JP5879227B2

JP5879227B2 - 燃料電池スタック

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Publication number: JP5879227B2
Application number: JP2012179168A
Authority: JP
Inventors: 小林　剛; 剛小林; 君春水崎; 後藤　修平; 修平後藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: JP2014038723A

Description

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）及び多孔質カーボン（ガス拡散層）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。

通常、発電セルを所定の数だけ積層した積層体を備えるとともに、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックを構成する場合が多い。この種の燃料電池スタックは、例えば、燃料電池電気自動車に搭載される車載用燃料電池スタックとして使用されている。

例えば、特許文献１には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートを積層方向に貫通して貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔に締結手段が挿入されることにより、前記ターミナルプレート、前記絶縁プレート及び前記エンドプレートを一体化する技術が開示されている。

これにより、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートの耐久性を維持しつつ、これらを薄肉化することができ、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化を図ることが可能になる、としている。

特許第４７７６８８６号公報

ところで、燃料電池スタックでは、例えば、積層体の端部とターミナルプレートとの間に、断熱構造として、発電セルと類似に構成されるダミーセル（非発電セル）や断熱部材を介装する技術が採用されている。このため、部品点数が相当に増加して取り扱いが煩雑化するとともに、燃料電池スタックの組み立て作業性が低下するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関するものである。

そして、積層体の端部とターミナルプレートとの間に導電性断熱部材が介装され、少なくとも一方の絶縁部材は、前記積層体側の端部が開口される凹部を設け、前記凹部には、前記導電性断熱部材が収容されるとともに、前記導電性断熱部材が収容された前記一方の絶縁部材には、前記積層体の端部を構成する少なくとも１つの発電セルが、保持部材により一体に保持されている。

また、この燃料電池スタックでは、保持部材は、樹脂製ピン部材であり、前記樹脂製ピン部材は、一方の絶縁部材と少なくとも１つの発電セルとに一体に挿入されるとともに、端部が熱かしめ処理されることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、ターミナルプレートは、凹部内の底面に当接して配設されることが好ましい。

本発明によれば、絶縁部材の凹部に導電性断熱部材が収容された状態で、前記絶縁部材と少なくとも１つの発電セルとが保持部材により一体に保持されている。このため、各部品を個別に取り扱う場合に比べ、取り扱い部品数が削減される。これにより、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。前記燃料電池スタックの端部に配置される発電セルの分解斜視説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。前記燃料電池スタックの、図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。

積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート（絶縁部材）１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される（図１参照）。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁部材１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。

燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持され、あるいは、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持される。

発電セル１２は、図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６とを備える。第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板を波形にプレス成形して構成されるが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２８と、前記固体高分子電解質膜２８を挟持するアノード電極３０及びカソード電極３２とを備える。固体高分子電解質膜２８は、アノード電極３０及びカソード電極３２よりも大きな表面積を有している。

なお、電解質膜・電極構造体２２は、アノード電極３０とカソード電極３２とが互いに異なる表面積に設定される段差ＭＥＡを構成してもよい。

アノード電極３０及びカソード電極３２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２８の両面に形成されている。

発電セル１２の矢印Ｂ方向（図３中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３６ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路４０が形成される。燃料ガス流路４０は、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する。

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとに連通する。

互いに隣接する第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、燃料ガス流路４０の裏面形状と酸化剤ガス流路４２の裏面形状とが重なり合って形成される。

図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端部を周回して、第１シール部材４８が一体化される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端部を周回して、第２シール部材５０が一体化される。

第１シール部材４８及び第２シール部材５０には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

積層体１４の少なくとも一方の端部、第１の実施形態では、絶縁部材１８ｂ側に近接する端部に配置される少なくとも１つの発電セル１２_ｅｎｄが、図４に示される。発電セル１２_ｅｎｄは、四隅（一方の対角位置、すなわち、２カ所でもよい）に孔部５２を設ける他、上記の発電セル１２と同様に構成される。

図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂは、絶縁性筒体６０に挿入されて、絶縁プレート１８ａ及び絶縁部材１８ｂの孔部６２ａ、６２ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂの孔部６４ａ、６４ｂを貫通して前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

絶縁プレート１８ａ及び絶縁部材１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。絶縁プレート１８ａは、中央部に矩形状の溝部６６ａが設けられるとともに、この溝部６６ａの略中央に孔部６２ａが連通する。溝部６６ａには、ターミナルプレート１６ａが収容され、前記ターミナルプレート１６ａの端子部５８ａが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ａに挿入される。

絶縁部材１８ｂは、絶縁プレート１８ａよりも肉厚に構成されるとともに、積層体１４側の端部が開口される凹部６８を有する。凹部６８を構成する底面６８ａの略中央には、孔部６２ｂが連通する。絶縁部材１８ｂの四隅には、発電セル１２_ｅｎｄの各孔部５２と積層方向に同軸上に段付き孔部６９が設けられる。

凹部６８には、導電性断熱部材７０及びターミナルプレート１６ｂが収容され、前記ターミナルプレート１６ｂの端子部５８ｂが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ｂに挿入される。

ターミナルプレート１６ｂは、凹部６８の底面６８ａに当接して配置されるが、これに限定されるものではなく、前記底面６８ａに断熱部材７０を当接させ、この断熱部材７０の底面６８ａと反対の面に前記ターミナルプレート１６ｂを当接させてもよい。その際、断熱部材７０の中央には、端子部５８ｂが絶縁性筒体６０を介装して挿入される孔部が形成される。

断熱部材７０は、発電セル１２（積層体１４）を構成する電気導電性を有する第１金属セパレータ２４の外周部を枠状に切断した波板状の金属プレート２４Ｐと、電気導電性を有する第２金属セパレータ２６の外周部を枠状に切断した波板状の金属プレート２６Ｐとを交互に、例えば、２組積層して構成される。断熱部材７０では、金属プレート２４Ｐ、２６Ｐが当接することにより、これらの間に断熱用空間が形成される。なお、発電セル１２が３種類の異なるセパレータから構成される場合には、３枚のセパレータを交互に積層してもよい。

具体的には、図１及び図２に示すように、金属プレート２４Ｐは、第１金属セパレータ２４の外周部を第１シール部材４８の内周に沿って切断すればよく、この金属プレート２４Ｐの外周寸法は、絶縁部材１８ｂの凹部６８の内周寸法と同等に設定される。金属プレート２６Ｐは、第２金属セパレータ２６の外周部を第２シール部材５０の内周に沿って切断すればよく、この金属プレート２６Ｐの外周寸法は、絶縁部材１８ｂの凹部６８の内周寸法と同等に設定される。

なお、断熱部材７０は、金属プレート２４Ｐ、２６Ｐを１組、又は３組以上で構成してもよく、単一の金属プレート２４Ｐを複数枚積層してもよく、あるいは、単一の金属プレート２６Ｐを複数枚積層してもよい。

また、断熱部材７０は、空孔を保持し且つ通電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。断熱部材７０は、１枚でもよく、又は、複数枚を重ねてもよい。

図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ｂの各段付き孔部６９には、大径側から保持部材、例えば、樹脂製ピン部材７２が挿入される。樹脂製ピン部材７２は、頭部７２ａが段付き孔部６９の段部壁面に当接するとともに、前記段付き孔部６９の小径側を貫通して発電セル１２_ｅｎｄの孔部５２に挿入される。樹脂製ピン部材７２の先端部（頭部７２ａとは反対の端部）は、孔部５２から外方に突出しており、前記先端部には、熱かしめ処理が施されることによって、大径のかしめ部７２ｂが設けられる。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される一方、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、前記エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３６ａに供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の酸化剤ガス流路４２に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３２に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ２４の燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３０に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、カソード電極３２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ２４と第２金属セパレータ２６との間の冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３６ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、絶縁部材１８ｂに凹部６８が形成されるとともに、前記凹部６８には、断熱部材７０及びターミナルプレート１６ｂが収容されている。そして、絶縁部材１８ｂに発電セル１２_ｅｎｄが積層された状態で、各樹脂製ピン部材７２が絶縁部材１８ｂの各段付き孔部６９及び発電セル１２_ｅｎｄの各孔部５２に一体に挿入される。さらに、樹脂製ピン部材７２の先端部には、熱かしめ処理が施されてかしめ部７２ｂが設けられている。なお、樹脂製ピン部材７２と絶縁部材１８ｂとを一体化する構成であればよく、熱かしめ処理の他、ねじ止め、クリップ、バンド等を採用することができる。

このため、絶縁部材１８ｂと発電セル１２_ｅｎｄとは、樹脂製ピン部材７２により一体化されるとともに、断熱部材７０及びターミナルプレート１６ｂを収容保持することができる。従って、燃料電池スタック１０を組み立てる際に、例えば、絶縁部材１８ｂの凹部６８に断熱部材７０を良好に保持することができず、前記断熱部材７０が落下する等の不具合を惹起することがない。

従って、絶縁部材１８ｂ、ターミナルプレート１６ｂ及び断熱部材７０等の各部品を個別に取り扱う場合に比べ、取り扱い部品数が削減される。これにより、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。

なお、第１の実施形態では、断熱部材７０は、燃料電池スタック１０の積層方向一端でもよく、又は、積層方向両端に適用してもよい。また、以下に説明する第２以降の実施形態でも、同様である。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック８０を示す。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック８０は、上記の断熱部材７０に代えて断熱部材８２を備える。断熱部材８２は、それぞれ材質の異なる少なくとも第１断熱部材８４と第２断熱部材８６とを備え、前記第１断熱部材８４と前記第２断熱部材８６とが交互に積層される。

第１断熱部材８４は、例えば、波板状に成形された金属プレートで構成され、上記の金属プレート２４Ｐ、２６Ｐの少なくともいずれかを使用することができる。第２断熱部材８６は、断熱機構を有する部材であればよく、例えば、カーボンプレートを使用することが可能である。第２断熱部材８６は、第１断熱部材８４よりも小さな外形寸法に設定される。

絶縁部材１８ｂの凹部６８には、断熱部材８２及びターミナルプレート１６ｂが収容され、前記絶縁部材１８ｂに発電セル１２_ｅｎｄが積層された状態で、各樹脂製ピン部材７２が絶縁部材１８ｂの各段付き孔部６９及び発電セル１２_ｅｎｄの各孔部５２に一体に挿入されている。そして、樹脂製ピン部材７２の先端部には、熱かしめ処理が施されてかしめ部７２ｂが設けられている。

このように構成される第２の実施形態では、絶縁部材１８ｂと発電セル１２_ｅｎｄとは、樹脂製ピン部材７２により一体化されるとともに、断熱部材８２及びターミナルプレート１６ｂを収容保持することができ、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１断熱部材８４と第２断熱部材８６とは、それぞれ材質が異なっていれば、種々の組み合わせが可能である。また、第１断熱部材８４及び第２断熱部材８６の積層数は、任意、設定することができる。

図６に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０は、複数の発電セル９２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体９４を備える。積層体９４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート９６ａ、絶縁プレート（絶縁部材）９８ａ及びエンドプレート１００ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体９４の積層方向他端には、ターミナルプレート９６ｂ、絶縁部材９８ｂ及びエンドプレート１００ｂが外方に向かって、順次、配設される（図６及び図７参照）。

発電セル９２は、図８に示すように、第１金属セパレータ１０４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１０６ａ、第２金属セパレータ１０８、第２電解質膜・電極構造体１０６ｂ及び第３金属セパレータ１１０を設ける。第１金属セパレータ１０４、第２金属セパレータ１０８及び第３金属セパレータ１１０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成されるが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

第１電解質膜・電極構造体１０６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１０６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１１２と、前記固体高分子電解質膜１１２を挟持するアノード電極１１４及びカソード電極１１６とを備える。アノード電極１１４は、カソード電極１１６よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これとは逆に、前記カソード電極１１６よりも大きな平面寸法を有することもできる。

発電セル９２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス入口連通孔３８ａが設けられる。発電セル９２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。発電セル９２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａが設けられるとともに、前記発電セル９２の短辺方向の両端縁部下方には、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂが設けられる。

第１金属セパレータ１０４の第１電解質膜・電極構造体１０６ａに向かう面１０４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第１燃料ガス流路４０ａが形成される。第１金属セパレータ１０４の面１０４ｂには、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。

第２金属セパレータ１０８の第１電解質膜・電極構造体１０６ａに向かう面１０８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路４２ａが形成される。第２金属セパレータ１０８の第２電解質膜・電極構造体１０６ｂに向かう面１０８ｂには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第２燃料ガス流路４０ｂが形成される。

第３金属セパレータ１１０の第２電解質膜・電極構造体１０６ｂに向かう面１１０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路４２ｂが形成される。第３金属セパレータ１１０の面１１０ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。

第１金属セパレータ１０４の面１０４ａ、１０４ｂには、この第１金属セパレータ１０４の外周端縁部を周回して第１シール部材１１８が一体成形される。第２金属セパレータ１０８の面１０８ａ、１０８ｂには、この第２金属セパレータ１０８の外周端縁部を周回して第２シール部材１２０が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ１１０の面１１０ａ、１１０ｂには、この第３金属セパレータ１１０の外周端縁部を周回して第３シール部材１２２が一体成形される。

第１金属セパレータ１０４は、燃料ガス入口連通孔３８ａと第１燃料ガス流路４０ａとを連通する複数の外側供給孔部１２４ａ及び内側供給孔部１２４ｂと、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記第１燃料ガス流路４０ａとを連通する複数の外側排出孔部１２６ａ及び内側排出孔部１２６ｂとを有する。

第２金属セパレータ１０８は、燃料ガス入口連通孔３８ａと第２燃料ガス流路４０ｂとを連通する複数の供給孔部１２８ａと、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記第２燃料ガス流路４０ｂとを連通する複数の排出孔部１２８ｂとを有する。

図６に示すように、積層体９４の少なくとも一方の端部、第３の実施形態では、絶縁部材９８ｂ側に近接する端部に配置される少なくとも１つの発電セル９２_ｅｎｄは、四隅（一方の対角位置、すなわち、２カ所でもよい）に孔部５２を設ける。

絶縁部材９８ｂは、積層体９４側の端部が開口される凹部６８を有するとともに、前記絶縁部材９８ｂの四隅には、発電セル９２_ｅｎｄの各孔部５２と積層方向に同軸上に段付き孔部６９が設けられる。

凹部６８には、断熱部材１３０及びターミナルプレート９６ｂが収容される。断熱部材１３０は、例えば、第２の実施形態と同様に、それぞれ材質の異なる少なくとも第１断熱部材１３２と第２断熱部材１３４とを備え、前記第１断熱部材１３２と前記第２断熱部材１３４とが交互に積層される。第１断熱部材１３２は、例えば、金属プレートで構成される一方、第２断熱部材１３４は、例えば、カーボンプレートで構成される。なお、断熱部材１３０は、第１の実施形態の断熱部材７０と同様に構成してもよい。

第３の実施形態では、絶縁部材９８ｂの凹部６８には、断熱部材１３０及びターミナルプレート９６ｂが収容され、前記絶縁部材９８ｂに発電セル９２_ｅｎｄが積層される。この状態で、各樹脂製ピン部材７２が絶縁部材９８ｂの各段付き孔部６９及び発電セル９２_ｅｎｄの各孔部５２に一体に挿入されている。そして、樹脂製ピン部材７２の先端部には、熱かしめ処理が施されてかしめ部７２ｂが設けられている。

これにより、第３の実施形態では、絶縁部材９８ｂと発電セル９２_ｅｎｄとは、樹脂製ピン部材７２により一体化されるとともに、断熱部材１３０及びターミナルプレート９６ｂを収容保持することができ、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、８０、９０…燃料電池スタック
１２、１２_ｅｎｄ、９２、９２_ｅｎｄ…発電セル
１４、９４…積層体
１６ａ、１６ｂ、９６ａ、９６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、９８ａ…絶縁プレート
１８ｂ、９８ｂ…絶縁部材
２０ａ、２０ｂ、１００ａ、１００ｂ…エンドプレート
２２、１０６ａ、１０６ｂ…電解質膜・電極構造体
２４、２６、１０４、１０８、１１０…金属セパレータ
２４Ｐ、２６Ｐ…金属プレート２８、１１２…固体高分子電解質膜
３０、１１４…アノード電極３２、１１６…カソード電極
４０、４０ａ、４０ｂ…燃料ガス流路４２、４２ａ、４２ｂ…酸化剤ガス流路
４４…冷却媒体流路４８、５０…シール部材
６８…凹部
７０、８２、８４、８６、１３０、１３２、１３４…断熱部材
７２…樹脂製ピン部材

Claims

電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックであって、
前記積層体の端部と前記ターミナルプレートとの間に導電性断熱部材が介装され、
少なくとも一方の絶縁部材は、前記積層体側の端部が開口される凹部を設け、前記凹部には、前記導電性断熱部材が収容されるとともに、
前記導電性断熱部材が収容された前記一方の絶縁部材には、前記積層体の端部を構成する少なくとも１つの前記発電セルが、保持部材により一体に保持されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記保持部材は、樹脂製ピン部材であり、
前記樹脂製ピン部材は、前記一方の絶縁部材と少なくとも１つの前記発電セルとに一体に挿入されるとともに、端部が熱かしめ処理されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記ターミナルプレートは、前記凹部内の底面に当接して配設されることを特徴とする燃料電池スタック。