JP7193492B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）とセパレータ部材とが交互に積層されて形成される。各セパレータ部材は、発電時のセル電圧を検出するためのセル電圧端子を備える。例えば、特許文献１には、セパレータ部材を形成するセパレータ本体の外周部から外方に突出したセル電圧端子が開示されている。

特開２００５－２１６７００号公報

上述した従来技術では、ＭＥＡとセパレータ部材との積層方向において、複数のセル電圧端子が互いに離間している。すなわち、セル電圧端子は、セパレータ本体にのみ支持されている。この場合、セパレータ本体の板厚が薄いため、複数のセル電圧端子は、積層方向に倒れ易くなる。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、セル電圧端子の積層方向の倒れを抑え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。

本発明の一態様は、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体とセパレータ部材とを複数個ずつ備え、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とが交互に積層された燃料電池スタックであって、各前記セパレータ部材は、前記電解質膜・電極構造体に積層されたセパレータ本体と、前記セパレータ本体の外周部から外方に突出したセル電圧端子と、を有し、各前記セル電圧端子は、板状の端子部と、前記端子部から前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材との積層方向の一方側に突出した第１凸部と、前記端子部から前記積層方向の他方側に突出した第２凸部と、を含み、前記セル電圧端子の少なくともいくつかは、前記積層方向に一列に並び、前記積層方向に互いに対向する前記セル電圧端子において、一方の前記セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記セル電圧端子の前記第２凸部とは、電気絶縁性を有する絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接している、燃料電池スタックである。

本発明によれば、積層方向に互いに対向するセル電圧端子において、一方のセル電圧端子の第１凸部と他方のセル電圧端子の第２凸部とが絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接している。これにより、積層方向に互いに対向するセル電圧端子によって、セル電圧端子を積層方向に支持することができる。よって、セル電圧端子の積層方向の倒れを抑えることができる。

本発明の一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。 図１の発電セルを説明するための分解斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 セル電圧端子の斜視図である。 図４のセル電圧端子を矢印Ｂ１方向から見た平面図である。 図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本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が積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１０は、定置型としても用いることができる。

積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）の両端には、図示しないエンドプレートが配設されている。積層体１４には、これらエンドプレートを図示しない連結部材によって互いに連結することによって、積層方向の締付荷重（圧縮荷重）が付与される。

図２において、発電セル１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（以下、「樹脂枠付きＭＥＡ１６」という。）と、樹脂枠付きＭＥＡ１６を挟持する第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０とを有する。

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部（矢印Ｂ２方向の縁部）には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２６ｂが、発電セル１２の短辺方向である矢印Ｃ方向に配列して設けられる。各発電セル１２の酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、複数の発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通し、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給する。各発電セル１２の冷却媒体入口連通孔２４ａは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体（例えば、純水、エチレングリコール、オイル等）を供給する。各発電セル１２の燃料ガス出口連通孔２６ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、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（矢印Ｂ１方向の縁部）には、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。各発電セル１２の燃料ガス入口連通孔２６ａは、矢印Ａ方向に互いに連通し、燃料ガスを供給する。各発電セル１２の冷却媒体出口連通孔２４ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、冷却媒体を排出する。各発電セル１２の酸化剤ガス出口連通孔２２ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通し、酸化剤ガスを排出する。

酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと燃料ガス入口連通孔２６ａ及び燃料ガス出口連通孔２６ｂと冷却媒体入口連通孔２４ａ及び冷却媒体出口連通孔２４ｂのそれぞれの大きさ、位置、形状及び数は、本実施形態（図２の例）に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

図２及び図３に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ１６は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ２８」という）と、ＭＥＡ２８の外周部に重なり部を設けて接合されるとともに該外周部を周回する樹脂枠部材３０（樹脂枠部、樹脂フィルム）とを備える。図３において、ＭＥＡ２８は、電解質膜３２と、電解質膜３２の一方の面３２ａに設けられたカソード電極３４と、電解質膜３２の他方の面３２ｂに設けられたアノード電極３６とを有する。

電解質膜３２は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜３２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３２は、カソード電極３４及びアノード電極３６に挟持される。

詳細は図示しないが、カソード電極３４は、電解質膜３２の一方の面３２ａに接合される第１電極触媒層と、当該第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、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ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。

アノード電極３６は、電解質膜３２の他方の面３２ｂに接合される第２電極触媒層と、当該第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、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ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

電解質膜３２の平面寸法は、カソード電極３４及びアノード電極３６のそれぞれの平面寸法よりも小さい。カソード電極３４の外周縁部とアノード電極３６の外周縁部とは、樹脂枠部材３０の内周縁部を挟持している。樹脂枠部材３０は、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）が不透過に構成されている。樹脂枠部材３０は、ＭＥＡ２８の外周側に設けられている。

樹脂枠付きＭＥＡ１６は、樹脂枠部材３０を用いることなく、電解質膜３２を外方に突出させるように形成してもよい。また、樹脂枠付きＭＥＡ１６は、外方に突出した電解質膜３２の両側に枠形状のフィルムを設けるように形成してもよい。

図２及び図３において、第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０のそれぞれは、金属製であって、長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０のそれぞれは、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、或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の断面を波形にプレス成形して構成される。当該金属薄板の厚さは、０．０５ｍｍ～０．２０ｍｍ程度である。

第１セパレータ１８と第２セパレータ２０とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、セパレータ本体３８（接合セパレータ）を構成する。セパレータ本体３８は、後述するセパレータ部材７２を形成する。

第１セパレータ１８のＭＥＡ２８に向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の酸化剤ガス流路溝４２を有する。各酸化剤ガス流路溝４２は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第１セパレータ１８には、樹脂枠付きＭＥＡ１６と第１セパレータ１８との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第１シール部４４が設けられている。図２において、第１シール部４４は、第１セパレータ１８の外周部を周回する第１外周シール部４６と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する複数の第１連通孔シール部４８とを有する。第１シール部４４は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第１シール部４４は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図３において、第１シール部４４は、第１セパレータ１８に一体成形された第１金属ビード部５０と、第１金属ビード部５０に設けられた第１樹脂材５２とを有する。第１金属ビード部５０は、第１セパレータ１８から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第１金属ビード部５０の横断面形状は、第１金属ビード部５０の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第１樹脂材５２は、第１金属ビード部５０の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第１樹脂材５２は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

図２及び図３に示すように、第２セパレータ２０のＭＥＡ２８に向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２６ａと燃料ガス出口連通孔２６ｂとに連通する燃料ガス流路５４が設けられる。燃料ガス流路５４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝５６を有する。各燃料ガス流路溝５６は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

第２セパレータ２０には、樹脂枠付きＭＥＡ１６と第２セパレータ２０との間から外部への流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の漏出を防止する第２シール部５８が設けられている。図２において、第２シール部５８は、第２セパレータ２０の外周部を周回する第２外周シール部６０と、各連通孔（酸化剤ガス入口連通孔２２ａ等）を周回する複数の第２連通孔シール部６２とを有する。第２シール部５８は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て直線状に延在している。ただし、第２シール部５８は、セパレータ厚さ方向から見て波状に延在してもよい。

図３において、第２シール部５８は、第２セパレータ２０に一体成形された第２金属ビード部６４と、第２金属ビード部６４に設けられた第２樹脂材６６とを有する。第２金属ビード部６４は、第２セパレータ２０から樹脂枠部材３０に向かって突出している。第２金属ビード部６４の横断面形状は、第２金属ビード部６４の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。第２樹脂材６６は、第２金属ビード部６４の突出端面に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第２樹脂材６６は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。

第１樹脂材５２は、第１金属ビード部５０ではなく、樹脂枠部材３０の一方の面３０ａに設けられてもよい。第２樹脂材６６は、第２金属ビード部６４ではなく、樹脂枠部材３０の他方の面３０ｂに設けられてもよい。また、第１樹脂材５２及び第２樹脂材６６の少なくともいずれかは、省略されてもよい。第１シール部４４及び第２シール部５８は、メタルビードシールではなく、弾性を有するゴムシール部材で形成されてもよい。

図２及び図３において、第１セパレータ１８の面１８ｂと第２セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２４ａと冷却媒体出口連通孔２４ｂとに連通する冷却媒体流路６８が設けられる。冷却媒体流路６８は、酸化剤ガス流路４０の裏面形状と燃料ガス流路５４の裏面形状とによって形成される。冷却媒体流路６８は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数の冷却媒体流路溝７０を有する。冷却媒体流路溝７０は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

このような燃料電池スタック１０の積層体１４は、図１に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ１６とセパレータ部材７２とが交互に積層されて形成される。

セパレータ部材７２は、金属製のセパレータ本体３８と、セパレータ本体３８の外周部から外方に突出したセル電圧端子７４とを含む。セパレータ本体３８は、上述したように、樹脂枠付きＭＥＡ１６に積層される。セル電圧端子７４は、発電セル１２の発電時の電圧（セル電圧）を検出するためのものである。セル電圧端子７４は、セパレータ本体３８の外周部（矢印Ｂ１方向の端部）から外方（矢印Ｂ１方向）に向かって突出している。

燃料電池スタック１０は、セル電圧端子７４の位置が互いに異なる４種類のセパレータ部材７２を有する。以下、４種類のセパレータ部材７２を、第１セパレータ部材７２ａ、第２セパレータ部材７２ｂ、第３セパレータ部材７２ｃ及び第４セパレータ部材７２ｄということがある。

図４及び図５に示すように、第１セパレータ部材７２ａのセル電圧端子７４（以下、「第１セル電圧端子７４ａ」ということがある。）は、セパレータ本体３８の矢印Ｃ方向の一端側（セパレータ本体３８の矢印Ｃ１方向の端部側）に設けられている。第２セパレータ部材７２ｂは、第１セパレータ部材７２ａに対して樹脂枠付きＭＥＡ１６（以下、「第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ」ということがある。）を挟んだ反対側に位置する。換言すれば、第１セパレータ部材７２ａと第２セパレータ部材７２ｂとは、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａを挟持している。

第２セパレータ部材７２ｂのセル電圧端子７４（以下、「第２セル電圧端子７４ｂ」ということがある。）は、第１セル電圧端子７４ａに対してセパレータ本体３８の矢印Ｃ方向の他端側（矢印Ｃ２方向）にずれて位置している。矢印Ａ方向から見て、第２セル電圧端子７４ｂの矢印Ｃ１方向の端部は、第１セル電圧端子７４ａの矢印Ｃ２方向の端部に重なる。すなわち、第１セル電圧端子７４ａと第２セル電圧端子７４ｂとは、積層方向（矢印Ａ方向）から見て、互いに重なる重なり部７５ａ、７５ｂ１を有する。

第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａには、第１セル電圧端子７４ａと第２セル電圧端子７４ｂとが互いに電気的に接続することを防止するための第１端子絶縁部７６ａが設けられている。第１端子絶縁部７６ａは、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａの樹脂枠部材３０の矢印Ｂ１方向の端部から矢印Ｂ１方向に突出している。第１端子絶縁部７６ａは、第１セル電圧端子７４ａの重なり部７５ａと第２セル電圧端子７４ｂの重なり部７５ｂ１との間に位置する。第１端子絶縁部７６ａは、第１セル電圧端子７４ａ及び第２セル電圧端子７４ｂよりも矢印Ｂ１方向に突出している。

第３セパレータ部材７２ｃは、第２セパレータ部材７２ｂに対して樹脂枠付きＭＥＡ１６（以下、「第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂ」ということがある。）を挟んだ反対側に位置する。換言すれば、第２セパレータ部材７２ｂと第３セパレータ部材７２ｃとは、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂを挟持している。

第３セパレータ部材７２ｃのセル電圧端子７４（以下、「第３セル電圧端子７４ｃ」ということがある。）は、第２セル電圧端子７４ｂに対して矢印Ｃ２方向にずれて位置している。矢印Ａ方向から見て、第３セル電圧端子７４ｃの矢印Ｃ１方向の端部は、第２セル電圧端子７４ｂの矢印Ｃ２方向の端部に重なる。すなわち、第２セル電圧端子７４ｂと第３セル電圧端子７４ｃとは、積層方向（矢印Ａ方向）から見て、互いに重なる重なり部７５ｂ２、７５ｃ１を有する。

第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂには、第２セル電圧端子７４ｂと第３セル電圧端子７４ｃとが互いに電気的に接続することを防止するための第２端子絶縁部７６ｂが設けられている。第２端子絶縁部７６ｂは、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂの樹脂枠部材３０の矢印Ｂ１方向の端部から矢印Ｂ１方向に突出している。第２端子絶縁部７６ｂは、第２セル電圧端子７４ｂの重なり部７５ｂ２と第３セル電圧端子７４ｃの重なり部７５ｃ１との間に位置する。第２端子絶縁部７６ｂは、第２セル電圧端子７４ｂ及び第３セル電圧端子７４ｃよりも矢印Ｂ１方向に突出している。

第４セパレータ部材７２ｄは、第３セパレータ部材７２ｃに対して樹脂枠付きＭＥＡ１６（以下、「第３樹脂枠付きＭＥＡ１６ｃ」ということがある。）を挟んだ反対側に位置する。換言すれば、第３セパレータ部材７２ｃと第４セパレータ部材７２ｄとは、第３樹脂枠付きＭＥＡ１６ｃを挟持している。

第４セパレータ部材７２ｄのセル電圧端子７４（以下、「第４セル電圧端子７４ｄ」ということがある。）は、第３セル電圧端子７４ｃに対して矢印Ｃ２方向にずれて位置している。矢印Ａ方向から見て、第４セル電圧端子７４ｄの矢印Ｃ１方向の端部は、第３セル電圧端子７４ｃの矢印Ｃ２方向の端部に重なる。すなわち、第３セル電圧端子７４ｃと第４セル電圧端子７４ｄとは、積層方向（矢印Ａ方向）から見て、互いに重なる重なり部７５ｃ２、７５ｄを有する。

第３樹脂枠付きＭＥＡ１６ｃには、第３セル電圧端子７４ｃと第４セル電圧端子７４ｄとが互いに電気的に接続することを防止するための第３端子絶縁部７６ｃが設けられている。第３端子絶縁部７６ｃは、第３樹脂枠付きＭＥＡ１６ｃの樹脂枠部材３０の矢印Ｂ１方向の端部から矢印Ｂ１方向に突出している。第３端子絶縁部７６ｃは、第３セル電圧端子７４ｃの重なり部７５ｃ２と第４セル電圧端子７４ｄの重なり部７５ｄとの間に位置する。第３端子絶縁部７６ｃは、第３セル電圧端子７４ｃ及び第４セル電圧端子７４ｄよりも矢印Ｂ１方向に突出している。

第１セパレータ部材７２ａは、第４セパレータ部材７２ｄに対して樹脂枠付きＭＥＡ１６（以下、「第４樹脂枠付きＭＥＡ１６ｄ」ということがある。）を挟んだ反対側に位置する。換言すれば、第４セパレータ部材７２ｄと第１セパレータ部材７２ａとは、第４樹脂枠付きＭＥＡ１６ｄを挟持している。第４樹脂枠付きＭＥＡ１６ｄには、端子絶縁部が設けられていない。

このように、第１セパレータ部材７２ａ、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ、第２セパレータ部材７２ｂ、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂ、第３セパレータ部材７２ｃ、第３樹脂枠付きＭＥＡ１６ｃ、第４セパレータ部材７２ｄ及び第４樹脂枠付きＭＥＡ１６ｄは、この順番に積層されて単位積層部１４ａを形成する。すなわち、積層体１４は、複数の単位積層部１４ａが積層されることにより形成される。

図４及び図５において、第１セル電圧端子７４ａ、第２セル電圧端子７４ｂ、第３セル電圧端子７４ｃ及び第４セル電圧端子７４ｄは、互いに共通の構成を有する。具体的に、セル電圧端子７４は、第１セパレータ１８に設けられた第１端子部８０と、第２セパレータ２０に設けられた第２端子部８２とを含む。第１端子部８０と第２端子部８２のそれぞれは、四角形状に形成されている。第１端子部８０と第２端子部８２とは、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに接触又は近接している。

第１端子部８０は、プレス成形により第１セパレータ１８に対して一体的に設けられている。ただし、第１端子部８０と第１セパレータ１８とを互いに別部材として形成した後で、当該第１端子部８０を第１セパレータ１８に対して接合してもよい。

第１端子部８０には、３つの第１突起８４ａと、２つの第１リブ８６ａと、２つの第１凸部８８ａとが一体的にプレス成形されている。３つの第１突起８４ａ、２つの第１リブ８６ａ及び２つの第１凸部８８ａのそれぞれは、第１端子部８０から積層方向の一方側（矢印Ａ１方向）に突出している。換言すれば、３つの第１突起８４ａ、２つの第１リブ８６ａ及び２つの第１凸部８８ａのそれぞれは、第１端子部８０と第２端子部８２との合わせ面（接触面）とは反対方向に突出している。これにより、第１端子部８０の剛性が向上する。

３つの第１突起８４ａは、第１端子部８０の幅方向（矢印Ｃ方向）の中央部に設けられている。３つの第１突起８４ａは、第１セパレータ１８に対する第１端子部８０の突出方向（矢印Ｂ方向）に互いに離間した状態で並んでいる。３つの第１突起８４ａは、第１端子部８０の突出端部に位置している。３つの第１突起８４ａは、矢印Ｃ方向に互いに平行に延在している。

２つの第１リブ８６ａは、３つの第１突起８４ａを矢印Ｃ方向から挟むように設けられている。２つの第１リブ８６ａは、矢印Ｂ方向に互いに平行に延在している。各第１リブ８６ａは、第１端子部８０の突出端部（矢印Ｂ１方向の端部）から第１端子部８０の矢印Ｂ方向の中央部分まで延在している。

２つの第１凸部８８ａは、２つの第１リブ８６ａを矢印Ｃ方向から挟むように設けられている。２つの第１凸部８８ａは、第１端子部８０の幅方向の両端部に設けられている。２つの第１凸部８８ａは、矢印Ｂ方向に互いに平行に延在している。各第１凸部８８ａは、第１端子部８０の突出端部（矢印Ｂ１方向の端部）から第１端子部８０の根元部（第１端子部８０と第１セパレータ１８との境界部の近傍）まで延出している。

各第１凸部８８ａの横断面形状は、第１凸部８８ａの突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。各第１凸部８８ａの突出長（矢印Ａ方向の長さ）は、各第１リブ８６ａの突出長（矢印Ａ方向の長さ）よりも長い。各第１凸部８８ａの突出端面は、平坦に形成されている。ただし、各第１凸部８８ａの突出端面は、例えば、円弧状の湾曲面であってもよい。

第２端子部８２は、プレス成形により第２セパレータ２０に対して一体的に設けられている。ただし、第２端子部８２と第２セパレータ２０とを互いに別部材として形成した後で、当該第２端子部８２を第２セパレータ２０に対して接合してもよい。第２端子部８２の形状及び大きさは、第１端子部８０の形状及び大きさと同じである。第１端子部８０と第２端子部８２とは互いに接触又は近接して板状の端子部８３を形成する。

第２端子部８２には、３つの第２突起８４ｂと、２つの第２リブ８６ｂと、２つの第２凸部８８ｂとが一体的にプレス成形されている。３つの第２突起８４ｂ、２つの第２リブ８６ｂ及び２つの第２凸部８８ｂのそれぞれは、第２端子部８２から積層方向の他方側（矢印Ａ２方向）に突出している。換言すれば、３つの第２突起８４ｂ、２つの第２リブ８６ｂ及び２つの第２凸部８８ｂのそれぞれは、第１端子部８０と第２端子部８２との合わせ面（接触面）とは反対方向に突出している。これにより、第２端子部８２の剛性が向上する。

３つの第２突起８４ｂは、第２端子部８２の幅方向（矢印Ｃ方向）の中央部に設けられている。３つの第２突起８４ｂは、第２セパレータ２０に対する第２端子部８２の突出方向（矢印Ｂ方向）に互いに離間した状態で並んでいる。３つの第２突起８４ｂは、第２端子部８２の突出端部に位置している。３つの第２突起８４ｂは、矢印Ｃ方向に互いに平行に延在している。矢印Ａ方向から見て、３つの第２突起８４ｂのそれぞれは、３つの第１突起８４ａのそれぞれに重なる。

２つの第２リブ８６ｂは、３つの第２突起８４ｂを矢印Ｃ方向から挟むように設けられている。２つの第２リブ８６ｂは、矢印Ｂ方向に互いに平行に延在している。各第２リブ８６ｂは、第２端子部８２の突出端部（矢印Ｂ１方向の端部）から第２端子部８２の矢印Ｂ方向の中央部分まで延在している。矢印Ａ方向から見て、２つの第２リブ８６ｂのそれぞれは、２つの第１リブ８６ａのそれぞれに重なる。

２つの第２凸部８８ｂは、２つの第２リブ８６ｂを矢印Ｃ方向から挟むように設けられている。２つの第２凸部８８ｂは、第２端子部８２の幅方向の両端部に設けられている。２つの第２凸部８８ｂは、矢印Ｂ方向に互いに平行に延在している。各第２凸部８８ｂは、第２端子部８２の突出端部（矢印Ｂ１方向の端部）から第２端子部８２の根元部（第２端子部８２と第２セパレータ２０との境界部の近傍）まで延出している。

各第２凸部８８ｂの横断面形状は、第２凸部８８ｂの突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。各第２凸部８８ｂの突出長（矢印Ａ方向の長さ）は、各第２リブ８６ｂの突出長（矢印Ａ方向の長さ）よりも長い。各第２凸部８８ｂの突出長は、各第１凸部８８ａの突出長と同じである。各第２凸部８８ｂの突出端面は、平坦に形成されている。ただし、各第２凸部８８ｂの突出端面は、例えば、円弧状の湾曲面であってもよい。矢印Ａ方向から見て、２つの第２凸部８８ｂのそれぞれは、２つの第１凸部８８ａのそれぞれに重なる。

複数の第１セル電圧端子７４ａは、矢印Ａ方向に一列に並んでいる。複数の第２セル電圧端子７４ｂは、矢印Ａ方向に一列に並んでいる。複数の第３セル電圧端子７４ｃは、矢印Ａ方向に一列に並んでいる。複数の第４セル電圧端子７４ｄは、矢印Ａ方向に一列に並んでいる。

矢印Ａ方向に互いに対向するセル電圧端子７４において、第１凸部８８ａと第２凸部８８ｂとは、矢印Ａ方向に互いに重なるように位置している。図４～図６に示すように、矢印Ａ方向に互いに対向するセル電圧端子７４において、一方のセル電圧端子７４の第１凸部８８ａと他方のセル電圧端子７４の第２凸部８８ｂとは、電気絶縁性を有する絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。

換言すれば、矢印Ａ方向に互いに対向する第１セル電圧端子７４ａにおいて、一方の第１セル電圧端子７４ａの第１凸部８８ａと他方の第１セル電圧端子７４ａの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。矢印Ａ方向に互いに対向する第２セル電圧端子７４ｂにおいて、一方の第２セル電圧端子７４ｂの第１凸部８８ａと他方の第２セル電圧端子７４ｂの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。

矢印Ａ方向に互いに対向する第３セル電圧端子７４ｃにおいて、一方の第３セル電圧端子７４ｃの第１凸部８８ａと他方の第３セル電圧端子７４ｃの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。矢印Ａ方向に互いに対向する第４セル電圧端子７４ｄにおいて、一方の第４セル電圧端子７４ｄの第１凸部８８ａと他方の第４セル電圧端子７４ｄの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。

すなわち、矢印Ａ方向に互いに隣接する第１凸部８８ａと第２凸部８８ｂとの間には、絶縁部材９０が設けられている。絶縁部材９０は、セル電圧端子７４の第１凸部８８ａの突出端面と第１セル電圧端子７４ａの第２凸部８８ｂの突出端面の少なくともいずれかに固着されてもよい。

各セル電圧端子７４の第１突起８４ａ及び第２突起８４ｂには、例えば、図示しない電圧検出装置のクリップが挟み込まれる。この際、当該クリップは、各セル電圧端子７４の２つの第１凸部８８ａの間に位置するとともに各セル電圧端子７４の２つの第２凸部８８ｂの間に位置する。そのため、第１凸部８８ａ及び第２凸部８８ｂは、クリップに干渉することはない。

各セル電圧端子７４において、第１突起８４ａ及び第２突起８４ｂのそれぞれの大きさ、形状、位置、数は、適宜変更可能である。また、各セル電圧端子７４において、第１突起８４ａ及び第２突起８４ｂは、省略されてもよい。各セル電圧端子７４において、第１リブ８６ａ及び第２リブ８６ｂのそれぞれの大きさ、形状、位置、数は、適宜変更可能である。また、各セル電圧端子７４において、第１リブ８６ａ及び第２リブ８６ｂは、省略されてもよい。各セル電圧端子７４において、第１凸部８８ａ及び第２凸部８８ｂのそれぞれの大きさ、形状、位置、数は、適宜変更可能である。

次に、このように構成される燃料電池スタック１０の動作について説明する。

図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから第１セパレータ１８の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のカソード電極３４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２６ａから第２セパレータ２０の燃料ガス流路５４に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のアノード電極３６に供給される。

従って、各ＭＥＡ２８では、カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３６に供給される燃料ガスとが、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３４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２２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３６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２６ｂ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２４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１８と第２セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路６８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２８を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２４ｂから排出される。

本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、以下の効果を奏する。

各セパレータ部材７２は、ＭＥＡ２８に積層されたセパレータ本体３８と、セパレータ本体３８の外周部から外方に突出したセル電圧端子７４とを有する。各セル電圧端子７４は、板状の端子部８３と、端子部８３（第１端子部８０）からＭＥＡ２８とセパレータ本体３８との積層方向の一方側（矢印Ａ１方向）に突出した第１凸部８８ａと、端子部８３（第２端子部８２）から積層方向の他方側（矢印Ａ２方向）に突出した第２凸部８８ｂとを含む。

セル電圧端子７４の少なくともいずれか（例えば、複数の第１セル電圧端子７４ａ）は、積層方向（矢印Ａ方向）に一列に並んでいる。積層方向に互いに対向するセル電圧端子７４において、一方のセル電圧端子７４の第１凸部８８ａと他方のセル電圧端子７４の第２凸部８８ｂとは、電気絶縁性を有する絶縁部材９０を介して互いに対向し且つ当接している。

このような構成によれば、積層方向に互いに対向するセル電圧端子７４において、一方のセル電圧端子７４の第１凸部８８ａと他方のセル電圧端子７４の第２凸部８８ｂとが絶縁部材９０を介して互いに当接している。これにより、積層方向に互いに対向するセル電圧端子７４によって、セル電圧端子７４を積層方向に支持することができる。よって、セル電圧端子７４の積層方向の倒れを抑えることができる。

燃料電池スタック１０は、ＭＥＡ２８を挟持するセパレータ部材７２としての第１セパレータ部材７２ａと第２セパレータ部材７２ｂとを複数個ずつ備える。各第１セパレータ部材７２ａは、セル電圧端子７４としての第１セル電圧端子７４ａを有し、各第２セパレータ部材７２ｂは、セル電圧端子７４としての第２セル電圧端子７４ｂを有する。

複数の第１セル電圧端子７４ａと複数の第２セル電圧端子７４ｂとは、セル電圧端子７４のセパレータ本体３８に対する突出方向と積層方向とに直交する方向であるセル電圧端子７４の幅方向に互いにずれて位置している。複数の第１セル電圧端子７４ａは、積層方向に一列に並び、積層方向に互いに対向する第１セル電圧端子７４ａにおいて、一方の第１セル電圧端子７４ａの第１凸部８８ａと他方の第１セル電圧端子７４ａの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに当接する。複数の第２セル電圧端子７４ｂは、積層方向に一列に並び、積層方向に互いに対向する第２セル電圧端子７４ｂにおいて、一方の第２セル電圧端子７４ｂの第１凸部８８ａと他方の第２セル電圧端子７４ｂの第２凸部８８ｂとは、絶縁部材９０を介して互いに当接する。

このような構成によれば、互いに対向する第１セル電圧端子７４ａの端子部８３の間隔を比較的広くすることができる。また、互いに対向する第２セル電圧端子７４ｂの端子部８３の間隔を比較的広くすることができる。これにより、第１セル電圧端子７４ａ及び第２セル電圧端子７４ｂに対して図示しない矢印Ａ方向に幅の広い電圧検出装置を簡単に装着することができる。

複数の第１セル電圧端子７４ａと複数の第２セル電圧端子７４ｂとは、積層方向から見て、互いに重なる重なり部７５ａ、７５ｂ１を有し、各第１セル電圧端子７４ａの重なり部７５ａと各第２セル電圧端子７４ｂの重なり部７５ｂ１との間には、電気絶縁性を有する第１端子絶縁部７６ａが設けられている。

このような構成によれば、第１セル電圧端子７４ａと第２セル電圧端子７４ｂとの電気的な接続を第１端子絶縁部７６ａによって防止することができる。

ＭＥＡ２８の外周部には、ＭＥＡ２８を周回する樹脂枠部材３０が設けられ、第１端子絶縁部７６ａは、樹脂枠部材３０の外周部から外方に向かって突出している。

このような構成によれば、簡易な構成により第１端子絶縁部７６ａを設けることができる。

第１凸部８８ａ及び第２凸部８８ｂのそれぞれは、セル電圧端子７４の幅方向（矢印Ｂ方向）に互いに離間するように端子部８３に複数設けられている。

このような構成によれば、複数の第１凸部８８ａと複数の第２凸部８８ｂとによってセル電圧端子７４の積層方向（矢印Ａ方向）の倒れを効果的に抑えることができる。

複数の第１凸部８８ａは、端子部８３の一方の面の幅方向の両端部に位置し、複数の第２凸部８８ｂは、端子部８３の他方の面の幅方向の両端部に位置している。

このような構成によれば、複数の第１凸部８８ａと複数の第２凸部８８ｂとによってセル電圧端子７４の積層方向（矢印Ａ方向）の倒れを一層効果的に抑えることができる。

第１凸部８８ａ及び第２凸部８８ｂのそれぞれは、セル電圧端子７４の突出方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在している。

このような構成によれば、第１凸部８８ａと第２凸部８８ｂとによってセル電圧端子７４の積層方向（矢印Ａ方向）の倒れをより一層効果的に抑えることができる。

各セル電圧端子７４は、端子部８３から積層方向の一方側に突出した第１リブ８６ａと、端子部８３から積層方向の他方側に突出した第２リブ８６ｂとを有している。

このような構成によれば、第１リブ８６ａ及び第２リブ８６ｂによって端子部８３の剛性を向上させることができる。よって、セル電圧端子７４の倒れを一層抑えることができる。

第１凸部８８ａの突出長は、第１リブ８６ａの突出長よりも長く、第２凸部８８ｂの突出長は、第２リブ８６ｂの突出長よりも長い。

このような構成によれば、第１リブ８６ａ及び第２リブ８６ｂが積層方向（矢印Ａ方向）に対向するセル電圧端子７４に直接的に接触することを抑えることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

単位積層部１４ａは、上述した構成に限定されない。単位積層部１４ａは、第１セパレータ部材７２ａと樹脂枠付きＭＥＡ１６とが互いに積層されたものであってもよい。単位積層部１４ａは、第１セパレータ部材７２ａ、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ、第２セパレータ部材７２ｂ、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａがこの順番に積層されて形成されてもよい。単位積層部１４ａは、第１セパレータ部材７２ａ、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ、第２セパレータ部材７２ｂ、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂ、第３セパレータ部材７２ｃ及び第４樹脂枠付きＭＥＡ１６ｄがこの順番に積層されて形成されてもよい。単位積層部１４ａを構成するセパレータ部材７２及び樹脂枠付きＭＥＡ１６のそれぞれは、５つ以上であってもよい。

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記実施形態は、電解質膜（３２）の両側に電極（３４、３６）が配設されてなる電解質膜・電極構造体（２８）とセパレータ部材（７２）とを複数個ずつ備え、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とが交互に積層された燃料電池スタック（１０）であって、各前記セパレータ部材は、前記電解質膜・電極構造体に積層されたセパレータ本体（３８）と、前記セパレータ本体の外周部から外方に突出したセル電圧端子（７４）と、を有し、各前記セル電圧端子は、板状の端子部（８３）と、前記端子部から前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材との積層方向の一方側に突出した第１凸部（８８ａ）と、前記端子部から前記積層方向の他方側に突出した第２凸部（８８ｂ）と、を含み、前記セル電圧端子の少なくともいくつかは、前記積層方向に一列に並び、前記積層方向に互いに対向する前記セル電圧端子において、一方の前記セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記セル電圧端子の前記第２凸部とは、電気絶縁性を有する絶縁部材（９０）を介して互いに対向し且つ当接している、燃料電池スタックを開示している。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、前記電解質膜・電極構造体を挟持する前記セパレータ部材としての第１セパレータ部材（７２ａ）と第２セパレータ部材（７２ｂ）とを複数個ずつ備え、各前記第１セパレータ部材は、前記セル電圧端子としての第１セル電圧端子（７４ａ）を有し、各前記第２セパレータ部材は、前記セル電圧端子としての第２セル電圧端子（７４ｂ）を有し、複数の前記第１セル電圧端子と複数の前記第２セル電圧端子とは、前記セル電圧端子の前記セパレータ本体に対する突出方向と前記積層方向とに直交する方向である前記セル電圧端子の幅方向に互いにずれて位置し、複数の前記第１セル電圧端子は、前記積層方向に一列に並び、前記積層方向に互いに対向する前記第１セル電圧端子において、一方の前記第１セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記第１セル電圧端子の前記第２凸部とは、前記絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接し、複数の前記第２セル電圧端子は、前記積層方向に一列に並び、前記積層方向に互いに対向する前記第２セル電圧端子において、一方の前記第２セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記第２セル電圧端子の前記第２凸部とは、前記絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接してもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、複数の前記第１セル電圧端子と複数の前記第２セル電圧端子とは、前記積層方向から見て、互いに重なる重なり部（７５ａ、７５ｂ１）を有し、各前記第１セル電圧端子の前記重なり部と各前記第２セル電圧端子の前記重なり部との間には、電気絶縁性を有する端子絶縁部（７６ａ）が設けられてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記電解質膜・電極構造体の外周部には、当該電解質膜・電極構造体を周回する樹脂枠部（３０）が設けられ、前記端子絶縁部は、前記樹脂枠部の外周部から外方に向かって突出してもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記第１凸部及び前記第２凸部のそれぞれは、前記セル電圧端子の前記セパレータ本体に対する突出方向と前記積層方向とに直交する方向である前記セル電圧端子の幅方向に互いに離間するように前記端子部に複数設けられてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、複数の前記第１凸部は、前記端子部の一方の面の前記幅方向の両端部に位置し、複数の前記第２凸部は、前記端子部の他方の面の前記幅方向の両端部に位置してもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記第１凸部及び前記第２凸部のそれぞれは、前記セル電圧端子の突出方向に沿って延在してもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、各前記セル電圧端子は、前記端子部から前記積層方向の一方側に突出した第１リブ（８６ａ）と、前記端子部から前記積層方向の他方側に突出した第２リブ（８６ｂ）と、を有してもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記第１凸部の突出長は、前記第１リブの突出長よりも長く、前記第２凸部の突出長は、前記第２リブの突出長よりも長くてもよい。

１０…燃料電池スタック ２８…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
３０…樹脂枠部材（樹脂枠部） ３２…電解質膜
３４…カソード電極 ３６…アノード電極
３８…セパレータ本体 ７２…セパレータ部材
７２ａ…第１セパレータ部材 ７２ｂ…第２セパレータ部材
７４…セル電圧端子 ７４ａ…第１セル電圧端子
７４ｂ…第２セル電圧端子
７５ａ、７５ｂ１、７５ｂ２、７５ｃ１、７５ｃ２、７５ｄ…重なり部
７６ａ…第１端子絶縁部 ７６ｂ…第２端子絶縁部
７６ｃ…第３端子絶縁部 ８３…端子部
８６ａ…第１リブ ８６ｂ…第２リブ
８８ａ…第１凸部 ８８ｂ…第２凸部
９０…絶縁部材

Claims (9)

1. 電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体とセパレータ部材とを複数個ずつ備え、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材とが交互に積層された燃料電池スタックであって、
   各前記セパレータ部材は、
   前記電解質膜・電極構造体に積層されたセパレータ本体と、
   前記セパレータ本体の外周部から外方に突出したセル電圧端子と、を有し、
   各前記セル電圧端子は、
   板状の端子部と、
   前記端子部から前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータ部材との積層方向の一方側に突出した第１凸部と、
   前記端子部から前記積層方向の他方側に突出した第２凸部と、を含み、
   前記セル電圧端子の少なくともいくつかは、前記積層方向に一列に並び、
   前記積層方向に互いに対向する前記セル電圧端子において、一方の前記セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記セル電圧端子の前記第２凸部とは、電気絶縁性を有する絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接している、燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックは、前記電解質膜・電極構造体を挟持する前記セパレータ部材としての第１セパレータ部材と第２セパレータ部材とを複数個ずつ備え、
   各前記第１セパレータ部材は、前記セル電圧端子としての第１セル電圧端子を有し、
   各前記第２セパレータ部材は、前記セル電圧端子としての第２セル電圧端子を有し、
   複数の前記第１セル電圧端子と複数の前記第２セル電圧端子とは、前記セル電圧端子の前記セパレータ本体に対する突出方向と前記積層方向とに直交する方向である前記セル電圧端子の幅方向に互いにずれて位置し、
   複数の前記第１セル電圧端子は、前記積層方向に一列に並び、
   前記積層方向に互いに対向する前記第１セル電圧端子において、一方の前記第１セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記第１セル電圧端子の前記第２凸部とは、前記絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接し、
   複数の前記第２セル電圧端子は、前記積層方向に一列に並び、
   前記積層方向に互いに対向する前記第２セル電圧端子において、一方の前記第２セル電圧端子の前記第１凸部と他方の前記第２セル電圧端子の前記第２凸部とは、前記絶縁部材を介して互いに対向し且つ当接する、燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックであって、
   複数の前記第１セル電圧端子と複数の前記第２セル電圧端子とは、前記積層方向から見て、互いに重なる重なり部を有し、
   各前記第１セル電圧端子の前記重なり部と各前記第２セル電圧端子の前記重なり部との間には、電気絶縁性を有する端子絶縁部が設けられている、燃料電池スタック。
4. 請求項３記載の燃料電池スタックであって、
   前記電解質膜・電極構造体の外周部には、当該電解質膜・電極構造体を周回する樹脂枠部が設けられ、
   前記端子絶縁部は、前記樹脂枠部の外周部から外方に向かって突出している、燃料電池スタック。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１凸部及び前記第２凸部のそれぞれは、前記セル電圧端子の前記セパレータ本体に対する突出方向と前記積層方向とに直交する方向である前記セル電圧端子の幅方向に互いに離間するように前記端子部に複数設けられている、燃料電池スタック。
6. 請求項５記載の燃料電池スタックであって、
   複数の前記第１凸部は、前記端子部の一方の面の前記幅方向の両端部に位置し、
   複数の前記第２凸部は、前記端子部の他方の面の前記幅方向の両端部に位置している、燃料電池スタック。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１凸部及び前記第２凸部のそれぞれは、前記セル電圧端子の突出方向に沿って延在している、燃料電池スタック。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   各前記セル電圧端子は、
   前記端子部から前記積層方向の一方側に突出した第１リブと、
   前記端子部から前記積層方向の他方側に突出した第２リブと、を有している、燃料電池スタック。
9. 請求項８記載の燃料電池スタックであって、
   前記第１凸部の突出長は、前記第１リブの突出長よりも長く、
   前記第２凸部の突出長は、前記第２リブの突出長よりも長い、燃料電池スタック。

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