JP5167708B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、定置型コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池を構成する燃料電池スタックに関するものである。

固体高分子型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。このような固体高分子型燃料電池の基本的な単セルの構成を図７に示した。

なお、水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図では符号の後にａを付し、空気などの酸化ガスの関与する側をカソードと呼び、図では符号の後にｃを付した。

図７に於いて、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜２０１の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層を密着して配置する。さらに触媒反応層の外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた一対の拡散層をこれに密着して配置する。この拡散層と触媒反応層により電極２０４ａ，２０４ｃを構成する。

電極電解質接合体（以降、ＭＥＡと称す）２０５は、電極２０４ａ，２０４ｃと高分子電解質膜２０１とで形成されている。ＭＥＡ２０５の外側には、ＭＥＡ２０５を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極２０４ａ，２０４ｃに水蒸気を含む反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路２０６ａ，２０６ｃをＭＥＡ２０５に接する面に形成した導電性セパレータ２０７ａ，２０７ｃを配置する。

導電性セパレータ２０７ａの、ＭＥＡ２０５とは反対の面には、隣の単セルの導電性セパレータ２０７ｃが接する。隣り合う単セルのセパレータ２０７ａ，２０７ｃが接する側には循環水通路２０８が備えられ、ここに循環水が流れる。

この循環水はセパレータ２０７ａ，２０７ｃを介してＭＥＡ２０５の温度を調整するように熱を移動させる。ＭＥＡ２０５と導電性セパレータ２０７ａ，２０７ｃとの間には反応ガスが所定のガス流路２０６ａ，２０６ｃの外に漏れ出すのを封止するＭＥＡガスケット２１０ａ，２１０ｃが備えられ、隣接する単セルの導電性セパレータ２０７ａ，２０７ｃの間には循環水を封止するセパレータガスケット２１１が備えられている。

次に、基本動作を説明する。

ガス流路２０６ｃに加湿した空気などの酸化ガスを流し、ガス流路２０６ａに加湿した水素などの燃料ガスを流す。燃料ガス中の水素は拡散層を拡散し、触媒反応層に達する。触媒反応層で水素は水素イオンと電子に分けられる。電子は外部回路を通じてカソード側に移動される。

水素イオンは高分子電解質膜２０１を透過しカソード側に移動し反応触媒層に達する。空気などの酸化ガス中の酸素は拡散層を拡散し、反応触媒層に達する。触媒反応層では酸素が電子と反応し酸素イオンとなり、さらに酸素イオンは水素イオンと反応し水が生成される。

つまりＭＥＡ２０５の周囲で酸化ガスと燃料ガスが反応し水が生成され、電子が流れる。さらに反応時に熱が生成し、ＭＥＡ２０５の温度が上昇する。そのため循環水経路２０８に水などを流すことにより反応で発生した熱を水で外部に運び出す。つまり、熱と電流（電気）が発生する。

単セルを複数積層して電気的に直列に接続し、燃料電池スタックが構成されるが、各単セルが正常な状態であるかを検知する手段として、各単セルの電圧測定が行われる。そしてセル電圧を測定する具体的な構成についてセパレータにセル電圧測定端子を接触させる方法が考案されている（例えば特許文献１参照）。

図８は単セルの電圧を測定する手段の一例の電圧測定部を示す斜視図である。一対のアノード側セパレータ２０７ａとカソード側セパレータ２０７ｃとからなるセパレータ２０７には、重ね合わせ部に凹部を形成することにより外部と連通するスリット２１２が単セルの側面に形成される。

そしてスリット２１２内面を形成するセパレータ２０７と接触するように導電面２１３ａ，２１３ｃを互いに外側に向け、両導電面２１３ａ，２１３ｃの間に絶縁体２１４を設けたセル電圧測定端子２１５を、スリット２１２に挿入してセル電圧を測定するものである。
特開２００４−２８８４２６号公報

しかしながら、上記従来の燃料電池スタックでは、以下のような課題があることを本発明の発明者は見出した。

すなわち、ＭＥＡガスケットにおいては、反応ガスが所定の領域（拡散層を覆う範囲で、ガス流路が設けられた領域）から漏れ出さないように、十分考慮して設けられるが、全ての反応ガスを封止するには、ガスケットを挟持する部材の締結圧を大きくする必要があり、材料強度や締結構造の大型化を招くといった点から全ての反応ガスの封止は現実的には非常に困難であり、極少量の反応ガスの漏れは発生している。

この反応ガスの漏れは、ＭＥＡガスケットを乗り越え、あるいはセパレータを形成する材料の内部に潜り込んで、所定の領域から漏れ出し、一部がセル電圧測定端子に接触して、長期の暴露によってセル電圧測定端子の導電面を腐食もしくは酸化させる。導電面が酸化もしくは腐食すると、セパレータとの接触抵抗が増加し、セル電圧が正確に測定できなくなるという課題があった。

本発明の燃料電池用セパレータおよび燃料電池スタックは、前記従来の課題を解決するものであり、長期間セル電圧を安定して確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池スタックは、電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体を挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記セパレータに、前記セル電圧測定端子が接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けたものである。

これにより、比較的簡単な構成でセル電圧測定端子周辺のシール性を向上させ、燃料電池スタックから漏れ出すわずかな反応ガスによるセル電圧測定端子の腐食を抑制することができる。

本発明の固体高分子型燃料電池を構成する燃料電池スタックは、セパレータに、セル電圧測定端子が接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けることにより、シール性を向上させるために材料強度や締結構造の大型化、複雑化によってシール性を向上させた結果として発生する重量やコストを増大させること無く、長期間セル電圧を安定して確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することができる。

請求項１に記載の発明は、電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体を挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記セパレータに、前記セル電圧測定端子が接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けたものである。

これにより、セル電圧測定端子周辺のシール性を向上させ、燃料電池スタックから漏れ出すわずかな反応ガスによるセル電圧測定端子の腐食を抑制することができるため、長期間安定してセル電圧を確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することができる。

請求項２に記載の発明は、電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体を挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記セパレータに、前記セル電圧測定端子が接触する第１の端面と前記第１のシールとの間に第２のシール部材を設けたことにより、セル電圧測定端子周辺のシール性を向上させることができる。

更には、第２のシール部材が第１の端面に沿って、第１の端面と接する２つの端面（第２の端面および第３の端面）に伸びているため、第１のシール部材から漏れ出た反応ガスは、第２のシール部材に到着すると、第２のシール部材を越えるよりも抵抗の少ない、第２の端面および第３の端面に向かって移動し、第２の端面および第３の端面から燃料電池スタック外に漏れ出るために、燃料電池スタック外に漏れ出た反応ガスが再びセル電圧測定端子に戻って、セル電圧測定端子の腐食することを抑制することができ、長期間安定してセル電圧を確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体の外周を保持して前記電極電解質接合体と一体化した枠体と、前記電極電解質接合体を前記枠体ごと挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記枠体に、前記セル電圧測定端子が前記セパレータに接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けたものである。

この構成により、セル電圧測定端子周辺のシール性を向上させ、燃料電池スタックから漏れ出すわずかな反応ガスによるセル電圧測定端子の腐食を抑制することができるため、長期間安定してセル電圧を確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することができる。

請求項４に記載の発明は、電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体の外周を保持して前記電極電解質接合体と一体化した枠体と、前記電極電解質接合体を前記枠体ごと挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記枠体に、前記セル電圧測定端子が前記セパレータに接触する第１の端面と前記第１のシールとの間に第２のシール部材を設けたものである。

この構成により、セル電圧測定端子周辺のシール性を向上させ、燃料電池スタックから漏れ出すわずかな反応ガスによるセル電圧測定端子の腐食を抑制することができるため、長期間安定してセル電圧を確実に測定することができる燃料電池スタックを提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータには、前記セル電圧測定端子が嵌合する窪み部を設けたことにより、セル電圧測定端子の装着による燃料電池スタックの外形の大型化を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２のいずれか一項に記載の燃料電池スタックであり、前記第２のシールを、前記セパレータと一体に形成さしたことにより、比較的簡単な構成で請求項１または２に記載の燃料電池スタックを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、従来例と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は本発明による実施の形態１における燃料電池スタックを構成する単セルの分解図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１の単セルは、一対の電極１０４で高分子電解質膜１０１を挟んで構成したＭＥＡ１０５と、ＭＥＡ１０５の外周を保持し、ＭＥＡ１０５と一体化された電気的絶縁物である樹脂から形成された枠体１を、一対のアノード側セパレータ１０７ａとカソード側セパレータ１０７ｃとからなるカーボン製のセパレータで挟み込んで構成されている。

アノード側セパレータ１０７ａおよびカソード側セパレータ１０７ｃには、外部から水素を含む燃料ガスを導入するための燃料ガス入口マニホールド２と、発電に使用されなかった燃料ガスを外部に排出するための燃料ガス出口マニホールド３と、酸素を含む酸化剤ガスを外部から導入するための酸化剤ガス入口マニホールド４と、発電に使用されなかった酸化剤ガスを外部に排出するための酸化剤ガス出口マニホールド５とが各セパレータ１０７ａ，１０７ｃの外周近傍に貫通して設けられている。

また、アノード側セパレータ１０７ａのＭＥＡ１０５と接する面には、燃料ガス入口マニホールド２と燃料ガス出口マニホールド３とを結び、電極１０４に燃料ガスを供給するためのガス流路１０６ａが設けられている。同様にカソード側セパレータ１０７ｃのＭＥＡ１０５と接する面には、酸化剤ガス入口マニホールド４と酸化剤ガス出口マニホールド５とを結び、電極１０４に酸化剤ガスを供給するためのガス流路１０６ｃが設けられている。

ガス流路１０６ａ，１０６ｃは、電極１０４に対して可能な限り均一にガスを供給するために、複数本の流路を蛇行させて形成している。なお、単セルに供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスは、高分子電解質膜１０１の水素イオン伝導性を発揮させるために加湿して常に高分子電解質膜１０１を湿潤状態に保つようにしているが、ガス中の水蒸気が凝縮して、あるいは発電に伴って生成した水がガス流路１０６ａ，１０６ｃにたまって流路を閉塞し、ガスの流れを阻害しないように上方から導入して下方から排出されるようにガス流路１０６ａ，１０６ｃを構成した。

また、アノード側セパレータ１０７ａとカソード側セパレータ１０７ｃとには、発電とともに発生する熱を取り去るための循環水を、アノード側セパレータ１０７ａ及びカソード側セパレータ１０７ｃそれぞれのＭＥＡ１０５と接する面と反対の面に形成した循環水流路１０８に導入，排出するための循環水入口マニホールド６と循環水出口マニホールド７が、外周近傍に貫通して設けられている。

また、ＭＥＡ１０５の枠体１には各マニホールド２〜７に対応する位置に穴が設けられている。

アノード側セパレータ１０７ａのＭＥＡ１０５と接する側には、燃料ガスが燃料ガス入口マニホールド２と燃料ガス出口マニホールド３、およびガス流路１０６ａで構成される燃料ガス供給手段の領域から外部に漏れず、かつ酸化剤ガスと循環水とがこの面に進入しないように考慮したシール部材であるＭＥＡガスケット１１０ａが設けられている。

同様に、カソード側セパレータ１０７ｃのＭＥＡ１０５と接する側には、酸化剤ガスが酸化剤ガス入口マニホールド４と酸化剤ガス出口マニホールド５とガス流路１０６ｃから外部に漏れず、かつ燃料ガスと循環水がこの面に浸入しないように考慮したＭＥＡガスケット１１０ｃ（図示せず）が設けられている。なお、このＭＥＡガスケット１１０ａ，１１０ｃは導電性のアノード側セパレータ１０７ａとカソード側セパレータ１０７ｃとが直接接触して短絡しないようにする絶縁の役割も果たしている。

更に、セパレータ１０７ａ，１０７ｃおよび枠体１が積層された燃料電池スタックの主面を形成する第１の端面８ｄには、セル電圧測定端子９が挿入される切り欠き１０が設けられている。

更にセパレータ１０７ａ，１０７ｃには、切り欠き１０の周辺に沿って端子部シール部材１１がセパレータ１０７ａ，１０７ｃと一体になって形成されている。この端子部シール部材１１は、セパレータ１０７ａ，１０７ｃの主面内で、切り欠き１０周辺とその他の領域を空間的に遮断する役割を持つものである。

なお、端子部シール部材１１をセパレータ１０７ａ，１０７ｃと一体とする方法としては、カーボン製のセパレータとシール部材を形成するフッ素ゴムやエラストマ等を一体成型しても良いし、セパレータの当該箇所に溝を設け、その溝に別体で成形したシール部材をはめ込む方法を採っても良い。

図２は図１に示す単セルを複数積層して構成した燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。図２に示すように、燃料電池スタック３０は単セルを複数枚積層し、両端に位置する単セルのセパレータ１０７ａ，１０７ｃと電気的に接続した集電板１２を配置し、絶縁板１３を介して一対のエンドプレート１４で挟持したものである。

なお、単セルの積層は、単セルを構成するアノード側セパレータ１０７ａと隣り合う単セルを構成するカソード側セパレータ１０７ｃとが電気的に接続され、かつ、カソード側セパレータ１０７ｃに形成した循環水流路１０８から水が外部に漏れないように、かつ燃料ガスと酸化剤ガスとが、循環水流路１０８が形成された面に侵入しないように考慮して形成したセパレータガスケット１１１が設けられている。

なお、カソード側セパレータ１０７ｃのセパレータガスケット１１１が設けられた面にも、端子部シール部材１１が設けてある。ただし、本実施の形態ではカソード側セパレータに循環水経路とセパレータガスケット、そして端子部シール部材を設けたが、これらはアノード側セパレータに設けても、本発明の効果に影響は与えない。

陰極側エンドプレート１４ａおよび陽極側エンドプレート１４ｃには、燃料電池スタック３０の陽極側となるカソード側セパレータ１０７ｃと電気的に接続された集電板１２と、絶縁板１３とを介して接する陽極側エンドプレート１４ｃと、燃料電池スタック３０の陰極側となるアノード側セパレータ１０７ａと電気的に接続された集電板１２と、絶縁板１３とを介して接する陰極側エンドプレート１４ａとがあり、陰極側エンドプレート１４ａには、燃料ガスを燃料電池スタック３０に導入する燃料ガス入口１５と、酸化剤ガスを燃料電池スタック３０に導入する酸化剤ガス入口１６と、冷却水を導入する循環水入口１７が設けられ、それぞれ燃料ガス入口マニホールド２，酸化剤ガス入口マニホールド４，循環水入口マニホールド６と接続されている。

また、同様に、陽極側エンドプレート１４ｃには、燃料ガスを燃料電池スタック３０から排出する燃料ガス出口と、酸化剤ガスを燃料電池スタック３０から排出する酸化剤ガス出口と、冷却水を排出する循環水出口とが設けられ、それぞれ燃料ガス出口マニホールド３，酸化剤ガス出口マニホールド５，循環水出口マニホールド７と接続されている。

集電板１２には、ＭＥＡ１０５の中央に対応する位置に電力取り出し端子１８が絶縁板１３と陰極側エンドプレート１４ａとを貫通し、陰極側エンドプレート１４ａと電気的に絶縁された状態で陰極側エンドプレート１４ａから突出して設けられ、外部回路に接続されている。

また、陰極側エンドプレート１４ａと陽極側エンドプレート１４ｃとは、締結ロッド（図示せず）によって締結され、積層した単セルのＭＥＡガスケット１１０および端子部シール部材１１、セパレータガスケット１１１に均一な締め付け圧力を与えている。

セパレータ１０７ａ,１０７ｃに設けた切り欠き１０は、単セルを積層することによって溝１９を形成している。そして、この溝１９にはセル電圧測定端子９が挿入され、セパレータ１０７ａ，１０７ｃと接触して各単セルの電圧が測定される。

図３にセル電圧測定３０端子の斜視図を、図４に断面図を、図５にセル電圧測定端子を燃料電池スタック３０に挿入した断面図を示す。

図３，４に示すように、金属端子２０はリード線２１が接続された状態で、絶縁性材料で形成されたホルダー２２に、外力で変形させることによって外側にバネ性を持つような形状に拘束して固定され、積層した複数の単セルの電圧を測定するのに必要な数だけ一体に積層されている。

図５に示すように、セル電圧測定端子９が燃料電池スタック３０の溝１９に挿入されると、金属端子２０がセパレータ１０７ａ，１０７ｃに接触し、ＭＥＡ１０５を挟む二枚のセパレータ１０７ａ，１０７ｃ間の電圧差を測定することによってセル電圧を測定することができる。

さらに、溝１９すなわち切り欠き１０は、セル電圧測定端子９の金属端子２０が、挿入した際にバネ性で少し変形する（本実施の形態１では、図５中に示す金属端子２０の形状を、二点鎖線から実線まで変形させた）程度の大きさに構成することによって、金属端子２０とセパレータ１０７ａ，１０７ｃとの接触信頼性を向上させることが可能である。この構成によって、セル電圧測定端子９は燃料電池スタック３０の外形内に収まり、燃料電池スタック３０が大型化することを抑制できる。

なお、ＭＥＡを挟む二枚のセパレータ間を電気的に短絡させないように十分に配慮した金属端子２０の幅の設計等が必要である。

以上のように構成した燃料電池スタックについて、以下その動作、作用について説明する。

燃料ガス入口１５から燃料電池スタック３０に供給された燃料ガスは燃料ガス入口マニホールド２を介して各単セルのアノード側セパレータ１０７ａのガス流路１０６ａを通って電極１０４を構成するアノード側電極に供給される。

一方、酸化剤ガス入口１６から燃料電池スタック３０に供給された酸化剤ガスは、酸化剤入口マニホールド４を介して、各単セルのカソード側セパレータ１０７ｃのガス流路１０６ｃを通って電極１０４を構成するカソード側電極に供給され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が電気化学反応を起こして電気と熱が発生する。

発電に伴って発生した熱は、循環水を循環水入口１７から循環水入口マニホールド６を介してカソード側セパレータ１０７ｃの循環水流路１０８に供給し、循環水出口マニホールド７を介して循環水出口からスタックの外へ排出することにより、セパレータ１０７ａ，１０７ｃを介して搬出する。

ＭＥＡガスケット１１０、およびセパレータガスケット１１１は、締結ロッドによる締め付け圧力により、燃料ガスと酸化剤ガス、および循環水がそれぞれ所定の経路以外に漏れ出さないようにシール性能を発揮することができるが、完全に漏れ出るのを防ぐのは困難であり、極微量の漏洩が発生する。この漏洩は、燃料ガスと酸化剤ガス、あるいは循環水が、ＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１のシール面を乗り越えて発生するものと、セパレータ１０７ａ，１０７ｃやＭＥＡ１０５の内部を浸透して発生するものとがあると考えられる。

そしてこの漏洩した燃料ガスや酸化剤ガス、あるいは循環水は、セル電圧測定端子９の金属端子２０に付着すると、金属端子２０を腐食あるいは酸化させ、導電性を低下させるが、本発明によれば、端子部シール部材１１によって、ＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１のシール面を乗り越えた燃料ガスや酸化剤ガス、あるいは循環水は、端子部シール部材１１を乗り越えるよりも、端子部シール部材１１の無い部分を通って燃料電池スタック外に排出されるほうが、抵抗が少なく済むため、端子部シール部材１１を乗り越えてセル電圧測定端子９に付着することを抑制することができる。

また、セパレータ１０７ａ，１０７ｃおよびＭＥＡ１０５の内部に浸透して漏れ出す燃料ガスおよび酸化剤ガス、循環水については、ＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１を潜り抜けた後、そのままセパレータ１０７ａ，１０７ｃおよびＭＥＡ１０５の枠体１端面まで進むよりも、ＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１の外側で主面方向に漏れ出すほうが、移動距離が短く抵抗が小さい為に、ほとんどが、前述のＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１を乗り越えた燃料ガスおよび酸化剤ガスまたは循環水と同様に、端子部シール部材１１でシールされてセル電圧測定端子９に達することは無い。

よって、本発明の実施の形態１の燃料電池スタックでは、長期間に亘ってセル電圧測定端子が腐食や酸化することが無く、安定してセル電圧を監視することが可能である。

なお、本実施の形態の燃料電池スタックでは、セパレータに第２のシール部材として端子部シール部材を設けたが、ＭＥＡの外周に設けた枠体に形成しても同様の効果を得られる。
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における燃料電池スタックの単セルの分解図である。

図６に示すように、本実施の形態の燃料電池スタックは、実施の形態１で示した燃料電池スタックの単セルに対し、端子部シール部材の形状が異なる。すなわち、セル電圧測定端子９が取り付けられるセパレータ１０７ａ，１０７ｃの第１の端面２３ｄに接続する第２の端面２３ｅと第３の端面２３ｆとを結び、第１の端面２３ｄに沿って端子部シール部材２４が設けられている。

これにより、ＭＥＡガスケット１１０およびセパレータガスケット１１１から漏れ出た燃料ガスおよび酸化剤ガス、または循環水は、図６中に二点鎖線矢印で示したように燃料電池スタックの外部にセル電圧測定端子９と離れた第２の端面２３ｅおよび第３の端面２３ｆから排出される為、燃料電池スタックの外部に取付けられたセル電圧測定端子９に付着して金属端子２０を腐食または酸化させることを抑制することができる。

なお、本実施の形態の燃料電池スタックでは、セパレータに端子部シール部材である第２のシール部材を設けたが、ＭＥＡもしくはＭＥＡの外周に設けた枠体に形成しても同様の効果を得られる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池用セパレータおよび燃料電池スタックは、ポータブル電源、電気自動車用電源、定置型コージェネレーションシステム等の用途に使用される燃料電池に適用できる。

本発明の実施の形態１における燃料電池スタックを構成する単セルの分解斜視図 同実施の形態の燃料電池スタックの斜視図 同実施の形態のセル電圧測定端子の斜視図 同実施の形態のセル電圧測定端子の断面図 同実施の形態の燃料電池スタックにセル電圧測定端子を挿入した断面図 本発明の実施の形態２における燃料電池スタックを構成する単セルの分解斜視図 従来の燃料電池スタックを構成する単セルの断面図 従来のセル電圧測定部を示す斜視図

符号の説明

１ 枠体
２ 燃料ガス入口マニホールド
３ 燃料ガス出口マニホールド
４ 酸化剤ガス入口マニホールド
５ 酸化剤ガス出口マニホールド
６ 循環水入口マニホールド
７ 循環水出口マニホールド
８ｄ，２３ｄ 第１の端面
９ セル電圧測定端子
１０ 切り欠き
１１，２４ 端子部シール部材
１２ 集電板
１３ 絶縁板
１４ａ 陰極側エンドプレート
１４ｃ 陽極側エンドプレート
１５ 燃料ガス入口
１６ 酸化剤ガス入口
１７ 循環水入口
１８ 電力取り出し端子
１９ 溝
２０ 金属端子
２１ リード線
２２ ホルダー
１０１ 高分子電解質膜
１０４ 電極
１０５ 電極電解質接合体（ＭＥＡ）
１０６ａ，１０６ｃ ガス流路
１０７ａ，１０７ｃ セパレータ
１０８ 循環水流路
１１０ａ，１１０ｃ ＭＥＡガスケット
１１１ セパレータガスケット

Claims (6)

1. 電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体を挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記セパレータに、前記セル電圧測定端子が接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けた燃料電池スタック。
2. 電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体を挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記セパレータに、前記セル電圧測定端子が接触する第１の端面と前記第１のシールとの間に第２のシール部材を設けた燃料電池スタック。
3. 電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体の外周を保持して前記電極電解質接合体と一体化した枠体と、前記電極電解質接合体を前記枠体ごと挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記枠体に、前記セル電圧測定端子が前記セパレータに接触する付近を取り囲む第２のシール部材を設けた燃料電池スタック。
4. 電極電解質接合体と、前記電極電解質接合体の外周を保持して前記電極電解質接合体と一体化した枠体と、前記電極電解質接合体を前記枠体ごと挟持し、前記電極電解質接合体に反応ガスを供給する供給手段を備えた一対のセパレータと、前記一対のセパレータに挟持され、前記供給手段と外部とをシールする第１のシール部材とから成る単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータと接触する、前記単セルの電圧を測定するためのセル電圧測定端子を設けるとともに、前記枠体に、前記セル電圧測定端子が前記セパレータに接触する第１の端面と前記第１のシールとの間に第２のシール部材を設けた燃料電池スタック。
5. 前記セパレータには、前記セル電圧測定端子が嵌合する窪み部が形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
6. 前記第２のシールが、前記セパレータと一体に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。

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