JP2005293874A

JP2005293874A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2005293874A
Application number: JP2004102984A
Authority: JP
Inventors: Toru Konsaga; 徹昆沙賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4614120B2; CN100370645C; CN1820388A

Abstract

【課題】燃料電池スタックのターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を図る。
【解決手段】本発明の燃料電池スタック（１０）は、単セル（２０）を複数積層してなるセルスタック（２１）の内部を貫通して反応ガス又は冷却水を供給又は排出する流体通路（７１，７２）を備えている。流体通路（７１，７２）はセルスタック（２１）の両端に配置された一対のターミナルプレート（３１，３２）のうちマイナス側のターミナルプレート（３１）のみ貫通して入口ポート（７１ａ）及び出口ポート（７１ｂ）に連通している。プラス側のターミナルプレート（３２）には酸化電流が流れるため、流体通路（７１，７２）を流れる冷却水又は反応ガスの水分がプラス側のターミナルプレート（３２）に触れないように構成することで、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を両立できる。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池スタックに関し、特に、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を両立するための改良技術に関する。

固体高分子型燃料電池スタックは固体高分子電解質膜の両面にそれぞれアノード極とカソード極を対向配置し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単セルを所定数積層したスタック構造を成しており、スタック両端部には電力取り出し用の一対のターミナルプレートが配置されている。プラス側のターミナルプレートには酸化電流が流れるため、ターミナルプレートに加湿ガス又は冷却水が触れるとターミナルプレートは腐食する虞がある。ターミナルプレートの耐腐食性を高めるためのスタック構造として、従来から各種のスタック構造が研究されており、例えば、特開２００３−１６３０２６号公報にはターミナルプレートの冷却水路内側にエンドプレートの材料である樹脂が嵌合してインサートする構成をとることにより加湿ガスや冷却水がターミナルプレートに直接触れないように構成したスタック構造が提案されている。
特開２００３−１６３０２６号公報

しかし、特開２００３−１６３０２６号公報に記載のスタック構造では、プラス側とマイナス側の両方のターミナルプレートを冷却水通路が貫通する構成となっているため、両方のターミナルプレートに腐食対策を講じなければならず、製造コストが高くなる。

そこで、本発明は燃料電池スタックのターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタックは、単セルを複数積層して成るセルスタックの内部を貫通して反応ガス又は冷却水を供給又は排出する流体通路を備えた燃料電池スタックであって、流体通路はセルスタックの両端に配置された一対のターミナルプレートのうちマイナス側のターミナルプレートのみ貫通して入口ポート又は出口ポートに連通している。プラス側のターミナルプレートには酸化電流が流れるため、流体通路を流れる冷却水又は反応ガスの水分がプラス側のターミナルプレートに触れないように構成することで、ターミナルプレートの耐腐食性を向上できる。また、還元電流が流れるマイナス側のターミナルプレートよりも酸化電流が流れるプラス側のターミナルプレートの腐食対策をより強化することにより、両極に腐食対策を講じるよりも低コストである。

ここで、一対のターミナルプレートのうちプラス側のターミナルプレートとセルスタックとの間に水分透過を遮断する遮断プレートを介挿するのが望ましい。還元電流が流れるマイナス側のターミナルプレートよりも酸化電流が流れるプラス側のターミナルプレートへの水分接触をより重点的に抑制することで、耐腐食性向上と低コスト化を両立できる。

本発明によれば流体通路を流れる冷却水又は反応ガスの水分がプラス側のターミナルプレートに接しないように構成することで、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を実現できる。

図１は本実施形態の燃料電池スタックの説明図である。同図（ａ）に示すように、燃料電池スタック１０は、電解質膜を一対の電極で挟持し、更にその外側を一対の導電性セパレータで挟持してなる単セル２０を複数積層してなるセルスタック２１を備えている。セルスタック２１の内部には単セル２０に反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）又は冷却水を供給する流体供給通路７１と、単セル２０の電池反応に供した反応ガス又は単セル２０との間で熱交換を行った冷却水を排出する流体排出通路７２が貫設されている。セルスタック２１の両端部には電力取り出し用の一対のターミナルプレート３１，３２が配置されている。ターミナルプレート３１，３２の外側は絶縁プレート４１，４２を介して一対のエンドプレート５１，５２によって挟装されている。燃料電池スタック１０のマイナス側のエンドプレート５１には、流体供給通路７１の入口ポート７１ａと、流体排出通路７２の出口ポート７２ａが形成されている。

尚、反応ガス供給通路及び冷却水供給通路と、反応ガス排出通路及び冷却水排出通路はそれぞれ異なる流体通路であるが、説明の便宜上、前者を流体供給通路７１と総称し、後者を流体排出通路７２と総称する。また、流体供給通路７１と流体排出通路７２を区別する必要がない場合には単に流体通路７１，７２と総称する。

流体通路７１，７２は一対のターミナルプレート３１，３２のうちマイナス側のターミナルプレート３１のみ貫通して入口ポート７１ａ及び出口ポート７２ａに連通しており、プラス側のターミナルプレート３２には流体通路７１，７２の入口ポート及び出口ポートは形成されていない。かかる構成により、流体通路７１，７２を流れる冷却水、又は電池反応等で生じた反応ガス中の水分がプラス側のターミナルプレート３２に触れるのを防止できる。ターミナルプレート３２への水分の接触をより効果的に抑制するには、ターミナルプレート３２とセルスタック２１との間に水分透過を遮断する遮断プレート６０を介挿するのが望ましい。遮断プレート６０としては、セルスタック２１とターミナルプレート３２とを電気的に接続することができ、且つ水分透過を遮断できるプレートであれば、特に限定されるものではなく、例えば、導電プレート等が好適である。

同図（ｂ）に示すように、マイナス側のターミナルプレート３１とその付近の単セル２０には還元電流が局所的に流れるのに対して、プラス側のターミナルプレート３２とその付近の単セル２０には酸化電流が局所的に流れる。酸化電流が多く流れるプラス側のターミナルプレート３２に水分が触れると腐食が進行し易くなるため、ターミナルプレート３１，３２の腐食対策としては、主として、プラス側に重点をおく必要がある。上述の構成によれば、燃料電池スタック１０の両極（プラス側、マイナス側）をそれぞれ同程度に腐食対策を講じるのではなく、より腐食し易いプラス側の腐食対策に重点をおくことで、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を両立できる。

本実施形態の燃料電池スタックの説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池スタック２０…単セル２１…セルスタック３１，３２…ターミナルプレート４１，４２…絶縁プレート５１，５２…エンドプレート６０…遮断プレート７１，７２…流体通路

Claims

単セルを複数積層して成るセルスタックの内部を貫通して反応ガス又は冷却水を供給又は排出する流体通路を備えた燃料電池スタックであって、前記流体通路は前記セルスタックの両端に配置された一対のターミナルプレートのうちマイナス側のターミナルプレートのみ貫通して入口ポート又は出口ポートに連通している、燃料電池スタック。
請求項１に記載の燃料電池スタックであって、前記一対のターミナルプレートのうちプラス側のターミナルプレートと前記セルスタックとの間に水分透過を遮断する遮断プレートが介挿されている、燃料電池スタック。