JP2021128840A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】十分な拘束力、かつ拘束力が均一な燃料電池スタックを提供する。【解決手段】セル積層体を積層方向において両側から挟持している一対の第１挟持部１２４及び第１連結部１２６を有する第１拘束具１２０、一対の第２挟持部１３４及び第２連結部１３６を有する第２拘束具１３０、並びに第１連結部又は第２連結部に対して圧力を印加する圧力源１４０を有しており、第１挟持部が積層方向に平行な断面においてくさび形状の外面を形成しており、第２挟持部の間にくさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されており、第２挟持部の間の空間にくさび形状の外面を有する第１挟持部を部分的に収納しかつ圧力源を介して圧力を印加することによって、セル積層体１１０に拘束圧が印加されるようになっている、燃料電池スタック。【選択図】図１

Description

本開示は、セル積層体、拘束具及び圧力源を有する燃料電池スタックに関する。

燃料電池は、電気的に接続された２つの電極に、それぞれ、水素ガスのような燃料ガス（アノード供給ガス）と酸素のような酸化剤ガス（カソード供給ガス）を供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。燃料電池のうち、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の構成単位である燃料電池セル（単セル）は、一対のセパレータの間に挟持されている膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有している。膜電極接合体は、アノードとカソードとの間に電解質膜が挟持された構造を有している発電体である。

燃料電池は、固定式の電源として用いられるだけでなく、電気自動車の動力源として用いられている。このような燃料電池は、一般に、複数の燃料電池セルを積層させて構成されるセル積層体の形態で利用される。

積層されている燃料電池セルから構成されるセル積層体は、燃料電池セルの積層状態の維持、燃料ガス及び酸化剤ガス等の漏洩防止、並びに燃料電池を構成する部材間における接触抵抗の低減などを目的として、積層方向に拘束圧が加えられた状態で拘束される。このような拘束のために、拘束機構が用いられる。

拘束方式としては、荷重抜けを想定した初期荷重を設定し、ネジなどの機械的固定によって固定する定寸方式、及び、荷重抜けした分の拘束圧を増加して荷重を補充する定荷重方式がある。定荷重方式には、バネのような弾性体を用いる機械式、電気駆動式、及びエア駆動式などがある。

特許文献１は、スタック外部に斜辺装置及び単一方向の荷重制御盤などを含む締結装置を開示している。当該燃料電池スタック締結装置は、スタックの自重によって締結荷重を出すことが記載されている。

特許文献２は、複数の発電セルが積層される燃料電池と、燃料電池に対して積層方向に荷重を付与する加圧ユニットとを備える燃料電池スタックを開示している。当該加圧ユニットは、圧力媒体により積層方向に加圧力を付与するシリンダ部と、シリンダ部に接続される供給配管に配置され圧力媒体を供給するコンプレッサと、供給配管に接続され燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際にコンプレッサに代えてシリンダ部に圧力媒体を供給する蓄圧部とを備えることが、記載されている。

特開２００９−２１２０７３号公報 特開２０１２−１５０９９０号公報

従来、セル積層体の拘束法として、体格・コストの観点から、セル積層体に対して拘束装置の位置を固定する定寸方式が採用されてきた。一方で、さらなる長寿命化を達成する観点からは、定荷重方式が好ましい。

ここで、特許文献１の定荷重方式では、拘束力が不足する場合があった。また、この定荷重方式では、拘束が不均一となり、セル積層体が安定した性能を発揮できないおそれがあった。

本開示は上記の問題に鑑みてなされたものであり、十分な拘束力を有しており、かつ拘束力の均一性が向上している燃料電池スタックを提供することが目的である。

本開示は、以下の手段によって上記の目的を達成するものである。

積層されている複数の燃料電池セルを有するセル積層体、
前記セル積層体を積層方向において両側から挟持している一対の第１挟持部及び前記一対の第１挟持部を連結している第１連結部を有する、第１拘束具
一対の第２挟持部及び前記一対の第２挟持部を連結している第２連結部を有する、第２拘束具、並びに
前記第１拘束具の前記第１連結部又は前記第２拘束具の前記第２連結部に対して圧力を印加する圧力源、
を有している燃料電池スタックであって、
前記第１拘束具の前記一対の第１挟持部が、前記積層方向に平行な断面において、くさび形状の外面を形成しており、
前記第２拘束具の前記一対の第２挟持部の間に、前記くさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されており、
前記一対の第２挟持部の間の前記空間に、くさび形状の外面を有する前記一対の第１挟持部を部分的に収納し、かつ前記圧力源を介して前記圧力を印加することによって、前記第２拘束具の前記一対の第２挟持部が、前記一対の第１挟持部の前記くさび形状の外面を拘束し、それによって、前記一対の第１挟持部及びそれらの間の前記セル積層体に、前記積層方向に沿う拘束圧が印加されるようになっている、
燃料電池スタック。

本開示によれば、十分な拘束力を有しており、かつ拘束の均一性が向上している燃料電池スタックが提供される。

図１は、本開示に係る燃料電池スタックの１つの実施態様の断面概略図である。 図２は、本開示に係る燃料電池スタックの別の実施態様の断面概略図である。 図３は、本開示に係る燃料電池スタックのさらに別の実施態様の断面概略図である。 図４は、くさび形状を説明するための概念図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る燃料電池スタックの実施の形態を説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。図面に示されている形態は、本開示の例示であり、本開示を限定するものではない。

本開示の燃料電池スタックは、下記を有している：
積層されている複数の燃料電池セルを有するセル積層体、
セル積層体を積層方向において両側から挟持している一対の第１挟持部及び一対の第１挟持部を連結している第１連結部を有する、第１拘束具
一対の第２挟持部及び一対の第２挟持部を連結している第２連結部を有する、第２拘束具、並びに
第１拘束具の第１連結部又は第２拘束具の第２連結部に対して圧力を印加する圧力源。

本開示に係る燃料電池スタックでは、
第１拘束具の一対の第１挟持部が、積層方向に平行な断面において、くさび形状の外面を形成しており、
第２拘束具の一対の第２挟持部の間に、くさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されており、
一対の第２挟持部の間の空間に、くさび形状の外面を有する一対の第１挟持部を部分的に収納し、かつ圧力源を介して圧力を印加することによって、第２拘束具の一対の第２挟持部が、一対の第１挟持部のくさび形状の外面を拘束し、それによって、一対の第１挟持部及びそれらの間のセル積層体に、積層方向に沿う拘束圧が印加されるようになっている。

図１は、本開示に係る燃料電池スタックの１つの実施態様の断面概略図である。図１に示されているように、燃料電池スタック１００は、セル積層体１１０、第１拘束具１２０、第２拘束具１３０、及び圧力源１４０を有している。

図１において、セル積層体１１０は、積層されている複数の燃料電池セルを有している。図１において、燃料電池セルの積層方向をＳで示している。

第１拘束具１２０は、セル積層体１１０を積層方向において両側から挟持している一対の第１挟持部１２２及び１２４、並びに、一対の第１挟持部１２２及び１２４を連結している第１連結部１２６を有する。図１において、一対の第１挟持部１２２及び１２４は、セル積層体の両側に配置される一対のエンドプレート部である。一対の第１挟持部１２２及び１２４は、それぞれ、積層方向に垂直な面１２２ａ及び面１２４ａを介して、セル積層体１１０に接している。

図１において、第２拘束具１３０は、一対の第２挟持部１３２及び１３４、並びに、一対の第２挟持部１３２及び１３４を連結している第２連結部１３６、を有する。図１における第２拘束具の一対の第２挟持部は、一対のプレッシャープレートである。

第１拘束具１２０の一対の第１挟持部１２２及び１２４が、積層方向に平行な断面において、くさび形状の外面１２２ｂ及び１２４ｂを形成している。一方で、第２拘束具１３０の第２挟持部１３２及び１３４の間に、第１拘束具１２０の一対の第１挟持部１２２及び１２４によって形成されているくさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間Ａが、形成されている。空間Ａは、一対の第２挟持部の内面１３２ｂ及び１３４ｂの間に形成されている空間である。

一対の第２挟持部１３２及び１３４は、それぞれ、面１３２ｂ及び面１３４ｂを介して、第１拘束具の一対の第１挟持部１２２及び１２４の面１２２ｂ及び１２４ｂに接している。第１挟持部の面１２２ｂ及び面１２４ｂは、セル積層体１１０の反対側に面しており、かつ積層方向に対して垂直でない角度を有している。一方で、第２挟持部の面１３２ｂ及び１３４ｂは、セル積層体１１０の側に面しており、かつ積層方向に対して垂直でない角度を有している。一対の第１挟持部１２２及び１２４、並びに一対の第２挟持部１３２及び１３４は、それぞれ、積層方向に平行な断面において、台形形状の断面を有している。

図１では、圧力源１４０が、第２拘束具１３０の第２連結部１３６に対して圧力Ｐを印加する。一対の第２挟持部１３２及び１３４の間の空間Ａに、くさび形状の外面１２２ｂ及び１２４ｂを有する一対の第１挟持部１２２及び１２４を部分的に収納し、かつ圧力源１４０を介して第２拘束具１３０の第２連結部１３６に圧力Ｐを印加することによって、第２拘束具１３０の一対の第２挟持部１３２及び１３４が、一対の第１挟持部１２２及び１２４のくさび形状の外面１２２ｂ及び１２４ｂを拘束し、それによって、一対の第１挟持部１２２及び１２４並びにそれらの間のセル積層体１１０に、積層方向Ｓに沿う拘束圧が印加されるようになっている。

図１の実施態様では、圧力が加えられた場合に、一対の第２挟持部の面１３２ｂ及び面１３４ｂと一対の第１挟持部の面１２２ｂ及び１２４ｂとがそれぞれ密着して面接触するように、空間Ａの大きさ及び一対の第１挟持の外面によって形成されるくさび形状の大きさが、決定されている。

セル積層体の自重方向を、斜辺構造を有する締結装置によって変換し、それによってセル積層体の拘束圧を得る方法では、発電時におけるスタック内の高圧力に耐えうる拘束圧を得られない場合があった。具体的には、燃料電池スタックにおいては発電中のエア圧に耐えるために４ｋＮ程度の拘束力が必要であるが、燃料電池スタックの自重のみによって拘束力を出す場合、例えば５０ｋｇの自重によって得られる拘束力は０．５ｋＮ程度に過ぎず、拘束力が不足するおそれがあった。また、車両等への搭載用途では、燃料電池スタックを小型化することが望ましいため、自重のみによって拘束力を得る方法では、ますます拘束力が不足すると考えられる。

これに対して、本願に係る燃料電池スタックでは、図１の実施態様で見られるように、圧力源１４０を介して印加される圧力Ｐを第２拘束具及び第１拘束具を介して積層方向への圧力に変えることによって、セル積層体１１０を積層方向に拘束する拘束圧を得ている。したがって、本開示に係る燃料電池スタックによれば、圧力源から発生する圧力を適宜設定することによって、発電時にセル積層体に発生する高圧のエア圧に耐えうるだけの十分な拘束圧を得ることができる。

また、セル積層体の両側に配置される一対のエンドプレートが連結されていない従来の拘束具では、発電に伴ってセル積層体内の熱膨張に偏りが生じた場合に、一対のエンドプレートの一方のみが拘束具に対して浮き上がり、その結果として、セル積層体の拘束が不均一になる場合があった。

これに対して、本開示に係る燃料電池スタックでは、例えば図１に見られるように、一対の第一挟持部１２２及び１２４が第１連結部１２６と一体となっているため、一対の第一挟持部１２２及び１２４の位置が、第１連結部１２６に対して実質的に固定されている。このような構成では、第一挟持部の一方のみが浮き上がるおそれが低減される。したがって、本開示に係る燃料電池スタックによれば、発電に伴ってセル積層体内の熱膨張に偏りが生じた場合であっても、セル積層体の拘束の均一性を保持することが可能となる。

さらに、本開示に係る燃料電池スタックでは、スタックの一方の側のみに、圧力源からの圧力印加のためのスペースを確保すればよいため、車両などへの搭載時における必要スペースを低減することが可能となる。

上述の利点に加えて、本開示に係る燃料電池スタックによれば、車両のブレーキングなどに起因する拘束圧の減少を抑制することができる。具体的には、従来の燃料電池スタックでは、車両のブレーキング時などに発生する慣性力が拘束荷重に作用し、セル積層体の拘束が弱まってしまう場合があった。これに対して、本開示に係る燃料電池スタックでは、くさび形状を有する拘束具によって荷重方向を変換しているため、拘束荷重を加える方向と車両の前後方向とが一致しないようにすることができる。したがって、本開示に係る燃料電池スタックによれば、車両のブレーキング時などに発生する慣性による拘束圧の減少を抑制することができる。

図２は、本開示に係る燃料電池スタックの別の実施態様の断面概略図である。図２に示されている燃料電池スタック２００は、図１に示されている燃料電池スタック１００に含まれているものと同様のセル積層体１１０、第１拘束具１２０、第２拘束具１３０、及び圧力源１４０を有しているほかに、これらを収納するスタックケース１５０を有している。図２で見られるように、スタックケース１５０は、その底部１５６を介して第１拘束具１２０に接しており、かつ、その側部１５２及び１５４を介して、第２拘束具に接している。

図２に示されている態様では、第２拘束具１３０の一対の第２挟持部１３２及び１３４の間の空間Ａに、くさび形状の外面を有する一対の第１挟持部１２２及び１２４を部分的に収納し、かつ圧力源１４０を介して第２拘束具１３０の第２連結部１３６に対して圧力Ｐを印加することによって、第２拘束具１３０の一対の第２挟持部１３２及び１３４が、その外面１３２ｃ及び１３４ｃを介してスタックケース１５０の側部１５２及び１５４の内面１５２ｃ及び１５４ｃに面接触しながら、一対の第１挟持部１２２及び１２４のくさび形状の外面を拘束する。その結果として、一対の第１挟持部１２２及び１２４並びにそれらの間のセル積層体１１０に、積層方向Ｓに沿う拘束圧が印加されるようになっている。

図２に係る燃料電池スタック２００では、拘束圧を印加する際に第２拘束具がスタックケースによる追加的な支持を受ける。すなわち、圧力が印加された場合、積層方向において、第２拘束具の第２挟持部の外面に対して、スタックケースの側面から力が及ぼされる。したがって、図２に係る燃料電池スタック２００によれば、燃料電池スタックの機械的強度及び拘束圧の安定性が、さらに向上する。

図３は、本開示に係る燃料電池スタックのさらに別の実施態様の断面概略図である。図３に示されている燃料電池スタック３００は、セル積層体１１０、第１拘束具３２０、第２拘束具３３０、及び圧力源１４０を有している。第２拘束具３３０は、第２挟持部３３２及び３３４並びにスタックケース部３３５が一体となった形態を有している。

図１及び図２に係る燃料電池スタックでは、第２拘束具が圧力源１４０からの圧力Ｐの印加を受ける。一方で、図３に係る燃料電池スタック３００では、第１拘束具３２０が、圧力源１４０による圧力Ｐの印加を受ける。

図３に係る燃料電池スタック３００では、第１拘束具３２０の一対の第１挟持部３２２及び３２４が、一対のエンドプレート３６２及び３６４を介してセル積層体１１０を積層方向の両側から挟持しており、かつ、第１挟持部３２２及び３２４の外面が、くさび形状の外面を形成している。一方で、第２拘束具３３０の一対の第２挟持部３３２及び３３４の間に、上記のくさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されている。当該空間に、くさび形状の外面を有する一対の第１挟持部３２２及び３２４を部分的に収納し、かつ圧力源１４０を介して第１拘束具３２０の第１連結部３２６に対して圧力Ｐを印加することによって、第２拘束具３３０の一対の第２挟持部３３２及び３３４が、一対の第１挟持部３２２及び３２４のくさび形状の外面を拘束する。その結果として、一対の第１挟持部３２２及び３２４並びにそれらの間のセル積層体１１０に、積層方向Ｓに沿う拘束圧が印加されるようになっている。

また、図３の燃料電池スタック３００では、第１拘束具３２０の第１連結部が、２つの部分３２６ａ及び３２６ｂから構成されており、かつ、これらの部分が互いにかみ合わさって１つになっている。このような態様では、第１拘束具３２０の一対の第１挟持部３２２及び３２４の間に形成される空間の幅が可変的となるため、セル積層体に対して印加される拘束圧の安定性を、さらに向上させることが可能となる。

下記において、燃料電池スタックを構成する各要素について説明する。
≪燃料電池スタック≫
本開示に係る燃料電池スタックは、セル積層体、第１拘束具、第２拘束具、及び圧力源を有している。

〈第１拘束具〉
第１拘束具は、一対の第１挟持部、及び第１連結部を有する。

第１拘束具の一対の第１挟持部は、第１連結部を介して互いに連結される。第１拘束具の一対の第１挟持部は、第１連結部を介して一体化されている。

（第１挟持部）
第１拘束具の一対の第１挟持部は、セル積層体を、積層方向において両側から挟持している。一対の第１挟持部は、図１に見られるように、複数の電池の積層方向においてセルスタックの両端に配置されている一対のエンドプレートであってよい。あるいは、一対の第１挟持部は、図３に見られるように、一対のエンドプレートを積層方向の両側から挟持するプレッシャープレートであってよい。

第１挟持部の面のうち、セル積層体側に面している面（内面）は、積層方向に対して垂直であってよい。第１挟持部は、当該内面を介してセル積層体を直接に接していてよく、又は、当該内面を介して、セル積層体の積層方向における両側に位置している一対のエンドプレートに直接に接していてよい。

（第１挟持部の外面）
第１拘束具の一対の第１挟持部は、積層方向に平行な断面において、くさび形状の外面を形成している。例えば、図１の態様では、第１拘束具１２０の一対の第１挟持部１２２及び１２４の外面１２２ｂ及び１２４ｂによって形成される形状が、圧力の印加方向に沿って、かつ第２拘束具の第２挟持部の間に形成される空間に向かって、先細る形状を有している。換言すると、図１では、第１拘束具の一対の第１挟持部の外面１２２ｂ及び１２４ｂが、斜辺であり、この斜辺が、積層方向に対して垂直でない角度を有している。このようなくさび形状は、例えば、積層方向に平行な断面が台形形状である部材を第１挟持部として有する第１拘束具を用いることによって、得ることができる。

一対の第１挟持部は、特に限定されず、公知のものから構成されてよい。例えば、金属又は繊維強化プラスチックなどから構成されてもよい。金属としては、ステンレス鋼を挙げることができる。また、繊維強化プラスチックとしては、例えば、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチックなどが挙げられる。一対の第１挟持部は、アルミニウム等の金属、又は、十分な剛性を有している樹脂等からなる板材であってよい。

（第１連結部）
第１拘束具の第１連結部は、第１拘束具の一対の第１挟持部を、連結している。セル積層体の積層方向における第１連結部の長さは、積層方向におけるセル積層体の長さ及び所望の拘束圧などを考慮して決定することができる。

第１連結部が一対の第１挟持部を連結する様式は、特に限定されないが、一対の第１挟持部の位置が互いに対して実質的に固定されるように、連結することが好ましい。例えば、一対の第１挟持部と第１連結部とを、それぞれ別個に成形し、ボルトなどの固定具によって互いに固定してよい。あるいは、一体成型によって、又は１つの基材を加工することによって、一対の第１挟持部及び第１連結部を成形してもよい。一対の第１挟持部は、一対のエンドプレートであってよく、かつ、第１連結部は、例えば、一対のエンドプレートを連結しておりかつ複数の電池を加圧状態で拘束しているテンションバンドから構成されていてもよい。

第１連結部は、２つの部分から構成されていてもよい。また、これら２つの部分を互いにかみ合わせ、それによって、これら２つの部分が、セル積層体の積層方向に沿って互いに対して動くことができるようにしてもよい。このような場合には、セル積層体の積層方向における第１連結部の長さを可変的にすることができる。２つの部分のかみ合わせは、例えば、一方の部分の末端に形成された凹部と、他方の部分の末端に形成された凸部とをかみ合わせることによって、行ってよい。第１連結部を構成する２つの部分は、同一の材料から形成されていることが好ましい。

第１連結部は、例えば、一対の第１挟持部について上述した材料から構成されてよい。第１連結部は、薄い金属板であってよく、又は、例えば、高張力鋼板（ハイテン板）であってよい。

〈第２拘束具〉
第２拘束具は、一対の第２挟持部及び第２連結部を有する。

（一対の第２挟持部）
第２拘束具は、一対の第２挟持部を有する。第２拘束具の一対の第２挟持部の間に、くさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されている。すなわち、セル積層体の積層方向に平行な断面において、第１拘束具の第１挟持部の外面及び適当な補助線によって形成されるくさび形状と、第２拘束具の第２挟持部の内面及び適当な補助線によって形成されるくさび形状とが、相似の関係にある。

このことについて、図１の例を用いて、図４でさらに説明する。図４は、くさび形状に関する概念図である。図４は、第１拘束具１２０の一対の第１挟持部１２２及び１２４のうち、外面１２２ｂ及び１２４ｂのみを描写している。また、図４は、第２拘束具１３０の一対の第２挟持部１３２及び１３４のうち、内面１３２ｂ及び１３４ｂのみを描写している。図４によれば、外面１２２ｂ及び１２４ｂ並びに内面１３２ｂ及び１３４ｂに対してそれぞれ適当な補助線（点線）を引くことによって、互いに相似である２つのくさび形状（台形形状）Ｄ１及びＤ２を描写できることがわかる。なお、図４では、「Ｄ１の面積＞Ｄ２の面積」である。

Ｄ１とＤ２は、かならずしも完全に相似である必要はなく、実質的に相似であれば本開示の目的を果たすことができると考えられる。Ｄ１とＤ２について「実質的に相似」とは、積層方向に対して第１挟持部の外面がなす角（図４のα）と、積層方向に対して第２挟持部の内面がなす角（図４のβ）との差が、２０度以下、１０度以下、５度以下、１度以下、０．５度以下、又は０．１度以下であることを意味する。角度αと角度βとの間の差異が上記の範囲内である場合には、第１挟持部の外面と第２挟持部の内面との間の面接触を十分に確保することができるため、より大きくかつより安定した拘束圧を得ることが可能となる。

第２挟持部の間に形成される空間の大きさは、第１挟持部によって形成されるくさび形状を部分的にのみ収納しうるような大きさであることが好ましい。このような場合には、第１挟持部の外面１２２ｂ及び１２４ｂと第２挟持部の内面１３２ｂ及び１３４ｂとの間の面接触がさらに強固になり、結果としてさらに大きい拘束力を得られる場合がある。第２挟持部の間に形成される空間の大きさは、例えば、第２挟持部を連結している第２連結部の積層方向における長さを選択することによって、設定することができる。

（第２連結部）
第２連結部は、一対の第２挟持部を連結する。セル積層体の積層方向における第２連結部の長さは、積層方向におけるセル積層体の長さ及び所望の拘束圧などを考慮して決定することができる。

第２連結部は、２つの部分から構成されていてよい。また、第２連結部が２つの部分から構成される場合、これら２つの部分を互いにかみ合わせ、それによって、これら２つの部分が、セル積層体の積層方向に沿って互いに対して動くことができるようにしてもよい。このような場合には、セル積層体の積層方向における第１連結部の長さを可変的にすることができる。２つの部分のかみ合わせは、例えば、一方の部分の末端に形成された凹部と、他方の部分の末端に形成された凸部とをかみ合わせることによって、行ってよい。第２連結部を構成する２つの部分は、同一の材料から形成されていることが好ましい。

（圧力源）
圧力源は、第１拘束具の第１連結部、又は第２拘束具の第２連結部に対して圧力を印加する。圧力源によって圧力を印加することによって、第２拘束具の一対の第２挟持部が、一対の第２挟持部の間の空間に部分的に収納された一対の第１挟持部のくさび形状の外面を拘束し、それによって、一対の第１挟持部及びそれらの間のセル積層体に、積層方向に沿う拘束圧が印加されるようになっている。

圧力源による圧力の印加の様式は、特に限定されず、圧力源の種類に応じて、最適な様式を選択することができる。圧力源による圧力の印加の様式は、例えばシリンダ式であってよい。

圧力源は、特に限定されず、例えば、気体又は液体などの流体であってよい。追加の構成要素を用意する必要を排除できることから、圧力源として、水素などの燃料タンクに基づく水素圧などを用いることが好ましい。また、車両などの乗り物における用途の場合には、既存の部品を圧力源として用いることができ、例えば、エアーコンプレッサー圧（ＡＣＰ圧）、ブレーキガス圧、特には大型車のブレーキガス、を用いることができる。

〈セル積層体〉
セル積層体は、積層されている複数の燃料電池セルを含んでいる。燃料電池セルは、同形状であってよい。ここで、「複数」とは、２以上を意味する。すなわち、本開示の燃料電池スタックは、２以上の積層されている電池を有していればよい。本開示において、複数の燃料電池セルの数の上限は、特に限定されず、燃料電池スタックの使用用途及び／又は使用目的に応じて設定すればよい。

（燃料電池セル）
燃料電池セルは、公知のものを使用してよい。燃料電池セルのカソードに供給される酸化剤ガスは、例えば空気であってよい。燃料電池セルのアノードに供給される燃料ガスは、例えば水素ガスであってよい。燃料電池セルのアノードにおける触媒層が、例えば、カーボン担体に担持されている白金触媒を有している。

燃料電池セルは、一対のセパレータ、及び一対のセパレータの間に挟持されている膜電極接合体（ＭＥＡ，Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有していることができる。膜電極接合体は、アノード側電極（燃料極）とカソード側電極（空気極）との間に挟持された電解質膜を有している発電体である。それぞれの電極が、触媒層及びガス拡散層から構成されている。

〈その他の構成要素〉
燃料電池スタックは、スタックケースを有することができる。また、燃料電池スタックは、ターミナル及びインシュレータを含むことができる。

（スタックケース）
スタックケースは、第１拘束具、第２拘束具、及びセル積層体を収納することができる。スタックケースは、第１拘束具又は第２拘束具を部分的に覆っており、それによって、圧力源から第１拘束具又は第２拘束具に圧力を印加することができるようになっていてよい。例えば、圧力源から第２拘束具に圧力を印加する場合、スタックケースは、第１拘束具の第１連結部、及び第２拘束具の第２挟持部の外面のみを覆っていてよく、それにより、第２拘束具の第２連絡部が、外部に露出するようになっていてよい。あるいは、スタックケースが、第１拘束具の第１連結部及び／又は第２拘束具の第２連結部を覆っていてよく、かつ、スタックケースが、圧力源から第１連結部又は第２連結部に圧力を印加するための穴部を有していてよい。

スタックケースは、第１拘束具の第１挟持部に関して上述したのと同様の材料から形成されていてよい。

燃料電池スタックがスタックケースを有している場合、例えば、セル積層体が、スタックケースの底部に配置されていてよい。この場合、スタックケースの底部に、第１拘束具の一対の第１挟持部が固定されていることが好ましい。すなわち、この場合、スタックケースの底部が、第１拘束具の一対の第１挟持部を連結する第１連結部の役割を果たす。

（ターミナル）
ターミナルは、燃料電池積層体において発電された電力を集電して外部に出力する機能を有している。ターミナルは、例えば、緻密質カーボン製、又は銅若しくはアルミニウム製の、ガス不透過な導電性部材によって、形成されていてよい。電力を出力するための出力端子を、ターミナルに設けてよい。一対のターミナル及びターミナルを、それぞれ、セル積層体の積層方向の両端において、エンドプレートとセル積層体との間に配置してよい。

（インシュレータ）
インシュレータは、漏電を防止する絶縁機能を有している。インシュレータは、ゴム、又は樹脂などの絶縁性部材によって形成されていてよい。一対のインシュレータを、それぞれ、セル積層体の積層方向Ｓにおける両端において、エンドプレートとターミナルの間に、配置してよい。

１００、２００、３００ 燃料電池セル
１１０ セル積層体
１２０、３２０ 第１拘束具
１２２、１２４、３２２、３２４ 第１挟持部
１２２ａ、１２４ａ 第１挟持部の内面
１２２ｂ、１２４ｂ 第１挟持部の外面
１２６ 第１連結部
３２６ａ、３２６ｂ 第１連結部の部分
１３０、３３０ 第２拘束具
１３２，１３４、３３２、３３４ 第２挟持部
１３２ｂ、１３４ｂ 第２挟持部の内面
１３２ｃ、１３４ｃ 第２挟持部の外面
１３６ 第２連結部
１４０ 圧力源
１５０ スタックケース
３３５ スタックケース部
３６２、３６４ エンドプレート
１５２、１５４ スタックケースの側部
１５２ｃ、１５４ｃ スタックケースの側部の内面
１５６ スタックケースの底部
Ａ 空間
Ｐ 圧力
Ｄ１、Ｄ２ くさび形状
α 積層方向に対して第１挟持部の外面がなす角
β 積層方向に対して第２挟持部の内面がなす角

Claims (1)

1. 積層されている複数の燃料電池セルを有するセル積層体、
   前記セル積層体を積層方向において両側から挟持している一対の第１挟持部及び前記一対の第１挟持部を連結している第１連結部を有する、第１拘束具
   一対の第２挟持部及び前記一対の第２挟持部を連結している第２連結部を有する、第２拘束具、並びに
   前記第１拘束具の前記第１連結部又は前記第２拘束具の前記第２連結部に対して圧力を印加する圧力源、
   を有している燃料電池スタックであって、
   前記第１拘束具の前記一対の第１挟持部が、前記積層方向に平行な断面において、くさび形状の外面を形成しており、
   前記第２拘束具の前記一対の第２挟持部の間に、前記くさび形状に少なくとも部分的に相似する形状の空間が形成されており、
   前記一対の第２挟持部の間の前記空間に、くさび形状の外面を有する前記一対の第１挟持部を部分的に収納し、かつ前記圧力源を介して前記圧力を印加することによって、前記第２拘束具の前記一対の第２挟持部が、前記一対の第１挟持部の前記くさび形状の外面を拘束し、それによって、前記一対の第１挟持部及びそれらの間の前記セル積層体に、前記積層方向に沿う拘束圧が印加されるようになっている、
   燃料電池スタック。

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