JPH10270066A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンドプレートの改良した技術を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 本発明の燃料電池で用いるエンドプレー
ト３および４は、アルミ板等の所定の厚みで、十分な強
度を有する金属板３１，４１を、絶縁性の、例えば、Ｐ
ＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＰＳ（ポリ
フェニレンサルファイド）等のフッ素系樹脂からなるフ
ィルムシート構造体３２，４２を被冠して作製したもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
特に、電池スタックの積層方向上下に設けられるエンド
プレートの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は一般に、電解質マトリックス
を介してアノードとカソードとを配してなる単電池とセ
パレータとが、交互に所定数積層され、当該積層体の両
端が、エンドプレートを介して締め付けられ、さらに、
アノードガス給排マニホールドおよびカソードガス給排
マニホールドそれぞれが取り付けられた構成をしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで電池スタックを
挟持するために用いられるエンドプレートには、頑強な
金属板に樹脂を吹き付ける蒸着法によってコーティング
処理されたものが用いられていたので、どうしても表面
に樹脂粒子や気泡等に起因したピンホールが生じてしま
い、より性能の高いものに対する要請が強い昨今の状況
下では、蒸着法によるエンドプレートを用いた燃料電池
は、絶縁性の点で十分だとは言えなかった。

【０００４】そこで、本発明は、こういった課題に鑑み
てなされたものであって、絶縁性の点で改良されたエン
ドプレートを用いた燃料電池を提供することを目的とし
てなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、単セルが複数個積層された略直方体状の
電池スタックが、エンドプレートを介して積層方向上下
から締め付けられ、前記電池スタックの側面に反応ガス
供給・排出用マニホールドが配されてなる燃料電池にお
いて、前記エンドプレートは、金属板体に対して絶縁性
フィルムが被覆されたものであって、当該絶縁性フィル
ムによる被覆は、前記板体の少なくとも前記電池スタッ
クと対向する部分およびマニホールドと対向する部分に
対してなされている。

【０００６】このような構成のエンドプレートでは、蒸
着法に起因したピンホールは存在しないので電気絶縁性
に優れる。なお、前記絶縁性フィルムは、発泡性を有さ
ない溶融した素材を圧延してピンホールが発生しないよ
うに作製されたものを用いる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の燃料電池の一例であるリ
ン酸型燃料電池１（以下「燃料電池１」という）につい
て図３、図４を参照しながら説明する。図３は、燃料電
池１の全体の構成を表す斜視図であり、図４は要部組立
図である（図４には、便宜上、マニホールドは図示して
いない。）。

【０００８】本燃料電池１は、上下方向に単電池が積層
された電池スタック２と、当該電池スタック２を集電板
１３、１４（図２参照）を介して上下に配されるエンド
プレート３，４と、水素給排用の一対のマニホールド
５，６と、空気給排用の一対のマニホールド７，８と、
各種取り付け部材９，１０，１１ａ，１１ｂ，１２とか
ら構成されている。

【０００９】エンドプレート３，４は、一対の十字型の
梁材９，１０が、その４つの端部で電池スタックと略同
等の長さの連結棒としての長ねじ１１ａ…で連結される
ことによって、電池スタック２を締め付ける。長ねじ１
１ａ…は、電池スタック２の積層方向と平行に、その両
端部が梁材９，１０の端部において、ナット１１ｂ…に
よって固定されて、エンドプーレト３，４を連結する。

【００１０】そして、マニホールド５〜８はその側面に
おいて所定の締付力で締め付けることができる金属ベル
トなどの帯体１２を用いて、電池スタックに対して押圧
固定されている。なお、電池スタック２との間には、絶
縁性部材５ａ〜８ａ（不図示、図２参照）を介在させて
ある。前記電池スタック２は、図５に示すように、電解
質マトリックス２０１を介してアノード２０３とカソー
ド２０２とを配してなる単セル２００と、セパレータ板
２１１の両面に多孔性基板２１２と多孔性基板２１３が
積層してなる複合セパレータ２１０とが、交互に積層さ
れて構成されている。

【００１１】電解質マトリックス２０１は、シリコンカ
ーバイドをフッ素樹脂で結着した長方形状のシートにリ
ン酸が含浸されたものである。アノード２０３およびカ
ソード２０２は、ともに溌水処理が施された炭素繊維か
らなるカーボンペーパに、白金触媒あるいは白金合金触
媒が担持されたカーボン粒子をフッ素樹脂で結着して作
製したシートを圧着したものである。ただし、空気より
も水素の方が触媒に対する反応性が高いので、触媒量
は、カソード２０２よりもアノード２０３の方が若干少
なく設定されている。

【００１２】セパレータ板２１１は、電解質マトリック
ス２０１と同等の大きさを有する平板に対して、その片
面側（図５では下面図）には一対の対向する辺に沿って
帯板状のエッジシール部２１１ａが設けられ、背面側
（図５では上面側）にはこれと直交する一対の対向する
辺に沿って帯板状のエッジシール部２１１ｂが設けら
れ、全体が緻密なグラッシーカーボンで形成されてい
る。

【００１３】多孔性基板２１２は、表面に多数のチャネ
ル２１２ａ…およびリブ２１２ｂ…が形成された長方形
状の板であって、エッジシール部２１１ａの間にはめ込
まれている。一方、多孔性基板２１３は、表面に多数の
チャネル２１３ａ…およびリブ２１３ｂ…が形成された
長方形状の板で、エッジシール部２１１ｂの間にはめ込
まれている。そして、チャネル２１２ａ…とチャネル２
１３ａ…とは、互いに直交している。

【００１４】この多孔性基板２１２および２１３は、ア
ノード２０３およびカソード２０２と同等の大きさ有
し、多孔性カーボン（例えば、平均粒径４０μｍ、気孔
率７０％）にリン酸が含浸されて構成されている。な
お、電池スタック２の上端および下端には、ハーフプレ
ート２２０，２３０が配されている。このハーフプレー
ト２２０，２３０は、複合セパレータ２１０と同様のも
のであるが、片面側だけに多孔性基板２１２，２１３が
配されている。

【００１５】以上のように構成された燃料電池１は、水
素ガスと空気の供給を受けると、電気化学的反応によっ
て発電を開始する。次に、前記エンドプレート３，４に
ついて図１および図２を用いて詳述する。図１は、エン
ドプレートの構成を示す組立図であり、図２は、前記燃
料電池１の断面図である。なお、図２においては、説明
を簡略にするために、主要部分しか記載していない。

【００１６】エンドプレート３および４は、図１に示す
ようにアルミ板等の所定の厚みで、十分な強度を有する
金属板３１，４１と、絶縁性の例えばＰＴＦＥ（ポリテ
トラフルオロエチレン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサル
ファイド）等のフッ素系樹脂からなる２００μｍ程度の
厚みのフィルムシート構造体３２，４２とからなる。フ
ィルムシート構造体３２，４２は、底板３２１（４２
１）の周囲から側板３２２〜３２５（４２２〜４２５）
を所定高さ起立させた上面解放形の箱体である。前記底
板３２１（４２１）は金属板３１，４１の縦・横寸法と
略同一であり、側板３２２〜３２５（４２２〜４２５）
の高さＡは、図２に示すようにマニホールド５〜８とエ
ンドプレート３，４との間に配されるシール部材５ａ〜
８ａが側板３２２〜３２５（４２２〜４２５）と接触す
るのに十分な寸法とされている。

【００１７】このフィルムシート構造体３２，４２は図
２に示すように底板３２１，４２１が金属板３１，４１
の電池スタック２と対向する面を覆うように設けられ
る。このような、エンドプレート３，４では、ピンホー
ルが本来的に存在しないフィルムシートによって絶縁層
が形成されているので絶縁性に優れる。通常燃料電池の
運転時には、エンドプレートの各マニホールド取り付け
部分においては、単電池内から溢れ出た余剰のリン酸が
滞留することがある。もし仮に、そのリン酸と接触する
エンドプレートの側部にピンホールがあると、そのピン
ホールからリン酸がエンドプレート内部に侵入し、電気
絶縁性の低下が起こる。また、金属板が酸化されて、エ
ンドプレートの機械的強度は損なわれることもあるが、
本燃料電池１においては、金属板３１，４１に被覆され
たフィルムシートからなる絶縁層にはピンホールがない
ので、内部にリン酸が侵入することもなく、電気絶縁性
は著しく向上し、金属板の酸化という現象も防止され
る。

【００１８】さらに、エンドプレートは通常直方体であ
るので、従来の蒸着法では各陵部で一旦コーティングし
た樹脂膜が脆く剥離する場合があったが、フィルムシー
ト構造体３２，４２を被冠したエンドプレート３，４に
あっては、陵部での樹脂膜の強度も高く各陵部での絶縁
性は良好に維持される。また、従来の蒸着法では、絶縁
性樹脂を加熱して吹き付ける工程、次に、乾燥する工程
を経てエンドプレートは作製されることになり、製造工
程は比較的、繁雑であったが、本エンドプレート３，４
は、単に、フィルムシート構造体３２，４２を金属板３
１，４１に被冠するだけで作製できるので、製造上有効
である。

【００１９】なお、燃料電池１では、絶縁性の低下の要
因として考えられる電池枠組み構造における要因を一掃
することによって、電気絶縁性を顕著に向上させてい
る。すなわち、本燃料電池１では、エンドプレート３，
４が梁材９，１０を電池スタック２の外側で長ねじ１１
ａ…によって連結することによって取り付けられてある
ので、エンドプレート同士は完全に電気的に隔離され、
それら同士が短絡する可能性は回避され、また、マニホ
ールド５〜８は帯体１２で押圧固定されてあるので、こ
れらもやはり電気的に隔離されているのでマニホールド
同士が短絡する可能性は完全に回避される。

【００２０】なお、前記のようにエンドプレートの一部
分に絶縁層を形成したのは、通常、エンドプレートをバ
イパスとして電池スタックとマニホールドとが短絡する
可能性が最も高いからである。 （その他の事項） （１） フィルムシートを板体に対して、被冠してなる
前記エンドプレートは、全述したような電池枠組み構造
の燃料電池に限定されず、例えば、エンドプレートに対
して各マニホールドをネジ締め固定するといった別な枠
組み構造であっても同様に実施可能である。なお、その
場合には、エンドプレートによる電気絶縁性の向上効果
は同様に得られるが、マニホールド同士が電気的に短絡
する可能性があるなど、その他の電気絶縁性の点では燃
料電池１ほど顕著な効果は期待できないと考えられる。

【００２１】（２） 前記エンドプレート３，４は、フ
ィルムシート構造体３２，４２を被冠したものであった
が、これに限定されることなく、金属板全表面に対して
フィルムシートで包装する構成であってもよい。なお、
フィルムシートは金属板３１，４１に対してホットプレ
ス法などで圧着することもできる。 （３） 以上の説明では、空気および水素双方の給排用
マニホールドを取り付けた燃料電池を示しているが、水
素給排用のマニホールドだけを有した燃料電池に本発明
を適用できることは無論である。

【００２２】（４） また、リン酸型燃料電池を例に挙
げて説明したが、これに限定さないのは言うまでもな
く、固体高分子型燃料電池などその他の燃料電池におい
ても本発明は、同様に実施可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の燃料
電池においては、単セルが複数個積層された略直方体状
の電池スタックが、エンドプレートを介して積層方向上
下から締め付けられ、前記電池スタックの側面に反応ガ
ス供給・排出用マニホールドが配されてなる燃料電池に
おいて、前記エンドプレートは、金属板体に対して絶縁
性フィルムが被覆されたものであって、当該絶縁性フィ
ルムによる被覆は、前記板体の少なくとも前記電池スタ
ックと対向する部分およびマニホールドと対向する部分
に対してなされているので、エンドプレートの絶縁層に
はピンホールが形成されておらず、電気絶縁性に優れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るリン酸型燃料電池におけるエ
ンドプレートの組立図である。

【図２】実施の形態に係るリン酸型燃料電池の積層方向
断面図である。

【図３】実施の形態に係るリン酸型燃料電池の外観を示
す斜視図である。

【図４】前記リン酸型燃料電池の組立図である。

【図５】前記リン酸型燃料電池における電池スタックの
構成を示す組立図である。

【符号の説明】

１ リン酸型燃料電池 ２ 電池スタック ３，４ エンドプレート ５〜８ マニホールド ９，１０ 梁材 １１ａ 長ネジ １１ｂ ナット ３１，４１ 金属板 ３２，４２ フィルムシート構造体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単セルが複数個積層された略直方体状の
   電池スタックが、エンドプレートを介して積層方向上下
   から締め付けられ、前記電池スタックの側面に反応ガス
   供給・排出用マニホールドが配されてなる燃料電池にお
   いて、 前記エンドプレートは、金属板体に対して絶縁性フィル
   ムが被覆されたものであって、 当該絶縁性フィルムによる被覆は、前記板体の少なくと
   も前記電池スタックと対向する部分およびマニホールド
   と対向する部分に対してなされていることを特徴とする
   燃料電池。