JP5145623B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

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一仁 羽藤
弘樹 日下部
英夫 小原
晋 小林
達人 山崎
伸介 竹口
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、コージェネシステム等に使用する燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料ガスと、酸化剤ガスとを、特定のイオンを選択的に輸送する電解質を介して電気化学的に反応させることで、電力を発生させるものである。
単位電池の電圧は１Ｖ以下と低いため、通常、燃料電池を使用する際には、単位電池を数多く重ねた積層構造をとる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以下、固体高分子型燃料電池を例として説明する。
【０００４】
一般に、単位電池を数多く重ねた燃料電池スタックと呼ばれる積層体は、膜・電極接合体と表面にガス流路を設けたセパレータ板を交互に積層し、発電された電力を取り出す集電板、端板と集電板との絶縁を図る絶縁板、端板によって挟持される構造をとる。
【０００５】
これら前記各部材には、水素を豊富に含む燃料ガス、酸化剤ガスとしての空気、電池を適温に保つクーラント流体が供給、排出されている。前記各部材には前記各種流体を循環するための孔が設けられており、各部材間はＯリングやガスケットを配し、前記流体の漏れを防止するのが通常である。
【０００６】
この際、端板、集電板、絶縁板、セパレータ、ＭＥＡの各部材が適切な位置で積層されないと、外観上の美観を損なうだけでなく、各部材の締め付け圧力に偏りが生じ、前記Ｏリングやガスケットを用いても流体の漏れが発生してしまうことがある。また同時にＭＥＡとセパレータの接触圧力が偏ってしまうと、ＭＥＡのガス拡散層や電極触媒の拡散性に偏りが生じ、電流密度の局部的な集中による発電電圧の低下の原因ともなりうる。
【０００７】
したがって、簡易な方法で端板、集電板、絶縁板、セパレータ、ＭＥＡなど各部材を効率よく、正しい位置で積層する方法が必要とされる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、スタック側面の対向する少なくとも一対の面に、一対の端板と端板で挟持されるすべての構成部材の端面が連続かつ面一である個所を位置決め用のガイドとして設けることで、課題の解決を図るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５と表１を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の燃料電池スタックの概略図である。図１において、本実施の形態における固体高分子型燃料電池スタックは、ＭＥＡ１とセパレータ２を交互に積層し、さらにそれぞれ一対の集電板３、絶縁板４と端板５によって挟持する構造をとる。本実施の形態でおいてはバネ６とボルト７を用いて一対の端板間を締めこむ構成とした。図中の破線８は本発明による位置決め位置を示している。これらの個所においては、一対の端板５によって挟まれるすべての構成部材、すなわちここではＭＥＡ１、セパレータ２、集電板３、絶縁板４と端板５自体の端面が同一の平面を形成している。
【００１１】
図２は本発明による燃料電池スタックの製造方法を示す図面である。燃料電池スタックの各部材は、組み立てジグ９の位置決めガイド１０で端面を合わせるよう各部材を順次積層する。
【００１２】
表１は本発明による燃料電池スタックと従来の燃料電池スタックにおいて、燃料ガス、酸化剤ガスを投入した時の開放電位のセル平均を示している。ここで示すように、本発明による燃料電池スタックでは従来の燃料電池スタックよりも開放電位が高くなった。これは本発明により、積層された各部材のシール性が改善されたことでガスのクロスリークが低減されたことによる効果であると考えられる。
【００１３】
【表１】
Figure 0005145623
【００１４】
図３は本発明による燃料電池スタックと従来の燃料電池スタックにおける、電流密度−セル平均電圧の関係を示すグラフである。これによれば、本発明による燃料電池スタックでは従来の燃料電池スタックよりも電圧の向上がみられた。これは本発明により、各ＭＥＡの有効発電領域に対する荷重の偏りが改善され、各ＭＥＡ内での有効発電領域内における電流密度分布がより平坦化された効果であると考えられる。
【００１５】
以上、図表を用いて本発明の実施の形態を説明したが、位置決め位置の形状は本実施の形態の図面によって限定されるものではない。たとえば、図１〜２のように、位置決めを平面で行うこともできれば、図４に示すように位置決めを直線で規定する構造とすることも可能である。この場合は位置決めに各部材と直線で接する、例えば丸棒形状の位置決めガイドを備えたジグを用いて積層すれば同様の効果が得られる。
【００１６】
また図５のように、端板など部材の一部に孔形状を設けて位置決め位置を形成することもできれば、一対の端板それぞれに異なる位置決めの形状を持たせることも可能である。
【００１７】
また、本実施の形態では燃料電池スタックを一対の端板間をボルトとバネによって締め付ける構成としたが、本発明の実施に際して締結方法は特定の方法に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１例である燃料電池スタックを示す概略図
【図２】本発明の第１例である燃料電池スタックの製造方法を示す概略図
【図３】本発明の第１例である燃料電池スタックの特性図
【図４】本発明の第２例である燃料電池スタックを示す概略図
【図５】本発明の第３例である燃料電池スタックを示す概略図
【符号の説明】
１ ＭＥＡ
２ セパレータ
３ 集電板
４ 絶縁板
５ 端板
６ バネ

Claims (3)

  1. 電解質層を挟持した一対の電極と、前記電極に酸化剤ガスと燃料ガスとを供給する一対のセパレータ板とで単位電池を構成し、前記単位電池を積層した電池積層部と、前記電池積層部の両端に配置した一対の端板と、前記端板間を締め付けるボルトと、を備え、前記単位電池は略矩形状に構成され、前記単位電池の四隅のそれぞれに、切欠部が設けられており、前記端板の厚み方向から見た場合に、前記ボルトは前記切欠部を規定する領域に接するように設けられている、燃料電池スタックの製造方法であって、
    棒状の位置決め用ガイドを配置する工程と、
    前記単位電池の対向する少なくとも１対の側面が、前記位置決め用ガイドに接するように維持しながら、前記単位電池を積層する工程と、
    前記積層した後に、前記配置された位置決めガイドを取り除く工程と、を有し、
    前記側面は、前記単位電池の厚み方向から見た場合に、直線の辺が形成されている部分に対応する側面である、
    燃料電池スタックの製造方法。
  2. 電解質層を挟持した一対の電極と、前記電極に酸化剤ガスと燃料ガスとを供給する一対のセパレータ板とで単位電池を構成し、前記単位電池を積層した電池積層部と、前記電池積層部の両端に配置した一対の端板と、前記端板間を締め付けるボルトと、を備え、前記単位電池は略矩形状に構成され、前記単位電池の四隅のそれぞれに、切欠部が設けられており、前記端板の厚み方向から見た場合に、前記ボルトは前記切欠部を規定する領域に接するように設けられている、燃料電池スタックの製造方法であって、
    棒状の位置決め用ガイドを配置する工程と、
    前記単位電池の対向する少なくとも１対の側面が、前記位置決め用ガイドに接するように維持しながら、前記単位電池を積層する工程と、
    前記積層した後に、前記配置された位置決めガイドを取り除く工程と、を有し、
    前記側面は、前記単位電池の厚み方向から見た場合に、直線の辺が形成されている部分に対応する側面であり、
    前記端板の位置決め用ガイド部は、前記端板の側面に形成された溝又は孔である、
    燃料電池スタックの製造方法。
  3. 前記単位電池の四辺の側面が、前記位置決め用ガイドに接するように維持しながら、前記単位電池を積層する工程、を有する、請求項１又は２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
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