JP4690688B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも冷却媒体又は反応ガスのいずれかの流体を流す流体連通孔が形成され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（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層するとともに、積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配置されることにより、燃料電池スタックを構成している。

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。

上記の燃料電池では、それぞれのセパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

一般的に、燃料電池は、セパレータの内部に積層方向に貫通する流体供給連通孔及び流体排出連通孔が設けられる、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成している。そして、流体である燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの流体供給連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流体排出連通孔に排出されている。

この種の内部マニホールド型燃料電池では、必要に応じてターミナルプレートやエンドプレートにも、上記の流体供給連通孔及び流体排出連通孔が設けられている。その際、ターミナルプレートや金属セパレータ等のような金属製プレート（金属部品）では、生成水や冷却水が接触して腐食電流が流れ易く、電蝕による腐食が発生するおそれがある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の冷却構造では、図１９に示すように、直列に接続された４つの燃料電池スタック１ａ〜１ｄを備えている。冷却構造は、各燃料電池スタック１ａ〜１ｄに設けられた図示しない冷却媒体流路に冷却媒体を供給するための供給部材２を設けている。

供給部材２には、冷却媒体を流入する流入管３と、前記冷却媒体を流出する流出管４とが設けられている。流入管３及び流出管４には、導電性材料で形成された網目部材５、６が取り付けられるとともに、前記網目部材５、６は、導電ライン７により電気的に接続されている。この導電ライン７は、電位が０Ｖの基準電極８に導電ライン７ａを介して接続されるとともに、導電ライン７ｂを介して接地されている。これにより、冷却構造に接続された他の機器が腐食したり、外部に電位漏れが生じたりすることを防止している。

特開２００１−１５５７６１号公報（図１）

ところで、上記の特許文献１では、各燃料電池スタック１ａ〜１ｄが複数のセルを直列に接続して構成されている。このため、特に、高電位側に腐食電流が流れ易く、この腐食電流が金属セパレータ等の金属部品を流れ、前記金属部品に電触による腐食が発生するという問題が指摘されている。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、金属部品の電蝕による腐食を確実に阻止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。

本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも冷却媒体又は反応ガスのいずれかの流体を流す流体連通孔が形成される燃料電池スタックである。

燃料電池スタックは、少なくとも１つのセパレータに、流体に接触して集電を行う集電部が設けられている。

また、集電部は、電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層した積層体にあって、少なくとも最も高電位側のセパレータに配設されることが好ましい。高電位側の腐食電流を良好に低減させることができるからである。

さらに、セパレータは、金属プレートで構成され、流体連通孔の内壁を覆ってシール部材が設けられるとともに、集電部は、前記シール部材の一部を切り欠いて前記流体連通孔に望む金属表面部で構成されることが好ましい。

さらにまた、セパレータは、金属プレートで構成され、流体連通孔の内壁を覆ってシール部材が設けられるとともに、集電部は、前記金属プレートの金属表面部に接合されて前記流体連通孔に望む金属部材で構成されることが好ましい。また、集電部は、防錆構造を有することが好ましい。

さらに、セパレータは、金属プレートで構成され、流体連通孔の内壁を覆ってシール部材が設けられるとともに、集電部は、金属プレートの金属表面部から前記シール部材の一部にわたって設けられることが好ましい。さらにまた、集電部は、導電フイルム、導電性接着剤又は導電性塗料で構成されることが好ましい。

本発明によれば、セパレータに集電部が設けられるとともに、前記集電部が流体連通孔を流れる流体に直接接触するため、生成水や冷却媒体を介して前記集電部に強制的に電流を流すことができる。これにより、腐食電流を有効に低減することができ、簡単且つ経済的な構成で、金属部品に電蝕による腐食が発生することを確実に抑制することが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解斜視図である。

燃料電池スタック１０は、例えば、自動車等の車両に搭載されている。この燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が矢印Ａ方向に積層された積層体１４を備え、前記積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ及び絶縁プレート１８ａ、１８ｂを介装してエンドプレート２０ａ、２０ｂが配置される。エンドプレート２０ａ、２０ｂは、図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられる。

図１及び図２に示すように、各発電セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ（金属プレート）２４、２６とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ２４、２６に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

図１に示すように、発電セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（空気等）を供給するための酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体、例えば、純水やエチレングリコール等を供給するための冷却媒体供給連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３２ｂが設けられる。

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、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３０ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２８ｂが設けられる。

電解質膜・電極構造体２２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３４と、前記固体高分子電解質膜３４を挟持するアノード側電極３６及びカソード側電極３８とを備える。

アノード側電極３６及びカソード側電極３８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３４の両面に形成される。

第１金属セパレータ２４は、電解質膜・電極構造体２２に向かう一方の面に、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとを連通する酸化剤ガス流路４０を設ける。第１金属セパレータ２４の他方の面には、冷却媒体供給連通孔３０ａと冷却媒体排出連通孔３０ｂとを連通する冷却媒体流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４０及び冷却媒体流路４２は、それぞれ複数の流路溝４０ａ、４２ａを備える。

第１金属セパレータ２４の両面には、この第１金属セパレータ２４の外周縁部を周回して第１シール部材４５が射出成形やコーティング等により一体的に設けられる。第１シール部材４５は、第１金属セパレータ２４の一方の面において、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ及び酸化剤ガス流路４０を覆って酸化剤ガスの洩れ止めを行う。

第１シール部材４５は、第１金属セパレータ２４の他方の面において、冷却媒体供給連通孔３０ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体の漏れ止めを行う。

第１シール部材４５は、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの内周面を覆っており、第１金属セパレータ２４の液絡を防止している。なお、以下に説明する第２シール部材４７も同様である。

第２金属セパレータ２６は、電解質膜・電極構造体２２に向かう一方の面に燃料ガス流路４４を設けるとともに、この燃料ガス流路４４は、燃料ガス供給連通孔３２ａと燃料ガス排出連通孔３２ｂとに連通する。燃料ガス流路４４は、複数の流路溝４４ａを備える。第２金属セパレータ２６の他方の面には、第１金属セパレータ２４と重なり合って冷却媒体流路４２が一体的に形成される。

第２金属セパレータ２６の両面には、この第２金属セパレータ２６の外周縁部を周回して第２シール部材４７が射出成形等により一体的に設けられる。第２シール部材４７は、第２金属セパレータ２６の一方の面において、燃料ガス供給連通孔３２ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ及び燃料ガス流路４４を覆って燃料ガスの洩れ止めを行う。第２シール部材４７は、第２金属セパレータ２６の他方の面において、冷却媒体供給連通孔３０ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体の漏れ止めを行う。

図１及び図３に示すように、エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向の一端側には、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ及び燃料ガス排出連通孔３２ｂに連通するマニホールド配管４６ａ、４８ａ及び５０ｂが一体的又は個別に配設される。エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向の他端側には、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂに連通するマニホールド配管５０ａ、４８ｂ及び４６ｂが一体的又は個別に配設される。

図３に示すように、積層体１４は、高電位側（矢印Ａ１方向先端側）のターミナルプレート１６ａに積層される端部セパレータ（第２金属セパレータ）２６ａを備える。端部セパレータ２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの少なくとも下部に臨んで集電部５２が設けられる。この集電部５２は、高電位側の腐食電流を低減するために設けられる。

集電部５２は、端部セパレータ２６ａに一体的に設けられている。例えば、冷却媒体供給連通孔３０ａでは、図４及び図５に示すように、端部セパレータ２６ａの外周縁部等を覆って一体成形（又はコーティング）されている第２シール部材４７が、部分的に剥離される。具体的には、冷却媒体流路４２の流路溝４２ａを構成する凸部及び／又は凹部を形成する第２シール部材４７の一部分を切り欠くことにより、冷却媒体供給連通孔３０ａに望む金属表面部である集電部５２が外部に露呈される。この集電部５２の表面には、防錆構造として機能する、例えば、金メッキ又は白金メッキによるメッキ処理部５４が設けられている。

図６に示すように、ターミナルプレート１６ａ及びエンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの各矩形状内周面に対応して絶縁グロメット５６、５８が配設される。

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、酸化剤ガスは、マニホールド配管４６ａから燃料電池スタック１０の酸化剤ガス供給連通孔２８ａに供給される。一方、燃料ガスは、マニホールド配管５０ａから燃料電池スタック１０の燃料ガス供給連通孔３２ａに供給される。また、冷却媒体は、マニホールド配管４８ａから燃料電池スタック１０の冷却媒体供給連通孔３０ａに供給される。

燃料電池スタック１０内では、酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給連通孔２８ａから第１金属セパレータ２４の酸化剤ガス流路４０に導入され、電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極３８に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３２ａから第２金属セパレータ２６の燃料ガス流路４４に導入され、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３６に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極３８に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード側電極３８に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａに連結されたマニホールド配管４６ｂに排出される。同様に、アノード側電極３６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３２ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａに連結されたマニホールド配管５０ｂに排出される。

また、純水やエチレングリコール等の冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路４２に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３０ｂを移動し、エンドプレート２０ａに連結されたマニホールド配管４８ｂに排出されて循環使用される。

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、端部セパレータ２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの少なくとも下部に臨んで集電部５２が一体的に形成されるとともに、この集電部５２の表面には、メッキ処理部５４が設けられている。

このため、例えば、冷却媒体が供給される冷却媒体供給連通孔３０ａでは、この冷却媒体が端部セパレータ２６ａの集電部５２に直接接触し、前記冷却媒体を介して前記端部セパレータ２６ａに電流を強制的に流すことができる。従って、特に、端部セパレータ２６ａやターミナルプレート１６ａに腐食電流が流れ、前記端部セパレータ２６ａや前記ターミナルプレート１６ａ等の金属部品に電蝕が発生することを有効に抑制することが可能になる。

具体的には、図６に示す冷却媒体供給連通孔３０ａにおいて、図７に示す等価回路を参照しながら以下に説明する。

各発電セル１２間に形成される冷却媒体流路４２は、導入部（ブリッジ部）４２ｂを介して冷却媒体供給連通孔３０ａに連通している。このため、図７に示すように、各発電セル１２間には、導入部４２ｂの液抵抗Ｒ_Aが存在する一方、各発電セル１２毎に冷却媒体供給連通孔３０ａの液抵抗Ｒ_Bが存在している。

発電セル１２は、例えば、１Ｖの電圧を発生するとともに、２２０個の前記発電セル１２が直列に積層されている。高電位側である端部セパレータ２６ａには、集電部５２の反応抵抗Ｒ_Cが発生している。

ここで、端部セパレータ２６ａに集電部５２を設ける構成（本実施例１）と、前記端部セパレータ２６ａに前記集電部５２を設けない構成（従来例）とが用意された。そして、本実施例１及び従来例を用いて、発電セル１２の位置と各冷却媒体流路４２を流れる腐食電流との関係を検出した。その結果が図８に示されている。

図８から諒解されるように、従来例では、高電位側で冷却媒体流路４２中を相当に高い腐食電流が流れた。これに対して、本実施例１では、高電位側に集電部５２が設けられており、この集電部５２に上記の腐食電流に相当する電流が強制的に流れるために冷却媒体流路４２中を流れる腐食電流が大幅に削減された。

これにより、第１の実施形態では、高電位側の端部セパレータ２６ａに集電部５２を設けることによって、金属部品（例えば、端部セパレータ２６ａやターミナルプレート１６ａ等）に電蝕による腐食が発生することを確実に防止することができるという効果が得られる。しかも、集電部５２は、端部セパレータ２６ａに一体成形された第２シール部材４７を部分的に剥離して外部に露呈される金属表面部により構成されている。従って、集電部５２の構成が簡素化し、前記集電部５２を経済的に得ることが可能になる。

さらに、各集電部５２は、それぞれの連通孔の下部側に設けられており、それぞれの連通孔を流れる酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の圧損を良好に削減することができる。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック６０の一部分解斜視図である。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。また、以下に説明する第３〜第９の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック６０を構成する積層体６２は、高電位側のターミナルプレート１６ａに積層される端部セパレータ２６ａと、低電位側のターミナルプレート１６ｂに積層される端部セパレータ（第１金属セパレータ）２４ａとを備える。端部セパレータ２４ａ、２６ａには、それぞれ前述した集電部５２が一体的に設けられている。

このように構成される第２の実施形態では、端部セパレータ２６ａは、積層体１４の高電位側（カソード側）に配設されており、この高電位側の腐食電流を低減するために集電部５２が設けられる。一方、端部セパレータ２４ａは、積層体１４の低電位側（アノード側）に配設されており、低電位による影響を回避するために集電部５２が設けられる。このため、図１０に示すように、高電位側である端部セパレータ２６ａ及び低電位側である端部セパレータ２４ａには、それぞれ集電部５２の反応抵抗Ｒ_Cが発生している。

ここで、上述した従来例と、端部セパレータ２４ａ、２６ａに集電部５２を設ける構成（本実施例２）とが用意された。そして、本実施例２及び従来例を用いて、発電セル１２の位置と各冷却媒体流路４２を流れる腐食電流との関係を検出した。その結果が図１１に示されている。

本実施例２では、端部セパレータ２４ａに集電部５２が設けられるため、図１１から諒解されるように、低電位側の防食電流が大幅に削減される。従って、低電位側から高電位側にわたって電流値を０に近似させることができ、腐食電流及び防食電流を良好に低減させることが可能になるという効果が得られる。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック７０の一部断面側面図である。

燃料電池スタック７０を構成する積層体７２は、高電位側のターミナルプレート１６ａに積層される端部セパレータ２６ｂを備えるとともに、必要に応じて低電位側に端部セパレータ（図示せず）を設ける。

端部セパレータ２６ｂは、第２シール部材４７を部分的に剥離して金属表面部を露呈させた後、この金属表面部に集電部材７４がスポット溶接等により接合される。集電部材７４は、防錆構造として、例えば、金メッキ処理を施した銅材料、あるいは白金、カーボン又はイリジウムで形成される。

図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック８０の一部断面側面図である。

燃料電池スタック８０を構成する積層体８２は、高電位側のターミナルプレート１６ａに積層される端部セパレータ２６ｃを備えるとともに、必要に応じて低電位側に端部セパレータ（図示せず）を設ける。

端部セパレータ２６ｃには、第２シール部材４７を避けて集電部材８４がスポット溶接等により接合される。集電部材８４は、上記の集電部材７４と同様に構成される。なお、以下に説明する第５〜第８の実施形態において使用される各集電部材も同様である。

図１４は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータ２６ｄの斜視説明図である。

端部セパレータ２６ｄには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの少なくとも下部に臨んで集電部材９０が個別に又は一体的に設けられる。集電部材９０には、複数の孔部９２が形成され、流体抵抗（圧損）を緩和するように構成される。

図１５は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータ２６ｅの斜視説明図である。

端部セパレータ２６ｅには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの少なくとも下部に臨んでフィン部材（集電部）１００が個別に又は一体的に設けられる。フィン部材１００は、矢印Ｂ方向に延在する複数の板材１０２と、矢印Ｃ方向に延在する複数の板材１０４とを設ける。

図１６は、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータ２６ｆの斜視説明図である。

端部セパレータ２６ｆの一方の面には、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの少なくとも下部に対応して網目部材（集電部）１１０が配設される。網目部材１１０は、各連通孔の全開口面積にわたって設けられていてもよく、また、前記連通孔の下部側にのみ設けられていてもよい。

図１７は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータ２６ｇの斜視説明図である。

端部セパレータ２６ｇの一方の面には、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、冷却媒体供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ毎に、複数本の溝部１２０が矢印Ｂ方向に延在して形成される。各溝部１２０には、棒材（集電部）１２２が収容されるとともに、前記棒材１２２の周面は、端部セパレータ２６ｇの一方の面と略同一面上に配置される。

上記の第２〜第８の実施形態では、各集電部が生成水や冷却媒体に直接接触して集電処理を行うことができ、金属部品の電蝕による腐食を防止することが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１８は、本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタック１３０の一部断面側面図である。

燃料電池スタック１３０を構成する積層体１３２では、各発電セル１２を構成する全て（又は所定数）の第１金属セパレータ２４に、酸化剤ガス流路４０を構成する流路溝４０ａ側の金属表面部から第１シール部材４５の一部にわたって集電部１３４が設けられる。集電部１３４は、導電フイルム、導電性樹脂、導電性接着剤又は導電性塗料で構成される。例えば、導電フイルムとして異方導電フイルムが使用される。具体的には、導電性接着剤として、例えば、ＣＦシランを主成分とした接着剤にカーボンブラックが含有したものが使用され、導電フイルムとして、例えば、ポリプロピレンにカーボンブラックが含有したものが使用され、導電性樹脂として、例えば、フェノール樹脂にカーボンブラックが含有したものが使用される。

このように構成される第９の実施形態では、各発電セル１２を構成する全て（又は所定数）の第１金属セパレータ２４に集電部１３４が設けられている。従って、酸化剤ガス流路４０において、生成水が導体になって電流の流れによる部分的な電蝕を確実に阻止することができるという効果が得られる。

なお、集電部１３４として、例えば、白金や銀等の比較的高価な集電部材を使用する際には、積層体１３２の少なくとも最も高電位側の第１金属セパレータ２４のみに前記集電部材を設ければよい。このため、集電部１３４を経済的に構成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。 前記燃料電池スタックを構成する端部セパレータを分離した状態の斜視説明図である。 前記端部セパレータの一部拡大斜視説明図である。 図４に示す前記端部セパレータのＶ−Ｖ線断面図である。 冷却媒体供給連通孔に沿った断面説明図である。 図５の等価回路図である。 発電セルの積層数と腐食電流との関係図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。 前記燃料電池スタックを構成する冷却媒体供給連通孔における等価回路図である。 発電セルの積層数と腐食電流及び防食電流との関係図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータの斜視説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータの斜視説明図である。 本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータの斜視説明図である。 発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する端部セパレータの斜視説明図である 本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面側面図である。 特許文献１の燃料電池スタックの一部断面説明図である。

符号の説明

１０、６０、７０、８０、１３０…燃料電池スタック
１２…発電セル １４、６２、７２、８２、１３２…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ｂ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…金属セパレータ ２４ａ、２６ａ〜２６ｇ…端部セパレータ
２８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ２８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３０ａ…冷却媒体供給連通孔 ３０ｂ…冷却媒体排出連通孔
３２ａ…燃料ガス供給連通孔 ３２ｂ…燃料ガス排出連通孔
３４…固体高分子電解質膜 ３６…アノード側電極
３８…カソード側電極 ４０…酸化剤ガス流路
４２…冷却媒体流路 ４４…燃料ガス流路
５２、１３４…集電部 ５４…メッキ処理部
７４、８４、９０…集電部材 １００…フィン部材
１１０…網目部材 １２２…棒材

Claims (7)

1. 電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも冷却媒体又は反応ガスのいずれかの流体を流す流体連通孔が形成される一方、電極面に沿って前記流体を流す流体流路が形成される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、金属プレートで構成され、前記金属プレートの前記流体連通孔の内壁を覆って前記流体が前記金属プレートに接触することを阻止するシール部材が設けられるとともに、
   前記流体連通孔と前記流体流路との間は、シール部材により覆われており、
   少なくとも最も高電位側のセパレータには、前記冷却媒体又は生成水に接触し、前記冷却媒体又は前記生成水を介して電流を流すことにより、前記最も高電位側のセパレータの前記流体流路に流れる腐食電流を削減するための集電部が設けら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、前記集電部は、前記金属プレートの金属表面部に接合され、前記シール部材を覆って該流体連通孔に突出する金属部材で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記集電部は、前記シール部材の一部を切り欠いて前記流体連通孔に望む金属表面部で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記集電部は、前記金属プレートの金属表面部に接合されて前記流体連通孔に突出する金属部材で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記集電部は、防錆構造を有することを特徴とする燃料電池スタック。
6. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記集電部は、前記金属プレートの金属表面部に接続され、前記シール部材の一部を覆って設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
7. 請求項６記載の燃料電池スタックにおいて、前記集電部は、導電フイルム、導電性接着剤又は導電性塗料で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。

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