JP2007179992A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とする固体高分子型燃料電池スタックに関し、特に、その端部の構成に改良を施した燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack using a solid polymer having ion conductivity as an electrolyte, and more particularly to a fuel cell stack in which the structure of the end portion is improved.
電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタックは、一般に、電解質膜を燃料極と酸化剤極で狭持した膜電極複合体(MEA)の両面にガス流通路を設けた電気伝導性のセパレータを配置して単セル電池を構成し、この単セル電池を複数積層してなる積層体の両端を、電流取り出し用集電板とエンドプレートで保持し、両エンドプレートを貫通した孔に複数のスタッドを通し、スプリングを介して積層体を締め付けて構成されている。 A fuel cell stack using a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte is generally provided with gas flow passages on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) in which the electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode. A single cell battery is configured by arranging electrically conductive separators, and both ends of a laminate formed by laminating a plurality of single cell batteries are held by a current collecting current collector plate and an end plate, and both end plates are A plurality of studs are passed through the through-holes, and the laminate is tightened via a spring.
このような構成を有する燃料電池スタックの各単セル電池には、反応に必要な燃料(水素)と酸化剤(空気)及び冷却に必要な冷却水を均等に供給する必要があり、反応ガス・冷却水を分配・回収するためのマニホールドが設けられている。このようなマニホールドには、内部マニホールド方式と外部マニホールド方式がある。 It is necessary to supply fuel (hydrogen) necessary for the reaction, oxidant (air), and cooling water required for cooling evenly to each single cell battery of the fuel cell stack having such a configuration. A manifold for distributing and collecting the cooling water is provided. Such manifolds include an internal manifold system and an external manifold system.
また、前記セパレータとしては、カーボンと樹脂を混合して成形したモールドカーボン板が一般的であり、集電板は、厚さ2mm以上のステンレスなどの金属板が一般的である。このカーボン板とステンレスは接触抵抗が大きく、積層体と集電板の間で電圧低下を生じるため、ステンレス表面に金などの被膜を形成するのが一般的である。 The separator is generally a molded carbon plate formed by mixing carbon and resin, and the current collector plate is generally a metal plate such as stainless steel having a thickness of 2 mm or more. Since the carbon plate and stainless steel have a large contact resistance and a voltage drop occurs between the laminate and the current collector plate, it is common to form a coating such as gold on the stainless steel surface.
しかしながら、ステンレス表面に形成した金の被膜はピンホールが発生しやすく、冷却水内部マニホールドの側面で電食し、金属成分が冷却水中に溶出するという問題点があった。また、エンドプレートもステンレスなどの金属を用いるのが一般的であるため、冷却水内部マニホールドの側面で電食するという問題点があった。 However, the gold coating formed on the stainless steel surface has a problem that pinholes are easily generated, and galvanic corrosion occurs on the side surface of the cooling water internal manifold, so that metal components are eluted into the cooling water. In addition, since the end plate is generally made of a metal such as stainless steel, there is a problem that electrolytic corrosion occurs on the side surface of the cooling water internal manifold.
上述したような集電板及びエンドプレートが電食するという問題点に対し、いくつかの対策が提案されている。例えば、特許文献1では、金属製エンドプレートと積層体の間に絶縁板を挿入し、絶縁板の内部マニホールドに該当する部分に筒状のパイプを設けて、冷却水がエンドプレートと接触しない構造としている。 Several countermeasures have been proposed for the problem that the current collector plate and the end plate have galvanic corrosion as described above. For example, in Patent Document 1, a structure in which an insulating plate is inserted between a metal end plate and a laminate, a cylindrical pipe is provided in a portion corresponding to the internal manifold of the insulating plate, and cooling water does not contact the end plate. It is said.
また、特許文献2では、エンドプレートを樹脂製とし、集電板を貫通している内部マニホールド内側に食い込ませて、冷却水が集電板と接触しない構造としている。さらに、特許文献3では、エンドプレートと集電板の間に絶縁板を挿入し、絶縁板の内部マニホールドのエンドプレート側に筒状のパイプを設け、集電板を貫通している内部マニホールド内側に食い込ませて、冷却水がエンドプレート及び集電板と接触しない構造としている。
しかしながら、特許文献1による方法には集電板が記載されておらず、冷却水と集電板が接触するという問題点は解決されていない。また、特許文献2及び特許文献3による方法では、冷却水がエンドプレート及び集電板に接触しない構造を実現できるが、絶縁板もしくは樹脂製エンドプレートに筒状のパイプを設ける、または集電板の内部マニホールドに食い込ませるため、構造が複雑になるという問題点があった。また、集電板が積層体側面に露出しており、側面にマニホールドを装着する外部マニホールド方式では、冷却水が集電板に接触するという問題点があった。
However, the current collecting plate is not described in the method according to Patent Document 1, and the problem that the cooling water and the current collecting plate are in contact with each other is not solved. Further, in the methods according to
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却水及び反応ガスと金属製の集電板が接触するのを防止すると共に、内部マニホールド方式と外部マニホールド方式の両方に対応できるシンプルな構造の燃料電池スタックを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to prevent the cooling water and the reaction gas from contacting the metal current collector plate, The object is to provide a fuel cell stack having a simple structure capable of supporting both a manifold system and an external manifold system.
上記のような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、固体高分子膜の両面にガス拡散電極をそれぞれ配置した膜電極複合体と、燃料ガス及び酸化剤ガスを前記ガス拡散電極にそれぞれ供給する燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路を少なくとも片面に設けたセパレータとを、前記燃料ガス流通路が前記ガス拡散電極の一面に接し、前記酸化剤ガス流通路が前記ガス拡散電極の他面に接するように配置して構成される基本構成要素を複数個積層して積層体を構成し、この積層体をその両端に配設したエンドプレートで挟持し、締め付けて保持する燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートを導電性内部プレートと絶縁性外部プレートとから構成し、前記導電性内部プレートを介して、燃料電池スタックの発電電流を外部に取り出すと共に、前記エンドプレート部分においては、燃料電池スタックに供給・排気する流体が前記絶縁性外部プレートのみと接触するように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is directed to a membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are respectively disposed on both sides of a solid polymer membrane, and the gas diffusion of fuel gas and oxidant gas. A fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, which are respectively supplied to the electrodes, and a separator provided on at least one surface; the fuel gas flow path is in contact with one surface of the gas diffusion electrode; and the oxidant gas flow path is the gas diffusion A fuel that is constructed by laminating a plurality of basic components arranged so as to be in contact with the other surface of the electrode to constitute a laminated body, and sandwiching the laminated body between end plates disposed at both ends thereof, and tightening and holding the fuel In the battery stack, the end plate is composed of a conductive inner plate and an insulating outer plate, and the generated current of the fuel cell stack is taken outside through the conductive inner plate. Together to, in the end plate portion, in which the fluid supply and exhaust to the fuel cell stack is characterized by being configured so as to contact only with the insulating outer plate.
上記のような構成を有する請求項1に記載の発明によれば、エンドプレートを導電性内部プレートと絶縁性外部プレートから構成し、エンドプレートのうち、燃料電池スタックに供給・排気される燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水が接触する部分を絶縁性外部プレートのみとしたことにより、導電性内部プレートの電食を防止することができる。また、導電性内部プレートを介して電流を取り出すように構成することにより、導電性内部プレートと絶縁性外部プレートを、平板状のシンプルな構造とすることができるので、加工コストを抑えることができる。 According to the first aspect of the present invention, the end plate is composed of the conductive inner plate and the insulating outer plate, and the fuel gas supplied to and exhausted from the fuel cell stack in the end plate. By making only the insulating outer plate the part where the oxidant gas and the cooling water are in contact with each other, the electrolytic corrosion of the conductive inner plate can be prevented. In addition, since the conductive inner plate and the insulating outer plate can be formed into a simple flat plate structure by taking out current through the conductive inner plate, the processing cost can be suppressed. .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータに、前記燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と連通する燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドを配設して前記積層体の内部マニホールドを構成すると共に、前記絶縁性外部プレートの前記内部マニホールドと接する位置に、燃料ガス供給・排出口及び酸化剤ガス供給・排出口を設けて、それぞれ対応するマニホールドと連通させたことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the first aspect, the separator is connected to the fuel gas supply manifold, the fuel gas discharge manifold, and the oxidant that communicate with the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage. A gas supply manifold and an oxidant gas discharge manifold are provided to constitute an internal manifold of the laminate, and a fuel gas supply / discharge port and an oxidant gas supply are provided at positions in contact with the internal manifold of the insulating outer plate. -It is characterized by providing discharge ports and communicating with the corresponding manifolds.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータに形成された燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路をセパレータ端部まで延長して積層体側面に開口させて、前記積層体の側面に設置した外部マニホールドと連通させると共に、前記外部マニホールドを前記絶縁性外部プレートと接するように構成したことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the first aspect, the fuel gas flow path or the oxidant gas flow path formed in the separator is extended to the end of the separator to extend to the side of the laminate. The external manifold is opened and communicated with an external manifold installed on a side surface of the laminate, and the external manifold is configured to be in contact with the insulating external plate.
上記のような構成を有する請求項2又は請求項3に記載の発明によれば、内部マニホールド方式及び外部マニホールド方式の両方に対応できるシンプルな構造の燃料電池スタックを提供することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体と前記絶縁性外部プレートの間にシール材を挿入すると共に、前記積層体と前記導電性内部プレートの間に導電性クッション材を挿入したことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the second or third aspect, a sealing material is inserted between the stacked body and the insulating outer plate, and the stacked body and the conductive material are inserted. A conductive cushion material is inserted between the inner plates.
上記のような構成を有する請求項4に記載の発明によれば、積層体と絶縁性外部プレートの間にシール材を挿入することにより、導電性内部プレートの電食をより効果的に防止することができる。また、積層体と導電性内部プレートの間に導電性クッション材を挿入することにより、従来から問題となっていた導電性内部プレートの金メッキの下地のNiメッキが腐食して溶出することを防止することができる。
According to invention of
本発明によれば、冷却水及び反応ガスと金属製の集電板が接触するのを防止すると共に、内部マニホールド方式と外部マニホールド方式の両方に対応できるシンプルな構造の燃料電池スタックを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell stack having a simple structure that can prevent both cooling water and reaction gas from contacting a metal current collector plate and can be adapted to both an internal manifold system and an external manifold system. Can do.
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。 Embodiments of a fuel cell stack according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
(1)第1実施形態
(1−1)構成
図1を用いて本実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。すなわち、単セル電池Aは、膜電極複合体(MEA)1と酸化剤セパレータ2、燃料・冷却水セパレータ3から構成されている。前記酸化剤セパレータ2の表面には酸化剤ガス流通路4が設けられており、この酸化剤ガス流通路4は、酸化剤セパレータ2の側部周縁に形成された酸化剤ガス入口マニホールド5及び酸化剤ガス出口マニホールド(図示せず)と連通され、反応に必要な酸化剤ガスを膜電極複合体1に供給・排出するように構成されている。
(1) First Embodiment (1-1) Configuration The configuration of a polymer electrolyte fuel cell stack according to the present embodiment will be described with reference to FIG. That is, the single cell battery A includes a membrane electrode assembly (MEA) 1, an
また、前記燃料・冷却水セパレータ3の一方の表面(図の背面側)には、燃料ガス流通路(図示せず)が設けられており、この燃料ガス流通路は、燃料・冷却水セパレータ3の上下周縁に形成された燃料ガス入口マニホールド6及び燃料ガス出口マニホールド7と連通され、反応に必要な燃料ガスを膜電極複合体1に供給・排出するように構成されている。
Also, a fuel gas flow passage (not shown) is provided on one surface (the back side in the figure) of the fuel / cooling water separator 3, and this fuel gas flow passage is connected to the fuel / cooling water separator 3. Are connected to a fuel
また、前記燃料・冷却水セパレータ3のもう一方の表面には、冷却水流通路8が設けられており、この冷却水流通路8は、燃料・冷却水セパレータ3の側部周縁に形成された冷却水入口マニホールド9及び冷却水出口マニホールド10と連通され、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱を冷却するように構成されている。そして、上記のように構成された単セル電池Aが複数積層されて、積層体が構成されている。
Further, a cooling water flow passage 8 is provided on the other surface of the fuel / cooling water separator 3, and the cooling water flow passage 8 is formed in the cooling water formed on the side edge of the fuel / cooling water separator 3. It communicates with the
また、上記のように構成された積層体の両端部には、導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22からなるエンドプレート20が配置されている。そして、前記積層体に形成された酸化剤ガス入口マニホールド5は、絶縁性外部プレート22の外側に設けられた酸化剤入口ポート23と接続され、酸化剤ガス出口マニホールド(図示せず)は、酸化剤出口ポート24と接続されて、酸化剤ガス供給・排出用の内部マニホールドが構成されている。
Moreover, the end plate 20 which consists of the electroconductive
また、前記積層体に形成された燃料ガス入口マニホールド6は、絶縁性外部プレート22の外側に設けられた燃料入口ポート25と接続され、燃料ガス出口マニホールド7は、燃料出口ポート26と接続されて、燃料ガス供給・排出用の内部マニホールドが構成されている。さらに、前記積層体に形成された冷却水入口マニホールド9は、絶縁性外部プレート22の外側に設けられた冷却水入口ポート27と接続され、冷却水出口マニホールド10は、冷却水出口ポート28と接続されて、冷却水供給・排出用の内部マニホールドが構成されている。
The fuel
なお、前記絶縁性外部プレート22は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の耐熱性熱硬化性樹脂材料を、圧縮金型成形やインジェクションモールド成形や機械加工することにより得られる。絶縁性外部プレート22には締め付け荷重がかかるため、強度に優れた材料を用いることが好ましく、ガラス繊維シートにエポキシ樹脂を含浸し、積層して構成したガラスエポキシ樹脂積層板を用いても良い。このガラスエポキシ樹脂積層板はガラス繊維シートの方向により強度の異方性があり、曲げ強度が強い方向を長手方向、つまり上下方向とすることが好ましい。
The insulating
また、前記外部プレート22には、電池反応部分に対応する内側に凹状の窪み29が設けられている。そして、この窪み29の周囲には、前記ガス及び冷却水用の内部マニホールドが設けられており、積層体の内部マニホールドと連通され、絶縁性外部プレート22の外側に設けられた前記ガス及び冷却水の入口・出口ポート23〜28を介してガス・冷却水の供給・排出を行うことができるように構成されている。
The
また、前記絶縁性外部プレート22の四隅には突起30が設けられ、この突起30の中心部に設けられた孔31を貫通して取り付けられた締め付けスタッド32及び締め付けスプリング33により、エンドプレート20の間に配設された積層体が締め付け固定されている。また、前記導電性内部プレート21は、ステンレスなどの導電性材料からなる1枚の平板で、絶縁性外部プレート22の窪み29に嵌合するように構成されている。また、前記窪み29の中央部には開口部34が設けられ、この開口部34を介して、積層体の発電電流を外部に取り出すように構成されている。
Further, projections 30 are provided at the four corners of the insulating
(1−2)作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態においては、エンドプレート20を導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22から構成し、ガス・冷却水の内部マニホールドに接する部分(絶縁性外部プレート)を絶縁性材料で構成することにより、導電性内部プレート21の電食を防ぐことができる。また、絶縁性外部プレート22の中央から電流を取り出すように構成することにより、導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22を、平板状のシンプルな構造とすることができるので、加工コストを抑えることができる。
(1-2) Action / Effect In the present embodiment having the above-described configuration, the end plate 20 includes the conductive
さらに、積層体の両端部に配設された絶縁性外部プレート22を介して、締め付けスタッド32及び締め付けスプリング33によって積層体を締め付けるため、締め付けスタッド32の絶縁スペーサが不要になり、部品点数の削減が可能となる。
Furthermore, since the laminated body is fastened by the
(2)第2実施形態
本実施形態は、上記第1実施形態の変形例であって、前記絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21の間、及び、導電性内部プレート21と酸化剤セパレータ2の間にシール材を挿入したものである。
(2) Second Embodiment This embodiment is a modification of the first embodiment, and is between the insulating
(2−1)構成
本実施形態においては、図2に示すように、絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21の間には、反応ガス及び冷却水のリークを防ぐための内部プレートシール材40が挿入されている。この内部プレートシール材40は、前記導電性内部プレート21と略同一の形状を有し、その中央部には、前記絶縁性外部プレート22に形成された開口部34と対応する位置に矩形の孔41が形成されている。そして、矩形の孔41及び開口部34を介して、固定ボルト42によって導電性内部プレート21に固定された電流取り出しケーブル43が、外部に引き出されている。
(2-1) Configuration In this embodiment, as shown in FIG. 2, an internal plate sealing material for preventing leakage of reaction gas and cooling water between the insulating
また、前記絶縁性外部プレート22と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間には、反応ガス及び冷却水のリークを防ぐための外部プレートシール材44が挿入されている。この外部プレートシール材44は、前記絶縁性外部プレート22の縁部分22aと密着するような枠形状とされている。なお、外部プレートシール材44には、酸化剤セパレータ2及び絶縁性外部プレート22に形成された酸化剤ガス入口マニホールド6、酸化剤ガス出口マニホールド7等に対応する位置に孔部44a、44b等が形成されている。
Further, an external
さらに、前記導電性内部プレート21と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間には、膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45が配設されている。この膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45は、可撓性があり、金属とカーボン材の接触抵抗を下げることができるだけでなく、金属成分の溶出を防止することを目的として配設されている。
Further, a
なお、上記各シール材には、EPDM、シリコン、フッ素ゴムなどの耐熱性ゴム材が好適であり、確実なシールを実現するため、発泡材や表面に凸状のリップを設けた構造が用いられる。 In addition, heat-resistant rubber materials such as EPDM, silicon, and fluorine rubber are suitable for each of the above-described sealing materials, and in order to achieve a reliable seal, a foam material or a structure provided with a convex lip on the surface is used. .
(2−2)作用・効果
本実施形態においては、絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21の間に内部プレートシール材40が挿入され、また、導電性内部プレート21と酸化剤セパレータ2の間に外部プレートシール材44が挿入されているため、上記第1実施形態の作用・効果に加えて、さらに導電性内部プレート21の電食を防ぐことができる。
(2-2) Action / Effect In the present embodiment, the inner
また、導電性内部プレート21は金属製であり、カーボンが用いられるセパレータとの接触抵抗が大きいため、従来から導電性内部プレート21に金メッキなどの表面処理が施されていたが、この金メッキはコストが高いだけでなく、金メッキの下地のNiメッキが腐食して溶出しやすいという問題点があった。
In addition, since the conductive
しかしながら、本実施形態においては、導電性内部プレート21と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間に、可撓性があり、金属とカーボン材の接触抵抗を下げることができる膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45を配設することにより、金属成分が溶出することを防止することができる。
However, in this embodiment, there is flexibility between the conductive
(3)第3実施形態
(3−1)構成
図3を用いて本実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。すなわち、単セル電池Aは、膜電極複合体(MEA)1と酸化剤セパレータ2、燃料・冷却水セパレータ3から構成されている。前記酸化剤セパレータ2の表面には酸化剤ガス流通路4が設けられており、この酸化剤ガス流通路4の端部はセパレータ側面に開口され、積層体の側部に配設された酸化剤ガス入口・冷却水出口外部マニホールド50、及び酸化剤ガス出口・冷却水入口外部マニホールド51と連通され、反応に必要な酸化剤ガスを膜電極複合体1に供給・排出するように構成されている。
(3) Third Embodiment (3-1) Configuration The configuration of the polymer electrolyte fuel cell stack according to the present embodiment will be described with reference to FIG. That is, the single cell battery A includes a membrane electrode assembly (MEA) 1, an
また、前記燃料・冷却水セパレータ3の一方の表面(図の背面側)には、燃料ガス流通路(図示せず)が設けられており、この燃料ガス流通路の端部はセパレータの上下に開口され、積層体の上部に配設された燃料ガス入口外部マニホールド52、及び積層体の下部に配設された燃料ガス出口外部マニホールド53と連通され、反応に必要な燃料ガスを膜電極複合体1に供給・排出するように構成されている。
In addition, a fuel gas flow passage (not shown) is provided on one surface (the back side in the figure) of the fuel / cooling water separator 3, and the end portions of the fuel gas flow passage are formed above and below the separator. A fuel electrode inlet
また、前記燃料・冷却水セパレータ3のもう一方の表面には、冷却水流通路8が設けられており、この冷却水流通路8の端部はセパレータ側面に開口され、積層体の側部に配設された酸化剤ガス入口・冷却水出口外部マニホールド50、及び酸化剤ガス出口・冷却水入口外部マニホールド51と連通され、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱を冷却するように構成されている。そして、上記のように構成された単セル電池Aが複数積層されて、積層体が構成されている。
Further, a cooling water flow passage 8 is provided on the other surface of the fuel / cooling water separator 3, and an end portion of the cooling water flow passage 8 is opened on a side surface of the separator, and is disposed on a side portion of the laminate. The oxidant gas inlet / cooling water outlet
このように、本実施形態においては、積層体の側面に、酸化剤ガス入口・冷却水出口外部マニホールド50、酸化剤ガス出口・冷却水入口外部マニホールド51、燃料ガス入口外部マニホールド52、燃料ガス出口外部マニホールド53が配置され、各マニホールドが、対応する酸化剤ガス流通路、燃料ガス流通路、冷却水流通路と連通され、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜電極複合体に供給・排出すると共に、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱を冷却するように構成されている。その他の構成は、図1に示した第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
Thus, in the present embodiment, the oxidant gas inlet / cooling water outlet
続いて、絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21を含む端部構造について詳細に説明する。すなわち、図4及び図5に示すように、絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21の間には、反応ガス及び冷却水のリークを防ぐための内部プレートシール材40が挿入されている。この内部プレートシール材40は、前記導電性内部プレート21と略同一の形状を有し、その中央部には、前記絶縁性外部プレート22に形成された開口部34と対応する位置に矩形の孔41が形成されている。そして、矩形の孔41及び開口部34を介して、固定ボルト42によって導電性内部プレート21に固定された電流取り出しケーブル43が、外部に引き出されている。
Next, the end structure including the insulating
また、前記絶縁性外部プレート22と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間には、反応ガス及び冷却水のリークを防ぐための外部プレートシール材44が挿入されている。この外部プレートシール材44は、前記絶縁性外部プレート22の縁部分22aと密着するような枠形状とされている。
Further, an external
さらに、前記導電性内部プレート21と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間には、膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45が配設されている。この膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45は、可撓性があり、金属とカーボン材の接触抵抗を下げることができるだけでなく、金属成分の溶出を防止することを目的として配設されている。
Further, a
なお、上記各シール材には、EPDM、シリコン、フッ素ゴムなどの耐熱性ゴム材が好適であり、確実なシールを実現するため、発泡材や表面に凸状のリップを設けた構造が用いられる。 In addition, heat-resistant rubber materials such as EPDM, silicon, and fluorine rubber are suitable for each of the above-described sealing materials, and in order to achieve a reliable seal, a foam material or a structure provided with a convex lip on the surface is used. .
(3−2)作用・効果
マニホールドを積層体の外部に配設した本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。すなわち、エンドプレート20を導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22から構成し、ガス・冷却水の外部マニホールドに接する部分(絶縁性外部プレート)を絶縁性材料で構成することにより、導電性内部プレート21の電食を防ぐことができる。
(3-2) Actions / Effects In this embodiment in which the manifold is disposed outside the laminate, the same actions / effects as in the first embodiment can be obtained. That is, the end plate 20 is composed of a conductive
また、絶縁性外部プレート22の中央から電流を取り出すように構成することにより、導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22を、平板状のシンプルな構造とすることができるので、加工コストを抑えることができる。
Moreover, since the conductive
さらに、積層体の両端部に配設された絶縁性外部プレート22を介して、締め付けスタッド32及び締め付けスプリング33によって積層体を締め付けるため、締め付けスタッド32の絶縁スペーサが不要になり、部品点数の削減が可能となる。
Furthermore, since the laminated body is fastened by the
また、絶縁性外部プレート22と導電性内部プレート21の間に内部プレートシール材40が挿入され、また、導電性内部プレート21と酸化剤セパレータ2の間に外部プレートシール材44が挿入されているため、導電性内部プレート21の電食をより効果的に防ぐことができる。
Further, an inner
さらに、導電性内部プレート21と積層体端部の酸化剤セパレータ2の間に、可撓性があり、金属とカーボン材の接触抵抗を下げることができる膨張黒鉛からなる導電性クッションシート45を配設することにより、金属成分が溶出することを防止することができる。
Further, a
(4)他の実施形態
本発明は、上述したような実施形態に限定されるものではなく、各部材の大きさ、形状等は、適宜変更可能である。
(4) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the size, shape, and the like of each member can be changed as appropriate.
また、図6は図5の変形例であり、絶縁性外部プレート22と内部プレートシール材40に固定ボルト貫通用開口部51、52が設けられており、内部プレート固定ボルト53により、導電性内部プレート21と絶縁性外部プレート22を固定することができるように構成されている。
FIG. 6 is a modification of FIG. 5, and fixing
このように構成することにより、燃料電池スタックの組立てに際し、導電性内部プレート21を絶縁性外部プレート22に予め固定することが可能となり、取り扱いが容易になる。また、内部プレート固定ボルト53を金属製とした場合には、内部プレート固定ボルト53と導電性内部プレート21とは導通するため、前記電流取り出しケーブル43を内部プレート固定ボルト53に接続して、電流取り出し端子を兼ねても良い。この場合には、電流取り出し用の開口部(開口部34、矩形の孔41)を省略することができる。
With this configuration, when the fuel cell stack is assembled, the conductive
1…膜電極複合体(MEA)
2…酸化剤セパレータ
3…燃料・冷却水セパレータ
4…酸化剤ガス流通路
5…酸化剤ガス入口マニホールド
6…燃料ガス入口マニホールド
7…燃料ガス出口マニホールド
8…冷却水流通路
9…冷却水入口マニホールド
10…冷却水出口マニホールド
20…エンドプレート
21…導電性内部プレート
22…絶縁性外部プレート
29…窪み
30…突起
32…締め付けスタッド
33…締め付けスプリング
34…開口部
40…内部プレートシール材
41…矩形の孔
42…固定ボルト
43…電流取り出しケーブル
44…外部プレートシール材
45…導電性クッションシート
51、52…固定ボルト貫通用開口部
53…内部プレート固定ボルト
1 ... Membrane electrode assembly (MEA)
2 ... oxidant separator 3 ... fuel / cooling
Claims (4)
前記エンドプレートを導電性内部プレートと絶縁性外部プレートとから構成し、前記導電性内部プレートを介して、燃料電池スタックの発電電流を外部に取り出すと共に、前記エンドプレート部分においては、燃料電池スタックに供給・排気する流体が前記絶縁性外部プレートのみと接触するように構成したことを特徴とする燃料電池スタック。 A membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are arranged on both sides of a solid polymer membrane, and a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path for supplying fuel gas and oxidant gas to the gas diffusion electrode, respectively, are provided on at least one side. A plurality of basic components configured such that the fuel gas flow passage is in contact with one surface of the gas diffusion electrode and the oxidant gas flow passage is in contact with the other surface of the gas diffusion electrode. In a fuel cell stack that is configured by stacking to form a stack, sandwiching the stack with end plates disposed at both ends thereof, and holding it tightly,
The end plate is composed of a conductive inner plate and an insulating outer plate, and the generated current of the fuel cell stack is taken out through the conductive inner plate, and the end plate portion is connected to the fuel cell stack. A fuel cell stack characterized in that a fluid to be supplied / exhausted is in contact with only the insulating outer plate.
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