JP7087624B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
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Description
図2に示すように、下部エンドプレート21および上部エンドプレート22は、セルユニット100の積層体11を上下から保持する。
集電板30は、導電性材料で構成されて集電機能を有する。集電板30、電力を取り出す端子(図示せず)を介して外部機器と接続されて電力の入出力を行う。図2に示すように、集電板30は、セルユニット100と同様の外形形状を有し、マニホールド部10a~10eを構成するアノード用開口部が形成されている。
図5~図7を参照して、集電断熱部40について説明する。図5は、図2に示す集電断熱部40の構成を説明するための斜視図である。図6は、図2に示す集電断熱部40の部分斜視図である。図7は、集電断熱部40の空孔層41および薄板42を示す平面図である。
次に、空孔層41の断熱性能および通電性能の制御について説明する。
図2に示すように、絶縁層51は、下部エンドプレート21と、集電板30との間に配置されて両者を絶縁する。絶縁層52は、上部エンドプレート22と、集電断熱部40との間に配置されて両者を絶縁する。
図10は、セルユニット100の分解斜視図である。図10に示すように、セルユニット100は、メタルサポートセルアッセンブリー110と、メタルサポートセル110Mとの間にガスが流通するための流路部121を区画形成するセパレータ120と、ばね部130と、集電補助層140と、を積層して構成される。
発電セル111は、図11に示すように、電解質111Eの両側に一対の電極であるアノード111Aおよびカソード111Cを配置して構成される。
メタルサポート部112は、図11に示すように、発電セル111をアノード111Aの側から支持するものである。メタルサポート部112は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質の金属である。メタルサポート部112の形成材料は、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。
セルフレーム113は、図11に示すように、メタルサポートセル110Mを周囲から保持するものである。セルフレーム113は、長手方向Yに沿って並べて配置された複数(本実施形態では、2つ)の開口部113Hを有する。セルフレーム113の開口部113Hには、メタルサポートセル110Mが配置される。メタルサポートセル110Mの外周は、セルフレーム113の開口部113Hの内縁に接合される。セルフレーム113の形成材料は、例えば、表面に絶縁コートを施した金属等の導電性材料が挙げられる。
図10に示すように、セパレータ120は、メタルサポートセル110Mの発電セル111と対向する領域に流路部121を有する。図3に示すように、流路部121は、発電セル111との間にガスの流路を区画形成する凹凸形状を有している。セパレータ120の形成材料は、例えば、金属が挙げられる。セパレータ120の流路部121以外の領域には、絶縁処理が施されている。
集電補助層140は、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、メタルサポートセル110Mとセパレータ120との電気的な接触を補助する。集電補助層140は、例えば、金網状のエキスパンドメタルから形成することができる。
図12は、変形例1に係る集電断熱部を示す平面図である。前述した実施形態では、反応領域46に配置された空孔層41の複数の空孔41hの形状は略同一に形成されていたが(図7を参照)、図12に示すように、変形例1に係る集電断熱部の空孔層241は、反応領域46内に配置された空孔層241の複数の空孔の形状が異なるように構成されている。また、空孔層241は、反応領域46のみに配置されている。
図13は、変形例2に係る集電断熱部を示す平面図である。変形例2に係る集電断熱部は、カソードガス用シール部260は、電流取出し部44が配置された部分を除く集電断熱部の外周の全周に配置されている点で前述した変形例1と異なる。これにより、カソードガスCGが空孔層41に流れ込むことをより確実に防止することができる。
図14は、変形例3に係る集電断熱部の構成を説明するための斜視図である。図15は、図14の15-15線に沿う集電断熱部の部分断面図である。図14および図15に示すように、変形例3に係る集電断熱部の空孔層341は、積層方向Zに積層された複数の層を有し、複数の層の空孔の形状はそれぞれ異なる点で前述した実施形態と異なる。
図17は、変形例4に係る空孔層441の平面図である。変形例4に係る空孔層441は、空孔441hの少なくとも一部に充填剤441aを含有する点で前述した実施形態と異なる。
図18は、変形例5に燃料電池スタックの部分断面図である。変形例5に燃料電池スタックの集電断熱部540は、上部エンドプレート22側の薄板を備えず、薄板42が発電セル111側のみに設けられている点で前述した実施形態と異なる。
21 下部エンドプレート、
22 上部エンドプレート(エンドプレート)、
30 集電板、
40、540 集電断熱部、
41、241、341、441 空孔層、
41a 開口部、
41h、441h 空孔、
441a 充填剤、
42 (発電セル側の)薄板、
43 (上部エンドプレート側の)薄板、
44 電流取出し部、
45 シール領域、
46 反応領域、
51、52 絶縁層、
60、160、260 カソードガス用シール部、
100 セルユニット、
110 メタルサポートセルアッセンブリー、
110M メタルサポートセル、
111 発電セル、
112 メタルサポート部、
113 セルフレーム、
130 ばね部、
140 集電補助層、
150 接合部、
AG アノードガス、
CG カソードガス、
H 空孔層の高さ、
W 開口部の面方向の最大幅、
X 短手方向(面方向、積層方向に交差する方向)、
Y 長手方向(面方向、積層方向に交差する方向)、
Z 積層方向。
Claims (9)
- エンドプレート、絶縁層、集電断熱部および複数の発電セルを積層した燃料電池スタックであって、
前記集電断熱部は、
空孔が形成された導電性材料からなる空孔層と、
前記空孔層の少なくとも前記発電セル側に固着した導電性材料からなる薄板と、
前記空孔層に連結され、積層方向に交差する方向から電流を取り出す電流取出し部と、を有する、燃料電池スタック。 - 前記空孔の少なくとも一部は、積層方向に貫通し、
前記空孔層は、積層方向に貫通した前記空孔が形成された開口部を有する、請求項1に記載の燃料電池スタック。 - 前記開口部の高さは、前記開口部の最大幅よりも大きい、請求項2に記載の燃料電池スタック。
- 前記電流取出し部は、前記薄板に接触しないように配置される、請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- 前記電流取出し部は、前記空孔層と同一面内において前記発電セルと積層方向に重なる反応領域よりもガスの流れ方向の下流側に配置される、請求項1~4のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- 前記空孔層には、同一面内において、形状が異なる複数の前記空孔が形成される、請求項1~5のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- 反応ガスの流れを制限するシール部をさらに有し、
前記空孔層は、同一面内において、前記シール部と積層方向に重なるシール領域および前記発電セルと積層方向に重なる反応領域に配置され、
前記シール領域に配置された前記空孔層の前記空孔の形状は、前記反応領域に配置された前記空孔層の前記空孔の形状と異なる、請求項6に記載の燃料電池スタック。 - 前記空孔層は、前記シール領域および前記反応領域のみに配置される、請求項7に記載の燃料電池スタック。
- 前記空孔層は、積層方向に積層された複数の層を有し、
前記複数の層の前記空孔の形状はそれぞれ異なる、請求項1~8のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
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