JP6549864B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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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。   The present invention relates to a fuel cell stack including a power generation cell having an electrolyte membrane-electrode assembly in which electrodes are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and a separator, and a stack in which a plurality of power generation cells are stacked.

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。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) in which an anode is disposed on one side of an electrolyte membrane comprising a polymer ion exchange membrane and a cathode is disposed on the other side. Is equipped. The electrolyte membrane electrode assembly constitutes a power generation cell by being sandwiched by a separator (bipolar plate). For example, a fuel cell is incorporated into a fuel cell vehicle (fuel cell electric vehicle or the like) as a vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells.

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。   In fuel cell stacks, there are power generation cells in which a temperature drop is more likely to occur than in other power generation cells due to heat dissipation to the outside. For example, a power generation cell (hereinafter also referred to as an end power generation cell) disposed at the end in the stacking direction has a large heat dissipation from, for example, a terminal plate for power extraction (collector plate) or an end plate. The temperature drop is remarkable.

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。   Therefore, for the purpose of reliably preventing the temperature decrease of the end power generation cell with a simple configuration, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 has been proposed. In the fuel cell stack, a recess is formed in the insulating member, the heat insulating member and the terminal plate are accommodated in the recess, and the heat insulating member is stacked between the terminal plate and the laminate. It is characterized by

特許第5608713号公報Patent No. 5608713 gazette

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。   The present invention has been made in connection with this type of technology, and can suppress heat radiation from the end in the stacking direction of the laminate as much as possible, and reliably maintain good power generation performance. It aims to provide a possible fuel cell stack.

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。   A fuel cell stack according to the present invention includes a power generation cell having an electrolyte membrane / electrode assembly in which electrodes are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and a separator. A terminal plate, an insulator, and an end plate are disposed outwardly at both ends in the stacking direction of the stack in which the plurality of power generation cells are stacked.

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。
A heat insulating member is interposed between one end of the laminate in the stacking direction and the terminal plate, and the heat insulating member includes a porous carbon plate in contact with the terminal plate. A first uneven portion is formed on a plate surface facing the porous carbon plate of the terminal plate, while a plate surface facing the terminal plate of the porous carbon plate is engaged with the first uneven portion. A second uneven portion is formed. The first uneven portion and the second uneven portion are in contact with at least one of the recessed portion bottom surface and the other protruding portion top surface to form a contact surface, and both side surfaces of the protruding portion forming the first uneven portion. And both side surfaces of the concave portion forming the second uneven portion are separated from each other, and both side surfaces of the concave portion forming the first uneven portion and both side surfaces of the convex portion forming the second uneven portion are separated from each other It forms an air layer Te.

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。   In the fuel cell stack, preferably, the insulator is provided with a recess opened toward the stack, and at least the porous carbon plate and the terminal plate are accommodated in the recess.

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。   According to the present invention, the first uneven portion formed on the plate surface of the terminal plate and the second uneven portion formed on the plate surface of the porous carbon plate mesh with each other to form a contact surface. There is. Therefore, since the contact area of the terminal plate and porous carbon plate resulting from heat conduction is favorably reduced, it is possible to suppress heat radiation from the end portion power generation cell to the outside. As a result, generation failure of the fuel cell stack can be prevented, good power generation performance can be secured, and durability can be improved.

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。FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。It is a partial disassembled schematic perspective view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図2中、III−III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line III-III in FIG. 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。FIG. 6 is an exploded perspective view of a power generation cell of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図2中、V−V線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line V-V in FIG. 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。It is partial cross section explanatory drawing of the insulator side of the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction) or the gravity direction (arrow C direction). The stack 14 is provided. Although not shown, the fuel cell stack 10 is mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell electric car.

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。   A terminal plate 16a, an insulator (insulation plate) 18a and an end plate 20a are sequentially disposed outward at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 (see FIG. 2). A terminal plate 16b, an insulator (insulation plate) 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed outward at the other end in the stacking direction of the stacked body 14. The terminal plates 16a, 16b are made of a material having electrical conductivity, for example, a metal such as copper, aluminum or stainless steel.

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。   As shown in FIG. 1, the end plates 20 a and 20 b have a horizontally long (or vertically long) rectangular shape, and connecting bars 24 are disposed between the sides. Each connecting bar 24 is fixed at both ends to the inner surfaces of the end plates 20a and 20b via bolts 26, and applies a clamping load in the stacking direction (arrow A direction) to the plurality of stacked power generation cells 12. The fuel cell stack 10 may be configured to include a housing having the end plates 20a and 20b as end plates, and to accommodate the stack 14 in the housing.

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。   In the power generation cell 12, as shown in FIGS. 3 and 4, the resin frame attached membrane electrode assembly 28 is sandwiched between the first separator 30 and the second separator 32. The first separator 30 and the second separator 32 are formed, for example, by press-forming a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin metal plate whose surface is treated for corrosion prevention in a corrugated manner. . For example, a carbon separator may be used as the first separator 30 and the second separator 32 instead of the metal separator.

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。   At one end edge in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 4) which is the long side direction of the power generation cell 12, the oxidant gas inlet communication hole 34a and the cooling medium communicate with each other in the direction of arrow A (stacking direction). An inlet communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b are provided. The oxidant gas inlet communication hole 34a, the cooling medium inlet communication hole 36a, and the fuel gas outlet communication hole 38b are arranged in the direction of the arrow C, and the oxidant gas inlet communication hole 34a is an oxidant gas such as oxygen. Supply the contained gas. The cooling medium inlet communication hole 36a supplies a cooling medium, and the fuel gas outlet communication hole 38b discharges a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas.

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。   The fuel gas inlet communication hole 38a, the cooling medium outlet communication hole 36b, and the oxidant gas outlet communication hole 34b communicate with each other in the arrow A direction at the other end edge of the power generation cell 12 in the arrow B direction. Are arranged in The fuel gas inlet manifold 38a supplies the fuel gas, the cooling medium outlet manifold 36b discharges the cooling medium, and the oxidant gas outlet manifold 34b discharges the oxidant gas.

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。   For example, a fuel gas channel 40 extending in the arrow B direction is formed on the surface 30 a of the first separator 30 facing the resin frame attached electrolyte membrane-electrode assembly 28. The fuel gas passage 40 communicates with the fuel gas inlet passage 38a via the inlet passage 41a, and communicates with the fuel gas outlet passage 38b via the outlet passage 41b. The inlet passage portion 41a has an island-like portion integrally formed by a first seal member 46 described later, and a fuel gas inlet communication passage is formed between the island-like portions. The outlet passage portion 41b has an island-like portion integrally formed by the first seal member 46 similarly to the inlet passage portion 41a, and a fuel gas outlet communication passage is formed between the island-like portions.

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。   For example, an oxidant gas channel 42 extending in the direction of arrow B is provided on the surface 32 a of the second separator 32 facing the resin-framed membrane electrode assembly 28. The oxidant gas flow channel 42 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 34a via the inlet passage 43a, and communicates with the oxidant gas outlet communication hole 34b via the outlet passage 43b. The inlet passage portion 43a has an island-like portion integrally formed by a second seal member 48 described later, and an oxidant gas inlet communication passage is formed between the island-like portions. The outlet passage portion 43b has an island-like portion integrally formed by the second seal member 48 similarly to the inlet passage portion 43a, and an oxidant gas outlet communication passage is formed between the island-like portions.

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。   A coolant flow path 44 communicating with the coolant inlet communication hole 36 a and the coolant outlet communication hole 36 b is formed between the surface 30 b of the first separator 30 and the surface 32 b of the second separator 32 which are adjacent to each other. . The cooling medium flow channel 44 is formed by overlapping the back surface shape of the first separator 30 in which the fuel gas flow channel 40 is formed and the back surface shape of the second separator 32 in which the oxidizing gas flow channel 42 is formed.

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。   The first seal member 46 is integrated with the surfaces 30 a and 30 b of the first separator 30 around the outer peripheral end of the first separator 30. The second seal member 48 is integrated with the surfaces 32 a and 32 b of the second separator 32 around the outer peripheral end of the second separator 32.

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。   As shown in FIG. 3, the first seal member 46 has a flat seal 46f provided across the surfaces 30a, 30b and extending with a uniform thickness. In the flat seal 46f, a first convex seal 46a that abuts on a resin frame member 56 (described later) constituting the resin frame attached membrane electrode assembly 28 is integrally formed on the surface 30a side. In the flat seal 46f, a second convex seal 46b and a third convex seal 46c, which are double seals abutting on the second seal member 48 of the adjacent second separator 32 on the surface 30b side, are integrally molded. .

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。   The second seal member 48 has a flat seal 48f provided across the surfaces 32a, 32b and extending with a uniform thickness. The flat seal 48f is integrally formed with a fourth convex seal 48a that protrudes outward of the resin-framed membrane electrode assembly 28a and abuts against the first seal member 46 on the surface 32a side. In place of the fourth convex seal 48a, a convex seal (not shown) may be provided on the first seal member 46.

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。   For the first seal member 46 and the second seal member 48, for example, sealing materials such as EPDM, NBR, fluororubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

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。   The resin frame attached electrolyte membrane / electrode assembly 28 includes an electrolyte membrane / electrode assembly 28 a which is a step MEA. The electrolyte membrane / electrode assembly 28 a includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane) 50 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, and an anode electrode 52 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 50. And a cathode electrode 54.

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。   The solid polymer electrolyte membrane 50 may use an HC (hydrocarbon) -based electrolyte in addition to a fluorine-based electrolyte. In addition, it may replace with the resin frame attached electrolyte membrane and electrode structure 28, and may use the electrolyte membrane and electrode structure (MEA) which do not provide the resin frame member 56 mentioned later.

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。   The cathode electrode 54 has a smaller planar size (outer dimension) than the solid polymer electrolyte membrane 50 and the anode electrode 52. Note that, instead of the above configuration, the anode electrode 52 may be configured to have a smaller planar size than the solid polymer electrolyte membrane 50 and the cathode electrode 54. In addition, the anode electrode 52, the cathode electrode 54, and the solid polymer electrolyte membrane 50 may be set to the same planar size.

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。   The anode electrode 52 is provided with a first electrode catalyst layer 52 a joined to one surface 50 a of the solid polymer electrolyte membrane 50 and a first gas diffusion layer 52 b stacked on the first electrode catalyst layer 52 a. The first electrode catalyst layer 52 a and the first gas diffusion layer 52 b have the same outer dimensions and are set to the same (or less than the same) outer dimensions as the solid polymer electrolyte membrane 50.

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。   The cathode electrode 54 is provided with a second electrode catalyst layer 54 a joined to the surface 50 b of the solid polymer electrolyte membrane 50 and a second gas diffusion layer 54 b stacked on the second electrode catalyst layer 54 a. The second electrode catalyst layer 54 a and the second gas diffusion layer 54 b have the same (or different) outer dimensions, and are set to an outer dimension smaller than the outer dimension of the solid polymer electrolyte membrane 50.

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。   The first electrode catalyst layer 52a is formed, for example, by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface on the surface of the first gas diffusion layer 52b. The second electrode catalyst layer 54a is formed, for example, by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface on the surface of the second gas diffusion layer 54b. The first gas diffusion layer 52 b and the second gas diffusion layer 54 b are made of carbon paper, carbon cloth or the like. The first electrode catalyst layer 52 a and the second electrode catalyst layer 54 a are formed on both surfaces 50 a and 50 b of the solid polymer electrolyte membrane 50.

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。   The resin-framed electrolyte membrane / electrode assembly 28 includes a frame-shaped resin frame member 56 which goes around the periphery of the solid polymer electrolyte membrane 50 and is bonded to the anode electrode 52 and the cathode electrode 54. The resin frame member 56 is made of, for example, PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), It is composed of silicone resin, fluorocarbon resin, or m-PPE (modified polyphenylene ether resin). Alternatively, the resin frame member 56 may be made of PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate) or modified polyolefin.

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。   The resin frame member 56 has a thin-walled outer swelling portion abutted with the thin-walled inner swelling portion 56a to which the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane 50 is joined and the first convex-shaped seal 46a And an outlet 56b.

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。   As shown in FIG. 3, the power generation cells 12 are disposed as end power generation cells 12A and 12B at both ends in the stacking direction of the stacked body 14. The end power generation cells 12A are disposed on the terminal plate 16a side, while the end power generation cells 12B are disposed on the terminal plate 16b side.

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。   As shown in FIG. 2, terminal portions 64a and 64b extending outward in the stacking direction are provided substantially at the centers of the plate surfaces 16a1 and 16b1 of the terminal plates 16a and 16b. The terminal portions 64a and 64b are inserted into the insulating cylindrical members 66a and 66b and penetrate the hole portions 68a and 68b of the insulators 18a and 18b and the hole portions 70a and 70b of the end plates 20a and 20b, respectively. Project outside of

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。   First uneven portions 72a and 72b are formed on the other plate surfaces (plate surfaces facing the first porous carbon plates 80a and 80b) 16a2 and 16b2 of the terminal plates 16a and 16b. As shown in FIGS. 2 and 5, in the first uneven portion 72a, the concave portions and the convex portions extend in the arrow B direction and are alternately provided in the arrow C direction. The first uneven portion 72a has a first recess bottom surface 72ab provided on the inner surface of the recess and a first protrusion top surface 72as provided on the tip end surface of the protrusion.

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。   As shown in FIG. 2, in the first uneven portion 72 b, the concave portion and the convex portion extend in the arrow B direction and are alternately provided in the arrow C direction. The first uneven portion 72b has a first recess bottom surface 72bb provided on the inner surface of the recess and a first protrusion top surface 72bs provided on the tip end surface of the protrusion.

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。   The insulators 18a and 18b are formed of an insulating material such as polycarbonate (PC) or phenol resin. Recesses 74a and 74b opened toward the laminated body 14 are formed at central portions of the insulators 18a and 18b, and the recesses 74a and 74b communicate with the holes 68a and 68b.

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。   As shown in FIGS. 2 and 3, the terminal plate 16a and the heat insulating member 78a are accommodated in the recess 74a, while the terminal plate 16b and the heat insulating member 78b are accommodated in the recess 74b. In addition, you may provide only any one of the heat insulation member 78a or the heat insulation member 78b.

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。   The heat insulating member 78a includes a first porous carbon plate 80a having a rectangular shape (rectangular or square), a metal plate 82a having a corrugated plate shape, and a second porous carbon plate 84a. The heat insulating member 78a may include at least the first porous carbon plate 80a. The first porous carbon plate 80 a is made of a material having electrical conductivity.

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。   As shown in FIGS. 2 and 5, a second uneven portion 86 a is formed on the plate surface 80 a 1 facing the terminal plate 16 a of the first porous carbon plate 80 a. In the second uneven portion 86a, the concave portion and the convex portion extend in the arrow B direction and are alternately provided in the arrow C direction. The second uneven portion 86a has a second recess bottom surface 86ab provided on the inner surface of the recess and a second protrusion top surface 86as provided on the tip end surface of the protrusion.

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。   As shown in FIG. 5, the first uneven portion 72a of the terminal plate 16a and the second uneven portion 86a of the first porous carbon plate 80a are engaged with each other to form a contact surface. The convex portion of the first uneven portion 72a is disposed in the concave portion of the second uneven portion 86a, while the convex portion of the first porous carbon plate 80a is disposed in the concave portion of the first uneven portion 72a.

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。   The width dimension h1 of the convex portion of the first uneven portion 72a is set to be smaller than the width dimension h2 of the concave portion of the second uneven portion 86a (h1 <h2). The width dimension h3 of the protrusion of the second uneven portion 86a is set to be smaller than the width dimension h4 of the recess of the first uneven portion 72a (h3 <h4). The first convex portion top surface 72as of the first uneven portion 72a abuts on the second recessed portion bottom surface 86ab of the second uneven portion 86a. An air layer 88 is formed between the terminal plate 16a and the first porous carbon plate 80a, and functions as a heat insulating layer.

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。   The top surface 72as of the first convex portion overlaps the convex portion protruding toward the first porous carbon plate 80a of the metal plate 82a as viewed in the stacking direction. The second convex top surface 86as of the second uneven portion 86a is separated from the first concave bottom surface 72ab of the first uneven portion 72a by a distance t.

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。   The plate surface 80a2 (surface opposite to the plate surface 80a1) of the first porous carbon plate 80a forms a flat surface. The second porous carbon plate 84 a has a flat shape on both sides.

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。   The heat insulating member 78b is configured in the same manner as the above-described heat insulating member 78a, and the same reference numerals are given the same reference numerals and b instead of a, and the detailed description thereof will be omitted.

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。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

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。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet manifold 34a of the end plate 20a. Fuel gas such as hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet passage 38a of the end plate 20a. A coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the coolant inlet communication hole 36a of the end plate 20a.

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。   The oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet manifold 34 a into the oxidant gas flow path 42 of the second separator 32 as shown in FIG. 4. The oxidant gas moves in the direction of arrow B along the oxidant gas flow channel 42, and is supplied to the cathode electrode 54 of the membrane electrode assembly 28a.

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。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 40 of the first separator 30 from the fuel gas inlet communication hole 38 a. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 40 and is supplied to the anode 52 of the membrane electrode assembly 28a.

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。   Therefore, in each of the membrane electrode assembly 28a, the oxidant gas supplied to the cathode 54 and the fuel gas supplied to the anode 52 are contained in the second electrode catalyst layer 54a and the first electrode catalyst layer 52a. The electricity is consumed by the electrochemical reaction to generate electricity.

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。   Then, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode electrode 54 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet passage 34b. The fuel gas supplied and consumed to the anode electrode 52 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet passage 38b.

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。   Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 36 a is introduced into the cooling medium channel 44 between the first separator 30 and the second separator 32, and then flows in the arrow B direction. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 36b after cooling the membrane electrode assembly 28a.

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。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, while the first uneven portion 72a is formed on the plate surface 16a2 of the terminal plate 16a, the second uneven portion 72a is formed on the plate surface 80a1 of the first porous carbon plate 80a. An uneven portion 86a is formed. The first uneven portion 72a and the second uneven portion 86a mesh with each other to form a contact surface.

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。   Therefore, the contact area between the terminal plate 16a and the first porous carbon plate 80a due to heat conduction is favorably reduced, so that it is possible to suppress heat radiation from the end power generation cell 12A to the outside (see FIG. 3). ). In addition, the first convex top surface 72as of the first concavo-convex portion 72a is in contact with the second concave bottom surface 86ab of the second concavo-convex portion 86a, so that the energization is surely performed.

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。   As a result, generation failure of the fuel cell stack 10 can be prevented, good power generation performance can be secured, and durability can be improved. The same effect can be obtained on the end power generation cell 12B side.

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。   Further, in the first embodiment, a cell unit in which a resin-framed membrane electrode assembly is sandwiched between two separators is configured, and a cooling medium flow path is formed between the cell units. Although a cooling structure is adopted, it is not limited to this.

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。   For example, a cell unit comprising three or more separators and two or more resin-framed electrolyte membrane / electrode structures, wherein the separators and the resin-framed electrolyte membrane / electrode structures are alternately laminated, A so-called thinned cooling structure may be employed in which a cooling medium flow channel is formed between cell units.

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。   Furthermore, as shown in FIG. 2, the first uneven portion 72a, 72b and the second uneven portion 86a, 86b extend in the horizontal direction (arrow B direction) (longitudinal direction) and in the vertical direction (arrow C direction). But they are not limited to this. For example, the uneven portions may extend in the vertical direction (arrow C direction) and be alternately provided in the horizontal direction (arrow B direction).

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。   Furthermore, each uneven portion may have a (cross-shaped) concave portion extending in the horizontal direction and the vertical direction, and a (cross-shaped) convex portion extending in the horizontal direction and the vertical direction. In addition, each uneven portion may circulate in a ring shape or may be inclined, and various shapes can be adopted. The second embodiment described below can be configured in the same manner.

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。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack 90 according to a second embodiment of the present invention on the side of the insulator 18a. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.

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。   The terminal plate 16a and the heat insulating member 92a are accommodated in the recess 74a of the insulator 18a. The heat insulating member 92a includes a first porous carbon plate 94a, a metal plate 82a and a second porous carbon plate 84a each having a rectangular shape (rectangular or square).

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。   A second uneven portion 96a is formed on the plate surface 94a1 opposite to the terminal plate 16a of the first porous carbon plate 94a. In the second uneven portion 96 a, the concave portion and the convex portion extend in the arrow B direction and are alternately provided in the arrow C direction. The second uneven portion 96a has a second concave bottom surface 96ab and a second convex top surface 96as. The first uneven portion 72a of the terminal plate 16a and the second uneven portion 96a of the first porous carbon plate 94a engage with each other to form a contact surface.

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。   The convex portion of the first uneven portion 72a is disposed in the concave portion of the second uneven portion 96a, while the convex portion of the first porous carbon plate 94a is disposed in the concave portion of the first uneven portion 72a. The second convex top surface 96as of the second uneven portion 96a abuts on the first concave bottom surface 72ab of the first uneven portion 72a.

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。   In the second embodiment configured as described above, the contact area between the terminal plate 16a and the first porous carbon plate 94a due to heat conduction is favorably reduced. Heat dissipation can be suppressed. Moreover, the first convex top surface 72as of the first uneven portion 72a abuts on the second concave bottom surface 96ab of the second uneven portion 96a, and the second convex upper surface 96as of the second uneven portion 96a is the first It is in contact with the first concave bottom surface 72ab of the uneven portion 72a. As a result, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, such as conduction of electricity reliably.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90 ... Fuel cell stack 12 ... Power generation cell 12A, 12B ... End part power generation cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18b ... Insulator 20a, 20b ... End plate 28 ... Electrolyte membrane-electrode structure with resin frame Body 28a: Electrolyte membrane electrode assembly 30, 32: Separator 34a: Oxidant gas inlet communication hole 34b: Oxidant gas outlet communication hole 36a: Cooling medium inlet communication hole 36b: Cooling medium outlet communication hole 38a: Fuel gas inlet communication Hole 38b Fuel gas outlet communication hole 40 Fuel gas flow path 42 Oxidant gas flow path 44 Cooling medium flow path 46, 48 Seal member 50 Solid polymer electrolyte membrane 52 Anode electrode 54 Cathode electrode 56 Resin frame members 72a, 72b, 86a, 86b, 96a ... concavo-convex portions 72ab, 72bb, 86ab, 96a ... recess bottom surface 72as, 72bs, 86as, 96as ... protrusion top surface 74a, 74b ... recess 78a, 78b, 92a ... heat insulating member 80a, 84a, 94a ... porous carbon plate 82a ... metal plate

Claims (2)

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。
A power generating cell having an electrolyte membrane / electrode assembly in which electrodes are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and a separator, and facing outward at both ends in the stacking direction of the stacked body in which a plurality of power generating cells are stacked. A fuel cell stack in which the terminal plate, the insulator and the end plate are disposed,
A heat insulating member is interposed between at least one end of the stack in the stacking direction and the terminal plate.
The heat insulating member comprises a porous carbon plate in contact with the terminal plate,
While the first uneven portion is formed on the plate surface of the terminal plate facing the porous carbon plate,
On the plate surface of the porous carbon plate facing the terminal plate, a second uneven portion engaging with the first uneven portion is formed,
The first indented portion and the second indented portion abut on at least one of the concave bottom surface and the other convex top surface to form a contact surface ,
Both side surfaces of the convex portion forming the first uneven portion and both side surfaces of the concave portion forming the second uneven portion are separated from each other and both side surfaces of the concave portion forming the first uneven portion and the second uneven portion What is claimed is: 1. A fuel cell stack, comprising: an air layer formed by mutually separating side surfaces of a convex portion forming a gap ;
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。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the insulator is provided with a recess opened toward the laminate, and at least the porous carbon plate and the terminal plate are accommodated in the recess. Fuel cell stack.
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