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公開番号2025100951
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-04
出願番号2024214192
出願日2024-12-09
発明の名称電気化学セルスタックを焼結する方法及び電気化学セルスタックを焼結する炉
出願人ブルームエネルギーコーポレイション
代理人弁理士法人平和国際特許事務所
主分類H01M 8/2465 20160101AFI20250627BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電気化学セルスタックを焼結する方法、及び電気化学セルスタックを焼結する炉を提供する。
【解決手段】電気化学セルスタックを焼結する方法は、電気化学セルスタックを、電気化学セルスタックに第1の圧縮荷重を加えるケージ200内に配置することと、電気化学セルスタックを収容するケージを、焼結領域120を含む炉100を通って移動方向Mに移動させることと、炉の焼結領域において電気化学セルスタックを焼結することと、焼結中に、第1の圧縮荷重よりも大きい第2の圧縮荷重を電気化学セルスタックに加えることとを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気化学セルスタックを焼結する方法であって、
前記電気化学セルスタックを、前記電気化学セルスタックに第１の圧縮荷重を加えるケージ内に配置することと、
前記電気化学セルスタックを収容する前記ケージを、焼結領域を含む炉を通って移動方向に移動させることと、
前記炉の前記焼結領域において前記電気化学セルスタックを焼結することと、
前記焼結中に、前記第１の圧縮荷重よりも大きい第２の圧縮荷重を前記電気化学セルスタックに加えることと、
を含む、前記方法。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記電気化学セルスタックを収容する前記ケージを前記移動させることは、サイクルランプアップ時間、サイクル滞留時間、サイクルランプダウン時間、及びサイクル移動時間を含む複数のサイクルにわたって実施され、
前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、少なくとも前記焼結領域における前記サイクル滞留時間の間に実施されるが、前記サイクル移動時間の間には実施されず、前記圧縮荷重は、ゼロから所定の値まで増加され、前記所定の値で保持され、前記所定の値からゼロまで減少され、
前記ケージを前記移動させることは、前記移動時間の間に実施されるが、前記サイクルランプアップ時間、前記サイクル滞留時間、及び前記サイクルランプダウン時間の間には実施されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記サイクルランプアップ時間、前記サイクル滞留時間、及び前記サイクルランプダウン時間の間に実施され、前記圧縮荷重は、前記ランプアップ時間の間にゼロから所定の値まで増加され、前記滞留時間の間に前記所定の値に保持され、前記ランプダウン時間の間に前記所定の値からゼロまで減少される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記焼結領域の中に突出する複数の圧縮ロッドを用いて、前記第２の圧縮荷重を断続的に加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の圧縮ロッドを用いて前記第２の圧縮荷重を前記断続的に加えることは、
前記電気化学セルスタックを収容する前記ケージを前記焼結領域内の第１の位置に移動させることと、
前記ケージが前記第１の位置に位置している間に、前記複数の圧縮ロッドのうちの少なくとも第１の圧縮ロッドを下降させて、前記ケージ内の前記電気化学セルスタックに前記第２の圧縮荷重を加えることと、
前記第１の圧縮ロッドを上昇させて、前記電気化学セルスタックから前記第２の圧縮荷重を解放することと、
前記第１の圧縮ロッドを前記上昇させた後に、前記電気化学セルスタックを収容する前記ケージを前記移動方向に前記焼結領域内の第２の位置まで移動させることと、
前記ケージが前記第２の位置に位置している間に、前記複数の圧縮ロッドのうちの少なくとも第２の圧縮ロッドを下降させて、前記ケージ内の前記電気化学セルスタックに前記第２の圧縮荷重を加えることと、
前記第２の圧縮ロッドを上昇させて、前記電気化学セルスタックから前記第２の圧縮荷重を解放することと、
前記第２の圧縮ロッドを前記上昇させた後に、前記電気化学セルスタックを収容する前記ケージを前記移動方向に前記焼結領域内の第３の位置まで移動させることと、
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記炉の前記焼結領域は、前記炉の熱膨張に適応するために横方向に移動するように構成された封止部材で封止された開口部を備え、前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記第１の圧縮ロッドの一部分を前記封止部材を通して前記焼結領域内に押進させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記封止部材は、前記開口部を封止するブッシングと、前記ブッシングに接続される管とを備え、前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記第１の圧縮ロッドの一部分を前記封止部材の前記ブッシング及び前記管を通して前記焼結領域内に押進させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記封止部材は、前記開口部を封止する圧縮コイルを備え、前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記第１の圧縮ロッドの一部分を前記封止部材の前記圧縮コイルを通して前記焼結領域内に押進させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記炉の外側に位置し、前記第１の圧縮ロッドに取り外し可能に結合されたアクチュエータを用いて、前記第１の圧縮ロッドの一部分を前記焼結領域内に押進させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の圧縮ロッドは、後退状態にあるようにばねによって付勢されたばね荷重圧縮ロッドを含み、前記第２の圧縮荷重を前記加えることは、前記アクチュエータを用いて前記ばねの付勢に抗して前記第１の圧縮ロッドの一部分を前記焼結領域内に押進させることを含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０２３年１２月８日に出願された「Method of Sintering an Electrochemical Cell Stack and Furnace for Sintering the Electrochemical Cell Stack」と題する米国仮出願第６３／６０７，９１５号の優先権の利益を主張するものであり、その全ての内容はあらゆる目的のために参照により本明細書に援用する。
続きを表示（約 4,400 文字）【０００２】
本開示は、電気化学セルスタックを焼結する方法、及び電気化学セルスタックを焼結する炉に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気化学セルを使用して、化学エネルギーから電気エネルギーを発生させ、電気エネルギーから化学エネルギーを発生させることができる。燃料電池は、燃料（例えば、水素又は炭化水素燃料）及び酸化剤（例えば、空気又は酸素）の化学エネルギーを電気に変換することができる電気化学デバイスである。電解セルは、電気を使用して化学反応（例えば、水の水素及び酸素への分解）を駆動することができる電気化学デバイスである。電気化学セルは、カラム状に積層させることができる。カラムは、電気化学セルの１つ以上のスタックを含み得る。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一実施形態は、電気化学セルスタックを焼結する方法であって、電気化学セルスタックを、電気化学セルスタックに第１の圧縮荷重を加えるケージ内に配置することと、電気化学セルスタックを収容するケージを、焼結領域を含む炉を通って移動方向に移動させることと、炉の焼結領域において電気化学セルスタックを焼結することと、焼結領域においてスタックを焼結しながら、第１の圧縮荷重よりも大きい第２の圧縮荷重を電気化学セルスタックに加えることとを含む、方法を含む。
【０００５】
本開示の一実施形態は、炉であって、焼結領域を含む炉本体と、炉本体内で焼結される１つ以上の電気化学セルスタックを収容する１つ以上のケージを押圧するように構成されたプッシャーアセンブリであって、各ケージは、電気化学セルスタックに第１の圧縮荷重を加えるように構成される、プッシャーアセンブリと、炉本体の焼結領域内に位置し、第１の圧縮荷重よりも大きい第２の圧縮荷重を１つ以上の電気化学セルスタックに加えるように構成された圧縮アセンブリとを備える、炉を含む。
【０００６】
本明細書に援用されるとともに、本明細書の一部をなす添付図面は、開示された装置及び方法の例を示し、上述の全般的な説明及び後述の詳細な説明と併せて、本発明の特徴を説明する役目を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、１つ以上の実施形態による炉の断面図である。
図２Ａは、１つ以上の実施形態によるケージの断面図である。
図２Ｂは、１つ以上の実施形態によるケージの斜視図である。
図３Ａは、１つ以上の実施形態による、スタック構築の開始時のケージの斜視図である。
図３Ｂは、１つ以上の実施形態による、スタック構築の終了に近いケージの斜視図である。
図３Ｃは、図３Ｂのケージの破断斜視図である。
図３Ｄは、１つ以上の実施形態による、スタック構築の終了後のケージの斜視図である。
図４Ａは、１つ以上の実施形態による、スタック構築状態における底部電気化学セルスタック及び上部電気化学セルスタックを含むケージの斜視図である。
図４Ｂは、１つ以上の実施形態による、搬送状態における底部電気化学セルスタック及び上部電気化学セルスタックを含むケージの斜視図である。
図４Ｃは、１つ以上の実施形態による、焼結状態にある底部電気化学セルスタック及び上部電気化学セルスタックを含むケージの斜視図である。
図５Ａは、１つ以上の実施形態による、代替的な設計を有する安定化デバイスを含むケージの斜視図である。
図５Ｂは、係合解除状態にある図５Ａの安定化デバイスの斜視図である。
図５Ｃは、係合解除状態にある図５Ａ及び図５Ｂの安定化デバイスの断面図である。
図５Ｄは、係合状態にある図５Ａの安定化デバイスの断面図である。
図５Ｅは、１つ以上の実施形態による、焼結状態にある底部電気化学セルスタック及び上部電気化学セルスタックを含むケージの斜視図である。
図６Ａは、１つ以上の実施形態による、第１の代替的な設計を有するケージの斜視図である。
図６Ｂは、１つ以上の実施形態による、第２の代替的な設計を有するケージの分解斜視図である。
図７Ａは、１つ以上の実施形態による、係合解除状態にある圧縮アセンブリの断面図である。
図７Ｂは、１つ以上の実施形態による、係合状態にある圧縮アセンブリの断面図である。
図８は、１つ以上の実施形態による、リニアステージ上に取り付けられた圧縮アセンブリの断面図である。
図９Ａは、１つ以上の実施形態による第１の代替的な設計を有する封止部材の断面図である。
図９Ｂは、１つ以上の実施形態による第２の代替的な設計を有する封止部材の断面図である。
図１０Ａは、１つ以上の実施形態による炉の断面図である。
図１０Ｂは、１つ以上の実施形態による、図１０Ａの炉の平面図である。
図１１Ａは、１つ以上の実施形態による、ガス流システムの少なくとも一部を含むガイドプラットフォームの斜視図である。
図１１Ｂは、１つ以上の実施形態によるガス流システムのガストラフを含むガイドプラットフォームの斜視図である。
図１１Ｃは、１つ以上の実施形態による、ガス流システムのガス流路を含むケージの断面図である。
図１２は、１つ以上の実施形態による、代替的な設計を有する圧縮アセンブリの断面図である。
図１３Ａは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｂは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｃは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｄは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｅは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｆは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１３Ｇは、１つの実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１４Ａは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１４Ｂは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１４Ｃは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１４Ｄは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１４Ｅは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの断面図である。
図１５Ａは、本開示の代替的な実施形態による、安定化デバイスの斜視図である。
図１５Ｂは、本開示の代替的な実施形態による、安定化デバイスの側面断面図である。
図１５Ｃは、本開示の代替的な実施形態による、第１の搬送ステップ中の安定化デバイスを収容するケージの透視側面図である。
図１５Ｄは、本開示の代替的な実施形態による、焼結ステップ中の安定化デバイスを収容するケージの透視側面図である。
図１５Ｅは、本開示の代替的な実施形態による、第２の搬送ステップ中の安定化デバイスを収容するケージの透視側面図である。
図１６Ａは、本開示の別の代替的な実施形態による、安定化デバイスを収容するケージの斜視図である。
図１６Ｂは、本開示の別の代替的な実施形態による、安定化デバイスを収容するケージの側面断面図である。
図１７Ａは、本開示の更に別の代替的な実施形態による、安定化デバイスを収容するケージの斜視図である。
図１７Ｂは、本開示の更に別の代替的な実施形態による、安定化デバイスを収容するケージの側面断面図である。
図１８Ａは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの斜視図である。
図１８Ｂは、別の実施形態の焼結方法におけるステップの斜視図である。
図１８Ｃは、図１８Ｂに示されるステップの間、スタックに加えられる力と時間とのプロットである。
図１９は、他の実施形態の焼結方法におけるステップの側面断面図である。
図２０は、比較実施形態の圧縮アセンブリ及びケージの潜在的な位置ずれの側面断面図である。
図２１Ａは、本開示の一実施形態による容量変位センサーの構成要素の斜視図である。
図２１Ｂは、本開示の一実施形態による容量変位センサーの構成要素の斜視図である。
図２２Ａは、本開示の一実施形態による、ケージ内に支持されたスタックに接続された熱均一性測定ツールの斜視図である。
図２２Ｂは、本開示の一実施形態による、ケージ内に支持されたスタックに接続された熱均一性測定ツールの上面図である。
図２３は、本開示の種々の実施形態の炉についての光学温度測定システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面を参照して、本開示の種々の実施形態を詳細に説明する。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、本発明の種々の特徴を例示することを意図している。可能な限り、同じ参照符号は、図面全体を通して同じ又は同様の部分を指すのに使用する。特定の例及び実施態様に対する参照は、例示目的でなされ、本発明又は特許請求の範囲の範囲を制限することは意図していない。
【０００９】
本明細書において、「約」１つの特定の値から及び／又は「約」別の特定の値までのように範囲が表現され得る。そのような範囲が表現される場合の例として、１つの特定の値から及び／又は他の特定の値までというのが挙げられる。同様に、頭に「約」又は「実質的に」を使用することによって値が近似として表現される場合、特定の値は別の様相を形成することが理解されよう。いくつかの実施形態において、「約Ｘ」という値は、±１％Ｘという値を含み得る。範囲のそれぞれの端点は、他方の端点に関連しても、他方の端点とは無関係でも重要であることが更に理解されよう。
【００１０】
燃料電池等の電気化学セルは、アノードと、カソードと、イオン（例えば、水素イオン、酸素イオン等）がアノードとカソードとの間を移動することを可能にする、アノードとカソードとの間の電解質とを含むことができる。電気化学セルは、実質的に平面形状を有してもよく、その場合、アノード、カソード、及び電解質は、電気化学セル内の層として形成されてもよい。これにより、複数の電気化学セルを一緒に積層して、１つ以上の電気化学セルスタック（例えば、燃料電池スタック、電解セルスタック等）を含む電気化学セルカラムを形成することが可能になり得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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