WO2015064013A1

WO2015064013A1 - 燃料電池用のターミナルプレート、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法、および燃料電池

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Publication number: WO2015064013A1
Application number: PCT/JP2014/005028
Authority: WO
Inventors: 文成雫
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2015-05-07
Also published as: JP2015088294A; DE112014000307T8; JP6020413B2; DE112014000307B4; CN104854746A; CN104854746B; KR20150090209A; US20160329577A1; KR101811506B1; DE112014000307T5; US10115976B2

Abstract

　ターミナルプレート１６０Ｆは、集電端子１６１を有する導電性のアルミ製のコアプレート１８１を、耐食性の高いチタン製のセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３とで挟持する。セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートは、そのプレート外周縁をコアプレート１８１の外周縁より外側に延ばしており、プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１を含む各プレートの外周縁を被覆して、プレート挟持状態を維持する。コアプレート１８１は、その外周縁の端面を金メッキで処理済みとしているので、当該外周縁端面で、プレート接着シール材１８４と非接着状態とされている。

Description

燃料電池用のターミナルプレート、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法、および燃料電池

　本発明は、燃料電池用のターミナルプレート、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法および燃料電池に関する。

　燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルが複数積層されたスタック構造を備え、発電電力を外部へ取り出すために、複数積層された燃料電池セルの両端にターミナルプレートを備えている。近年になり、ターミナルプレートを耐食性の金属プレートと良導電性の金属プレートの層構造により構成し、ターミナルプレートの耐久性を高める手法が、例えば、特開２００９－１８７７２９号公報に提案されている。

　上記許文献に提案されているターミナルプレートは、異種金属のプレートの層構造を採用するに当たり、プレート平面（表面）のみならず、プレート端面についても耐食性導電材料層、例えば導電性の金属粉を混入した熱硬化樹脂にて被覆されている。プレート端面が耐食性導電材料層で被覆され、ターミナルプレートはその外周縁で固定されているので、各プレートの線膨張係数の相違によるプレート間のズレやプレート同士の接触面での電食を回避し得る。

　しかしながら、ターミナルプレートを構成する異種金属プレートは、線膨張係数が相違するので、燃料電池の発電運転中に、膨張と収縮の程度が異なり、異種金属プレートのプレート端面では、プレート端面に接着している耐食性導電材料層がプレートの膨張・収縮に追従した押圧や引き寄せを繰り返し受けるので、耐食性導電材料層が劣化するおそれがあった。上記文献では、こうしたプレートの膨張・収縮についての対処が十分考慮されていないので、燃料電池、異種金属のプレート層構造を備えるターミナルプレートの耐久性の向上についての改善の余地が指摘されるに到った。この他、耐久性の向上を図る上での簡便な対処や、燃料電池の製造コストの低減等を可能とすることも要請されている。

　上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

　第１の態様は燃料電池用のターミナルプレートを提供する。第１の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートは、端子部を有する導電性の第１の金属プレートと、前記第１の金属プレートより高い耐食性を有し、前記第１の金属プレートの表面および裏面にそれぞれ配置されている第２および第３の金属プレートであって、前記第１の金属プレートの外周縁より外側に延伸している外縁部を有する第２と第３の金属プレートと、前記第２および第３の金属プレートの前記外縁部と接着し、前記第１、第２および第３の金属プレートの前記外周縁をシールする弾性シール材とを備える。

　第１の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートは、線膨張係数の相違により各金属プレートが異なる程度で膨張と収縮を繰り返しても、第２と第３の金属プレートに挟まれている第１の金属プレートについては、弾性シール材と接着されていないので、第１の金属プレートの収縮に追従する弾性シール材の引き寄せを招かない。したがって、第１の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートによれば、弾性シール材の劣化を抑制して、耐久性の向上に寄与できる。

　第１の態様に係るターミナルプレートにおいて、前記弾性シール材は、前記第１の金属プレートの表面および裏面に配置されている状態で対向する前記第２および第３の金属プレートの前記外縁部と接着しても良い。また、前記弾性シール材はさらに、前記第２および第３の金属プレートの前記外周縁の端面と接着しても良い。これら第１の態様に係るターミナルプレートによれば、シール性能を維持しつつ、弾性シール材の劣化を抑制することができる。

　第１の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートにおいて、前記各金属プレートの外縁部に、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を供給するために供給貫通孔および排出するための排出貫通孔をそれぞれについて備え、前記第１の金属プレートは、前記供給貫通孔および排出貫通孔より大径のプレート貫通孔を備え、前記第２と第３の金属プレートとは、前記供給貫通孔および排出貫通孔より大径で前記第１の金属プレートの前記プレート貫通孔よりは小径のプレート貫通孔をそれぞれ備える。前記弾性シール材は、対向する前記第２および第３の金属プレートにおける前記プレート貫通孔の孔周縁部と接着し、前記供給貫通孔および排出貫通孔を形成しても良い。第１の態様に係るターミナルプレートによれば、供給貫通孔および排出貫通孔の周囲である孔周縁部においても、弾性シール材は第１の金属プレートと接着しないするので、第１の金属プレートの収縮に追従した弾性シール材の引き寄せを招かないようにでき、弾性シール材の劣化抑制、耐久性の向上の観点から好適となる。

　第１の態様に係るターミナルプレートにおいて、前記弾性シール材はさらに、前記第２および第３の金属プレートの前記プレートの貫通孔の孔内周壁と接着しても良い。第１の態様に係るターミナルプレートによれば、貫通孔におけるシール性を維持しつつ、弾性シール材の劣化を抑制することができる。

　第１の態様に係るターミナルプレートにおいて、前記第１の金属プレートの少なくとも外縁部における表面および裏面、前記外周縁の端面には金メッキ処理が施されていても良い。第１の態様に係るターミナルプレートによれば、第１の金属プレートと弾性シール材との接着をより容易に抑制または防止することができる。

　第２の態様は、燃料電池を提供する。第２の態様に係る燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したセルスタックと、前記セルスタックの積層方向の一端と他端とに配設される上記第１の態様に係るターミナルプレートのいずれかを備える。第２の態様に係る燃料電池では、弾性シール材の劣化抑制を通して耐久性の向上したターミナルプレートを有するので、燃料電池としての耐久性の向上や電池寿命の長寿命化を可能とする。また、第２の態様に係る燃料電池によれば、既存の燃料電池においてターミナルプレートセパレーターを置き換えればよいので、その製造コストの低減が可能である。

　第３の態様は、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法を提供する。第３の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートの製造方法は、第１の金属プレートの表面および裏面における少なくとも外縁部および外周縁の端面に金メッキ処理を施し、前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートを第２の金属プレートに載置し、前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートの前記外周縁の端面を覆うように弾性シール材を配置し、第３の金属プレートを前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートに載置して、前記第１、第２および第３の金属プレートの積層体を形成し、前記積層体を加熱することを備える。第３の態様に係る燃料電池用のターミナルプレートの製造方法によれば、線膨張係数の相違により各金属プレートが異なる程度で膨張と収縮を繰り返しても、第２と第３の金属プレートに挟まれている第１の金属プレートについては、弾性シール材と接着されていないので、第１の金属プレートの収縮に追従する弾性シール材の引き寄せを招かない。したがって、弾性シール材の劣化を抑制して、耐久性の向上に寄与できる燃料電池用のターミナルプレートを製造することができる。

　第３の態様に係る製造方法において、前記第１の金属プレートは貫通孔を有しており、前記金メッキ処理は、前記貫通孔の孔内周壁に対しても施され、前記弾性シール材の配置はさらに、前記貫通孔の孔内周壁を覆うように実行されてもよい。この第３の態様に係る製造方法によれば、貫通孔回りのシール性を維持しつつ、弾性シール材の劣化を抑制して、耐久性の向上に寄与できる燃料電池用のターミナルプレートを製造することができる。

　なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法や燃料電池セルとしての形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。ターミナルプレート１６０Ｆとユニットセル１００とターミナルプレート１６０Ｅの配置の様子を概略的に示す説明図である。図２における３－３線にてターミナルプレート１６０Ｆを断面視した断面図である。図２における４－４線にてターミナルプレート１６０Ｅを断面視した断面図である。実施形態に係るターミナルプレートの製造工程を示すフローチャートである。他の実施形態のターミナルプレート１６０Ｆを示す概略斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。燃料電池１０は、燃料電池セルたるユニットセル１００をＺ方向（以下、「積層方向」とも呼ぶ）に複数積層し、一対のエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅで挟持したスタック構造を有している。燃料電池１０は、前端側のエンドプレート１７０Ｆとユニットセル１００との間に、前端側の絶縁板１６５Ｆを介在させて前端側のターミナルプレート１６０Ｆを有する。燃料電池１０は、後端側のエンドプレート１７０Ｅとユニットセル１００との間にも、同様に、後端側の絶縁板１６５Ｅを介在させて後端側のターミナルプレート１６０Ｅを有する。ユニットセル１００と、ターミナルプレート１６０Ｆ，１６０Ｅと、絶縁板１６５Ｆ，１６５Ｅおよびエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がＸ方向（水平方向）で短辺がＹ方向（垂直方向，鉛直方向）に沿うように配置されている。なお、前端側および後端側とは燃料電池１０の長手方向のそれぞれ一端側を意味する。

　前端側におけるエンドプレート１７０Ｆと絶縁板１６５Ｆとターミナルプレート１６０Ｆは、燃料ガス供給孔１７２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１７２ＯＴと、酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴと、冷却水供給孔１７６ＩＮおよび冷却水排出孔１７６ＯＴとを有する。これらの各供給孔および排出孔は、各ユニットセル１００の対応する位置に設けられている各供給孔および排出孔（不図示）が積層連結されることにより、それぞれに対応するガス或いは冷却水の供給マニホールドおよび排出マニホールドを構成する。その一方、後端側におけるエンドプレート１７０Ｅと絶縁板１６５Ｅとターミナルプレート１６０Ｅには、これらの給排孔は設けられていない。これは、反応ガス（燃料ガス，酸化剤ガス）および冷却水を前端側のエンドプレート１７０Ｆからそれぞれのユニットセル１００に対して供給マニホールドを介して供給しつつ、それぞれのユニットセル１００からの排出ガスおよび排出水を前端側のエンドプレート１７０Ｆから外部に対して排出マニホールドを介して排出するタイプの燃料電池であることによる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、前端側のエンドプレート１７０Ｆから反応ガスおよび冷却水を供給し、後端側のエンドプレート１７０Ｅから排出ガスおよび排出水が外部へ排出されるタイプ等の種々のタイプとすることができる。

　酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの下端の外縁部にＸ方向（長辺方向）に沿って配置されており、酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴは、上端の外縁部にＸ方向に沿って配置されている。燃料ガス供給孔１７２ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの右端の外縁部のＹ方向（短辺方向）の上端部に配置されており、燃料ガス排出孔１７２ＯＴは、左端の外縁部のＹ方向の下端部に配置されている。冷却水供給孔１７６ＩＮは、燃料ガス供給孔１７２ＩＮの下側にＹ方向に沿って配置されており、冷却水排出孔１７６ＯＴは、燃料ガス排出孔１７２ＯＴの上側にＹ方向に沿って配置されている。なお、上記した各給排孔は、ユニットセル１００においては、複数の給排孔に後述するように分けられている。また、本実施例において、外縁部とは、各プレートの外周縁と中央領域との間に位置する外縁の領域を意味する。

　前端側のターミナルプレート１６０Ｆおよび後端側のターミナルプレート１６０Ｅは、各ユニットセル１００の発電電力の集電板であり、集電端子１６１から集電した電力を外部へ出力する。両ターミナルプレートについては、後述する。

　図２はターミナルプレート１６０Ｆとユニットセル１００とターミナルプレート１６０Ｅの配置の様子を概略的に示す説明図である。図示するように、ユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０と接着シール１４０とを備え、接着シール１４０は、図に示すセパレーター中央領域１０１に亘って膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）１１０を保持し、ＭＥＧＡ１１０の外周縁をシールする。ユニットセル１００は、ＭＥＧＡ１１０を保持済みの接着シール１４０をアノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とで挟持することにより、セパレーター中央領域１０１において、ＭＥＧＡ１１０を挟持し、セパレーター中央領域１０１の周囲の外縁部１０３においては、両セパレーター間を接着シール１４０にてシールする。

　ＭＥＧＡ１１０は、電解質膜の両面に一対の触媒電極層が形成された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を含み、このＭＥＡをガス拡散透過を図るガス拡散層（Gas Diffusion Layer／ＧＤＬ）で挟持して構成される発電体である。なお、ＭＥＧＡをＭＥＡと呼ぶ場合もある。

　アノード側セパレーター１２０およびカソード側セパレーター１３０は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成型したステンレス鋼やチタン鋼などの金属部材によって形成されている。本実施形態では、ステンレス鋼をプレス成型することにより、アノード側セパレータ１２０を作製した。

　アノード側セパレーター１２０は、ＭＥＧＡ１１０の側の面に、複数の溝状の燃料ガス流路を備え、反対側の面に、複数の溝状の冷却水流路を備え、この両流路を、セパレーター表裏面で交互に並べている。ユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０と接着シール１４０およびカソード側セパレーター１３０を貫通する燃料ガス供給孔１０２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１０２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１０４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１０４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１０６ＩＮおよび冷却水排出孔１０６ＯＴとを備える。これら給排孔は、エンドプレート１７０Ｆにおける燃料ガス供給孔１７２ＩＮ等と繋がり、セル内において上述したマニホールドとして機能する。なお、アノード側セパレーター１２０における流路は、本発明の要旨と直接関係しないので、その詳細な説明については、これを省略する。

　接着シール１４０は、シール性と絶縁性を有する樹脂或いはゴム等から形成され、その中央に、ＭＥＧＡ１１０の矩形形状に適合した図示しない発電領域窓を有し、この発電領域窓にＭＥＧＡ１１０が組み込み装着される。接着シール１４０は、ＭＥＧＡ１１０を発電領域窓に組み込んだ状態で、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とを、それぞれの給排孔回りを含めてシールする。なお、アノード側およびセパレーター側の両セパレーターは、ユニットセル１００が積層された際の燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水ごとの給排孔のシール性をセパレーター同士の接合面で確保すべく、燃料ガス用シール材３００と、酸化剤用シール材３０１と、冷却水用シール材３０２とを備える。

　燃料電池１０における前端側のターミナルプレート１６０Ｆと後端側のターミナルプレート１６０Ｅとは、給排孔の有無において相違し、他の構成については、ほぼ同様である。図３は図２における３－３線にてターミナルプレート１６０Ｆを断面視した断面図、図４は図２における４－４線にてターミナルプレート１６０Ｅを断面視した断面図である。

　図示するように、ターミナルプレート１６０Ｆは、集電端子１６１（図１－２参照）を有するコアプレート１８１と、セル側プレート１８２と、エンドプレート側プレート１８３と、プレート接着シール材１８４と、プレート間ピン１８５とを有する。またターミナルプレート１６０Ｆは、上記の各プレートを貫通する燃料ガス供給孔１６２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１６２ＯＴと、酸化剤ガス供給孔１６４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１６４ＯＴと、冷却水供給孔１６６ＩＮおよび冷却水排出孔１６６ＯＴとを備える。これら給排孔は、エンドプレート１７０における燃料ガス供給孔１７２ＩＮ等やユニットセル１００の燃料ガス供給孔１０２ＩＮ等と繋がり、ユニットセルへのガス・冷却水マニホールドとして機能する。

　コアプレート１８１は、導電性を備える金属製のプレート、例えば、金、銀、銅、アルミ等の金属製のプレートであり、本実施形態では、低コスト化と軽量化の観点から、コアプレート１８１を、１．０～５．０ｍｍ程度の厚みのアルミプレートとした。セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートは、コアプレート１８１に比して耐食性の高い性状のチタン等の金属プレート（厚み０．１～１．０ｍｍ）であり、コアプレート１８１より大きな外郭形状とされている。よって、セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートの外周縁であるプレート外周縁は、コアプレート１８１の外周縁よりも外側に延伸している。セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３は、コアプレート１８１の外周縁よりも外側方向にはみ出た状態でコアプレート１８１の表面および裏面に配置される。コアプレート１８１は、後述のプレート接着シール材１８４によって形成される冷却水供給孔１６６ＩＮより大径のプレート貫通孔１８１ｈを備える。セル側プレート１８２およびエンドプレート側プレート１８３は、冷却水供給孔１６６ＩＮより大径でコアプレート１８１のプレート貫通孔１８１ｈよりは小径のプレート貫通孔１８２ｈ、１８３ｈをそれぞれ備える。

　プレート接着シール材１８４は、シール性と弾性を有するゴム、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）や、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等から形成される。プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１がセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３によって挟まれた状態において、セル側プレート１８２の外周縁とエンドプレート側プレート１８３の外縁部と接着し、各プレートの外周縁を被覆、シールする。より具体的には、プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１の外周縁からはみ出ているセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の外縁部であって、対向している外縁部と接着し、各プレートの外周縁を被覆、シールする。この結果、コアプレート１８１はセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８６によって挟持された状態に維持されると言うこともできる。この他、プレート接着シール材１８４は、冷却水供給孔１６６ＩＮを形成し、当該供給孔の回りにおいても、コアプレート１８１とセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートにおける各プレート貫通孔１８１ｈ～１８３ｈの孔内周壁と、プレート貫通孔１８２ｈ～１８３ｈの孔周縁部に相当するセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３のプレート面と接着し、これらの端面を被覆する。この冷却水供給孔１６６ＩＮの回りのプレート接着シール材１８４による被覆は、他の給排孔たる燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ、酸化剤ガス供給孔１６４ＩＮ、酸化剤ガス排出孔１６４ＯＴおよび冷却水排出孔１６６ＯＴの回りについても同様である。

　プレート間ピン１８５は、鍔付きピン形状とされ、エンドプレート側プレート１８３の側から打ち込まれ、小径ピン部にて、コアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とを係合し、両プレートのズレを機械的に抑制する。なお、エンドプレート１７０Ｆは、プレート間ピン１８５と干渉しないようにして、ターミナルプレート１６０Ｆと重なる。エンドプレート１７０Ｅにおいても同様である。

　次に、ターミナルプレート１６０Ｆにおけるプレート接着シール材１８４によるプレート被覆の様子を、ターミナルプレート１６０Ｆの製造手順を含めて説明する。図５はターミナルプレートの製造工程を示すフローチャートである。まず、コアプレート１８１の表面および裏面と外周縁端面およびプレート貫通孔１８１ｈを規定する孔内周壁に、金メッキが施される（ステップＳ１０）。表面および裏面に施された金メッキにより、コアプレート１８１とセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の３枚のプレートが積層されたターミナルプレート１６０Ｆは、プレート面全域に亘って耐食性と良導電性を発揮する。なお、金メッキ処理は、コアプレート１８１の少なくとも外縁部における表面および裏面、外周縁端面およびプレート貫通孔の孔内周壁に施されていても良い。

　次いで、金メッキ済みのコアプレート１８１をエンドプレート側プレート１８３に載置する（ステップＳ２０）。この際、上記両プレートは、コアプレート１８１のプレート貫通孔１８１ｈとエンドプレート側プレート１８３のプレート貫通孔１８３ｈとがほぼ同心となるようにされる。この状態で、プレート接着シール材１８４を装着する（ステップＳ３０）。プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１の外周縁端面を取り囲む枠状シール部と、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、冷却水供給孔１６６ＩＮ等が形成済みの給排孔の孔内周壁を覆う枠状シール部とを備える。これらシール部は、コアプレート１８１の外周縁とプレート貫通孔に嵌め込まれたような形態となる。その後、セル側プレート１８２を、そのプレート貫通孔１８２ｈがコアプレート１８１のプレート貫通孔１８１ｈと同心になるように、コアプレート１８１に重ねる（ステップＳ４０）。この状態で、各プレートを押圧状況下に置き、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、冷却水供給孔１６６ＩＮ等の給排孔の孔周縁部において、セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の側からプレート接着シール材１８４を所定時間加熱し、冷却養生を図る（ステップＳ５０）。その後、プレート間ピン１８５にて、コアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とを係合する。

　これにより、プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１がセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートに挟まれた状態において、それぞれの各プレートの外周縁を被覆して、プレート挟持状態を維持する。プレート接着シール材１８４は、また、冷却水供給孔１６６ＩＮ等の給排孔の回りにおいても、コアプレート１８１、セル側プレート１８２およびエンドプレート側プレート１８３の両プレートにおける各プレート貫通孔１８１ｈ～１８３ｈの孔内周壁と、プレート貫通孔１８２ｈ～１８３ｈの孔周縁部におけるセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３のプレート面とを被覆する。こうした被覆状態において、プレート接着シール材１８４は、熱溶融を経て、図３においてドットで示す領域、即ち、プレート貫通孔１８２ｈ～１８３ｈの孔周縁部においてセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３と接着する。ところが、コアプレート１８１は、金メッキ処理済みであることから、プレート接着シール材１８４との界面であるプレート外周縁の端面においては、メッキされた金により低活性となり、プレート接着シール材１８４とは接着せず、非接着状態にある。これに加え、コアプレート１８１は、金メッキ済みのプレート貫通孔１８１ｈの孔内周壁１８１ｈｓにおいても、当該内周壁にメッキされた金により低活性となり、プレート接着シール材１８４とは接着しない非接着状態にある。なお、図３および図４においては、セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３のプレート外周縁端部がプレート接着シール材１８４と接着されている様子が明示されていないが、図３にドットで示すのと同様に、対向するセル側プレート１８２の外縁部とエンドプレート側プレート１８３の外縁部、並びにセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の外周縁端面は、プレート接着シール材１８４と接着されている。

　ターミナルプレート１６０Ｅにあっては、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ等を有しないことから、図４に示すように、コアプレート１８１がセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートにて挟まれた状態において、プレート接着シール材１８４がそれぞれの各プレートの外周縁を被覆して、プレート挟持状態を維持する。そして、コアプレート１８１は、金メッキ処理済みであることから、プレート接着シール材１８４との界面であるプレート外周縁の端面において、プレート接着シール材１８４と接着しない、非接着状態にある。

　以上説明したように、本実施形態の燃料電池１０が有するターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅとは、集電端子１６１を有する導電性のアルミプレートたるコアプレート１８１を、耐食性の高いチタン製のセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３とで挟持する。セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の両プレートのプレート外周縁はコアプレート１８１の外周縁より外側に延伸されており、プレート接着シール材１８４は、コアプレート１８１を含む各プレートの外周縁を被覆して、上記プレートの挟持状態を維持する。この際、コアプレート１８１は、その外周縁の端面に金メッキ処理が施されているので、プレート接着シール材１８４とは接着しない非接着状態にあり、セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３とは、コアプレート１８１の外周縁より外側に延伸し、対向する外縁部と外周縁の端面において、プレート接着シール材１８４と接着している。

　上記したターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅとを組み込んだユニットセル１００において、燃料電池１０の発電運転に伴って、および／または外気温の高低推移に伴って、セル温度が高低推移したと仮定する。ターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅでは、コアプレート１８１とその上下のセル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３（以下、セル側・エンドプレート側の両プレートを外側プレートと称する）とは、その線膨張係数の相違により異なる程度で膨張と収縮を繰り返し、特に、線膨張係数の大きいコアプレート１８１は、膨張と収縮の程度が大きくなる。しかしながら、外側プレートで挟持されたコアプレート１８１は、その外周縁端面において金メッキ処理によりプレート接着シール材１８４と非接着状態にあるため、コアプレート１８１の収縮に追従したプレート接着シール材１８４の引き寄せ、押し戻しを招かない。よって、本実施形態の燃料電池用のターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅによれば、プレート挟持状態を維持するプレート接着シール材１８４の劣化を抑制して、ターミナルプレート、延いてはこれを組み込んだ燃料電池１０の耐久性を高めることができる。

　本実施形態の燃料電池１０が有するターミナルプレート１６０Ｆは、プレート外周縁より内側に、ユニットセル１００の燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水の給排にそれぞれ関与する燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ等の供給貫通孔および排出貫通孔（以下、両者を総称して「給排貫通孔」とも呼ぶ。）を備える。そして、これら給排貫通孔の回りにおいて、本実施形態の燃料電池１０が有するターミナルプレート１６０Ｆでは、コアプレート１８１は、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ等の給排貫通孔より大径のプレート貫通孔１８１ｈを備え、外側プレートは、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ等の給排貫通孔より大径でプレート貫通孔１８１ｈよりは小径のプレート貫通孔１８２ｈ～１８３ｈを備える。そして、本実施形態のターミナルプレート１６０Ｆでは、プレート接着シール材１８４は、外側プレートの間に介在し、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ等の給排貫通孔を形成し、各金属プレートのプレート貫通孔１８１ｈ～１８３ｈの孔内周壁を被覆する。この際、コアプレート１８１は、プレート貫通孔１８１ｈの孔内周壁１８１ｈｓを金メッキで処理済みとしているので、プレート接着シール材１８４と非接着状態にある。セル側プレート１８２とエンドプレート側プレート１８３の外側プレートは、プレート貫通孔１８２ｈ、１８３ｈの孔周縁部における対向する各プレート面とプレート貫通孔１８２ｈおよび１８３ｈの孔内周壁、並びに既述したプレート外周縁の端面において、プレート接着シール材１８４と接着している。そうすると、既述したようにセル温度が高低推移したとしても、ターミナルプレート１６０Ｆでは、コアプレート１８１のプレート外周縁端面でのプレート接着シール材１８４の引き寄せ回避に加え、燃料ガス供給孔１６２ＩＮ、燃料ガス排出孔１６２ＯＴ等の給排貫通孔の周囲においても、コアプレート１８１の大きな収縮に追従したプレート接着シール材１８４の引き寄せを招かないようにできる。この結果、本実施形態の燃料電池用のターミナルプレート１６０Ｆによれば、プレート接着シール材１８４の劣化を高い実効性で抑制できると共に、燃料電池１０の耐久性の向上の観点から好適となる。

　本実施形態の燃料電池１０が有するターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅとは、プレート間ピン１８５にてコアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とのズレを機械的に抑制する。よって、燃料電池１０を例えば車両等に搭載した場合に、万一、衝突による衝撃が燃料電池１０の各部に掛かっても、コアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とを不用意にズレないようにできる。

　本実施形態の燃料電池１０では、発電単位となる燃料電池セルたるユニットセル１００を複数積層した上で、積層方向一端の側と他端の側とにターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅとを配設して備える。本実施形態の燃料電池１０によれば、プレート接着シール材１８４の劣化抑制を通して耐久性の向上したターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅを組み込むことで、燃料電池１０としての耐久性の向上や電池寿命の長寿命化を図ることができる。また、本実施形態の燃料電池１０によれば、既存の燃料電池におけるターミナルプレートをターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅに置き換えればよいので、その製造コストを低減できる。

　本発明は、上述の実施形態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の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、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。

　上記した実施形態のターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅでは、一つのプレート間ピン１８５によりコアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とのズレを機械的に抑制したが、次のようにできる。図６は他の実施形態のターミナルプレート１６０Ｆを示す概略斜視図である。図示するように、この実施形態のターミナルプレート１６０Ｆは、二つのプレート間ピン１８５にて、コアプレート１８１とエンドプレート側プレート１８３とを係合し（図３参照）、両プレートのズレを機械的に抑制する。こうすれば、両プレートの回転ズレと云ったズレについても、抑制できる。

　上記した実施形態のターミナルプレート１６０Ｆにおいて、積層されるユニットセル１００との関係で、当該ユニットの側で冷却水流路を形成する必要がある場合には、当該流路形成のための金属プレートをセル側プレート１８２に設ければよい。

　上記した実施形態のターミナルプレート１６０Ｆとターミナルプレート１６０Ｅでは、コアプレート１８１に金メッキを施すことで、外周縁端面と孔内周壁１８１ｈｓにおいてプレート接着シール材１８４と非接着としたが、金メッキに限らず、低活性化をもたらすクロム等のメッキ処理や、酸化皮膜形成処理を採るようにしてもよい。

　本願は、その全ての開示が参照により組み込まれる、２０１３年１０月３０日に出願された、発明の名称を「燃料電池用のターミナルプレートと燃料電池」とする日本国特許出願（出願番号２０１３－２２４９６７）に基づく優先権を主張する。

Claims

　燃料電池用のターミナルプレートであって、
　端子部を有する導電性の第１の金属プレートと、
　前記第１の金属プレートより高い耐食性を有し、前記第１の金属プレートの表面および裏面にそれぞれ配置されている第２および第３の金属プレートであって、前記第１の金属プレートの外周縁より外側に延伸している外縁部を有する第２および第３の金属プレートと、
　前記第２および第３の金属プレートの前記外縁部と接着し、前記第１、第２および第３の金属プレートの前記外周縁をシールする弾性シール材とを備える、
　ターミナルプレート。
　請求項１に記載のターミナルプレートにおいて、
　前記弾性シール材は、前記第１の金属プレートの表面および裏面に配置されている状態で対向する前記第２および第３の金属プレートの前記外縁部と接着する、ターミナルプレート。
　請求項２に記載のターミナルプレートにおいて、
　前記弾性シール材はさらに、前記第２および第３の金属プレートの前記外周縁の端面と接着する、ターミナルプレート。
　請求項１に記載のターミナルプレートにおいて、
　前記各金属プレートの外縁部に、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を供給するための供給貫通孔および排出するための排気貫通孔をそれぞれについて備え、
　前記第１の金属プレートは、前記供給貫通孔および排出貫通孔より大径のプレート貫通孔を備え、
　前記第２および第３の金属プレートとは、前記供給貫通孔および排出貫通孔より大径で前記第１の金属プレートの前記プレート貫通孔よりは小径のプレート貫通孔をそれぞれ備え、
　前記弾性シール材は、対向する前記第２および第３の金属プレートにおける前記プレート貫通孔の孔周縁部と接着し、前記供給貫通孔および排出貫通孔を形成する、
　ターミナルプレート。
　請求項４に記載のターミナルプレートにおいて、
　前記弾性シール材はさらに、前記第２および第３の金属プレートの前記プレート貫通孔の孔内周壁と接着する、ターミナルプレート。
　請求項１から５のいずれか一項に記載のターミナルプレートにおいて、
　前記第１の金属プレートの少なくとも外縁部における表面および裏面、前記外周縁の端部には金メッキ処理が施されている、ターミナルプレート。
　燃料電池であって、
　発電単位となる燃料電池セルを複数積層したセルスタックと、
　前記セルスタックの積層方向の一端と他端とに配設される請求項１から６のいずれか一項に記載のターミナルプレートとを備える、
　燃料電池。
　燃料電池用のターミナルプレートの製造方法であって、
　第１の金属プレートの表面および裏面における少なくとも外縁部および外周縁の端面に金メッキ処理を施し、
　前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートを第２の金属プレートに載置し、
　前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートの前記外周縁の端面を覆うように弾性シール材を配置し、
　第３の金属プレートを前記金メッキ処理が施された第１の金属プレートに載置して、前記第１、第２および第３の金属プレートの積層体を形成し、
　前記積層体を加熱すること、
を備える製造方法。
　請求項８に記載の製造方法において、
　前記第１の金属プレートは貫通孔を有しており、前記金メッキ処理は、前記貫通孔の孔内周壁に対しても施され、
　前記弾性シール材の配置はさらに、前記貫通孔の孔内周壁を覆うように実行される、
製造方法。