JP2017004880A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】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を可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電セル１２が積層された積層体１２Ｍを備え、前記積層体１２Ｍの一端とターミナルプレート１６ａとの間には、端部構成部材１４ａが配置される。端部構成部材１４ａは、第１多孔質カーボンプレート７６ａ、波板状の金属製プレート７８ａ、第２多孔質カーボンプレート８０ａ及び第３多孔質カーボンプレート８２ａを備える。第２多孔質カーボンプレート８０ａの両面には、第１冷却媒体通路８４ａと第２冷却媒体通路８４ｂとが形成される。
【選択図】図３

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。

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。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。

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。

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。

特許第５６０８７１３号公報

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。

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、外方に向かって端部構成部材、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。

端部構成部材は、カーボンプレートと金属波板とが積層されるとともに、前記カーボンプレートは、複数枚設けられている。そして、少なくとも１枚のカーボンプレートは、積層体側に対向する一方の面とターミナルプレート側に対向する他方の面とに、それぞれ冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成されている。

また、積層体には、発電セルを冷却する冷却媒体を積層方向に流通させる冷却媒体連通孔が形成されるとともに、冷却媒体通路は、前記冷却媒体連通孔に連通することが好ましい。

さらに、インシュレータは、積層体側に対向する面に凹部を設けるとともに、端部構成部材は、ターミナルプレートと一体に前記凹部に収容されることが好ましい。

本発明によれば、カーボンプレートの両面には、それぞれ冷却媒体通路が形成されている。このため、冷却媒体通路の構成が簡素化されるとともに、簡単な構成で、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る。これにより、端部発電セルの発電不良を阻止し、燃料電池スタック全体として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。

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。 前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 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。 前記燃料電池スタックの、図２中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する端部構成部材の要部分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する端部構成部材の要部分解斜視説明図である。

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１２Ｍ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。

積層体１２Ｍの積層方向（矢印Ａ方向）一端には、端部構成部材１４ａ、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１２Ｍの積層方向他端には、端部構成部材１４ｂ、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。

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１２Ｍを収容するように構成してもよい。

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。

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。

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。

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、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する。

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、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図３に示すように、積層体１２Ｍ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側に端部構成部材１４ａに隣接して配置される一方、端部発電セル１２ｂは、ターミナルプレート１６ｂ側に端部構成部材１４ｂに隣接して配置される。

図２に示すように、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。ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ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を貫通する。端子部６４ａ、６４ｂの端部は、エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

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１２Ｍ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。

インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向の一端縁部には、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。インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向他端縁部には、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が設けられる。インシュレータ１８ｂには、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び冷却媒体出口連通孔３６ｂが設けられる。

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及び断熱部材である端部構成部材１４ａが収容される一方、凹部７４ｂには、ターミナルプレート１６ｂ及び断熱部材である端部構成部材１４ｂが収容される。なお、端部構成部材１４ａ又は端部構成部材１４ｂのいずれか一方のみを設けてもよい。

図２、図３及び図５に示すように、端部構成部材１４ａは、それぞれ矩形状の第１多孔質カーボンプレート７６ａ、波板状の金属製プレート（金属波板）７８ａ、第２多孔質カーボンプレート８０ａ及び第３多孔質カーボンプレート８２ａを備える。第１多孔質カーボンプレート７６ａ、第２多孔質カーボンプレート８０ａ及び第３多孔質カーボンプレート８２ａは、緻密質のカーボンプレートでもよい。

第１多孔質カーボンプレート７６ａ、第２多孔質カーボンプレート８０ａ及び第３多孔質カーボンプレート８２ａは、電気導電性を有する材料から構成される。なお、端部構成部材１４ａは、少なくとも第２多孔質カーボンプレート８０ａ及び金属製プレート７８ａを備えていればよい。

図５及び図６に示すように、第２多孔質カーボンプレート８０ａの金属製プレート７８ａに向かう面８０ａ１と前記金属製プレート７８ａとの間には、第１冷却媒体通路８４ａが形成される。第１冷却媒体通路８４ａは、実質的には、金属製プレート７８ａの凹凸形状により形成される。

第２多孔質カーボンプレート８０ａの第３多孔質カーボンプレート８２ａに向かう面８０ａ２には、第２冷却媒体通路８４ｂが形成される。第２冷却媒体通路８４ｂは、図６に示すように、上下（又は左右）に蛇行する１本（又は複数本）のサーペンタイン流路である。第２冷却媒体通路８４ｂの両端には、第２多孔質カーボンプレート８０ａを貫通する入口孔部８６ａと出口孔部８６ｂとが連通する。入口孔部８６ａ及び出口孔部８６ｂは、角孔でもよく、又は円孔でもよい。

入口孔部８６ａは、第１冷却媒体通路８４ａの入口と第２冷却媒体通路８４ｂの入口とを連通する。出口孔部８６ｂは、第１冷却媒体通路８４ａの出口と第２冷却媒体通路８４ｂの出口とを連通する。

入口孔部８６ａは、第２多孔質カーボンプレート８０ａの側部に形成される角孔又は円孔形状の入口通路９０ａに連通する。入口通路９０ａは、図５に示すように、インシュレータ１８ａに形成された入口連結路９２ａを介して冷却媒体入口連通孔３６ａに連通する。出口孔部８６ｂは、第２多孔質カーボンプレート８０ａの側部に形成される角孔又は円孔形状の出口通路９０ｂに連通する。出口通路９０ｂは、インシュレータ１８ａに形成された出口連結路９２ｂを介して冷却媒体出口連通孔３６ｂに連通する。

第２多孔質カーボンプレート８０ａの外周とインシュレータ１８ａの凹部内面との間には、シール部材（Ｏリング）９４ａが介装されることが好ましい。第３多孔質カーボンプレート８２ａの外周とインシュレータ１８ａの凹部内面との間には、シール部材（Ｏリング）９４ｂが介装されることが好ましい。

端部構成部材１４ｂは、それぞれ矩形状の第１多孔質カーボンプレート７６ｂ、波板状の金属製プレート（金属波板）７８ｂ、第２多孔質カーボンプレート８０ｂ及び第３多孔質カーボンプレート８２ｂを備える。なお、端部構成部材１４ｂは、上記の端部構成部材１４ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字を付し、その詳細な説明は省略する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、端部構成部材１４ａにおいて、第２多孔質カーボンプレート８０ａの両方の面８０ａ１、８０ａ２には、第１冷却媒体通路８４ａと第２冷却媒体通路８４ｂとが形成されている。そして、冷却媒体入口連通孔３６ａに導入された冷却媒体は、入口連結路９２ａを流通して入口通路９０ａから入口孔部８６ａに供給されている。

入口孔部８６ａは、第１冷却媒体通路８４ａの入口と第２冷却媒体通路８４ｂの入口とを連通している。従って、冷却媒体は、入口孔部８６ａで分流されて第１冷却媒体通路８４ａと第２冷却媒体通路８４ｂとに供給され、前記第１冷却媒体通路８４ａに沿って直線状に流通する一方、前記第２冷却媒体通路８４ｂに沿って蛇行して流通している。

第１冷却媒体通路８４ａの出口及び第２冷却媒体通路８４ｂの出口は、出口孔部８６ｂに連通している。これにより、第１冷却媒体通路８４ａ及び第２冷却媒体通路８４ｂを流通した冷却媒体は、前記出口孔部８６ｂから出口通路９０ｂを通って冷却媒体出口連通孔３６ｂに排出されている。

このため、第１冷却媒体通路８４ａ及び第２冷却媒体通路８４ｂに一定の温度に維持された冷却媒体を流通させることにより、積層体１２Ｍの端部に配置されている端部発電セル１２ａの温度低下を確実に阻止し、良好な発電性能を維持することが可能になる。一方、端部構成部材１４ｂでは、上記の端部構成部材１４ａと同様の効果が得られる。

従って、簡単な構成で、積層体１２Ｍ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る。これにより、端部発電セル１２ａ、１２ｂの発電不良を阻止し、燃料電池スタック１０全体として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。

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。

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てもよい。その際、各セルユニット間に冷却媒体流路が形成され、所謂、間引き冷却構造となる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の要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。

燃料電池スタック１００は、端部構成部材１０２ａ、１０２ｂを備える。端部構成部材１０２ａは、それぞれ矩形状の第１多孔質カーボンプレート７６ａ、波板状の金属製プレート７８ａ、第２多孔質カーボンプレート１０４ａ及び第３多孔質カーボンプレート８２ａを備える。端部構成部材１０２ｂは、それぞれ矩形状の第１多孔質カーボンプレート７６ｂ、波板状の金属製プレート７８ｂ、第２多孔質カーボンプレート１０４ｂ及び第３多孔質カーボンプレート８２ｂを備える。

第２多孔質カーボンプレート１０４ａの金属製プレート７８ａに向かう面１０４ａ１には、第１冷却媒体通路８４ａａが形成される。第１冷却媒体通路８４ａａは、図８に示すように、上下（又は左右）に蛇行する１本（又は複数本）のサーペンタイン流路である。第２多孔質カーボンプレート１０４ａの第３多孔質カーボンプレート８２ａに向かう面１０４ａ２には、第２冷却媒体通路８４ｂが形成される。端部構成部材１０２ｂは、上記の端部構成部材１０２ａと同様に構成される。

このように構成される第２の実施形態では、端部構成部材１０２ａにおいて、第２多孔質カーボンプレート１０４ａの両方の面１０４ａ１、１０４ａ２には、それぞれサーペンタイン流路である第１冷却媒体通路８４ａａと第２冷却媒体通路８４ｂとが形成されている。このため、簡単な構成で、積層体１２Ｍ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、燃料電池スタック１００全体として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。

１０、１００…燃料電池スタック １２…発電セル
１２ａ、１２ｂ…端部発電セル １２Ｍ…積層体
１４ａ、１４ｂ、１０２ａ、１０２ｂ…端部構成部材
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
７４ａ、７４ｂ…凹部
７６ａ、７６ｂ、８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ…多孔質カーボンプレート
７８ａ、７８ｂ…金属製プレート ８４ａ、８４ａａ、８４ｂ…冷却媒体通路
８６ａ…入口孔部 ８６ｂ…出口孔部
９０ａ…入口通路 ９０ｂ…出口通路
９２ａ…入口連結路 ９２ｂ…出口連結路

Claims (3)

1. 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、外方に向かって端部構成部材、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、
   前記端部構成部材は、カーボンプレートと金属波板とが積層されるとともに、前記カーボンプレートは、複数枚設けられ、
   少なくとも１枚の前記カーボンプレートは、前記積層体側に対向する一方の面と前記ターミナルプレート側に対向する他方の面とに、それぞれ冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体には、前記発電セルを冷却する冷却媒体を前記積層方向に流通させる冷却媒体連通孔が形成されるとともに、
   前記冷却媒体通路は、前記冷却媒体連通孔に連通することを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２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、前記積層体側に対向する面に凹部を設けるとともに、
   前記端部構成部材は、前記ターミナルプレートと一体に前記凹部に収容されることを特徴とする燃料電池スタック。

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