有し、前記圧力伝達アセンブリは平方インチ
    当り少なくとも１７５ポンドの力の印加を、薄膜電極拡散アセンブリと関連した
    集電体対との間に達成することを特徴とする電力システム。
  86. 【請求項８６】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に、カソードカバーと圧力伝達アセンブリとの間に位置す
    る圧力分散アセンブリを有することを特徴とする電力システム。
  87. 【請求項８７】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記水素供給フレームは、各キャビティーと薄膜電極拡散アセンブリのア
    ノード側に水素ガスを供給するための第１通路と、各キャビティーから不純物、
    水、未反応水素を除去するための第２通路とを画定し、他方、各カソードカバー
    及びそれぞれの圧力伝達アセンブリは、各キャビティーとそれぞれの薄膜電極拡
    散アセンブリのカソード側に空気を供給するための第３通路を画定することを特
    徴とする電力システム。
  88. 【請求項８８】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記薄膜電極拡散アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記電解質薄膜のアノード側及びカソード側とイオン接触して設けられるそれ
    ぞれの触媒アノード電極及びカソード電極と、 前記アノード電極及びカソード電極上にそれぞれ設けられ、導電性であり、最
    少限の多孔性を有する拡散層と、 からなることを特徴とする電力システム。
  89. 【請求項８９】 請求項８８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜は、モル濃度において少なくとも約２０％のスルホン酸を
    有することを特徴とする電力システム。
  90. 【請求項９０】 請求項８８記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記電解質薄膜は、 モル濃度において約３５％〜約５０％のメタクリレートモノマーと、 モル濃度において約３０％〜約５０％のアクリレートモノマーと、 モル濃度において約２５％〜約４５％のスルホン酸モノマーと、 モル濃度において約５％〜約２０％の相容性架橋剤と、 からなることを特徴とする電力システム。
  91. 【請求項９１】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、個々の前記集電体は、 少なくとも約１３％ＩＡＣＳのバルク導電性を有するベース基板と、 前記ベース基板に被覆され、不活性で、電池の作用においてカソードの性質を
    有する不動態化した酸化物被覆と、 を有することを特徴とする電力システム。
  92. 【請求項９２】 請求項９１記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記ベース基板は、その内の少なくとも約７０％が空き領域である一定の
    面領域を有することを特徴とする電力システム。
  93. 【請求項９３】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記カソードカバーは、平方インチ当り少なくとも約１００万ポンドの撓
    み率を有する基板から作られ、前記水素供給フレームは平方インチ当り約５００
    ，０００ポンドより小さい撓み率であり、平方インチ当りの圧縮耐圧が２０，０
    ００ポンドより小さい基板から作られることを特徴とする電力システム。
  94. 【請求項９４】 請求項８４記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に、 複数個の前記個別燃料電池モジュールを支持するサブラックと、 該サブラックと一体的に構成される空間部であって、該空間部は、サブラック
    に支持された各々の燃料電池モジュールに空気を送る排出端と、燃料電池モジュ
    ールを通過してきた空気とそれぞれの燃料電池モジュールの外部から入ってくる
    空気の両方を受ける取入端とを有する空間部と、 個々の前記燃料電池モジュールに前記空間部に沿って一定の方向に空気を移動
    させるように前記空間部に作動的に連結される空気移動アセンブリと、 前記空間部に作動的に連結され、それぞれの燃料電池を通過し各々の燃料電池
    モジュールに再循環する空気の量を制御する空気混合バルブと、 を有することを特徴とする電力システム。
  95. 【請求項９５】 陽子交換薄膜燃料電池電力システムであって、該システム
    は、 実質的に対向する個々のキャビティーを画定する水素供給フレームを有する複
    数個の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールであって、前記水素供給フレームが
    各々のキャビティーに水素を同時に供給することを可能とする第１通路と、各キ
    ャビティーから不純物、水、未反応水素を除去することを可能とする第２通路と
    を画定する、個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールと、 対向するアノード側とカソード側とを有し、各キャビティーの中の所定の位置
    にシール可能に設けられ、対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子
    伝導性電解質薄膜を有する薄膜電極拡散アセンブリであって、個々の触媒アノー
    ド及びカソード電極がそれぞれのアノード側及びカソード側とイオン接触状態で
    配置され、拡散層が各々のアノード電極及びカソード電極上に設けられ、該拡散
    層が導電性であり、最小限の孔のサイズを有する、薄膜電極拡散アセンブリと、 各キャビティー内に位置しそれぞれが各薄膜電極拡散アセンブリの対向するア
    ノード側及びカソード側に抵抗電気接触されて並置され、不活性で且つ電池の作
    用においてカソードの性質を有する一対の集電体と、 各キャビティー内に位置し、前記薄膜電極拡散アセンブリ及び一対の集電体に
    力を伝達するように設けられる圧力伝達アセンブリであって、該圧力伝達アセン
    ブリの本体がそれから延びる複数個の可撓性の部材を有する、圧力伝達アセンブ
    リと、 前記各キャビティーを部分的に塞ぎ、前記水素供給フレームと協働するように
    配置されるカソードカバーであって、該カソードカバーとそれぞれの圧力伝達ア
    センブリとが各キャビティー及び薄膜電極拡散アセンブリのカソード側に空気を
    送る第３通路を画定する、カソードカバーと、 前記それぞれのカソードカバーと圧力伝達アセンブリとの間に配置され、圧力
    伝達アセンブリが平方インチ当り少なくとも１７５ポンドの力の印加を、薄膜電
    極拡散アセンブリと関連した集電体対との間に達成できるバイアスアセンブリと
    、 を有することを特徴とする電力システム。
  96. 【請求項９６】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、該システムは更に、 複数個の前記個別燃料電池モジュールを支持するサブラックと、 該サブラックと一体的に構成される空間部であって、該空間部は、サブラック
    に支持される各々の前記燃料電池モジュールに空気を送る排出端と、燃料電池モ
    ジュールを通過してきた空気とそれぞれの燃料電池モジュールの外部から入って
    くる空気の両方を受ける取入端とを有する空間部と、 個々の前記燃料電池モジュールに前記空間部に沿って一定の方向に空気を移動
    させるように前記空間部に作動的に連結される空気移動アセンブリと、 前記空間部に作動的に連結され、それぞれの燃料電池を通過し各々の燃料電池
    モジュールに再循環する空気の量を制御する空気混合バルブと、 を有することを特徴とする電力システム。
  97. 【請求項９７】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記カソードカバーは、平方インチ当り少なくとも約１００万ポンドの撓
    み率を有する基板から作られ、他方、前記水素供給フレームは、平方インチ当り
    約５００，０００ポンドより小さい撓み率であり、平方インチ当りの圧縮耐圧が
    ２０，０００ポンドより小さい基板から作られることを特徴とする電力システム
    。
  98. 【請求項９８】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記固体電解質薄膜は、 主に、ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコ ール）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プ
    ロピレングリコール）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエー
    テルメタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレ
    ート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレー
    ト、アクリレート類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレートを含む群から選択
    される単量体単位である、少なくともモル濃度で約１０％〜約５０％の共重合体
    と、 主に、３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチ
    レンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−
    スルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理されたその誘導体の群から選択さ
    れる、少なくともモル濃度で約２５％〜約４５％の酸と、 主に、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニル
    エーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメ
    タクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコー
    ルジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、
    アリルメタクリレートの群から選択される、少なくともモル濃度で約５％〜約２
    ０％の架橋剤と、 相溶性可塑剤と、 任意最小限の多孔性と、絶縁性を有した支持マトリクスと、 を有することを特徴とする電力システム。
  99. 【請求項９９】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムであ
    って、前記固体陽子伝導性電解質薄膜は、 ポリメタクリレートと、 アクリレート又はメタクリレートと、 スルホン酸と、 架橋剤と、 相容性可塑剤と、 からなることを特徴とする電力システム。
  100. 【請求項１００】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムで
    あって、前記集電体は、 少なくとも約２４％ＩＡＣＳのバルク導電率を有するベース基板と、 導電性であり、電池の作用においてカソードの性質を有し、酸素に対して安定
    性があり、前記ベース基板の上のコンタクト層であって、該コンタクト層が主と
    して周期表のＩＶＢ族の元素で構成される物質からなり、更に電気的に導電性の
    窒化物を形成し得る性質を有するコンタクト層と、 を有することを特徴とする電力システム。
  101. 【請求項１０１】 請求項９５記載の陽子交換薄膜燃料電池電力システムで
    あって、前記個別燃料電池モジュールが自己加湿式であり、各々の前記薄膜電極
    拡散アセンブリが所定の面領域を持つ活性領域を有し、各々の前記個別燃料電池
    モジュールが、少なくとも直流約０．５Ｖの公称電圧のもと、活性領域１平方セ
    ンチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの電流密度を発生し、少なくとも約１
    ０．５Ｗの電気出力を発生することを特徴とする電力システム。
  102. 【請求項１０２】 電力システム収容体であって、該収容体は、 前記キャビティーを画定する収容部と、 前記キャビティー内に設けられ、キャビティー内で所定の配向の複数個の個別
    陽子交換薄膜燃料電池モジュールを支持するサブラックと、 を有することを特徴とする電力システム収容体。
  103. 【請求項１０３】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、前記
    サブラックが前方端、後方端及び上部部分、底部部分を有し、前記電力システム
    収容体が前記収容部内に設けられ前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各
    々に流体を流すように設けられ、前記水素供給アセンブリが前記後方端の近傍に
    おいて前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各々に着脱可能に連結される
    ことを特徴とする電力システム収容体。
  104. 【請求項１０４】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、前記
    サブラックが前方端、後方端及び上部部分、底部部分を有し、前記電力システム
    が、更に、前記収容部内に設けられ、前記サブラックの上部部分及び底部部分に
    流体を流すように連結される空気供給アセンブリを有することを特徴とする電力
    システム収容体。
  105. 【請求項１０５】 請求項１０４記載の電力システム収容体であって、前記
    空気供給アセンブリは更に、 各々の前記サブラックと一体的に構成される空間部であって、該空間部が、前
    記上部部分及び底部部分においてサブラックに支持された各々の燃料電池モジュ
    ールからの空気とそれぞれの燃料電池モジュールの外部からの空気とを取り込む
    取入端と、それぞれの燃料電池モジュールを通過してきた空気とそれぞれの燃料
    電池モジュールの外部から入ってくる空気の両方を供給する排出端とを有する空
    間部と、 個々の前記燃料電池モジュールに前記空間部に沿って一定の方向に空気を移動
    させるように前記空間部に作動的に連結される空気移動アセンブリと、 前記空間部と作動的に連結され、それぞれの前記燃料電池モジュールを通過し
    、各燃料電池モジュールに再循環する空気の量を制御する空気混合バルブと、 を有することを特徴とする電力システム収容体。
  106. 【請求項１０６】 請求項１０５記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールは熱エネルギーを発生し、前記電力システ
    ムが、前記空気供給アセンブリに流体が流れるように連結され、前記個別燃料電
    池モジュールの各々によって発生する熱エネルギーを捕獲する熱交換器を有する
    ことを特徴とする電力システム収容体。
  107. 【請求項１０７】 請求項１０５記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブが、前記キャビティーの取入端に対して流体の計量を選択的に調
    整可能に設けられ、前記空気移動アセンブリが、前記空間部の前記取入端と前記
    排出端の中間に設けられ、前記空気混合バルブが、それぞれの燃料電池モジュー
    ルの外部からの空気とそれぞれの燃料電池モジュールを通過してきた空気との両
    方を混合するようになっていることを特徴とする電力システム収容体。
  108. 【請求項１０８】 請求項１０５記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、 前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールに入る空気と、外部からの空気と、
    それぞれの燃料電池モジュールを通過してきた空気との温度を検知する温度セン
    サーと、 前記空気混合バルブに対して力を伝達するように設けられ、それが付勢された
    とき、第１の位置と第２の位置との間の所定移動経路に沿って前記空気混合バル
    ブを移動させ、前記所定移動経路に沿った空気混合バルブの移動により、前記個
    別陽子交換薄膜燃料電池モジュールを既に通過してきた空気への外気の選択的混
    合を可能にするアクチュエータと、 前記温度センサー及び前記アクチュエータの温度を検知するように電気的に接
    続され、前記空間部の排出端の所に供給される空気の温度を制御するように所定
    の移動経路に沿って前記空気混合バルブを動かすように前記アクチュエータを選
    択的に付勢する制御器と、 を有することを特徴とする電力システム収容体。
  109. 【請求項１０９】 請求項１０８記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブが、第１の位置に位置しているときは前記空間部に外部からの空
    気を送り、第２の位置に位置しているときはそれぞれの前記個別陽子交換薄膜燃
    料電池モジュールからの空気とそれぞれの個別陽子交換薄膜燃料電池モジュール
    を通過した空気の両方の可変混合空気を送るようになっていることを特徴とする
    電力システム収容体。
  110. 【請求項１１０】 請求項１０８記載の電力システム収容体であって、前記
    空気移動アセンブリが、可変的に調節可能な動作速度を有し、前記制御器が前記
    空気移動アセンブリの動作速度を制御するように電気的に接続されていることを
    特徴とする電力システム収容体。
  111. 【請求項１１１】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各々が電力を発生し、前記電力システム
    収容体が更に前記個別燃料電池モジュールで発生した電力を受けてこれを変換す
    る電力調整アセンブリを有することを特徴とする電力システム収容体。
  112. 【請求項１１２】 請求項１１１記載の電力システム収容体であって、前記
    電力調整アセンブリが直流電圧を交流電圧に変換するインバータを含むことを特
    徴とする電力システム収容体。
  113. 【請求項１１３】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールが熱エネルギーを発生し、前記電力システ
    ム収容体が前記個別燃料電池モジュールで発生した熱エネルギーを捕獲する熱交
    換器を有することを特徴とする電力システム収容体。
  114. 【請求項１１４】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、各々の前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールに電気的に接続さ
    れるデジタル式プログラム可能な制御器を有することを特徴とする電力システム
    収容体。
  115. 【請求項１１５】 請求項１０２記載の電力システム収容体であって、前記
    サブラックが前方端及び後方端を有し、前記電力システム収容体が更に前記サブ
    ラックの後方端の近傍に設けられる直流バスを有し、前記個別陽子交換薄膜燃料
    電池モジュールが前記直流バスに電気的に着脱可能に接続されることを特徴とす
    る電力システム収容体。
  116. 【請求項１１６】 電力システム収容体であって、 キャビティーを画定する収容部と、 前記キャビティー内に設けられ、前方端、後方端、上部部分及び底部部分を有
    し、前記キャビティーで一定の配向の複数個の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュ
    ールを支持するサブラックと、 前記収容部の前記キャビティー内に設けられ、前記個別陽子交換薄膜燃料電池
    モジュールの各々に流体を流すように設けられる水素供給アセンブリと、 前記収容部の前記キャビティー内に設けられ、前記サブラックと作動的に連結
    され、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各々に空気を供給する空気供
    給アセンブリと、 を有することを特徴とする電力システム収容体。
  117. 【請求項１１７】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの各々が電力を発生し、前記電力システム
    収容体が前記個別燃料電池モジュールが発生した電力を受けてこれを変換する電
    力調整アセンブリを有することをことを特徴とする電力システム収容体。
  118. 【請求項１１８】 請求項１１７記載の電力システム収容体であって、前記
    電力調整アセンブリが、 直流電圧を交流電圧に変換するインバータを有することを特徴とする電力シス
    テム収容体。
  119. 【請求項１１９】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールが熱エネルギーを発生し、前記電力システ
    ム収容体が、前記個別燃料電池モジュールの各々によって発生する熱エネルギー
    を捕獲する熱交換器を有することを特徴とする電力システム収容体。
  120. 【請求項１２０】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれと電気的に接続さ
    れるデジタル式プラグラム可能な制御器を有していることを特徴とする収容体。
  121. 【請求項１２１】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、該シ
    ステムは更に、前記サブラックの後方端の近傍に装着される直流バスを有し、前
    記個別陽子交換薄膜燃料電池が前記直流バスと着脱可能に電気的に接続されるこ
    とを特徴とする収容体。
  122. 【請求項１２２】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、前記
    空気供給アセンブリは更に、 前記サブラックのそれぞれと一体的に形成され、サブラックによって支持され
    る陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれに対して、サブラックの上部部分
    と底部部分との間の場所において、空気を供給する排出端と、前記陽子交換薄膜
    燃料電池モジュールのそれぞれを通過してきた空気と、それぞれの陽子交換薄膜
    燃料電池モジュールの外部から入ってきた空気の両方とを受け入れる取入端とを
    有する空間部と、 空気を前記空間部の取入端から排出端まで移動させるための、前記空間部に作
    動的に接続される空気移動アセンブリと、 前記空間部に作動的に接続され、各燃料電池を通過して、燃料電池モジュール
    のそれぞれに再循環される空気の量を制御する空気混合バルブと、 を有することを特徴とする収容体。
  123. 【請求項１２３】 請求項１２２記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブは前記空間部の取入端に対して、選択的に流量調節可能な状態で
    設けられ、前記空気移動アセンブリは空間部の取入端と排出端の中間に設けられ
    、前記空気混合バルブがそれぞれの個別燃料電池モジュールの外部から入ってき
    た空気と個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれを通過してきた空気と
    を混合することを特徴とする収容体。
  124. 【請求項１２４】 請求項１２３記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、 前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールに入ってくる空気の温度と、外部の
    空気の温度と、個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれを通過してきた
    空気の温度とを検知するための温度センサーと、 前記空気混合バルブに力を伝達可能な状態で設けられ、それが付勢されたとき
    、前記空気混合バルブを所定の変動過程に沿って、第１の位置から第２の位置へ
    移動し、前記所定の変動過程に沿った空気混合バルブの移動により、外部から取
    り入れた空気の各陽子交換薄膜燃料電池モジュールを既に通過してきた空気への
    選択的混合を容易とするアクチュエータと、 前記温度センサーとアクチュエータに対して検出可能な状態で電気的に接続さ
    れ、前記空間部の排出端へ供給される空気の温度を制御するのに、所定の変動過
    程に沿って前記空気混合バルブを動かすために、前記アクチュエータを選択的に
    付勢する制御器と、 を有することを特徴とする収容体。
  125. 【請求項１２５】 請求項１２４記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブは、それが第１の位置にあるときは、外部の空気を空間部に供給
    し、他方、第２の位置にあるときは、空気混合バルブは、各個別陽子交換薄膜燃
    料電池モジュールの外部から取り入れられた空気と各陽子交換薄膜燃料電池モジ
    ュールのそれぞれを通過してきた空気との両方の可変混合空気を供給することを
    特徴とする収容体。
  126. 【請求項１２６】 請求項１２４記載の電力システム収容体であって、前記
    空気移動アセンブリは可変調節可能な動作速度を有し、該空気移動アセンブリの
    動作速度を制御するために、前記制御器が空気移動アセンブリに対して制御可能
    に電気的に接続されていることを特徴とする収容体。
  127. 【請求項１２７】 請求項１１６記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールは熱エネルギーを発生し、前記電力システ
    ムは前記空気供給アセンブリに対して流体移動可能に接続され、前記個別陽子交
    換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれによって発生した熱エネルギーを捕獲する
    熱交換器を有することを特徴とする収容体。
  128. 【請求項１２８】 電力システム収容体であって、該収容体は、 キャビティーを画定する収容部と、 前記キャビティーに装着され、前方端及び後方端、上部部分及び底部部分を有
    し、前記キャビティー内に複数の個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールを所定の
    方向に支持し、前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれは直流電圧を発
    生し、その上部部分及び底部部分が前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールの
    それぞれに対して流体移動可能に接続されているサブラックと、 収容部のキャビティーに受け入れられ、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュ
    ールのそれぞれと流体移動可能に設けられ、前記サブラックの後方端の近傍にお
    いて、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれと作動的に接続され
    る水素供給アセンブリと、 前記収容部に受け入れられ、前記サブラックの上部部分と底部部分に対して流
    体移動可能に接続され、前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれに空気
    を供給し、前記サブラックの前記上部部分と底部部分との中間に位置し前記個別
    陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれに空気を供給する排出端と、前記サ
    ブラックの上部部分と底部部分のところで接続され、前記各陽子交換薄膜燃料電
    池モジュールを通過してきた空気と各陽子交換薄膜燃料電池モジュールの外部か
    ら入ってきた空気の両方を受ける取入端とを有する空間部とを含む空気供給アセ
    ンブリと、 空気を前記空間部に沿って所定の方向で前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュ
    ールに向けて移動させるための、前記空間部に作動的に接続される空気移動アセ
    ンブリと、 前記空間部に作動的に接続され、前記各陽子交換薄膜燃料電池モジュールを通
    過してき空気で、前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれに再供給する
    空気の量を制御する空気混合バルブと、 前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれと電気的に接続され、直流を
    交流に変換するインバータと、 を有することを特徴とする収容体。
  129. 【請求項１２９】 請求項１２８記載の電力システム収容体であって、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールは熱エネルギーを発生し、前記収容体は、
    個別燃料電池モジュールが発生した熱エネルギーを捕獲するための熱交換器を有
    することを特徴とする収容体。
  130. 【請求項１３０】 請求項１２８記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれと電気的に接
    続されるデジタル式プログラム可能な制御器を有することを特徴とする収容体。
  131. 【請求項１３１】 請求項１２８記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、前記サブラックの後方端の近傍に装着される直流バスを有し、前記
    個別陽子交換薄膜燃料電池が前記直流バスと着脱可能に電気的に接続されること
    を特徴とする収容体。
  132. 【請求項１３２】 請求項１２８記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブは前記空間部の取入端に対して、選択的に流量調節可能な状態で
    設けられ、前記空気移動アセンブリは空間部の取入端と排出端の中間に設けられ
    、前記空気混合バルブがそれぞれの個別燃料電池モジュールの外部から入ってき
    た空気と個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれを通過してきた空気と
    を混合することを特徴とする収容体。
  133. 【請求項１３３】 請求項１３２記載の電力システム収容体であって、該収
    容体は更に、 前記個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールに入ってくる空気の温度と、外部の
    空気の温度と、個別陽子交換薄膜燃料電池モジュールのそれぞれを通過してきた
    空気の温度とを検知するための温度センサーと、 前記空気混合バルブに力を伝達可能な状態で設けられ、それが付勢されたとき
    、前記空気混合バルブを所定の変動過程に沿って、第１の位置から第２の位置へ
    移動し、前記所定の変動過程に沿った空気混合バルブの移動により、外部から取
    り入れた空気を各陽子交換薄膜燃料電池モジュールを既に通過してきた空気へ選
    択的に混合することを容易とするアクチュエータと、 前記温度センサーとアクチュエータに対して検出可能な状態で電気的に接続さ
    れ、前記空間部の排出端へ供給される空気の温度を制御するのに、所定の変動過
    程に沿って前記空気混合バルブを動かすために、前記アクチュエータを選択的に
    付勢する制御器と、 を有することを特徴とする収容体。
  134. 【請求項１３４】 請求項１３３記載の電力システム収容体であって、前記
    空気混合バルブは、それが第１の位置にあるときは、外部の空気を空間部に供給
    し、他方、第２の位置にあるときは、前記空気混合バルブは、各個別陽子交換薄
    膜燃料電池モジュールの外部から取り入れた空気と各陽子交換薄膜燃料電池モジ
    ュールのそれぞれを通過してきた空気との両方の可変混合空気を供給することを
    特徴とする収容体。
  135. 【請求項１３５】 請求項１３３記載の電力システム収容体であって、前記
    空気移動アセンブリは可変に調節可能な動作速度を有し、該空気移動アセンブリ
    の動作速度を制御するために、前記制御器が空気移動アセンブリに対して制御可
    能に電気的に接続されていることを特徴とする収容体。
  136. 【請求項１３６】 陽子交換薄膜燃料電池モジュールであって、該モジュー
    ルは、 個別であって、ほぼ対向した一対のキャビティーを画定する水素供給フレーム
    と、 前記水素供給フレームによって画定されるキャビティーのそれぞれに封止状態
    で装着され、それぞれが対向するアノード側とカソード側とを有する薄膜電極拡
    散アセンブリと、 前記各薄膜電極拡散アセンブリの対向するアノード側とカソード側に抵抗電気
    接触状態で並置される一対の集電体とを有し、前記陽子交換薄膜燃料電池モジュ
    ールは自己加湿式であると共に所定量の熱エネルギーを発生し、前記陽子交換薄
    膜燃料電池モジュールはカソード空気流を有し、発生した熱エネルギーが優位と
    なるのを前記カソード空気流によって前記陽子交換薄膜燃料電池モジュールから
    除去されることを特徴とする収容体。
  137. 【請求項１３７】 請求項１３６記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、該モジュールは更に、前記水素供給フレームによって画定されるキャビ
    ティーのそれぞれと一致協働する力付加アセンブリを有し、該力付加アセンブリ
    は、 前記水素供給フレームのそれぞれのキャビティーを部分的に覆うカソードカバ
    ーであって、それぞれのカソードカバーは相互にそして前記水素供給フレームと
    それぞれ係脱自在に協働するカソードカバーと、 前記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側と抵抗接触状態で設けられた集電体
    に対し並置される圧力伝達アセンブリと、 前記圧力伝達アセンブリに対して並置される圧力拡散アセンブリと、 前記カソードカバーと圧力拡散アセンブリとの間に方向付けられるバイアスア
    センブリとを有し、前記圧力伝達アセンブリは前記薄膜電極拡散アセンブリとそ
    れに関連した一対の集電体との間に平方インチ当り少なくとも約１７５ポンドの
    力を作用させることを特徴とする燃料電池モジュール。
  138. 【請求項１３８】 請求項１３７記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力拡散アセンブリは、 実質的に非圧縮性で変形可能な基板と、 前記非圧縮性基板の上に設けられる圧縮性基板とからなり、該圧縮性基板が前
    記圧力伝達アセンブリに接していることを特徴とする燃料電池モジュール。
  139. 【請求項１３９】 請求項１３８記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力拡散アセンブリは、接しているカソードカバーからの力の拡散
    を容易にすることを特徴とする燃料電池モジュール。
  140. 【請求項１４０】 請求項１３７記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、各カソードカバーは平方インチ当り少なくとも１００万ポンドの可撓率
    を有する基板で形成され、前記水素供給フレームは平方インチ当りの可撓率が約
    ５００，０００ポンドより小さく、且つ平方インチ当りの圧縮耐力が約２０，０
    ００ポンドより小さい基板から形成されることを特徴とする燃料電池モジュール
    。
  141. 【請求項１４１】 請求項１３７記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記バイアスアセンブリは、接しているカソードカバーと圧力拡散アセ
    ンブリと一致協働する金属性波形スプリングを有することを特徴とする燃料電池
    モジュール。
  142. 【請求項１４２】 請求項１３７記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記水素供給フレームは更に水素ガスを前記キャビティーのそれぞれと
    前記薄膜電極拡散アセンブリのアノード側に供給する第１通路と、前記キャビテ
    ィーのそれぞれから不純物、水、未反応の水素ガスを除去することを容易にする
    第２通路とを画定し、また、カソードカバーのそれぞれとそれぞれの力付加アセ
    ンブリは空気を前記キャビティーのそれぞれと前記各薄膜電極拡散アセンブリの
    カソード側に供給する第３通路を画定することを特徴とする燃料電池モジュール
    。
  143. 【請求項１４３】 請求項１４２記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力伝達アセンブリは、隣の集電体とそれに接しているカソードカ
    バーとの間に所定の空間領域を画定し、該空間領域は一部に前記第３通路を画定
    し、前記バイアスアセンブリは前記各カソードカバーによって伝達される力を前
    記圧力板のそれぞれの第２表面上にほぼ均一に分散することを特徴とする燃料電
    池モジュール。
  144. 【請求項１４４】 請求項１４２記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記水素ガスは前記第１通路によって圧力が約１ＰＳＩＧ〜１０ＰＳＩ
    Ｇのもとで前記水素供給フレームのキャビティーのそれぞれに供給され、また、
    空気は大気圧より高い圧力のもとで供給されることを特徴とする燃料電池モジュ
    ール。
  145. 【請求項１４５】 請求項１３７記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力伝達アセンブリは、対向する端部、上部及び底部面を有する長
    手状の本体部を有し、前記本体部からその底部面に近い位置から複数の可撓部材
    が延び出ていることを特徴とする燃料電池モジュール。
  146. 【請求項１４６】 請求項１３６記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記薄膜電極拡散アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側を有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記電解質薄膜のアノード側とカソード側のそれぞれとイオン接触状態で設け
    られる各触媒アノード電極とカソード電極と、 前記アノード電極とカソード電極に担持され、電気的に導電性であり、所定の
    多孔性を有する拡散層と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  147. 【請求項１４７】 請求項１４６記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記拡散層は、 各アノード電極とカソード電極に担持され、それぞれの電極と抵抗接触状態で
    設けられ、電気的に導電性であり、所定の孔サイズを有する第１拡散層と、 前記第１拡散層上に担持され、下に位置する前記第１拡散層と抵抗接触状態に
    設けられ、電気的に導電性であり、前記第１拡散層の所定孔サイズよいも大きい
    孔サイズを有する第２拡散層と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  148. 【請求項１４８】 請求項１４６記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記電解質薄膜は、スルホン酸を少なくともモル濃度約２０％含有する
    ことを特徴とする燃料電池モジュール。
  149. 【請求項１４９】 請求項１４６記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記電解質薄膜はスルホン酸基を有する架橋高分子連鎖を有することを
    特徴とする燃料電池モジュール。
  150. 【請求項１５０】 陽子交換薄膜燃料電池モジュールであって、該燃料電池
    モジュールは、 一対のキャビティーを画定する水素供給フレームと、 対向するアノード側とカソード側を有し、前記水素供給フレーム上に封止状態
    で装着され、前記水素供給フレームによって画定されるキャビティーのそれぞれ
    内に一定の方向をもって設けられる薄膜電極拡散アセンブリであって、前記水素
    供給フレームがそれぞれの薄膜電極拡散アセンブリを互いに所定の間隔を置いて
    ほぼ平行な状態に配置し、対向するアノード側とカソード側を有する固体陽子伝
    導性電解質薄膜と、前記電解質薄膜のアノード側とカソード側のそれぞれとイオ
    ン接触状態で設けられる各触媒アノード電極とカソード電極と、前記アノード電
    極とカソード電極に担持され、電気的に導電性であり、所定の多孔性を有する拡
    散層とを有する薄膜電極拡散アセンブリと、 前記各薄膜電極拡散アセンブリの対向するアノード側とカソード側に抵抗接触
    状態でそれぞれ並置される一対の集電体と、 前記各薄膜電極拡散アセンブリと前記水素供給フレームによって画定される各
    キャビティー内に受け入れられる関連した前記一対の集電体に対して力を伝達可
    能な状態で設けられる圧力伝達アセンブリと、 前記水素供給フレームのキャビティーのそれぞれを部分的に覆い、前記水素供
    給フレーム及び前記圧力伝達アセンブリと一致協働するカソードカバーと、 前記カソードカバー及び隣接する前記圧力伝達アセンブリの中間に配置される
    バイアス部材と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  151. 【請求項１５１】 請求項１５０記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、該モジュールは更に圧力供給アセンブリを有し、該アセンブリは、 ほぼ非圧縮性であり、且つ可撓性の基板と、 前記非圧縮性基板上に設けられ、前記圧力伝達アセンブリに対して並置される
    圧縮性基板と、 を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  152. 【請求項１５２】 請求項１５１記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記非圧縮性基板は金属基板から形成され、また、前記圧縮性基板は熱
    可塑性発泡体から形成されることを特徴とする燃料電池モジュール。
  153. 【請求項１５３】 請求項１５２記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記バイアス部材は、接しているカソードカバーと一致協働し、前記圧
    力伝達アセンブリの非圧縮性基板に強制的に係合する複数個の金属波形スプリン
    グを有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  154. 【請求項１５４】 請求項１５０記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記カソードカバーのそれぞれは、平方インチ当り少なくとも１００万
    ポンドの可撓率を有する基板で形成され、他方、前記水素供給フレームは平方イ
    ンチ当りの可撓率が約５００，０００ポンドより小さく、且つ平方インチ当りの
    圧縮耐力が約２０，０００ポンドより小さい基板から形成されることを特徴とす
    る燃料電池モジュール。
  155. 【請求項１５５】 請求項１５０記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記水素供給フレームは更に水素ガスを前記キャビティーのそれぞれと
    前記薄膜電極拡散アセンブリのアノード側に供給する第１通路と、前記キャビテ
    ィーのそれぞれから不純物、水、未反応の水素ガスを除去することを容易にする
    第２通路とを画定し、また、カソードカバーのそれぞれとそれぞれの圧力伝達ア
    センブリは空気を前記キャビティーのそれぞれと前記各薄膜電極拡散アセンブリ
    のカソード側に供給する第３通路を画定することを特徴とする燃料電池モジュー
    ル。
  156. 【請求項１５６】 請求項１５５記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力伝達アセンブリは、隣の集電体と接しているカソードカバーと
    の間に所定の空間領域を画定し、該空間領域は一部に前記第３通路を画定し、前
    記バイアス部材は、前記各カソードカバーによって伝達される力を接している集
    電体の別々の場所に分散するように、前記圧力伝達アセンブリと協働することを
    特徴とする燃料電池モジュール。
  157. 【請求項１５７】 請求項１５５記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記水素ガスは前記第１通路によって圧力が約１ＰＳＩＧ〜１０ＰＳＩ
    Ｇのもとで前記水素供給フレームのキャビティーのそれぞれに供給され、また、
    空気は大気圧より高い圧力のもとで供給されることを特徴とする燃料電池モジュ
    ール。
  158. 【請求項１５８】 請求項１５０記載の陽子交換薄膜燃料電池モジュールで
    あって、前記圧力伝達アセンブリは、長手本体部と、これから延び出した複数の
    変形可能部材とを有することを特徴とする燃料電池モジュール。
  159. 【請求項１５９】 陽子交換薄膜燃料電池モジュールであって、該モジュー
    ルは、 多数対のそれぞれが対向したキャビティーを画定し、更に、水素ガス源の各キ
    ャビティーへの供給を容易にする第１通路と、各キャビティーから未反応水素ガ
    ス、水、不純物の除去を容易にする第２通路とを画定する水素供給フレームと、 対向するアノード側とカソード側を有し、前記水素供給フレーム上に封止状態
    で装着され、前記各キャビティー内に配置される薄膜電極拡散アセンブリであっ
    て、該アセンブリは、少なくともモル濃度で約２０％のスルホン酸を含有する、
    対向するアノード側とカソード側とを持つ固体陽子伝導性電解質薄膜と、前記電
    解質薄膜のアノード側とカソード側にそれぞれイオン接触状態で設けられるそれ
    ぞれのアノード電極とカソード電極と、前記アノード電極とカソード電極のそれ
    ぞれに担持される拡散層とを有する薄膜電極拡散アセンブリと、 前記アノード電極とカソード電極のそれぞれに担持される前記拡散層と抵抗接
    触状態にそれぞれが並置される一対の集電体であって、該集電体のそれぞれは、
    電気的に導電性のベース基板と、該ベース基板上のコンタクト層とを有し、各集
    電体は少なくとも約７０％が空き領域である所定の表面領域を有する一対の集電
    体と、 前記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側と抵抗接触状態に方向付けられ、前
    記集電体に対して並置される圧力伝達アセンブリであって、該アセンブリは、上
    部面及び底部面を有する長手本体部と、その底部面から下側に向かって延び、前
    記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側と抵抗接触状態に配置される集電体に強
    制的に係合する複数の弾性部材とを有し、前記圧力伝達アセンブリはその一部に
    、前記薄膜電極拡散アセンブリのカソード側への空気の供給を容易とする第３通
    路を画定する圧力伝達アセンブリと、 前記各キャビティーに対して部分的にそれを覆うような関係に設けられ、前記
    圧力伝達アセンブリと一致協働するカソードカバーであって、該カソードカバー
    は、その一部に第３通路を画定し、それぞれのカソードカバーは互いにそして前
    記水素供給フレームと一致係合するカソードカバーと、 前記各カソードカバーと前記圧力伝達アセンブリとの間に配置されるバイアス
    アセンブリであって、該バイアスアセンブリは、力伝達アセンブリの手段によっ
    て、ほぼ均一な力を伝達し、その結果、平方インチ当り少なくとも約１７５ポン
    ドの力が各薄膜電極拡散アセンブリと関連する対の集電体の間に発生するバイア
    スアセンブリと、 を有することを特徴とする陽子交換薄膜燃料電池モジュール。
  160. 【請求項１６０】 薄膜電極拡散アセンブリであって、該アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記陽子伝導性電解質薄膜上に形成され、それとイオン接触状態にある各触媒
    アノード電極とカソード電極と、 前記アノード電極とカソード電極に担持され、所定の多孔性を有する非触媒の
    電気的に導電性の拡散層と、 を有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  161. 【請求項１６１】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記非触媒導電性拡散層は、前記電極と抵抗接触状態に配置される第１拡散層と
    、下に位置する前記第１拡散層と抵抗接触状態に配置される第２拡散層とを有す
    ることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  162. 【請求項１６２】 請求項１６１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はバインダー樹脂に浮遊の粒子カーボンの層を有し、他方、前記
    第２拡散層は多孔質疎水性バック層を有することを特徴とする薄膜電極拡散アセ
    ンブリ。
  163. 【請求項１６３】 請求項１６２記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記バインダー樹脂は実質的に疎水性であり基本的にパーフルオロ炭化水素から
    なる群から選択されるものであり、また、前記第１拡散層は約２０重量％〜約９
    ０重量％の粒子カーボンを有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  164. 【請求項１６４】 請求項１６１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層を形成する多孔質疎水性バック層は、基本的に疎水性とされたカ
    ーボンクロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジの群から選択されることを特
    徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  165. 【請求項１６５】 請求項１６４記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記疎水性バック層は約９５重量％〜約９９重量％の水と、約１重量％〜約５重
    量％の界面活性剤を含有する液状サスペンションで被覆されることを特徴とする
    薄膜電極拡散アセンブリ。
  166. 【請求項１６６】 請求項１６１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はそれぞれの層が所定の疎水性を有する第１拡散層の連続した複
    数の層から形成される複合被覆体であり、また、前記第１拡散層は前記複合被覆
    体を形成する複数の層の疎水性を調節することにより達成される疎水性勾配を有
    することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  167. 【請求項１６７】 請求項１６６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が小
    さいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  168. 【請求項１６８】 請求項１６６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が大
    きいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  169. 【請求項１６９】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記非触媒導電性拡散層は第３拡散層に担持されることを特徴とする薄膜電極拡
    散アセンブリ。
  170. 【請求項１７０】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記拡散層の多孔性は可変であることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  171. 【請求項１７１】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記アノード電極、カソード電極とその上に位置する拡散層との間に熱可塑性接
    着剤が設けられ、該接着剤は前記拡散層を下に位置するアノード電極及びカソー
    ド電極に有効的に接着することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  172. 【請求項１７２】 請求項１７１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記熱可塑性結合剤は主にポリエチレン又はワックスからなる群から選択される
    ことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  173. 【請求項１７３】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極は電解質を有し、該電解質と前記固体陽子伝
    導性電解質薄膜は、スルホン酸基を有した架橋共重合体を有することを特徴とす
    る薄膜電極拡散アセンブリ。
  174. 【請求項１７４】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極は、 粒子カーボンと、 触媒と、 スルホン酸基を有する架橋共重合体と、 を有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  175. 【請求項１７５】 請求項１６０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極はガス拡散体であると共に電解質を有し、前
    記電解質と前記固体陽子伝導性薄膜はスルホン酸基を有する架橋共重合体を有す
    ることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  176. 【請求項１７６】 薄膜電極拡散アセンブリであって、該アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記陽子伝導性電解質薄膜上に形成され、それらとイオン接触する各触媒アノ
    ード電極とカソード電極と、 前記アノード電極及びカソード電極に担持され、所定の多孔性を有する非触媒
    導電性拡散層とを有し、該非触媒導電性拡散層は、前記電極のそれぞれと抵抗接
    触状態に配置される第１拡散層と、下に位置する第１拡散層と抵抗接触状態に配
    置される第２拡散層とを有し、前記拡散層はその多孔性が可変であることを特徴
    とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  177. 【請求項１７７】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はバインダー樹脂に浮遊の粒子カーボンの被覆からなり、前記第
    ２拡散層は多孔質疎水性カーボンバック層からなることを特徴とする薄膜電極拡
    散アセンブリ。
  178. 【請求項１７８】 請求項１７７記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記バインダー樹脂は実質的に疎水性であり、基本的にフッ素処理された炭化水
    素類からなる群から選択され、前記第１拡散層は粒子カーボンを約２０重量％〜
    約９０重量％有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  179. 【請求項１７９】 請求項１７７記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層を形成する多孔質疎水性バック層は主に疎水化されたカーボンク
    ロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジの群から選択されることを特徴とする
    薄膜電極拡散アセンブリ。
  180. 【請求項１８０】 請求項１７９記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記疎水性バック層は約９５重量％〜約９９重量％の水と、約１重量％〜約５重
    量％の界面活性剤を含有する液状サスペンションで被覆されることを特徴とする
    薄膜電極拡散アセンブリ。
  181. 【請求項１８１】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はそれぞれの層が所定の疎水性を有する第１拡散層の連続した複
    数の層から形成される複合被覆体であり、また、前記第１拡散層は前記複合被覆
    体を形成する複数の層の疎水性を調節することにより達成される疎水性勾配を有
    することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  182. 【請求項１８２】 請求項１８１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が小
    さいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  183. 【請求項１８３】 請求項１８１記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が大
    きいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  184. 【請求項１８４】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記アノード電極、カソード電極とその上に位置する拡散層との間に熱可塑性結
    合剤が設けられ、該結合剤は前記拡散層をその下に位置するアノード電極及びカ
    ソード電極に有効的に結合することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  185. 【請求項１８５】 請求項１８４記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記熱可塑性結合剤は主にポリエチレン又はワックスからなる群から選択される
    ことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  186. 【請求項１８６】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極は電解質を有し、該電解質と前記固体陽子伝
    導性電解質薄膜は、スルホン酸基を有した架橋共重合体を有することを特徴とす
    る薄膜電極拡散アセンブリ。
  187. 【請求項１８７】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極は、 粒子カーボンと、 触媒と、 スルホン酸基を有する架橋共重合体と、 を有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  188. 【請求項１８８】 請求項１７６記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記各アノード電極とカソード電極はガス拡散体であると共に電解質を有し、前
    記電解質と前記固体陽子伝導性薄膜はスルホン酸基を有する架橋共重合体を有す
    ることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  189. 【請求項１８９】 薄膜電極拡散アセンブリであって、該アセンブリは、 対向するアノード側とカソード側とを有する固体陽子伝導性電解質薄膜と、 前記陽子伝導性電解質薄膜上に形成され、それらとイオン接触する各触媒アノ
    ード電極とカソード電極と、 前記アノード電極及びカソード電極に担持され、所定の多孔性を有する非触媒
    導電性拡散層であって、該非触媒導電性拡散層は、前記電極のそれぞれと抵抗接
    触状態に配置されると共に疎水性勾配を有する第１拡散層と、下に位置する第１
    拡散層と抵抗接触状態に配置される第２拡散層とを有し、前記拡散層はその多孔
    性が可変である非触媒導電性拡散層と、 前記アノード電極、カソード電極とその上に位置する拡散層との間に設けられ
    る熱可塑性結合剤であって、該結合剤は前記拡散層をその下に位置するアノード
    電極及びカソード電極に有効的に結合する熱可塑性接着剤と、 を有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  190. 【請求項１９０】 請求項１８９記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はバインダー樹脂に浮遊の粒子カーボンの被覆からなり、前記第
    ２拡散層は多孔質疎水性カーボンバック層からなることを特徴とする薄膜電極拡
    散アセンブリ。
  191. 【請求項１９１】 請求項１９０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記バインダー樹脂は実質的に疎水性であり、基本的にフッ素処理された炭化水
    素類からなる群から選択され、前記第１拡散層は粒子カーボンを約２０重量％〜
    約９０重量％有することを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  192. 【請求項１９２】 請求項１９０記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層を形成する多孔質疎水性バック層は主に疎水化されたカーボンク
    ロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジの群から選択されることを特徴とする
    薄膜電極拡散アセンブリ。
  193. 【請求項１９３】 請求項１９２記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記疎水性バック層は約９５重量％〜約９９重量％の水と、約１重量％〜約５重
    量％のアルコール、約１重量％〜約５重量％の相溶性界面活性剤を含有する液状
    サスペンションで被覆されることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  194. 【請求項１９４】 請求項１９２記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第１拡散層はそれぞれの層が所定の疎水性を有する第１拡散層の連続した複
    数の層から形成される複合被覆体であり、連続した層のそれぞれは所定の疎水性
    を有し、前記複合被覆体を形成する前記連続した複数の層の疎水性を調節するこ
    とにより疎水性勾配が達成されることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  195. 【請求項１９５】 請求項１９４記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が小
    さいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  196. 【請求項１９６】 請求項１９４記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記第２拡散層に最も近い連続した層が全ての連続した層の中で最も疎水性が大
    きいことを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  197. 【請求項１９７】 請求項１８９記載の薄膜電極拡散アセンブリであって、
    前記拡散層の多孔性は可変であることを特徴とする薄膜電極拡散アセンブリ。
  198. 【請求項１９８】 電解質薄膜であって、該薄膜は、 スルホン酸基を有する架橋高分子連鎖を有することを特徴とする電解質薄膜。
  199. 【請求項１９９】 請求項１９８記載の電解質薄膜であって、前記架橋高分
    子連鎖は、主に、 ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）
    メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレート、
    ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキシプロ
    ピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレート類似
    体、４−ヒドロキシブチルアクリレート、 を含む群から選択される単量体単位から形成されることを特徴とする電解質薄膜
    。
  200. 【請求項２００】 請求項１９８記載の電解質薄膜であって、前記スルホン
    酸基は、主に、 ３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレンス
    ルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−スルホ
    プロピルアクリレート、及びフッ素処理された誘導体、 の群から選択されることを特徴とする電解質薄膜。
  201. 【請求項２０１】 請求項１９８記載の電解質薄膜であって、該電解質薄膜
    は更に、主に、 エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテ
    ル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリ
    レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチレングリコールジメ
    タクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、アリル
    メタクリレート、 の群から選択される架橋剤を有することを特徴とする電解質薄膜。
  202. 【請求項２０２】 電解質薄膜であって、該薄膜は、 スルホン酸基を有する架橋共重合体連鎖を有し、該架橋共重合体はメタクリレ
    ートと架橋剤とからなることを特徴とする電解質薄膜。
  203. 【請求項２０３】 請求項２０２記載の電解質薄膜であって、前記スルホン
    酸基は、主に、３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４
    −スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート
    、３−スルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理された誘導体の群から選択
    され、他方、前記架橋剤は主に、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチ
    レングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、
    エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート
    、トリエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、
    ジアリルオキシ酢酸塩、アリルメタクリレートの群から選択されることを特徴と
    する電解質薄膜。
  204. 【請求項２０４】 電解質薄膜であって、該薄膜は、 モル濃度で約３５％〜約５０％のメタクリル酸単量体と、 モル濃度で約３０％〜約５０％のアクリル酸単量体と、 モル濃度で約２５％〜約４５％のスルホン酸と、 モル濃度で約５％〜約２０％の相溶性架橋剤と、 からなることを特徴とする電解質薄膜。
  205. 【請求項２０５】 請求項２０４記載の電解質薄膜であって、前記電解質薄
    膜のガラス転移温度は約１１０℃より高く、その厚さは１mmより薄く、水の存在
    下においてほぼ安定しており、そして約８０℃以下の温度で動作するものである
    ことを特徴とする電解質薄膜。
  206. 【請求項２０６】 請求項２０４記載の電解質薄膜であって、該薄膜は更に
    、相溶性可塑剤を有することを特徴とする電解質薄膜。
  207. 【請求項２０７】 請求項２０４記載の電解質薄膜であって、前記電解質薄
    膜は更に、 前記電解質薄膜と一体的に形成される多孔性支持マトリクスを有することを特
    徴とする電解質薄膜。
  208. 【請求項２０８】 請求項２０７記載の電解質薄膜であって、前記多孔質支
    持マトリクスは水素イオンを反応しては発生せず、絶縁性を示すことを特徴とす
    る電解質薄膜。
  209. 【請求項２０９】 請求項２０７記載の電解質薄膜であって、前記多孔質支
    持マトリクスはほぼ不活性であり、その多孔性は約３０％〜約８０％であること
    を特徴とする電解質薄膜。
  210. 【請求項２１０】 請求項２０９記載の電解質薄膜であって、前記電解質薄
    膜は、前記支持マトリクスの多孔性に比例した所定の陽子伝導性を有することを
    特徴とする電解質薄膜。
  211. 【請求項２１１】 電解質薄膜であって、該薄膜は、 ポリメタクリレートと、 アクリレート又はメタクリレートと、 スルホン酸と、 架橋剤と、 相溶性可塑剤と、 からなることを特徴とする電解質薄膜。
  212. 【請求項２１２】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記ポリメタ
    クリレートは、主に、 ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）
    メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレート、
    ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキシプロ
    ピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレート類似
    体、４−ヒドロキシブチルアクリレート、 を含む群から選択されることを特徴とする電解質薄膜。
  213. 【請求項２１３】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記ポリメタ
    クリレートは約２０重量％〜約９０重量％であることを特徴とする電解質薄膜。
  214. 【請求項２１４】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記スルホン
    酸は、主に、 ３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレンス
    ルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−スルホ
    プロピルアクリレート、及びフッ素処理された誘導体、 の群から選択されることを特徴とする電解質薄膜。
  215. 【請求項２１５】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記スルホン
    酸はモル濃度で約２５％〜約４５％であることを特徴とする電解質薄膜。
  216. 【請求項２１６】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記架橋剤は
    、主に、 エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテ
    ル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリ
    レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメ
    タクリレート、グリセロールジメタクリレート、及びそれらの混合体、 の群から選択されることを特徴とする電解質薄膜。
  217. 【請求項２１７】 請求項２１１記載の電解質薄膜であって、前記架橋剤は
    モル濃度で約５％〜約２０％であることを特徴とする電解質薄膜。
  218. 【請求項２１８】 電解質薄膜であって、該薄膜は、 主にポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ポリ（プロピレングリコー
    ル）メタクリレート、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレー
    ト、ポリ（プロピレングリコール）メチルエーテルメタクリレート、ヒドロキシ
    プロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレート
    類似体、４−ヒドロキシブチルアクリレートを含む群から選択される単量体を有
    する、モル濃度で少なくとも約１０％〜約５０％の共重合体と、 主に３−アルコキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸、４−スチレ
    ンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルメタクリレート、３−ス
    ルホプロピルアクリレート、及びフッ素処理されたその誘導体の群から選択され
    る、モル濃度で少なくとも約２５％〜約４５％の酸と、 主にエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエ
    ーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタ
    クリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチレングリコール
    ジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ジアリルオキシ酢酸塩、ア
    リルメタクリレートの群から選択される、モル濃度で少なくとも約５％〜約２０
    ％の架橋剤と、 相溶性可塑剤と、 任意最小限の多孔性を有し、電気的に導電性でない支持マトリクスと、 を有することを特徴とする電解質薄膜。
  219. 【請求項２１９】 集電体であって、該集電体は、 電気的に導電性のベース基板と、 電池の作用においてカソードの性質を有し、電気的に導電性であり、酸素に対
    して安定している、前記基板上のコンタクト層と、 を有することを特徴とする集電体。
  220. 【請求項２２０】 請求項２１９記載の集電体であって、前記コンタクト層
    は基本的には、周期表のＩＶＢ族を構成する物質からなり、その物質は更に電気
    的に導電性の窒化物を形成する性質を有することを特徴とする集電体。
  221. 【請求項２２１】 請求項２２０記載の集電体であって、該集電体は更に、 酸素に晒されると不動態化する保護層と、 電解質／酸素除外層と、 を有することを特徴とする集電体。
  222. 【請求項２２２】 請求項２１９記載の集電体であって、前記ベース基板は
    主にステンレス鋼を含むクロム、銅、ニッケルからなる群から選択され、前記コ
    ンタクト層は主にパラジウム、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、
    オスミウムからなる群から選択され、前記各集電体は各集電体と薄膜電極拡散ア
    センブリとの間に設けられる導電性接着剤を有することを特徴とする集電体。
  223. 【請求項２２３】 請求項２１９記載の集電体であって、前記ベース基板は
    その厚さが約０．１mm〜約１．３mmであり、他方、前記コンタクト層はその厚さ
    が約０．０２〜２μmであることを特徴とする集電体。
  224. 【請求項２２４】 請求項２１９記載の集電体であって、前記ベース基板は
    少なくとも約７０％の空き領域を有する所定の表面領域を有することを特徴とす
    る集電体。
  225. 【請求項２２５】 薄膜電極拡散アセンブリに使用される拡散層を形成する
    方法であって、該方法は、 主にカーボンクロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジからなる群から選択
    されるカーボンバック層を提供する工程と、 前記カーボンバック層に疎水性ポリマーを塗布する工程と、 前記疎水性ポリマーの融点より高い温度で前記カーボンバック層を焼成する工
    程と、 を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  226. 【請求項２２６】 請求項２２５記載の方法であって、前記疎水性ポリマー
    は、主にフッ素処理された炭化水素類からなる群から選択されることを特徴とす
    る拡散層を形成する方法。
  227. 【請求項２２７】 請求項２２５記載の方法であって、前記焼成工程は、約
    ２７５℃〜約３６５℃の温度で行なわれることを特徴とする拡散層を形成する方
    法。
  228. 【請求項２２８】 薄膜電極拡散アセンブリに使用される拡散層を形成する
    方法であって、該方法は、 多孔質カーボンバック層を提供する工程と、 粒子カーボンスラリ、バインダー樹脂、射出液からなる多孔質被覆を前記多孔
    質カーボンバック層上に施す工程と、 を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  229. 【請求項２２９】 請求項２２８記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    バック層は主にカーボンクロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジからなる群
    から選択されることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  230. 【請求項２３０】 請求項２２８記載の方法であって、前記バインダー樹脂
    は疎水性であり、フッ素処理された炭化水素からなることを特徴とする拡散層を
    形成する方法。
  231. 【請求項２３１】 請求項２２８記載の方法であって、前記多孔質被覆は、
    粒子カーボンを少なくとも約２０重量％〜約９０重量％含有することを特徴とす
    る拡散層を形成する方法。
  232. 【請求項２３２】 請求項２２８記載の方法であって、前記射出液は主に、
    水と相溶性界面活性剤とからなることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  233. 【請求項２３３】 請求項２２８記載の方法であって、前記射出液は主に、 約９５重量％〜約９９重量％の水と、 約１重要％〜約５重量％の相溶性界面活性剤と、 からなることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  234. 【請求項２３４】 請求項２３３記載の方法であって、前記アルコールは、
    主に、２−ブブトクシイエタノール メタノール、エタノール、イソプロパノー ルからなる群から選択されることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  235. 【請求項２３５】 請求項２３３記載の方法であって、前記相溶性界面活性
    剤は過酸化アンモニウムであることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  236. 【請求項２３６】 請求項２２８記載の方法であって、前記方法は更に、 前記粒子カーボン及びバインダー樹脂を堆積するために、前記射出液を除去す
    る工程を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  237. 【請求項２３７】 請求項２３６記載の方法であって、前記射出液は、同液
    に熱エネルギーを加えることにより除去されることを特徴とする拡散層を形成す
    る方法。
  238. 【請求項２３８】 請求項２３６記載の方法であって、該方法は前記射出液
    の除去工程の後に更に、 前記バインダー樹脂が融けるのに有効な温度の基で、形成された前記拡散層を
    焼成する工程を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  239. 【請求項２３９】 請求項２３８記載の方法であって、該方法は前記焼成工
    程の後に更に、 形成された拡散層の多孔性を変化させるのに有効な所定の値で、前記拡散層に
    対して、所定パターンの圧力を加える工程を有することを特徴とする拡散層を形
    成する方法。
  240. 【請求項２４０】 請求項２３９記載の方法であって、該方法は更に、 前記拡散層の表面に、熱可塑性バインダー乳液を塗布する工程を有することを
    特徴とする拡散層を形成する方法。
  241. 【請求項２４１】 請求項２４０記載の方法であって、前記熱可塑性乳液は
    、主にポリエチレン又はワックスからなる群から選択されることを特徴とする拡
    散層を形成する方法。
  242. 【請求項２４２】 請求項２２８記載の方法であって、該方法は更に、 前記粒子カーボンとバインダー樹脂を堆積するために前記射出液を除去する工
    程を有し、前記多孔質カーボン被覆が連続した複数のコーティングとして施され
    ることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  243. 【請求項２４３】 請求項２４２記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    被覆の連続したコーティングは所定の疎水性を有し、その疎水性勾配は各連続コ
    ーティングの疎水性を変えることにより調節されることを特徴とする拡散層を形
    成する方法。
  244. 【請求項２４４】 請求項２４０記載の方法であって、前記バインダー樹脂
    は、主に疎水性樹脂と親水性樹脂からなる群から選択され、各コーティングの任
    意の疎水性は、疎水性バインダー樹脂と親水性バインダー樹脂を適当に混合する
    ことによって調節されることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  245. 【請求項２４５】 請求項２４４記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    バック層に最も近いコーティングが全てのコーティングの中で最も疎水性が高い
    ことを特徴とする拡散層を形成する方法。
  246. 【請求項２４６】 請求項２４４記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    バック層に最も近いコーティングが全てのコーティングの中で最も疎水性が低い
    ことを特徴とする拡散層を形成する方法。
  247. 【請求項２４７】 請求項２２８記載の方法であって、前記多孔質コーティ
    ングは疎水性勾配を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  248. 【請求項２４８】 請求項２４７記載の方法であって、前記疎水性勾配は、
    前記粒子カーボンに対する疎水性バインダー樹脂の比率を調節することにより変
    えられることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  249. 【請求項２４９】 薄膜電極拡散アセンブリに使用される拡散層を形成する
    方法であって、該方法は、 多孔質カーボンバック層を提供する工程と、 疎水性勾配を有し、少なくとも約２０重量％〜約９０重量％の粒子カーボンを
    有し、粒子カーボンのスラリ、バインダー樹脂、射出液からなる多孔質被覆を前
    記多孔質カーボンバック層上に施す工程と、 前記粒子カーボンとバインダー樹脂とを堆積するために、前記射出液を除去す
    る工程と、 前記バインダー樹脂が融けるのに有効な温度の基で、形成された拡散層を焼成
    する工程と、 形成された前記拡散層の多孔性を変化させるのに有効な所定の値で、前記拡散
    層に対して、所定パターンの圧力を加える工程と、 前記拡散層の上に熱可塑性バインダー乳液を与える工程と、 を有することを特徴とする拡散層を形成する方法。
  250. 【請求項２５０】 請求項２４９記載の方法であって、前記多孔質バック層
    は、主にカーボンクロス、カーボンペーパ、カーボンスポンジからなる群から選
    択されることを特徴とする拡散層を形成する方法。
  251. 【請求項２５１】 請求項２４９記載の方法であって、前記バインダー樹脂
    は疎水性であり、フッ素処理された炭化水素からなることを特徴とする拡散層を
    形成する方法。
  252. 【請求項２５２】 請求項２４９記載の方法であって、前記射出液は、主に
    、水、アルコール、相溶性界面活性剤からなることを特徴とする拡散層を形成す
    る方法。
  253. 【請求項２５３】 請求項２４９記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    被覆は、複数の連続したコーティングが施されたものであることを特徴とする拡
    散層を形成する方法。
  254. 【請求項２５４】 請求項２４９記載の方法であって、前記射出液は同液に
    熱エネルギーが加えられることにより除去されることを特徴とする拡散層を形成
    する方法。
  255. 【請求項２５５】 請求項２４９記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    被覆の前記連続したコーティングは所定の疎水性を有し、その疎水性勾配は前記
    連続した各コーティングの疎水性を変えることにより調節されることを特徴とす
    る拡散層を形成する方法。
  256. 【請求項２５６】 請求項２５５記載の方法であって、前記バインダー樹脂
    は主に疎水性バインダー樹脂と親水性バインダー樹脂からなる群から選択され、
    各コーティングの任意の疎水性は、疎水性バインダー樹脂と親水性バインダー樹
    脂を適当に混合することによって調節されることを特徴とする拡散層を形成する
    方法。
  257. 【請求項２５７】 請求項２５６記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    バック層に最も近いコーティングが全てのコーティングの中で最も疎水性が高い
    ことを特徴とする拡散層を形成する方法。
  258. 【請求項２５８】 請求項２５６記載の方法であって、前記多孔質カーボン
    バック層に最も近いコーティングが全てのコーティング中で最も疎水性が低いこ
    とを特徴とする拡散層を形成する方法。
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