JP6549864B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極が配設される電解質膜・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を設け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電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起され易い発電セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている発電セル（以下、端部発電セルともいう）は、例えば、電力取り出し用ターミナルプレート（集電板）や、エンドプレート等からの放熱が多く、上記の温度低下が顕著になっている。

そこで、簡単な構成で、端部発電セルの温度低下を確実に阻止することを目的として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが提案されている。この燃料電池スタックでは、絶縁部材に凹部が形成されるとともに、前記凹部には、断熱部材及びターミナルプレートが収容され、且つ、前記断熱部材が前記ターミナルプレートと積層体との間に積層されることを特徴としている。

特許第５６０８７１３号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、積層体の積層方向端部からの放熱を可及的に抑制することができ、良好な発電性能を確実に維持す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。

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとを有する発電セルを備えている。複数の発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、外方に向かってターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されている。

積層体の積層方向一端とターミナルプレートとの間には、断熱部材が介装されるとともに、前記断熱部材は、前記ターミナルプレートに接触する多孔質カーボンプレートを備えている。ターミナルプレートの多孔質カーボンプレートに対向するプレート面には、第１凹凸部が形成される一方、前記多孔質カーボンプレートの前記ターミナルプレートに対向するプレート面には、前記第１凹凸部と互いにかみ合う第２凹凸部が形成されている。そして、第１凹凸部と第２凹凸部とは、少なくとも一方の凹部底面と他方の凸部頂面とが当接して接触面を形成し、前記第１凹凸部を形成する凸部の両側面と前記第２凹凸部を形成する凹部の両側面とが互いに離間するとともに前記第１凹凸部を形成する凹部の両側面と前記第２凹凸部を形成する凸部の両側面とが互いに離間して空気層を形成する。

また、この燃料電池スタックでは、インシュレータは、積層体に向かって開口される凹部を設け、前記凹部には、少なくとも多孔質カーボンプレート及びターミナルプレートが収容されることが好ましい。

本発明によれば、ターミナルプレートのプレート面に形成された第１凹凸部と、多孔質カーボンプレートのプレート面に形成された第２凹凸部とは、互いにかみ合うことにより、接触面が形成されている。従って、熱伝導に起因するターミナルプレートと多孔質カーボンプレートとの接触面積が良好に削減されるため、端部発電セルから外部への放熱を抑制することができる。これにより、燃料電池スタックの発電不良を阻止し、良好な発電性能を確保するとともに、耐久性の向上を図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斜視説明図である。 前記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２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ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、図２中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックのインシュレータ側の一部断面説明図である。

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）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、図示しないが、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。

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、インシュレータ（絶縁プレート）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２参照）。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ（絶縁プレート）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。ターミナルプレート１６ａ、１６ｂは、電気導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。

図１に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４は、両端をエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面にボルト２６を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体１４を収容するように構成してもよい。

発電セル１２は、図３及び図４に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８が、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２により挟持される。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２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。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向（図４中、水平方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向（積層方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられ、前記酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔３６ａは、冷却媒体を供給し、燃料ガス出口連通孔３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

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、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び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。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給し、冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出するとともに、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。

第１セパレータ３０の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８に向かう面３０ａ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、入口通路部４１ａを介して燃料ガス入口連通孔３８ａに連通するとともに、出口通路部４１ｂを介して燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する。入口通路部４１ａは、後述する第１シール部材４６により一体成形される島状部を有し、該島状部間に燃料ガス入口連通路が形成される。出口通路部４１ｂは、入口通路部４１ａと同様に第１シール部材４６により一体成形される島状部を有し、該島状部間に燃料ガス出口連通路が形成される。

第２セパレータ３２の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８に向かう面３２ａ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、入口通路部４３ａを介して酸化剤ガス入口連通孔３４ａに連通するとともに、出口通路部４３ｂを介して酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通する。入口通路部４３ａは、後述する第２シール部材４８により一体成形される島状部を有し、該島状部間に酸化剤ガス入口連通路が形成される。出口通路部４３ｂは、入口通路部４３ａと同様に第２シール部材４８により一体成形される島状部を有し、該島状部間に酸化剤ガス出口連通路が形成される。

互いに隣接する第１セパレータ３０の面３０ｂと第２セパレータ３２の面３２ｂ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が形成された第１セパレータ３０の裏面形状と、酸化剤ガス流路４２が形成された第２セパレータ３２の裏面形状とが重なり合って形成される。

第１セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第１セパレータ３０の外周端部を周回して、第１シール部材４６が一体化される。第２セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第２セパレータ３２の外周端部を周回して、第２シール部材４８が一体化される。

図３に示すように、第１シール部材４６は、面３０ａ、３０ｂに亘って設けられ、均一の厚さを有して延在する平面シール４６ｆを有する。平面シール４６ｆには、面３０ａ側で、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８を構成する樹脂枠部材５６（後述する）に当接する第１凸状シール４６ａが一体に成形される。平面シール４６ｆには、面３０ｂ側で、隣接する第２セパレータ３２の第２シール部材４８に当接する二重シールである第２凸状シール４６ｂ及び第３凸状シール４６ｃが一体に成形される。

第２シール部材４８は、面３２ａ、３２ｂに亘って設けられ、均一の厚さを有して延在する平面シール４８ｆを有する。平面シール４８ｆには、面３２ａ側で、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８ａの外方に突出して第１シール部材４６に当接する第４凸状シール４８ａが一体に成形される。なお、第４凸状シール４８ａに代えて、第１シール部材４６に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。

第１シール部材４６及び第２シール部材４８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。

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８は、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体２８ａを備える。電解質膜・電極構造体２８ａ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（陽イオン交換膜）５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するアノード電極５２及びカソード電極５４とを有する。

固体高分子電解質膜５０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。なお、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８に代えて、後述する樹脂枠部材５６を設けない電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を用いてもよい。

カソード電極５４は、固体高分子電解質膜５０及びアノード電極５２よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極５２は、固体高分子電解質膜５０及びカソード電極５４よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。また、アノード電極５２、カソード電極５４及び固体高分子電解質膜５０は、同一の平面寸法に設定されてもよい。

アノード電極５２は、固体高分子電解質膜５０の一方の面５０ａに接合される第１電極触媒層５２ａと、前記第１電極触媒層５２ａに積層される第１ガス拡散層５２ｂとを設ける。第１電極触媒層５２ａ及び第１ガス拡散層５２ｂは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜５０と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。

カソード電極５４は、固体高分子電解質膜５０の面５０ｂに接合される第２電極触媒層５４ａと、前記第２電極触媒層５４ａに積層される第２ガス拡散層５４ｂとを設ける。第２電極触媒層５４ａ及び第２ガス拡散層５４ｂは、同一の（又は異なる）外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜５０の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。

第１電極触媒層５２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第１ガス拡散層５２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層５４ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第２ガス拡散層５４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層５２ｂ及び第２ガス拡散層５４ｂは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。第１電極触媒層５２ａ及び第２電極触媒層５４ａは、固体高分子電解質膜５０の両方の面５０ａ、５０ｂに形成される。

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体２８は、固体高分子電解質膜５０の外周を周回するとともに、アノード電極５２及びカソード電極５４に接合される枠形状の樹脂枠部材５６を備える。樹脂枠部材５６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。樹脂枠部材５６は、その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成してもよい。

樹脂枠部材５６は、固体高分子電解質膜５０の外周縁部が接合される薄肉状の内側膨出部５６ａと、第１シール部材４６の第１凸状シール４６ａが当接する薄肉状の外側膨出部５６ｂとを有する。

図３に示すように、積層体１４の積層方向両端には、発電セル１２が端部発電セル１２Ａ、１２Ｂとして配置される。端部発電セル１２Ａは、ターミナルプレート１６ａ側に配置される一方、端部発電セル１２Ｂは、ターミナルプレート１６ｂ側に配置される。

図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの一方のプレート面１６ａ１、１６ｂ１の略中央には、積層方向外方に延在する端子部６４ａ、６４ｂが設けられる。端子部６４ａ、６４ｂは、絶縁性筒体６６ａ、６６ｂに挿入されてインシュレータ１８ａ、１８ｂの孔部６８ａ、６８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂの孔部７０ａ、７０ｂを貫通して前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの他方のプレート面（第１多孔質カーボンプレート８０ａ、８０ｂに対向するプレート面）１６ａ２、１６ｂ２には、第１凹凸部７２ａ、７２ｂが形成される。図２及び図５に示すように、第１凹凸部７２ａでは、凹部と凸部とが矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に交互に設けられる。第１凹凸部７２ａは、凹部の内面に設けられる第１凹部底面７２ａｂと凸部の先端面に設けられる第１凸部頂面７２ａｓとを有する。

図２に示すように、第１凹凸部７２ｂでは、凹部と凸部とが矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に交互に設けられる。第１凹凸部７２ｂは、凹部の内面に設けられる第１凹部底面７２ｂｂと凸部の先端面に設けられる第１凸部頂面７２ｂｓとを有する。

インシュレータ１８ａ、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る。インシュレータ１８ａ、１８ｂの中央部には、積層体１４に向かって開口される凹部７４ａ、７４ｂが形成され、前記凹部７４ａ、７４ｂは、孔部６８ａ、６８ｂに連通する。

図２及び図３に示すように、凹部７４ａには、ターミナルプレート１６ａ及び断熱部材７８ａが収容される一方、凹部７４ｂには、ターミナルプレート１６ｂ及び断熱部材７８ｂが収容される。なお、断熱部材７８ａ又は断熱部材７８ｂのいずれか一方のみを設けてもよい。

断熱部材７８ａは、それぞれ矩形状（長方形又は正方形）の第１多孔質カーボンプレート８０ａ、波板状の金属製プレート８２ａ及び第２多孔質カーボンプレート８４ａを備える。なお、断熱部材７８ａは、少なくとも第１多孔質カーボンプレート８０ａを備えていればよい。第１多孔質カーボンプレート８０ａは、電気導電性を有する材料から構成される。

図２及び図５に示すように、第１多孔質カーボンプレート８０ａのターミナルプレート１６ａに対向するプレート面８０ａ１には、第２凹凸部８６ａが形成される。第２凹凸部８６ａでは、凹部と凸部とが矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に交互に設けられる。第２凹凸部８６ａは、凹部の内面に設けられる第２凹部底面８６ａｂと凸部の先端面に設けられる第２凸部頂面８６ａｓとを有する。

図５に示すように、ターミナルプレート１６ａの第１凹凸部７２ａと第１多孔質カーボンプレート８０ａの第２凹凸部８６ａとは、互いにかみ合うことにより接触面が形成される。第１凹凸部７２ａの凸部は、第２凹凸部８６ａの凹部に配置される一方、前記第１多孔質カーボンプレート８０ａの凸部は、前記第１凹凸部７２ａの凹部に配置される。

第１凹凸部７２ａの凸部の幅寸法ｈ１は、第２凹凸部８６ａの凹部の幅寸法ｈ２よりも小さな寸法（ｈ１＜ｈ２）に設定される。第２凹凸部８６ａの凸部の幅寸法ｈ３は、第１凹凸部７２ａの凹部の幅寸法ｈ４よりも小さな寸法（ｈ３＜ｈ４）に設定される。第１凹凸部７２ａの第１凸部頂面７２ａｓは、第２凹凸部８６ａの第２凹部底面８６ａｂに当接する。ターミナルプレート１６ａと第１多孔質カーボンプレート８０ａとの間には、空気層８８が形成され、断熱層として機能する。

第１凸部頂面７２ａｓは、積層方向から見て、金属製プレート８２ａの第１多孔質カーボンプレート８０ａ側に突出する凸部と重なっている。第２凹凸部８６ａの第２凸部頂面８６ａｓは、第１凹凸部７２ａの第１凹部底面７２ａｂから距離ｔだけ離間する。

第１多孔質カーボンプレート８０ａのプレート面８０ａ２（プレート面８０ａ１とは反対の面）は、平坦面を形成する。第２多孔質カーボンプレート８４ａは、両面が平坦な形状を有する。

断熱部材７８ｂは、上記の断熱部材７８ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。

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。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、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４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第２セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８ａのカソード電極５４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セパレータ３０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２８ａのアノード電極５２に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体２８ａでは、カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５２に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層５４ａ及び第１電極触媒層５２ａ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５４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。アノード電極５２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セパレータ３０と第２セパレータ３２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２８ａ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５に示すように、ターミナルプレート１６ａのプレート面１６ａ２に第１凹凸部７２ａが形成される一方、第１多孔質カーボンプレート８０ａのプレート面８０ａ１に第２凹凸部８６ａが形成されている。そして、第１凹凸部７２ａと第２凹凸部８６ａとは、互いにかみ合うことにより、接触面が形成されている。

従って、熱伝導に起因するターミナルプレート１６ａと第１多孔質カーボンプレート８０ａとの接触面積が良好に削減されるため、端部発電セル１２Ａから外部への放熱を抑制することができる（図３参照）。しかも、第１凹凸部７２ａの第１凸部頂面７２ａｓは、第２凹凸部８６ａの第２凹部底面８６ａｂに当接しており、通電が確実に遂行される。

これにより、燃料電池スタック１０の発電不良を阻止し、良好な発電性能を確保するとともに、耐久性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。なお、端部発電セル１２Ｂ側においても、同様の効果が得られる。

また、第１の実施形態では、２枚のセパレータ間に樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を挟持したセルユニットを構成し、各セルユニット間に冷却媒体流路を形成する、所謂、各セル冷却構造を採用しているが、これに限定されるものではない。

例えば、３枚以上のセパレータと２枚以上の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を備え、前記セパレータと前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体とを交互に積層したセルユニットを構成し、各セルユニット間に冷却媒体流路を形成する、所謂、間引き冷却構造を採用してもよい。

さらに、図２に示すように、第１凹凸部７２ａ、７２ｂと第２凹凸部８６ａ、８６ｂとは、水平方向（矢印Ｂ方向）（長手方向）に延在し且つ鉛直方向（矢印Ｃ方向）に交互に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、各凹凸部は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に延在し且つ水平方向（矢印Ｂ方向）に交互に設けられてもよい。

さらにまた、各凹凸部は、水平方向及び鉛直方向に延在する（十字状）凹部と、水平方向及び鉛直方向に延在する（十字状）凸部とを有していてもよい。また、各凹凸部は、リング状に周回してもよく、傾斜してもよく、種々の形状を採用することができる。以下に説明する第２の実施形態でも、同様に構成することが可能である。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０のインシュレータ１８ａ側の一部断面説明図である。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。

インシュレータ１８ａの凹部７４ａには、ターミナルプレート１６ａ及び断熱部材９２ａが収容される。断熱部材９２ａは、それぞれ矩形状（長方形又は正方形）の第１多孔質カーボンプレート９４ａ、金属製プレート８２ａ及び第２多孔質カーボンプレート８４ａを備える。

第１多孔質カーボンプレート９４ａのターミナルプレート１６ａに対向するプレート面９４ａ１には、第２凹凸部９６ａが形成される。第２凹凸部９６ａでは、凹部と凸部とが矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に交互に設けられる。第２凹凸部９６ａは、第２凹部底面９６ａｂと第２凸部頂面９６ａｓとを有する。ターミナルプレート１６ａの第１凹凸部７２ａと第１多孔質カーボンプレート９４ａの第２凹凸部９６ａとは、互いにかみ合うことにより接触面が形成される。

第１凹凸部７２ａの凸部は、第２凹凸部９６ａの凹部に配置される一方、前記第１多孔質カーボンプレート９４ａの凸部は、前記第１凹凸部７２ａの凹部に配置される。第２凹凸部９６ａの第２凸部頂面９６ａｓは、第１凹凸部７２ａの第１凹部底面７２ａｂに当接する。

このように構成される第２の実施形態では、熱伝導に起因するターミナルプレート１６ａと第１多孔質カーボンプレート９４ａとの接触面積が良好に削減されるため、端部発電セル１２Ａから外部への放熱を抑制することができる。しかも、第１凹凸部７２ａの第１凸部頂面７２ａｓは、第２凹凸部９６ａの第２凹部底面９６ａｂに当接するとともに、第２凹凸部９６ａの第２凸部頂面９６ａｓは、第１凹凸部７２ａの第１凹部底面７２ａｂに当接している。これにより、通電が確実に遂行される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、９０…燃料電池スタック １２…発電セル
１２Ａ、１２Ｂ…端部発電セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ｂ…インシュレータ
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２８…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
２８ａ…電解質膜・電極構造体 ３０、３２…セパレータ
３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３６ａ…冷却媒体入口連通孔 ３６ｂ…冷却媒体出口連通孔
３８ａ…燃料ガス入口連通孔 ３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４０…燃料ガス流路 ４２…酸化剤ガス流路
４４…冷却媒体流路 ４６、４８…シール部材
５０…固体高分子電解質膜 ５２…アノード電極
５４…カソード電極 ５６…樹脂枠部材
７２ａ、７２ｂ、８６ａ、８６ｂ、９６ａ…凹凸部
７２ａｂ、７２ｂｂ、８６ａｂ、９６ａｂ…凹部底面
７２ａｓ、７２ｂｓ、８６ａｓ、９６ａｓ…凸部頂面
７４ａ、７４ｂ…凹部 ７８ａ、７８ｂ、９２ａ…断熱部材
８０ａ、８４ａ、９４ａ…多孔質カーボンプレート
８２ａ…金属製プレート

Claims (2)

1. 電解質膜の両側に電極が配設される電解質膜・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端には、外方に向かってターミナルプレート、インシュレータ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、
   少なくとも前記積層体の積層方向一端と前記ターミナルプレートとの間には、断熱部材が介装されるとともに、
   前記断熱部材は、前記ターミナルプレートに接触する多孔質カーボンプレートを備え、
   前記ターミナルプレートの前記多孔質カーボンプレートに対向するプレート面には、第１凹凸部が形成される一方、
   前記多孔質カーボンプレートの前記ターミナルプレートに対向するプレート面には、前記第１凹凸部と互いにかみ合う第２凹凸部が形成され、
   前記第１凹凸部と前記第２凹凸部とは、少なくとも一方の凹部底面と他方の凸部頂面とが当接して接触面を形成し、
   前記第１凹凸部を形成する凸部の両側面と前記第２凹凸部を形成する凹部の両側面とが互いに離間するとともに前記第１凹凸部を形成する凹部の両側面と前記第２凹凸部を形成する凸部の両側面とが互いに離間して空気層を形成することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記インシュレータは、前記積層体に向かって開口される凹部を設け、前記凹部には、少なくとも前記多孔質カーボンプレート及び前記ターミナルプレートが収容されることを特徴とする燃料電池スタック。

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