JP2015002022A - Fuel cell stack and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタック及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack and a manufacturing method thereof.
燃料電池は、MEA(Membrane−Electrode−Assembly:電解質膜−電極接合体)を有し、MEAの両側主面それぞれを、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化ガスとに曝露して、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを発生させる装置である。 The fuel cell has an MEA (Membrane-Electrode-Assembly: electrolyte membrane-electrode assembly), and exposes both main surfaces of the MEA to a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen such as air. Thus, the fuel gas and the oxidizing gas are electrochemically reacted to generate electric power and heat.
燃料電池は、一般的には、燃料電池セルを積層させてセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端にターミナル、エンドプレートを配置して、両端のエンドプレートをボルト等の締結部材によって締結した燃料電池スタックを本体としている。燃料電池セルは、MEAを一対の平板状のセパレータで挟んで構成されている。セパレータは、発電領域において、アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路と、カソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス流路と、冷媒を流すための冷媒流路を有する。また、セパレータは、非発電領域において、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドを有する。また、セパレータは、導電性カーボンを含む樹脂、金属等の導電材料で構成されている。 In general, a fuel cell is formed by stacking fuel cells to form a cell stack, and terminals and end plates are arranged at both ends of the cell stack in the cell stacking direction, and the end plates at both ends are fastened by fastening members such as bolts. The fastened fuel cell stack is the main body. The fuel battery cell is configured by sandwiching the MEA between a pair of flat separators. The separator has a fuel gas channel for supplying fuel gas to the anode, an oxidizing gas channel for supplying oxidizing gas to the cathode, and a refrigerant channel for flowing refrigerant in the power generation region. The separator has a fuel gas manifold, an oxidizing gas manifold, and a refrigerant manifold in the non-power generation region. The separator is made of a conductive material such as resin or metal containing conductive carbon.
この冷却媒体マニホールド及び冷却媒体流路に流通させる冷却媒体として、水を用いるのが一般的である。水を冷却媒体として使用する際に、イオン交換水のように導電率の低いものを使用しても、導電性を有しているため、冷却媒体マニホールドに充填された冷却水を介して、燃料電池スタック内のプラスとマイナスの部材間、具体的には、導電性を有するセパレータ間で短絡が生じる。その結果、セパレータに短絡電流が流れ、プラス側のセパレータに設けられた冷却媒体マニホールド孔を形成する壁面の腐食を招来していた。 In general, water is used as a cooling medium flowing through the cooling medium manifold and the cooling medium flow path. When water is used as a cooling medium, even if a low conductivity material such as ion exchange water is used, it has conductivity, so the fuel is supplied via the cooling water filled in the cooling medium manifold. A short circuit occurs between the positive and negative members in the battery stack, specifically, between the conductive separators. As a result, a short-circuit current flows through the separator, leading to corrosion of the wall surface forming the cooling medium manifold hole provided in the positive separator.
このようなセパレータの腐食の問題を解決することを意図して、正極ターミナルと正極ターミナル側のセパレータとの間に、犠牲部材を設けた燃料電池スタックが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A fuel cell stack in which a sacrificial member is provided between a positive electrode terminal and a separator on the positive electrode terminal side is known in order to solve the problem of such corrosion of the separator (see, for example, Patent Document 1). ).
しかしながら、上記特許文献1に記載の燃料電池スタックでは、犠牲部材にカーボンが用いられているため、両端のエンドプレートを締結する際の締結加重や止めねじによる応力集中、車両衝突時の衝撃力によって割れが発生するおそれがある。このため、応力集中や衝撃力によって割れが発生しにくい部材として金属を採用したいが、要求される剛性を満たす厚さで作成すると燃料電池スタックの重量が増加するという問題が発生してしまう。また、犠牲部材とセル積層体との間のシール性を確保するために、犠牲部材の表面を切削加工する必要があるが、犠牲部材に金属を採用した場合には、この切削加工に多くの時間を費やしてしまうという問題もあった。この切削加工時間の問題は、金属として特にTi(チタン)を採用した場合に、Tiが難切削材料であるため顕著な問題となり、加えて、切削用の刃具の摩耗も激しく刃具費も増加してしまうという問題も生じていた。
However, in the fuel cell stack described in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セパレータの腐食を抑制することができると共に、軽量化及びコストの低減を図ることができる金属プレートを備える燃料電池スタックを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack including a metal plate that can suppress corrosion of the separator and can reduce the weight and the cost. It is to provide.
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池スタックは、膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にターミナルプレートを配置してなる燃料電池スタックであって、前記セパレータと前記ターミナルプレートとの間に防錆プレートを備え、前記防錆プレートは、前記防錆プレートの前記セパレータに対向する面を含む層が耐食性及び導電性を有する第1の金属により構成され、前記防錆プレートの前記ターミナルプレートに対向する面を含む層が前記第1の金属よりも比重の小さい第2の金属により構成されている。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell stack according to the present invention has terminal plates arranged at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cells each including a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are stacked. A rust preventive plate is provided between the separator and the terminal plate, and the rust preventive plate has a layer including a surface facing the separator of the rust preventive plate having corrosion resistance and conductivity. The layer including the surface facing the terminal plate of the rust prevention plate is composed of a second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal.
このように、防錆プレートにおけるセパレータに対抗する面を含む層が耐食性及び導電性を有する第1の金属により構成されているため、セパレータの腐食を抑制しつつ、締結荷重や止めねじによる応力集中、車両衝突時の衝撃等による防錆プレートの割れが発生するのを防ぐことができる。また、防錆プレートにおけるターミナルプレートに対抗する面を含む層が、第1の金属よりも比重の小さい第2の金属により構成されるため、防錆プレートの軽量化を図ることができる。その結果、燃料電池を車両に搭載した場合に、軽量化により車両衝突時の慣性衝撃力が軽減されるため、耐衝撃性能を向上させることができる。 Thus, since the layer including the surface that opposes the separator in the rust prevention plate is composed of the first metal having corrosion resistance and conductivity, the stress concentration due to the fastening load and the set screw is suppressed while suppressing the corrosion of the separator. Further, it is possible to prevent the rust preventive plate from being cracked due to an impact at the time of a vehicle collision. Moreover, since the layer including the surface which opposes the terminal plate in the rust prevention plate is composed of the second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal, the weight of the rust prevention plate can be reduced. As a result, when the fuel cell is mounted on the vehicle, the inertial impact force at the time of the vehicle collision is reduced by the weight reduction, so that the impact resistance performance can be improved.
また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記第1の金属には、プレス加工によって形成された凹部が形成され、前記凹部が前記セパレータに接着されたガスケットと接することにより、前記防錆プレートと前記セパレータとの間がシールされている前記第1の金属は、プレス加工によって形成された凹部を有し、前記凹部が前記セパレータに形成されたガスケットと接することにより、前記防錆プレートと前記セパレータとの間がシールされていることも好ましい。 In the fuel cell stack according to the present invention, the first metal is formed with a recess formed by pressing, and the recess is in contact with a gasket bonded to the separator. The first metal sealed between the separator has a recess formed by pressing, and the recess is in contact with a gasket formed on the separator. It is also preferable that the gap is sealed.
この好ましい態様では、第1の金属を、切削加工ではなくプレス加工により凹部を形成しているので、切削による工数や切削コストを抑えることができる。また、凹部がガスケットに接することにより、防錆プレートとセパレータとの間をシールすることができるので、水素ガスや酸化ガス等の漏れを抑制することができる。 In this preferable aspect, since the concave portion is formed by pressing the first metal instead of cutting, the man-hour and cutting cost by cutting can be suppressed. Further, since the recess is in contact with the gasket, the gap between the rust prevention plate and the separator can be sealed, so that leakage of hydrogen gas, oxidizing gas, and the like can be suppressed.
また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記第1の金属は、高強度性を有する材料で形成され、前記第2の金属は、前記第1の金属の板厚よりも厚く形成されていることも好ましい。 In the fuel cell stack according to the present invention, the first metal is formed of a material having high strength, and the second metal is formed thicker than the plate thickness of the first metal. Is also preferable.
この好ましい態様では、第1の金属が高強度性を有する材料で形成されているので、エンドプレートによる積層方向への締結荷重や止めねじによる応力集中、車両衝突時の衝撃等による防錆プレートの割れを抑制することができる。また、比重の小さい第2の金属の方が、第1の金属の割合よりも厚く形成されているので、防錆プレート全体として軽量化を図ることができる。 In this preferred embodiment, since the first metal is formed of a material having high strength, the rust preventive plate is caused by a fastening load in the stacking direction by the end plate, stress concentration by a set screw, an impact at the time of a vehicle collision, or the like. Cracking can be suppressed. Moreover, since the 2nd metal with smaller specific gravity is formed thicker than the ratio of the 1st metal, weight reduction can be achieved as the whole rust prevention plate.
本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にターミナルプレートを配置してなる燃料電池スタックの製造方法であって、プレス加工により耐食性及び導電性を有する第1の金属に凹凸を形成する工程と、前記第1の金属よりも比重の小さい第2の金属を、前記第1の金属と一体化させる工程と、前記セパレータ、前記第1の金属、前記第2の金属、及び前記ターミナルプレートをこの順で積層してなることを特徴とする。 A method for manufacturing a fuel cell stack according to the present invention is a fuel comprising a terminal plate disposed at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cells each including a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are stacked. A method for manufacturing a battery stack, the step of forming irregularities on a first metal having corrosion resistance and conductivity by pressing, and a second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal, The step of integrating with a metal, and the separator, the first metal, the second metal, and the terminal plate are laminated in this order.
このように構成することにより、切削加工ではなくプレス加工により第1の金属に凹凸を形成し、この第1の金属に比重の小さい第2の金属を一体化させて防錆プレートを製造しているので、切削加工による工数や刃具費のコストの低減を図ることができる。 By constructing in this way, an unevenness is formed in the first metal not by cutting but by pressing, and a second metal having a small specific gravity is integrated with the first metal to produce a rust prevention plate. Therefore, it is possible to reduce the number of man-hours and cutting tool costs by cutting.
また本発明に係る燃料電池スタックの製造方法は、膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にターミナルプレートを配置してなる燃料電池スタックの製造方法であって、プレス加工により耐食性及び導電性を有する平坦な第1の金属を形成する工程と、プレス加工により前記第1の金属よりも比重の小さい平坦な第2の金属を形成する工程と、前記第1の金属と前記第2の金属とを積層して前記第1の金属の表面に凹凸を形成する工程と、前記セパレータ、前記第1の金属、前記第2の金属、及び前記ターミナルプレートをこの順で積層してなることを特徴とする。 In addition, the fuel cell stack manufacturing method according to the present invention includes terminal plates disposed at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cell cells each including a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are stacked. A method of manufacturing a fuel cell stack, comprising a step of forming a flat first metal having corrosion resistance and conductivity by pressing, and a flat second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal by pressing. Forming a concavo-convex structure on the surface of the first metal by laminating the first metal and the second metal, the separator, the first metal, and the second metal The metal and the terminal plate are laminated in this order.
このように、プレス加工によって成形した凹凸形状を有しない金属板を積層して防錆プレートを製造しているので、加工難度を低くすることができる。その結果、加工時間の短縮を図ることができ、量産性を向上させることができる。 Thus, since the metal plate which does not have the uneven | corrugated shape shape | molded by press work is laminated | stacked and the antirust plate is manufactured, a process difficulty can be made low. As a result, processing time can be shortened and mass productivity can be improved.
また本発明に係る燃料電池スタックの製造方法では、前記第1の金属において、水素ガス又は冷却水に接触しない部分は、前記第1の金属よりも比重の小さい金属を形成することも好ましい。 In the method of manufacturing a fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that a portion of the first metal that does not come into contact with hydrogen gas or cooling water forms a metal having a specific gravity smaller than that of the first metal.
この好ましい態様では、防錆プレートにおける比重の小さい金属の割合を大きくすることができるので、セパレータの腐食を抑制しつつ、防錆プレートのより一層の軽量化を図ることができる。 In this preferable aspect, since the ratio of the metal with a small specific gravity in a rust prevention plate can be enlarged, the further weight reduction of a rust prevention plate can be achieved, suppressing the corrosion of a separator.
また本発明に係る燃料電池スタックの製造方法では、前記第1の金属は、接触する流体に応じて異なる種類の金属板により形成されていることも好ましい。 In the method for manufacturing a fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that the first metal is formed of a different type of metal plate depending on the fluid in contact therewith.
この好ましい態様では、防錆プレートを、接触する流体に応じて異なる種類の金属板を用いて形成するので、より一層のコストの低減を図ることができる。 In this preferred embodiment, the rust prevention plate is formed using a different type of metal plate depending on the fluid to be contacted, so that the cost can be further reduced.
本発明によれば、セパレータの腐食を抑制するための防錆プレートの軽量化を図ることができる。このため、本発明による防錆プレートを備える燃料電池スタックを車両に搭載した場合に、車両衝突時の慣性衝撃力が軽減され、耐衝撃性能を向上させることができる。また、防錆プレートを構成する耐腐食性金属板を製造する際に、切削加工を廃止し、プレス加工を含む製造方法を採用することでコストの低減を図ることができる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 reduce the weight of the rust prevention plate for suppressing the corrosion of the separator. For this reason, when the fuel cell stack provided with the rust prevention plate according to the present invention is mounted on the vehicle, the inertial impact force at the time of the vehicle collision is reduced, and the impact resistance performance can be improved. In addition, when manufacturing a corrosion-resistant metal plate that constitutes a rust-proof plate, a fuel cell stack is provided that can cut costs and reduce costs by adopting a manufacturing method that includes pressing. be able to.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態における燃料電池スタック1の概略構成を示す側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a
燃料電池スタック1は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池セル2が複数積層されたセル積層体3と、セル積層方向の両端に、セル積層体3側から順に、防錆プレート60、ターミナルプレート11、エンドプレート12と、を備える。エンドプレート12は、図示しないタイロッドを介して複数の燃料電池セル2を積層方向に締め付け保持する。積層方向両端に一対のエンドプレート12を設け、例えば、車載用の燃料電池スタック1として使用される。
The
続いて、図2を参照しながら燃料電池スタック1を構成する燃料電池セル2について更に説明する。図2は、燃料電池スタック1の部分断面図を示す図である。
Next, the
燃料電池セル2は、膜電極接合体(MEA)21と、MEA21を挟持する一対のセパレータ31(アノード側セパレータ31aとカソード側セパレータ31b)と、シール部材22と、ガスケット23等で構成される。シール部材22は、アノード側セパレータ31aとカソード側セパレータ31bとの間に形成される。ガスケット23は、セパレータ31に接着され、燃料電池セル2間に形成されている。
The
MEA21は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)と、電解質膜を両面から挟む一対の電極(アノード側拡散電極及びカソード側拡散電極)とで構成されている。電解質膜は、各電極よりも大きく形成されている。この電解質膜には、各電極が例えばホットプレス法により接合されている。MEAを構成する各電極は、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材(拡散層)で構成されている。一方の電極(アノード)には燃料ガス(反応ガス)としての水素ガス、他方の電極(カソード)には空気や酸化剤などの酸化ガス(反応ガス)が供給され、これら2種類の反応ガスによりMEA内で電気化学反応が生じて燃料電池セル2の起電力が得られるようになっている。
The
アノード側セパレータ31aとカソード側セパレータ31bは、ガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、ステンレス等の金属(Fe、Cr、Ni等)が挙げられる。
The
アノード側セパレータ31aには、その発電領域において、アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成される。また、冷媒を流すための冷媒流路も形成される。カソード側セパレータ31bは、そのMEA21側の表面が、溝のない略平坦な平板によって形成されているが、カソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス流路を形成しても良い。
A fuel gas flow path for supplying fuel gas to the anode is formed in the
アノード側セパレータ31a及びカソード側セパレータ31bの長手方向における一方の端部であって、非発電領域には、燃料ガス、酸化ガス又は冷却水の入口側マニホールド41が形成される。また、アノード側セパレータ31a及びカソード側セパレータ31bの長手方向における他方の端部には、燃料ガス、酸化ガス又は冷却水の出口側マニホールド42、43が形成されている。入口側マニホールド41及び出口側マニホールド42、43は、略矩形ないし台形の孔によって形成されている。燃料ガス、酸化ガス又は冷媒は、接着剤又はセパレータ31の周縁部に接着されたガスケット23等のシール材でシールされ、漏れが抑制されるようになっている。
At one end in the longitudinal direction of the
続いて、図3を参照しながら防錆プレート60について更に説明する。図3(A)は、防錆プレート60の斜視図である。図3(B)は、図3(A)に示すA−A線断面図である。
Next, the
防錆プレート60は、セル積層体3とターミナルプレート11との間に配置される。換言すれば、防錆プレート60は、セパレータ31とターミナルプレート11との間に配置される。防錆プレート60は、貫通孔を有さない板形状である。防錆プレート60は、ターミナルプレート11に導電性のある接着剤にて接着されていても良く、接着剤を用いずにターミナルプレート11とセパレータ31とによって挟持されていても良い。
The
図3に示すように、防錆プレート60は、耐腐食性金属板62と鋳造部71とから構成される。防錆プレート60におけるセル積層体3に対向する面を含む層、すなわち、燃料電池セル2のセパレータ31に対向する面を含む層は、耐腐食性金属板62により構成されている。
As shown in FIG. 3, the
耐腐食性金属板62は、耐食性及び導電性を有する金属板材で形成され、例えば、Ti等の材料が用いられる。ここで、耐食性の程度としては、硫酸pH3、80℃、0.9V程度の使用環境下で100Hr程度経過後の腐食電流を計測してその電流値を12000Hr程度まで外挿し、7.0×10^(−4)μm/hr程度の板厚減が無いことが望ましく、加えて、0.3MPa、200℃、100hr程度の水素曝露環境下で100ppm程度以下の水素含有量であることが望ましい。また、導電性の程度としては、接触抵抗の抵抗値50mΩ・cm2程度以下であることが望ましい。さらに、耐腐食性金属板62は、高強度性を有する材料で形成されることが望ましい。高強度性を有する材料とは、エンドプレート12による積層方向の締結荷重や止めねじによる応力集中、車両衝突時の衝撃等によって割れが生じないような材料であり、金属材料であることが望ましい。そして、耐腐食性金属板62には、プレス加工によってその表面に凹部62aが形成されている。凹部62aが形成されることにより、耐腐食性金属板62の表面は凹凸形状を有している。凹部62aは、防錆プレート60をセル積層体3に積層した際に、セパレータ31に形成されたガスケット23等のシール材を収容することができるようになっている。凹部62aがガスケット23に接することにより、防錆プレート60とセパレータ31との間がシールされ、ガス等の漏れが抑制されるように構成されている。
The corrosion-
次に、鋳造部71について説明する。鋳造部71は、防錆プレート60におけるターミナルプレート11に対向する面を含む層により構成される。鋳造部71におけるターミナルプレート11と接する面は、導電性を確保するためフラットな面になっている。また、鋳造部71における耐腐食性金属板62と接する面は、耐腐食性金属板62の凹凸形状に沿うようになっている。このように、鋳造部71は、防錆プレート60における耐腐食性金属板62が形成された部分以外の体積を補填するように構成されている。鋳造部71は、例えばアルミダイカストにより、アルミニウム又はそれを主成分とする合金を溶融して金型に圧入して鋳造する方法により製造される。鋳造部71は、耐腐食性金属板62の金属よりも比重の小さい軽量な金属(例えばアルミなど)で形成される。鋳造部71は、耐腐食性金属板62の板厚よりも厚く形成され、防錆プレート60全体をTi等の金属で形成した場合よりも、軽量化されるように設計される。耐腐食性金属板62及び鋳造部71について、各々の全体における占める割合又は各々の厚さに関しては、水素ガス量、酸化ガス量等に応じて、適宜選定されるようになっている。
Next, the casting
続いて、図3に示す防錆プレート60の製造方法を説明する。まず、耐腐食性金属板62に対してプレス加工をすることによって凹部62aを成形し、耐腐食性金属板62の表面に凹凸を成形する。次に、鋳ぐるみ成形することで、耐腐食性金属板62の一方の面に鋳造部71を形成し、耐腐食性金属板62と鋳造部71とを一体化する。そして、耐腐食性金属板62と鋳造部71とで製作されたものに対し、導電性の良い素材(例えば金)でめっきする。これにより、防錆プレート60が製造される。
Then, the manufacturing method of the
製造された防錆プレート60を含んだ形で燃料電池スタック1は以下のように構成される。すなわち、燃料電池スタック1は、防錆プレート60におけるセパレータ31側の面を耐腐食性金属板62として、防錆プレート60におけるターミナルプレート11側の面を鋳造部71として、防錆プレート60が配置されている。換言すれば、燃料電池スタック1は、セパレータ31(又はセパレータ31を含むセル積層体3)、耐腐食性金属板62、鋳造部71、及びターミナルプレート11をこの順で積層した構成を有している。
The
このように、本実施形態においては、防錆プレート60の一方の面が耐腐食性金属板62で形成されているため、締結荷重や止めねじによる応力集中、衝撃力によって防錆プレート60に割れが発生するのを防ぐことができる。また、防錆プレート60における耐腐食性金属板62が形成された部分以外は、軽量であるアルミ材等の鋳造部71で構成されているため、防錆プレート60全体をTi等の金属板材で形成した場合よりも、鋳造部71に置き換えた体積分、軽量化を図ることができる。その結果、燃料電池を車両に搭載した場合に、軽量化により車両衝突時の慣性衝撃力が軽減されるため、耐衝撃性能を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, since one surface of the rust
また、防錆プレート60の製造方法として、Ti板材を全切削することによりその表面に凹凸を成形する方法ではなく、プレス加工によりガスケット等のシール材を収容する凹部62aを成形することにより、Ti板材の表面を凹凸形状に加工している。Tiは難切削材料であるため、従来のように、切削加工によってTi板材を加工した場合、切削加工による時間が長時間に及んでしまったり、切削するための刃具等の工具費が増加してしまったりしてしまう。このため、本実施形態のように、Ti板材を切削加工ではなくプレス加工によりその表面を凹凸形状に加工することで、従来よりもTi板材の加工時間を短縮することができ、刃具等の工具費の増加も抑えることができる。
Moreover, as a manufacturing method of the rust
続いて図4を参照しながら、本発明の第2実施形態における防錆プレート60について説明する。図4(A)は、防錆プレート60の斜視図である。図4(B)は図4(A)に示す防錆プレート60のA−A線における断面図である。図3で示した防錆プレート60と同じ部分については同一の符合を用いる。
Next, the
図4に示すように、防錆プレート60は、第1の耐腐食性金属板63aと第2の耐腐食性金属板63bと薄板金属板81とから構成される。防錆プレート60におけるセル積層体3側、つまり、セパレータ31側の表面は、第1の耐腐食性金属板63aと第2の耐腐食性金属板63bとが形成される。防錆プレート60におけるターミナルプレート11側の面には、薄板金属板81が形成される。
As shown in FIG. 4, the
第1の耐腐食性金属板63aと第2の耐腐食性金属板63bは、平板形状を有し、それぞれ組み合わせることで、セル積層体3側の表面に凹凸形状を有する金属板となるように構成される。具体的には、第1の耐腐食性金属板63aが、防錆プレート60の長辺及び短辺の全幅に亘って平坦な金属板材で形成され、この第1の耐腐食性金属板63aの上面に、第2の耐腐食性金属板63bが複数配置されるようになっている。第2の耐腐食性金属板63bは、第1の耐腐食性金属板63aの長辺及び短辺の幅より小さい平板形状を有し、第1の耐腐食性金属板63aの長手方向両端部、短手方向両端部、中央部にそれぞれ配置されている。このように、平坦な金属板材で形成された第1の耐腐食性金属板63aと第2の耐腐食性金属板63bとを組み合わせることで、その表面に凹凸が形成される。第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bの材料は、耐腐食性、導電性及び高強度等の特性を有する材料であれば良いが、例えばTiなどを用いることができる。
The first corrosion-
薄板金属板81は、防錆プレート60のターミナルプレート11側の面であって、第1の耐腐食性金属板63aに隣接して配置される。薄板金属板81は、第1の耐腐食性金属板63aの長辺及び短辺と同一の長さを有し、平坦な金属板材で複数形成される。薄板金属板81の枚数は、適宜設定することができ、仕様に応じて適切な板厚に決定される。薄板金属板81は、第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bよりも比重の小さい金属で形成され、例えばアルミ等を用いることができる。
The
続いて、図4に示した第2実施形態における防錆プレート60の製造方法を説明する。図5(A)は、図4に示した防錆プレート60を構成する金属板材を分解した状態を示している。
Then, the manufacturing method of the
図5(A)に示すように、第2実施形態の防錆プレート60は、平坦な形状にプレス加工した金属板材を積層して一体化することにより製造される。具体的には、まず、第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bを、プレス加工により成形し、適宜設定した板厚にする。次に、薄板金属板81をプレス加工により成形し、適宜設定した板厚にする。第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bと薄板金属板81とを、カシメ、ボルト締結、又は溶接などで一体化させ、第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bによってその表面に凹凸が形成される。必要に応じて金めっき処理を施す。これにより、防錆プレート60が製造される。そして、製造された防錆プレート60をセル積層体3とターミナルプレート11との間に配置する。すなわち、第1実施形態と同様に、燃料電池スタック1は、セパレータ31(又はセパレータ31を含むセル積層体3)、耐腐食性金属板62、鋳造部71、及びターミナルプレート11をこの順で積層した構成を有している。
As shown in FIG. 5A, the
このように、第2実施形態ではプレス加工により成形した平坦な金属板を組み合わせることにより防錆プレート60が製造される。第2実施形態では比重の小さい材料を防錆プレート60に用いているため、防錆プレート60の軽量化を図ることができる。その結果、燃料電池を車両に搭載した場合に、軽量化により車両衝突時の慣性衝撃力が軽減されるため、耐衝撃性能を向上させることができる。また、難切削材料である耐腐食性金属板に対して切削加工することを廃止したため、加工時間を短縮することができ、量産性を向上させ、刃具費のコスト削減も図ることができる。
Thus, in 2nd Embodiment, the
更に、第2実施形態は第1実施形態と比較すると以下の優れた効果がある。図5(B)は、第1実施形態における防錆プレート60を構成する金属板材を分解した状態を示す断面図である。図5(B)に示すように、第1実施形態では、プレス加工により耐腐食性金属板62に凹凸を形成させる必要があるのに対し、第2実施形態では、プレス加工により耐腐食性金属板62を含む金属板材に凹凸を形成させる必要がない。このため、加工難度の低い形状になり、より一層加工時間の短縮を図ることができ、量産性を向上させることができる。
Furthermore, the second embodiment has the following excellent effects as compared with the first embodiment. FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a state in which the metal plate material constituting the
また、本実施形態では、防錆プレート60における、水素ガスや冷却水などのセパレータ31の腐食の原因となる流体に接触しない部分は、第1の耐腐食性金属板63a及び第2の耐腐食性金属板63bよりも比重の小さい金属、例えばアルミ板材等の軽量な金属で形成するように構成しても良い。このように構成することで、防錆プレート60のより一層の軽量化を図ることができる燃料電池スタックを提供することができる。
In the present embodiment, the portion of the
また、水素や冷却水などの流体が防錆プレート60に接触する部分に対応して、異なる種類の金属板を用いて防錆プレート60を構成しても良い。つまり、水素や冷却水などそれぞれの流体が接触するエリア又は接触しないエリアを予め導出しておき、予め導出されたエリア毎に対応して最適な金属板(比重の小さい金属板、耐食性及び導電性を有する金属板、衝撃性に強い金属板など)を用いて防錆プレート60を構成しても良い。このように構成することで、より一層のコストの低減を図ることができる燃料電池スタックを提供することができる。
Moreover, you may comprise the
以上、本発明の実施例を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の実施例でも実施することが可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this is an illustration for description of this invention, Comprising: It is not the meaning which limits the scope of the present invention only to this Example. The present invention can be implemented in various other embodiments.
1:燃料電池スタック
2:燃料電池セル
3:セル積層体
11:ターミナルプレート
12:エンドプレート
22:シール部材
23:ガスケット
31:セパレータ
31a:アノード側セパレータ
31b :カソード側セパレータ
41、42、43:マニホールド
60:防錆プレート
62、63a、63b:耐腐食性金属板
71:鋳造部
81:薄板金属板
1: Fuel cell stack 2: Fuel cell 3: Cell stack 11: Terminal plate 12: End plate 22: Seal member 23: Gasket 31:
Claims (7)
前記セパレータと前記ターミナルプレートとの間に防錆プレートを備え、
前記防錆プレートは、前記防錆プレートの前記セパレータに対向する面を含む層が耐食性及び導電性を有する第1の金属により構成され、前記防錆プレートの前記ターミナルプレートに対向する面を含む層が前記第1の金属よりも比重の小さい第2の金属により構成されている燃料電池スタック。 A fuel cell stack in which terminal plates are arranged at both ends of a cell laminate in which a plurality of fuel cell cells each including a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are laminated,
A rust prevention plate is provided between the separator and the terminal plate,
The rust preventive plate includes a layer including a surface of the rust preventive plate facing the separator, and a layer including the surface of the rust preventive plate facing the terminal plate. Is a fuel cell stack composed of a second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal.
前記凹部が前記セパレータに接着されたガスケットと接することにより、前記防錆プレートと前記セパレータとの間がシールされている請求項1に記載の燃料電池スタック。 The first metal has a recess formed by pressing,
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a gap between the antirust plate and the separator is sealed by contacting the recess with a gasket bonded to the separator.
前記第2の金属は、前記第1の金属の板厚よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。 The first metal is formed of a material having high strength,
3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the second metal is formed thicker than a plate thickness of the first metal.
プレス加工により耐食性及び導電性を有する第1の金属に凹凸を形成する工程と、
前記第1の金属よりも比重の小さい第2の金属を、前記第1の金属と一体化させる工程と、
前記セパレータ、前記第1の金属、前記第2の金属、及び前記ターミナルプレートをこの順で積層してなる燃料電池スタックの製造方法。 A method for producing a fuel cell stack comprising a terminal plate disposed at both ends of a cell laminate in which a plurality of fuel cell cells each comprising a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are laminated,
Forming irregularities on the first metal having corrosion resistance and conductivity by pressing; and
Integrating a second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal with the first metal;
A fuel cell stack manufacturing method in which the separator, the first metal, the second metal, and the terminal plate are stacked in this order.
プレス加工により耐食性及び導電性を有する平坦な第1の金属を形成する工程と、
プレス加工により前記第1の金属よりも比重の小さい平坦な第2の金属を形成する工程と、
前記第1の金属と前記第2の金属とを積層して前記第1の金属の表面に凹凸を形成する工程と、
前記セパレータ、前記第1の金属、前記第2の金属、及び前記ターミナルプレートをこの順で積層してなる燃料電池スタックの製造方法。 A method for producing a fuel cell stack comprising a terminal plate disposed at both ends of a cell laminate in which a plurality of fuel cell cells each comprising a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly are laminated,
Forming a flat first metal having corrosion resistance and conductivity by pressing; and
Forming a flat second metal having a specific gravity smaller than that of the first metal by pressing;
Laminating the first metal and the second metal to form irregularities on the surface of the first metal;
A fuel cell stack manufacturing method in which the separator, the first metal, the second metal, and the terminal plate are stacked in this order.
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