JP2018147716A - Terminal plate for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池用のターミナルプレートに関する。 The present disclosure relates to a terminal plate for a fuel cell.
端子部を有する導電性のコアプレートと、コアプレートを挟持する一対の耐食性プレートと、耐食性プレートによるコアプレートの挟持状態を維持する接着シール材と、を備える燃料電池スタック用のターミナルプレートが知られている(例えば、特許文献1)。 A terminal plate for a fuel cell stack comprising a conductive core plate having a terminal portion, a pair of corrosion-resistant plates that sandwich the core plate, and an adhesive seal material that maintains the sandwiched state of the core plate by the corrosion-resistant plates is known. (For example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のターミナルプレートは、コアプレートおよび耐食性プレートの一部を接着シール材によって覆う必要があり、構造が複雑化していた。そのため、燃料電池用のターミナルプレートにおいて、構造の複雑化を抑制できる技術が望まれている。また、従来からターミナルプレートにおいて耐食性の向上と、端子部の発熱を低減できる技術が望まれている。 However, the conventional terminal plate needs to cover a part of the core plate and the corrosion-resistant plate with an adhesive seal material, and the structure is complicated. Therefore, there is a demand for a technology that can suppress the complexity of the structure of the terminal plate for a fuel cell. Conventionally, there is a demand for a technique capable of improving the corrosion resistance and reducing the heat generation of the terminal portion in the terminal plate.
本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 This indication is made in order to solve at least one part of the above-mentioned subject, and can be realized as the following forms.
本発明の一形態によれば、燃料電池用のターミナルプレートが提供される。このターミナルプレートは、前記燃料電池を構成する単セルと面する第1の金属によって構成されたプレート部と、前記プレート部の外縁部に接合され、前記燃料電池の発電電力を外部に出力する第2の金属によって構成された端子部と、を備える。前記第1の金属は、前記第2の金属よりも耐食性が高く、前記第2の金属は、前記第1の金属よりも導電性が高く、前記プレート部と前記端子部は、ボルト接合と、溶接と、のいずれか1つにより接合されている。
上記形態のターミナルプレートによれば、プレート部は第1の金属によって構成され、端子部は第2の金属によって構成されている。また、プレート部と端子部は、ボルト接合と、溶接と、のいずれか1つにより接合されている。したがって、従来と比べて、接着シール材を用いる必要がないので、ターミナルプレートにおける構造の複雑化を抑制できる。また、上記形態に係るターミナルプレートは、液水による腐食が発生しやすいプレート部が第2の金属よりも耐食性の高い第1の金属で構成され、電流集中による発熱が発生しやすい端子部が第1の金属よりも導電性の高い第2の金属で構成されている。したがって、接着シール材を用いない簡素な構造により、プレート部の耐食性の向上と、端子部の発熱の低減が可能である。
According to one aspect of the invention, a terminal plate for a fuel cell is provided. The terminal plate is joined to a plate portion made of a first metal facing a single cell constituting the fuel cell and an outer edge portion of the plate portion, and outputs the generated power of the fuel cell to the outside. And a terminal portion made of two metals. The first metal has higher corrosion resistance than the second metal, the second metal has higher conductivity than the first metal, and the plate portion and the terminal portion are bolted, And any one of welding.
According to the terminal plate of the said form, a plate part is comprised with the 1st metal and the terminal part is comprised with the 2nd metal. Moreover, the plate part and the terminal part are joined by any one of bolt joining and welding. Therefore, since it is not necessary to use an adhesive seal material as compared with the conventional case, the structure of the terminal plate can be prevented from becoming complicated. In the terminal plate according to the above aspect, the plate portion that is likely to be corroded by liquid water is composed of the first metal having higher corrosion resistance than the second metal, and the terminal portion that is likely to generate heat due to current concentration is the first. The second metal is higher in conductivity than the first metal. Therefore, it is possible to improve the corrosion resistance of the plate portion and reduce the heat generation of the terminal portion with a simple structure that does not use an adhesive seal material.
本開示は、上記のターミナルプレート以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ターミナルプレートを備えた燃料電池や燃料電池システム等の形態で実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in various forms other than the terminal plate described above. For example, the present disclosure can be realized in the form of a fuel cell or a fuel cell system including the terminal plate.
A.第1の実施形態
図1は、本開示の実施形態に係るターミナルプレート110a、110bが用いられる燃料電池200を示す概略図である。燃料電池200は、一対のエンドプレート130a、130bと、一対の絶縁板120a、120bと、一対のターミナルプレート110a、110bと、複数の単セル100と、を備えている。燃料電池200は、スタック構造を有し、第1のエンドプレート130aと、第1の絶縁板120aと、第1のターミナルプレート110aと、複数の単セル100と、第2のターミナルプレート110bと、第2の絶縁板120bと、第2のエンドプレート130bとが、この順に積層されている。単セル100は、燃料ガスである水素ガス及び酸化ガスである空気の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル100において電気化学反応により発生した電力は、ターミナルプレート110a、110bから取り出される。絶縁板120a、120bは、ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。エンドプレート130a、130bは、鋼等の金属から成り、剛性を有している。燃料電池200は、例えば車両等の移動体に搭載され、移動体の動力源として使用される。また、燃料電池200は、定置型の家庭用電源としても使用される。
A. First Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
燃料電池200は、単セル100への燃料ガス等の供給に用いられる供給マニホールドM1in〜M3inと、燃料ガス等の排出に用いられる排出マニホールドM1out〜M3outと、を有している。供給マニホールドM1in〜M3inには、燃料ガス供給マニホールドM1inと、酸化ガス供給マニホールドM2inと、冷媒供給マニホールドM3inと、が含まれる。排出マニホールドM1out〜M3outには、燃料ガス排出マニホールドM1outと、酸化ガス排出マニホールドM2outと、冷媒排出マニホールドM3outと、が含まれる。燃料ガス供給マニホールドM1inは、外部から単セル100へと燃料ガス、例えば水素ガスを供給する。燃料ガス排出マニホールドM1outは、単セル100の流路を通過した燃料ガスを外部へと排出する。酸化ガス供給マニホールドM2inは、単セル100へと酸化ガス、例えば空気を供給する。酸化ガス排出マニホールドM2outは、単セル100の流路を通過した酸化ガスを外部へと排出する。冷媒供給マニホールドM3inは、単セル100へと冷媒、例えば水を供給する。冷媒排出マニホールドM3outは、単セル100の流路を通過した冷媒を外部へと排出する。冷媒として用いられる水は、冷却水とも記載する。
The
ターミナルプレート110a、110bは、プレート部10a、10bと、プレート部10a、10bの外縁部15に接合された端子部20a、20bと、を有する。ターミナルプレート110a、110bは、単セル100の発電電力を集電する集電板であり、端子部20a、20bから集電した電力を外部へ出力する。以下では、第1のターミナルプレート110aと第2のターミナルプレート110bの共通する特徴および効果を説明する際には、ターミナルプレート110と記載する。ターミナルプレート110a、110bの構成要素であるプレート部10a、10bおよび端子部20a、20bについても、第1のターミナルプレート110aと第2のターミナルプレート110bの共通する特徴および効果を説明する際には、プレート部10および端子部20と記載する。
図2は、ターミナルプレート110a、110bの概略図である。第1のターミナルプレート110aは、積層された際にマニホールドM1in〜M3out(図1)を構成するマニホールド形成部11a〜13bを有する。マニホールド形成部11a〜13bは、110aを貫通する開口を形成する。一方、第2のターミナルプレート110bは、マニホールド形成部を有さない。外部から供給される燃料ガスおよび酸化ガスは、第1のターミナルプレート110aからそれぞれの単セル100に供給され、反応に用いられなかった燃料ガスおよび酸化ガスは、折り返して第1のターミナルプレート110aに戻る。冷却水も同様に、第1のターミナルプレート110aからそれぞれの単セル100に供給され、第1のターミナルプレート110aに戻る。
FIG. 2 is a schematic view of the
プレート部10の外形は、略矩形状である。端子部20は、プレート部10の外縁部15に接合されている。端子部20は、外縁部15から突出した部材である。プレート部10と端子部20との接合には、例えば、接着シール材を用いない接合方法である、ボルトを用いて接合するボルト接合や、溶接、を用いることができる。溶接としては、例えば、摩擦圧接や、摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding)や、レーザー溶接がある。本実施形態では、溶接による接合を採用している。
The external shape of the
第1のターミナルプレート110aの外形は、略矩形状である。第1のターミナルプレート110aの長手方向の一方の端部には、燃料ガス入口マニホールド形成部11aと、酸化ガス入口マニホールド形成部12aと、冷却媒体入口マニホールド形成部13aと、が設けられている。第1のターミナルプレート110aの長手方向の他方の端部には、燃料ガス出口マニホールド形成部11bと、酸化ガス出口マニホールド形成部12bと、冷却媒体出口マニホールド形成部13bと、が設けられている。
The outer shape of the
第2のターミナルプレート110bの外形は、略矩形である。図2において、プレート部10bに示す一点鎖線SL1〜SL5は、対向する単セル100に配置されたガスケットが当接する位置を表している。プレート部10bの一点鎖線SL1〜SL5によって囲まれた領域は、各マニホールドM1in〜M3outの端部となるマニホールド後端部14として機能する。
The external shape of the
マニホールド形成部13aから供給される冷却水の一部は、プレート部10と隣接する単セル100とによって形成される冷媒流路(図示しない)へと流入し、ターミナルプレート110の単セル100に面する側は、冷却水に晒される。また、マニホールド形成部11bおよびマニホールド後端部14は、単セル100における化学反応によって生成された生成水を含む燃料ガスに晒されている。プレート部10は、冷却水や生成水に晒された状態であるため、端子部20と比べ腐食が起こりやすい環境にある。
A part of the cooling water supplied from the
単セル100によって発電された電力が集電され外部へと出力される際には、端子部20に電力が集中する。プレート部10より断面積が小さい端子部20は、プレート部10と比べて発熱しやすい。
When the electric power generated by the
プレート部10と端子部20とは、それぞれ異なる種類の金属によって構成されている。プレート部10は、第1の金属によって構成されている。端子部20は、第1の金属とは異なる種類の第2の金属によって構成されている。第1の金属は、第2の金属より耐食性が高い金属である。第2の金属は、第1の金属と比べて導電性(導電率)の高い金属である。
The
上記のごとく、プレート部10は、第2の金属よりも耐食性が高い第1の金属によって構成されている。したがって、プレート部10は、冷却水等に晒される際に、プレート部10が端子部20と同様に第2の金属によって構成されている場合と比べて、プレート部10の腐食を抑制することができる。ここで、プレート部10を構成する第1の金属は、ターミナルプレート110が冷却水等に晒され、かつ、電流が印加された場合であっても腐食による燃料電池200の性能の低下を防止または抑制できる程度の耐食性を有していてもよい。耐食性を有する第1の金属としては、例えば、チタンやステンレス鋼がある。耐食性の程度は、例えば、フッ酸等に浸積した試料に電流を流す電気化学試験に基づいて評価することができる。本実施形態では、第1の金属としてチタンを採用している。
As described above, the
上記のごとく、端子部20は、第1の金属よりも導電性の高い第2の金属で構成されている。したがって、端子部20は、電力が集中した際に、プレート部10と同様に第1の金属で構成されている場合と比べて、発熱を抑制できる。ここで、端子部20を構成する第2の金属は、ターミナルプレート110に燃料電池200の通常の使用において想定される最大の電流が印加された際に端子部20が高温にならない程度の導電性を有していてもよい。高温とは、ターミナルプレート110に隣接する部材が劣化する等の問題が発生する温度を意味する。導電性を有する第2の金属として、例えば、アルミニウムや銅がある。本実施形態では、第2の金属としてアルミニウムを採用している。
As described above, the
以下では、図3および図4を用いて、実施形態に係る第1のターミナルプレート110aの構造と従来例に係る第1のターミナルプレート210の構造とを比較する。図3は、実施形態に係る第1のターミナルプレート110aの断面図である。図4は、従来例に係る第1のターミナルプレート210の断面図である。
Hereinafter, the structure of the
図3に示すように、実施形態に係る第1のターミナルプレート110aは、プレート部10aと端子部20aとが接合された構造を有する。ターミナルプレート110aの単セル100に対向する側には、燃料ガス、酸化ガス、もしくは冷媒の漏洩を防止するためのガスケットGKaがマニホールド形成部11a〜13bの外周に配置されている。ガスケットGKaは、対面する単セル100と当接し、第1のターミナルプレート110aと単セル100との面圧によって設置位置に保持される。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、従来例に係る第1のターミナルプレート210は、コアプレート40が一対の耐食性プレート50によって挟持された構造を有し、コアプレート40の一部が耐食性プレート50から露出することによって端子部80が形成されている。マニホールド形成部71a、73aは、コアプレート40が燃料ガス、酸化ガス、もしくは冷媒と直接接触しないように、接着シール材60によってシールされている。従来例では、コアプレート40を接着シール材60および耐食性プレート50によって覆う必要がある。したがって、実施形態に比べて構造が複雑化する。
As shown in FIG. 4, the first
以上説明した実施形態のターミナルプレート110によれば、プレート部10と端子部20はそれぞれ単一の金属(第1の金属又は第2の金属)によって構成されている。プレート部10と端子部20は、ボルト接合と、溶接と、のいずれか1つにより接合されている。接着シール材を用いる必要がないので、従来と比べて、ターミナルプレート110における構造の複雑化を抑制できる。また、ターミナルプレート110は、生成水や冷却水に晒され腐食しやすいプレート部10が耐食性の高い第1の金属で構成され、電流集中による発熱が発生しやすい端子部20が導電性の高い第2の金属で構成されている。耐食性が高く導電性が低い金属、例えば第1の金属のみで構成されたターミナルプレートと比べて、端子部20の発熱を抑制することができる。また、導電性が高く耐食性が低い金属、例えば第2の金属のみで構成されたターミナルプレートと比べて、プレート部10の腐食を抑制することができる。したがって、接着シール材を用いない簡素な構造により、プレート部10の耐食性の向上と、端子部20の発熱の低減が可能である。
According to the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems or to achieve one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10、10a、10b、70…プレート部
11a、71a…燃料ガス入口マニホールド形成部
11b…燃料ガス出口マニホールド形成部
12a…酸化ガス入口マニホールド形成部
12b…酸化ガス出口マニホールド形成部
13a、73a…冷却媒体入口マニホールド形成部
13b…冷却媒体出口マニホールド形成部
14…マニホールド後端部
15…外縁部
20、20a、20b、80…端子部
40…コアプレート
50…耐食性プレート
60…接着シール材
100…単セル
110、110a、110b、210…ターミナルプレート
120a、120b…絶縁板
130a、130b…エンドプレート
GKa、GKb…ガスケット
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃料電池を構成する単セルと面する第1の金属によって構成されたプレート部と、
前記プレート部の外縁部に接合され、前記燃料電池の発電電力を外部に出力する第2の金属によって構成された端子部と、
を備え、
前記第1の金属は、前記第2の金属よりも耐食性が高く、
前記第2の金属は、前記第1の金属よりも導電性が高く、
前記プレート部と前記端子部は、ボルト接合と、溶接と、のいずれか1つにより接合されている、
ターミナルプレート。 A terminal plate for a fuel cell,
A plate portion made of a first metal facing a single cell constituting the fuel cell;
A terminal portion that is joined to an outer edge portion of the plate portion and configured by a second metal that outputs the generated power of the fuel cell to the outside;
With
The first metal has higher corrosion resistance than the second metal,
The second metal is more conductive than the first metal,
The plate part and the terminal part are joined by any one of bolt joining and welding,
Terminal plate.
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