JP6897102B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。
燃料電池スタックに用いられるエンドプレートとして、例えば、特許文献１に記載されているように、エンドプレートの流路の表面に樹脂層が形成されているものが知られている。
特開２０１５−００８０８６号公報
エンドプレートの金属と樹脂層との界面に水分が浸入して、金属が腐食する場合がある。その場合、金属と樹脂層との隙間で腐食生成物が盛り上がり、隙間が広がることで、より水分が浸入するおそれがある。広い範囲で金属の腐食が進むと、腐食生成物が樹脂を膨らませ、最終的には樹脂割れを引き起こす原因となる。そのため、樹脂割れの発生を抑制可能な技術が望まれていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層した積層体と、前記積層体の積層方向の少なくとも一端に配置されたエンドプレートと、を備え、前記エンドプレートは、金属部と、前記金属部を積層方向に貫く流路と、少なくとも前記流路の表面に形成された樹脂層と、を備え、前記金属部は、前記エンドプレートの外側から内部に向けて、前記樹脂層と接する界面を有しており、前記界面は、水分の侵入箇所近傍に前記エンドプレートの内部から外側へ向けて折り返された折り返し部を有し、前記折り返し部の内部に前記樹脂層が入り込んでおり、前記界面近傍の金属部は、前記水分の侵入箇所から水分が侵入して腐食すると、前記折り返し部の内部の前記樹脂層を前記金属部に押しつけるように構成されている。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。
本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層した積層体と；前記積層体の積層方向の少なくとも一端に配置されたエンドプレートと、を備え；前記エンドプレートは、金属部と、前記金属部を積層方向に貫く流路と、少なくとも前記流路の表面に形成された樹脂層と、を備え；前記金属部は、前記エンドプレートの外側から内部に向けて、前記樹脂層と接する界面を有しており；前記界面は、水分の侵入箇所近傍に前記エンドプレートの内部から外側へ向けて折り返された折り返し部を有し、前記折り返し部の内部に前記樹脂層が入り込んでいる。この形態の燃料電池スタックによれば、金属部と樹脂層との界面に沿って水分が侵入し、その界面近傍の金属部が腐食すると、その腐食生成物が折り返し部内の樹脂層を金属部に押し付けるため、金属部と樹脂層との密着力が強くなり、それ以上の水分の浸入を抑制することができる。そのため、樹脂割れの発生を抑制できる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、エンドプレートや、エンドプレートの製造方法、燃料電池スタックの製造方法等の形態で実現することができる。
燃料電池スタックの概略図である。 エンドプレートの断面図の一部である。 水分の侵入箇所から界面に沿って水分が侵入した場合のエンドプレートの断面図の一部である。 第２変形例における、エンドプレートの断面図の一部である。
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池スタック１００の概略図である。燃料電池スタック１００は、固体高分子形の燃料電池であり、燃料電池セル１１を複数積層した積層体１０を有する。積層体１０の積層方向（ｘ軸方向）の両端には、ターミナルプレート１２が配置されている。また、積層体１０の積層方向の両端はプレッシャープレート２０とエンドプレート３０とで挟持されている。ターミナルプレート１２および、プレッシャープレート２０、エンドプレート３０は板状部材である。燃料電池スタック１００は、積層体１０の積層方向に所定の荷重が加えられた状態で、エンドプレート３０と、スタックケース４０とが、ボルト５０で固定されることによって締結がされている。
スタックケース４０には、プレッシャープレート２０と当接する面に貫通したねじ穴が設けられており、燃料電池スタック１００に加える積層方向（ｘ軸方向）の荷重を調整するためのボルト５０が押し込まれている。ボルト５０は、スタックケース４０からプレッシャープレート２０側へせり出しており、プレッシャープレート２０を押圧している。
図２は、エンドプレート３０の断面図の一部である。エンドプレート３０は、金属部３１と、流路３２と、樹脂層３３と、を備えている。金属部３１としては、耐食性、剛性を備えた種々の金属部材を用いることができる。金属部３１は、本実施形態では、アルミニウムからなる。
流路３２は、金属部３１を積層体１０の積層方向（ｘ軸方向）に貫く。流路３２は、酸化ガスとしての空気、水素ガス、または冷却水等の流体を積層体１０に導入したり、積層体１０から排出する流路として機能する。樹脂層３３は、少なくとも流路３２の表面に形成されている。樹脂層３３は、流路３２の絶縁性や、耐食性を向上させるために設けられている。本実施形態において、樹脂層３３は、絶縁性高分子材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）やポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等のエンジニアリングプラスチック、フッ素ゴムやシリコンゴム等のエラストマー、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂などにより形成されている。好適な材料として、芳香族ポリアミドまたはポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）を用いることができる。
図２に示すように、金属部３１は、エンドプレート３０の外側から内部に向けて、樹脂層３３と接する界面Ａを有する。界面Ａは、エンドプレート３０の内部において、水分の侵入箇所６０近傍にエンドプレート３０の外側から内部に向けて折り返された折り返し部３４を有している。本実施形態では、折り返し部３４は、流路３２側に折り返されている。折り返し部３４の内部には、樹脂層３３が入り込んでいる。金属部３１に折り返し部３４が形成されることにより、金属部３１には界面Ａに沿って、エンドプレート３０の内側に向けて窪んだ溝部が形成される。
水分の侵入箇所６０の「近傍」とは、水分が入り込まないようなエンドプレート３０の中央部を除く部分であり、例えば、界面Ａの入口（水分の侵入箇所６０）から３ｃｍ以内、より好ましくは２ｃｍ以内であることが好ましい。
図３は、水分の侵入箇所６０から界面Ａに沿って水分が侵入した場合のエンドプレート３０の断面図の一部である。水分の侵入箇所６０から水分が侵入すると、界面Ａ近傍の金属部３１が腐食し、腐食生成物３５が生成される。折り返し部３４の内部の樹脂層３３は、腐食生成物３５により腐食生成物３５の反対側（−ｚ軸方向側）の金属部３１に押しつけられる。これにより、金属部３１と折り返し部３４の内部の樹脂層３３との界面Ｂでの密着力が強くなる。
以上で説明した本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、金属部３１と樹脂層３３との界面Ａに沿って水分の侵入箇所６０から水分が侵入し、その界面Ａ近傍の金属部３１が腐食すると、その腐食生成物３５が折り返し部３４内の樹脂層３３を金属部３１に押し付けるため、金属部３１と樹脂層３３との密着力が強くなり、それ以上の水分の浸入を抑制することができる。そのため、樹脂割れの発生を抑制できる。
Ｂ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態では、エンドプレート３０は、積層体１０の一端にのみ配置されている。これに対して、エンドプレート３０は、積層体１０の両端に配置されていてもよい。
＜第２変形例＞
図４は、第２変形例における、エンドプレート３０の断面図の一部である。金属部３１は、エンドプレート３０の外側から内部に向けて、樹脂層３３と接する界面Ｃを有する。界面Ｃは、エンドプレート３０の内部において、水分の侵入箇所６０ａ近傍にエンドプレート３０の外側から内部に向けて折り返された折り返し部３４ａを有している。折り返し部３４ａの内部には、樹脂層３３が入り込んでいる。図４に示すように、樹脂層３３の一部に金属部３１が入り込む形で折り返し部３４ａが形成されていてもよい。
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
１０…積層体
１１…燃料電池セル
１２…ターミナルプレート
２０…プレッシャープレート
３０…エンドプレート
３１…金属部
３２…流路
３３…樹脂層
３４、３４ａ…折り返し部
３５…腐食生成物
４０…スタックケース
５０…ボルト
６０、６０ａ…水分の侵入箇所
１００…燃料電池スタック
Ａ、Ｂ、Ｃ…界面

Claims (1)

  1. 燃料電池スタックであって、
    複数の燃料電池セルを積層した積層体と、
    前記積層体の積層方向の少なくとも一端に配置されたエンドプレートと、を備え、
    前記エンドプレートは、金属部と、前記金属部を積層方向に貫く流路と、少なくとも前記流路の表面に形成された樹脂層と、を備え、
    前記金属部は、前記エンドプレートの外側から内部に向けて、前記樹脂層と接する界面を有しており、
    前記界面は、水分の侵入箇所近傍に前記エンドプレートの内部から外側へ向けて折り返された折り返し部を有し、前記折り返し部の内部に前記樹脂層が入り込んでおり、
    前記界面近傍の金属部は、前記水分の侵入箇所から水分が侵入して腐食すると、前記折り返し部の内部の前記樹脂層を前記金属部に押しつけるように構成されている、燃料電池スタック。
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