JPH0878044A - 燃料電池セルスタック - Google Patents

燃料電池セルスタック

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JPH0878044A
JPH0878044A JP6230800A JP23080094A JPH0878044A JP H0878044 A JPH0878044 A JP H0878044A JP 6230800 A JP6230800 A JP 6230800A JP 23080094 A JP23080094 A JP 23080094A JP H0878044 A JPH0878044 A JP H0878044A
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JP
Japan
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cell stack
current collecting
fuel cell
tie rod
collecting member
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Pending
Application number
JP6230800A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hara
毅 原
Chikayuki Takada
慎之 高田
Yuji Takamatsu
裕次 高松
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Aisin AW Co Ltd
Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
Equos Research Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池積層体を必要な強度で保持すると共に集
電部材とタイロッドとの間の絶縁性を確実にした燃料電
池を提供する。 【構成】 燃料電池セルスタックにおいて、集電板12
の電池積層体側あるいは締付板4側にガイド13を設け
ることにより、タイロッド15により燃料電池セルスタ
ック全体を所定のトルクで締付固定したときに、このガ
イド13は電池積層体あるいは締付板4に係止され位置
決め固定される。このため、集電板12が平面方向にず
れる現象が防止される。したがって、タイロッド15は
電池積層体あるいは締付板4に密着固定され、位置決め
固定された集電板12と、タイロッド貫通孔におけるタ
イロッド15との間に、一定の空間距離が保たれ、信頼
性のある電気的絶縁性が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単電池が集合化された
燃料電池セルスタックに関し、特に、単電池を締め付け
固定する金属性貫通固定具と集電板との絶縁性が確保さ
れた燃料電池セルスタックに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池セルスタックを構成する単電池
は、各反応ガス流路を有する一対の燃料電極と酸化剤電
極との間に、例えば、電解質としての高分子電解質膜が
挟持されており、燃料電極には反応ガスとして燃料ガス
が、酸化剤電極には反応ガスとして酸化剤ガスが供給さ
れて、電気化学反応に基づく電気エネルギーが両極より
取り出されるように構成されている。燃料電池セルスタ
ックは、この単電池が複数個積層されて電気的に直列に
配列された電池積層体となっており、この電池積層体の
両端に集電板が取り付けられ、電気が取り出される構造
となっている。
【0003】図4は従来の燃料電池セルスタックの断面
の構造を示す。1は単電池であり、2はこの単電池1が
複数個積層されてなる電池積層体の両外側に配置された
集電板、3は絶縁板、4は電池積層体を絶縁板3を介し
て締め付けるための締付板、5はこの締付板4を締付固
定するためのロッド、6はロッド5の先端に係合される
ナット、7はロッド5の表面に被覆された絶縁被覆材で
ある。そして、ロッド5とナット6により貫通固定具が
構成されている。
【0004】この燃料電池セルスタックにおいて、電池
積層体の両外側の集電板2は、その外側の締付板4側か
ら、電池積層体を貫通したロッド5及びナット6により
締めつけられており、単電池1相互の接触抵抗を予め定
められた範囲内に保持していた。このロッド5は、強度
を必要とすることから金属材料が使用されているので、
導電性の集電板2とロッド5が接触した場合に短絡を生
じることを防止するため、従来、集電板2と接触する部
分のロッド5には絶縁被覆材7を塗布等により被覆する
手段がとられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のロッドと集電板との短絡防止手段を施した燃料電池
セルスタックにおいては、締付板の外側よりロッド及び
ナットで燃料電池セルスタック全体を固定する際には、
ロッドに予め塗布していた絶縁被覆材が磨耗され、ロッ
ドの金属面が露出して集電板と接触し、発電時に短絡現
象を生ずることがあった。
【0006】そこで本発明は、電池積層体を必要な強度
で保持すると共に、集電部材とロッドとの間の絶縁性を
確実にした燃料電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明の燃料電池セルスタックは、複数個の単
電池を積層した電池積層体と、該電池積層体の両側に配
置された集電部材と、該集電部材の外側より電気絶縁部
材を介して前記電池積層体及び集電部材を締めつけるた
めの締付部材と、前記電池積層体、前記集電部材、前記
電気絶縁部材及び前記締付部材を全て貫通して全体を締
付固定するための貫通固定具とを有し、全体が所定のト
ルクで締付固定されている燃料電池セルスタックにおい
て、(1)前記各集電部材は、前記貫通固定具に対して
空間的に電気的絶縁性が十分保たれる程度に、該貫通固
定具の外径よりも大きい貫通固定具用貫通孔を備え、且
つ、(2)前記各集電部材は、前記貫通固定具に対して
空間的に電気的絶縁性が十分保たれるように、位置決め
して固定されていることを特徴とする。
【0008】集電部材を貫通固定具に対して空間的に電
気的絶縁性が十分保たれるように位置決めするために
は、集電部材にガイドを設け、このガイドにより電池積
層体、締付部材、及び電気絶縁部材から選ばれた1種以
上の部材に対して位置決めして、集電部材と貫通固定具
との間に空間的に電気的絶縁性を保つことができる。集
電部材にガイドを設けるには、例えば、電池積層体、締
付部材及び電気的絶縁部材より上部に出ている集電部材
の部分において、L字型の突起を電池積層体側に面した
部位、あるいは締付部材及び電気絶縁部材側に面した部
位に、電池積層体、締付部材及び電気絶縁部材から選ば
れた1種以上の部材を係止可能に設けることができる。
このガイドは、集電部材の前記部位の全域、あるいは部
分的に設けてもよい。
【0009】本発明において、集電部材と貫通固定具と
の間に空間的に電気的絶縁性が保たれる状態では、それ
らの間に短絡が生じないので、貫通固定具には絶縁被覆
材を塗布等により被覆しなくてもよい。
【0010】
【作用】本発明の燃料電池セルスタックにおいて、集電
部材は、貫通固定具に対して空間的に電気的絶縁性が十
分保たれる程度に、貫通固定具の外径よりも大きい貫通
固定具用貫通孔を備え、且つ、集電部材は、貫通固定具
に対して空間的に電気的絶縁性が十分保たれるように位
置決めして固定されているので、集電部材と貫通固定具
は短絡を起こすことがない。
【0011】本発明の燃料電池セルスタックにおいて、
集電部材の電池積層体側、あるいは締付部材及び電気絶
縁部材側に、ガイドを設けた場合には、貫通固定具によ
り燃料電池セルスタック全体を所定のトルクで締付固定
すると、このガイドは電池積層体あるいは締付部材と接
触して、係止される。
【0012】したがって前記集電部材の位置決め固定に
より、集電部材が平面方向にずれる現象が防止される。
そして、貫通固定具は、電池積層体、締付部材及び電気
絶縁部材から選ばれた1種以上の部材に密着固定され
て、それらの位置関係は固定的であるので、位置決め固
定された集電部材と、貫通固定具用貫通孔における貫通
固定具との間に、一定の空間距離が保たれ、信頼性のあ
る電気的絶縁性が確保される。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を次に説明する。単電池が固
体高分子電解質型燃料電池の場合においては、その単電
池は電解質として高分子電解質膜を挟持する一対のガス
拡散電極から構成される。この単電池を複数個積層して
燃料電池セルスタックを構成するには、単電池の外側に
反応ガス流路用溝を形成するリブを有するガス不透過性
の導電性セパレータを介して単電池を複数個積層して電
池積層体が構成される。各セパレータ周囲には樹脂成型
体よりなる外枠が設けられており、さらにこの外枠には
マニホールド設置用の4個の穴が外枠の4辺に対して平
衡に開けられており、またタイロッドが貫通する4個の
貫通孔(直径12mm)が4角に開けられている。な
お、本実施例では貫通固定具としてタイロッドとナット
を用いているが、必ずしもこれに限定されるものではな
い。他の貫通固定具としては、ボルトとナット、あるい
は、ジャーナルとナット、あるいは、スタッドボルトと
ナット、あるいは、ナットを用いずシャフトに締付板を
圧入することで固定する方法もある。
【0014】単電池がリン酸型燃料電池の場合において
は、電解質としてリン酸を含浸保持させたマトリックス
を用いる以外、その他の構成は上記と同じである。
【0015】単電池より電気エネルギーを取り出す構成
は、単電池の片方の電極には燃料ガスを他方には酸化剤
ガスを供給して電気化学的反応に基づく電気エネルギー
を両極より取り出すようになされており、この単電池が
積層されてなる電池積層体においては、積層体を両端に
て挟持した集電体より電気エネルギーを取り出してい
る。
【0016】図1は、本発明の燃料電池セルスタックの
一例を示す。1は単電池であり、12はこの単電池1が
複数個積層されてなる電池積層体の両外側に配置された
集電部材としての集電板、13は電池積層体より長い集
電板12の部分に設けられた電池積層体を係止するため
のガイド、3は絶縁板、4は電池積層体を絶縁板3を介
して締め付けるための締付板、15はこの締付板4を締
付固定するためのタイロッド、6はタイロッド15の先
端部位に螺合されるナットである。集電板12に設けら
れたタイロッド貫通孔は、タイロッド15の外径より
も、大きく設けられている。
【0017】この燃料電池セルスタックにおいて、電池
積層体の両外側の集電板12は、その外側の締付板4側
から、電池積層体を貫通したタイロッド15及びナット
6により所定のトルクで締めつけられており、集電板1
2のガイド13の突起部が電池積層体に係止しているの
で、集電板12に設けられているタイロッド貫通孔の中
心とタイロッド15の中心は、ほぼ一致する。したがっ
て、集電板12とタイロッド15との間には一定の間隙
が保たれ、これにより、空間的に電気的絶縁性が保たれ
る。
【0018】図2は、本発明の燃料電池セルスタックの
別の一例であり、集電板12のガイド13が締付板4を
係止するために、締付板4側に面した集電板12の部位
にガイド13を設けた場合を示す。他の構成は、前記図
1と同様である。
【0019】図3は、本発明の燃料電池セルスタックの
別の一例であり、図1及び図2の燃料電池セルスタック
が横型であるのに対して、この燃料電池セルスタックは
縦型の例を示す。
【0020】図1〜図3においては省略されているが、
燃料ガスおよび酸化剤ガスが互いに直交する方向に給排
気するためのマニホールドが、電池積層体の四方の側面
に、気密性を保持するためのシール材を介して装着され
ている。燃料電池セルスタック(本実施例では横方向に
積層した電池積層体)は以下の手順にて締め付け固定さ
れる。電池積層体の両側にガイド付チタン製の集電板
(厚さ7mm)の電池積層体と密着する面にAg/Cu
系導体ペーストを塗布し、ガイド部を電池積層体上部
(あるいは絶縁板および締付板)に密着させる。
【0021】各集電板の外側に隣接して、絶縁板として
厚さ1mmのポリテトラフルオロエチレン製シートを配
置し、さらに各絶縁板の外側に隣接して締付板(厚さ1
5mm)が配される。各集電板の4角には、直径20m
mのタイロッド貫通孔が開けられ、また各絶縁板、締付
板には直径12mmの貫通孔が開けられている。一方の
締付板の各タイロッド貫通孔の外側よりタイロッドを通
し、電池積層体中の外枠を含む各絶縁板、集電板の貫通
孔を通した後に、もう一方の締付板を貫通させ、タイロ
ッドの末端をナットで締め付け固定する。各タイロッド
の締め付けトルクは250〜280kgf/cmであ
る。
【0022】電池積層体に加わる荷重は、各タイロッド
の径、タイロッドの本数(最低4本)およびタイロッド
の締め付けトルクの3因子で決定される。従って、荷重
を増加させるには、タイロッドの径を太くすること、タ
イロッドの本数を増やすこと、及びタイロッドの締め付
けトルクを上げることの3種の手段を調整することによ
って増加させることができる。
【0023】
【発明の効果】
(1)本発明によれば、従来貫通固定具に不可欠であっ
た絶縁処理が不要となるため、セルスタック製造にかか
るコストおよび工程数が低減される。
【0024】(2)本発明によれば、集電部材における
貫通固定具用貫通孔は、貫通固定具と集電部材との間に
電気的絶縁性を確保するのに十分に大きい径であり、且
つ集電部材に設けられたガイドにより、集電部材が、電
池積層体、締付部材、及び電気絶縁部材から選ばれた1
種類以上の部材に対し位置決め固定されているので、集
電部材は貫通固定具に対して一定の間隔を保ち、電気的
絶縁性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池セルスタックの一例の断面略
図である。
【図2】本発明の燃料電池セルスタックのガイドの位置
の異なる別の一例を示す。
【図3】本発明の燃料電池セルスタックの縦型の例を示
す断面図である。
【図4】従来における横方向積層型の燃料電池セルスタ
ックの断面図である。
【符号の説明】
1 単電池 2,12 集電板 3 絶縁板 4 締付板 5 ロッド 6 ナット 7 絶縁被覆材 13 ガイド 15 タイロッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 裕次 愛知県西尾市八ツ面町20−16 県営八ツ面 住宅二棟405号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個の単電池を積層した電池積層体
    と、該電池積層体の両側に配置された集電部材と、両集
    電部材の外側より該集電部材を挟持するように配設され
    た締付部材と、前記電池積層体、前記集電部材、前記電
    気絶縁部材及び前記締付部材を全て貫通して両端から全
    体を締付固定するための金属性貫通固定具とを有し、全
    体が所定のトルクで締付固定されている燃料電池セルス
    タックにおいて、 (1)前記各集電部材は、前記貫通固定具に対して空間
    的に電気的絶縁性が十分保たれる程度に、該貫通固定具
    の外径よりも大きい貫通固定具用貫通孔を備え、且つ、 (2)前記各集電部材は、前記貫通固定具に対して空間
    的に電気的絶縁性が十分保たれるように、位置決めして
    固定されていることを特徴とする燃料電池セルスタッ
    ク。
  2. 【請求項2】 前記各集電部材は、該集電部材に設けら
    れたガイドにより、前記電池積層体、前記締付部材及び
    前記電気絶縁部材から選ばれた1種以上の部材に対して
    位置決めされていることを特徴とする請求項1記載の燃
    料電池セルスタック。
  3. 【請求項3】 前記貫通固定具には、電気絶縁部材が被
    覆されていないことを特徴とする請求項1又は2記載の
    燃料電池セルスタック。
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