WO2008081962A1

WO2008081962A1 - 燃料電池

Info

Publication number: WO2008081962A1
Application number: PCT/JP2007/075357
Authority: WO
Inventors: Yutaka Hotta; Kimihide Horio
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2008-07-10
Also published as: CN101569048B; US20100040925A1; JP2008165993A; US8114553B2; DE112007002945B4; JP5181473B2; DE112007002945T5; CN101569048A

Abstract

　電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池は、積層された複数の発電体を含む積層体と、挟持部材と、剪断弾性部材とを備える。挟持部材は、積層体を積層方向に挟持するための部材である。剪断弾性部材は、積層体の積層方向の端面と挟持部材との間に介在すると共に、積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する。　

Description

明細書

燃料電池技術分野

本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックの信頼性の向上に関する。背景技術

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する 2つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気工ネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む発電体を積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。

ところで、燃料電池は、その使用条件によって、外部からの衝撃や振動に対する十分な耐性が要求される場合がある。燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性を向上させるために、燃料電池スタックの積層方向に沿う側面を覆うプレー卜を設け、そのプレー卜と燃料電池スタックとの間に緩衝部材を配置する技術が知られている。しかしながら、燃料電池に対する耐衝撃性、耐振動性の要求の高まりなどのため、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性のさらなる向上が望まれていた。発明の開示

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性を向上させ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第 1の態様は、電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池を提供する。第 1の態様に係る燃料電池は、積層された複数の前記発電体を含む積層体と、挟持部材と、剪断弾性部材と、を備える。前記挟持部材は、前記積層体を積層方向に挟持するための部材である。前記剪断弾性部材は、前記積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する。

こうすれば、剪断方向に弾性変形する剪断弾性部材の免震効果により、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性が向上する。

第 1の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有するゴム弾性部材を含んでも良い。こうすれば、ゴム弾性部材による免震効果によリ、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性が向上する。

第 1の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材の前記剪断方向の弾性変形量は、前記積層体の前記剪断方向の弾性変形量より大きくても良い。こうすれば、積層体にかかる剪断力が低減され、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性が向上する。

第 1の態様に係る燃料電池において、剪断弾性部材において、前記積層方向に他の部材と接する接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されていても良い。こうすれば、弾性部材のへたりを抑制し、その結果、反応ガスや冷却媒体の漏れを抑制することができる。

第 1の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材において、前記積層方向に他の部材と接する接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されていても良い。前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有する複数のゴム弾性部材と、前記複数のゴム弾性部材ょリ積層方向の圧縮変形量が小さい 1または複数の小変形部材を含み、前記複数のゴム弾性部材は、小変形部材を介して積層されていても良い。こうすれば、剪断弾性部材の圧縮方向の弾性変形量を抑制しつつ、剪断方向の弾性変形量を確保することができる。この結果、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性を、剪断方向、積層方向ともに向上させることができる。

第 1の態様に係る燃料電池において、前記剪断弾性部材は、少なくとも一方の積層方向の端部が前記小変形部材であリ、前記端部の小変形弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接しても良く、少なくとも一方の積層方向の端部がゴ厶弾性部材であり、前記端部のゴム弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接していても良い。

第 1の態様に係る燃料電池は、さらに、前記積層体が前記剪断方向に変位した場合に、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部に反力を与える反力付与部材を備えても良い。こうすれば、積層体が剪断方向に変位したときに、積層体に反力が加えられることによリ、積層体にかかる剪断力を低減することができる。この結果、燃料電池の耐衝撃性ゃ耐振動性を、より向上させることができる。

第 1の態様に係る燃料電池は、さらに、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部を覆うプレー卜を備え、前記反力付与部材は、前記積層体と前記プレ一卜との間に配置された緩衝特性を有する緩衝部材であっても良い。こうすれば、緩衝部材から積層体に加えられる反力により、積層体にかかる剪断力を低減することができる。

第 1の態様に係る燃料電池において、前記積層体は、さらに、前記積層された複数の前記発電体と、前記挟持部材との間に配置された集電板を含んでも良く、前記集電板と前記挟持部材との間に配置された絶縁板を含んでも良い。

本発明は、この他にも、上記態様に係る燃料電池を搭載した車両もしくは移動体のような装置発明、燃料電池の設置方法などの方法発明を始めとして、種々の態様にて実現され得る。

以下では、図面を参照して、本願発明の好ましい実施例の詳細が説明され、本願発明の上述の目的およびその他の目的、構成、効果が明らかにされる。図面の簡単な説明

図 1は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である

図 2は、発電体が積層された様子を示す説明図である。図 3は、剪断弾性部材 5 0の構成を示す説明図である。

図 4は、シミュレーションに用いたサンプルを示す図である。

図 5は、シミュレーションの結果を示すグラフである。

図 6は、積層構造と単一構造の E P D Mを示す図である。

図 7は、実施例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。

図 8は、従来の燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。

図 9は、反応ガス Z冷却水漏れの態様を説明する説明図である。

図 1 0は、第 1変形例における剪断弾性部材を示す図である。

図 1 1は、第 5変形例における燃料電池を示す概略図である。

図 1 2は、第 5変形例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。発明を実施するための最良の形態以下、燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。

A . 実施例： ,

•燃料電池の構成

本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図 1は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図 2は、発電体が積層された様子を示す説明図である。図 3は、剪断弾性部材 5 0の構成を示す説明図である。図 1に示すように、燃料電池 1 0 0は、主要部として積層体 6 0を備えている。積層体 6 0は、積層された複数の発電体 6 1からなる発電スタックと、 2枚の集電板 6 2と、 2枚の絶縁板 6 3から構成されている。発電スタックの端部付近の構成は左右対象であるので、図 1の下側に、発電スタックの左端部付近の拡大図を代表して示す。当該拡大図に示すように、 2枚の集電板 6 2は、発電スタックの積層方向の両端部に、発電スタックを挟むように配置されている。 2枚の絶縁板 6 3は、各絶縁板 6 3の外側にそれぞれ配置されている。

燃料電池 1 0 0は、さらに、積層体 6 0を積層方向に挟持するための挟持部材である 2枚のエンドプレー卜 1 0と、エンドプレー卜 1 0と積層体 6 0の間に介在する剪断弾性部材 5 0と、テンションプレー卜 2 0とを備えている。本実施例では、積層体 6 0の最外端に絶縁板 6 3が配置されているので、剪断弾性部材 5 0は、エンドプレー卜 1 0と絶縁板 6 3との間に配置されている。テンションプレー卜 2 0は、積層方向に沿って、積層体 6 0の側面の一部を覆うように配置されている。燃料電池 1 0 0は、テンションプレー卜 2 0がボル卜 3 0によって各エンドプレー卜 1 0に結合されることによって、積層体 6 0を、積層方向に所定の締結力 Pで締結する構造となっている。エンドプレー卜 1 0およびテンションプレー卜 2 0は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板 6 3は、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板 6 2は、緻密質カーボンや銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。図 1の上側に、積層体 6 0の側面のうち、テンションプレー卜 2 0に覆われた部分の拡大図を示す。当該拡大図に示すように、テンションプレー卜 2 0と積層体 6 0との間には緩衝部材 4 0が配置されている。緩衝部材 4 0は、弾性と絶縁性を有する材料、例えば、ゴムや、発泡樹脂により形成されている。緩衝部材 4 0は、例えば、 2 m m〜3 m m程度の厚さであり、テンションプレー卜 2 0によリ積層体 6 0の側面に所定の力で押さえ付けられていても良いし、押さえ付けられていなくても良い。

図 2を参照して、発電スタックの構成について説明を加える。発電スタックは、多数、例えば、数百枚の発電体 6 1がセパレー夕 8 0 (図 1では図示省略）を挟んで積層されたものである。

発電体 6 1は、図 2に示すように、膜電極接合体（以下、 M E Aともいう。）と M E Aの外周縁部に接合されたシール部 7を備えている。 M E Aは、図 2に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜 5と、電解質膜 5の一方の面に配置されたァノード（図示せず)、電解質膜 5の他方の面に配置された力ソード（図示せず) と、アノードおよび力ソードと、セパレータ 8 0との間にそれぞれ配置された拡散層 4、 6とを備えている。拡散層 4、 6は、反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）の流路として機能し、例えば、金属やカーボンを用いて構成された多孔体である。シール部 7は、セパレ一タ 8 0間および電極間をシールし、例えば、シリコンゴ厶、プチルゴ厶、フッ素ゴム等の樹脂材料を用いて構成される。シール部 7は、金型のキヤビティに M E Aの外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、 M E Aとシール部 7とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。

セパレー夕 8 0は、図 2に示すように、発電体 6 1の力ソード側に対向する力ソードプレー卜 8 と、アノード側に対向するアノードプレー卜 8 3と、カソードブレ一卜 8 1とアノードプレー卜 8 3とに挟持される中間プレー卜 8 2とを備えている。これらの 3枚の板は重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。各プレー卜 8 1 〜8 3は、例えば、 S U S (ステンレス）板によつて形成されている。

積層体 6 0には、反応ガスおよび冷却水を供給および排出するためのマ二ホールドが、発電スタックを積層方向に貫通するように設けられている。セパレータ 8 0には、上述したマ二ホールドに供給された反応ガスをアノードあるいはカソードに分配するための反応ガス流路、および、冷却水を循環させるための冷却水流路が形成されている。図 2にはこれらのマ二ホールドおよび流路のうち、酸化ガス供給マ二ホールド 1 4 0と、酸化ガス供給流路 8 4と、酸化ガス排出流路 8 5と、酸化ガス排出マ二ホールド 1 3 0とが示されており、矢印は酸化ガスの流動経路を示している。

図 1に戻って説明を続ける。燃料電池 1 0 0において、反応ガスおよび冷却水の発電スタックに対する供給および排出は、図 1における左側から行われる。このため、左側のエンドプレー卜 1 0、剪断弾性部材 5 0、絶縁板 6 3、集電板 6 2には、外部と発電スタックに設けられたマ二ホールドとを連通する貫通孔がそれぞれ設けられている（図示は省略する）。

図 3を参照して、剪断弾性部材 5 0の構成について説明する。本実施例における剪断弾性部材 5 0は、 4枚の弾性部材 5 1と、 3枚の剛性部材 5 2とを交互に積層 '接着して構成されている。弾性部材 5 1は、エチレンプロピレンジェンゴ厶（E P D M ) を用いて形成され、剛性部材 5 2は、ステンレス（S U S ) ゃセラミックスを用いて形成されている。弾性部材 5 1の厚さ t 〗は、例えば、 1 . 5〜4 . O m mに形成され、剛性部材 5 2の厚さ t 2は、例えば、 0 . 5〜1 . 5 m mに形成されている。

剪断弾性部材 5 0をこのような積層構造にすることにより、圧縮方向に対する弾性変形を抑制しつつ（圧縮弾性率を大きくしつつ）、剪断方向に対する弾性変形を大きく（剪断弾性率を小さく）することができる。ここで、剪断弾性部材 5 0 における圧縮方向は積層方向に平行な方向であり、剪断方向は積層方向と直交する方向である。なお、剪断弾性部材 5 0は、上記構成に限定されない。例えば、 4枚の弾性部材 5 1と 3枚の剛性部材 5 2とが交互に積層して接着され、さらに両端に金属部材を有する構成であっても良い。

図 4〜図 6を参照して、かかる積層構造によって、圧縮弾性率を抑制しつつ、剪断弾性率を大きくできる理由について説明する。図 4は、シミュレーションに用いたサンプルを示す図である。図 5は、シミュレーション結果を示すグラフである。図 6は、積層構造と単一構造の E P D Mを示す図である。

1辺の長さが 2 2 5 m mの正方形の E P D Mシート R Bを S U Sシート S Tで挟持したサンプル（図 4 ) について、シミュレーションを行った。シミュレーシヨンでは、厚さ Tの異なる複数のサンプルについて圧縮変位と剪断変位を測定した。図 4に示すように、圧縮変位は圧縮力 F〗を付与した場合における積層方向の変形量であり、剪断変位は剪断力 F 2を付与した場合における剪断方向の変形量である。本試験では、圧縮力 F 1および剪断力 F 2はそれぞれ 5000 N (二ユー卜ン）とした。

図 5のグラフにその結果を示す。剪断変位は、 E P DMシート R Bの厚さ Tに比例して大きくなる。一方、圧縮変位は、厚さ Tの増大に対して概ね 2次曲線状に大きくなる。すなわち、圧縮変位は、 E P DMシート R Bの厚さ Tが 4. Om m以下の範囲にある場合には厚さ Tが増大に対してゆるやかに増大し、厚さ丁が 4. 0を超えた辺りから厚さ Tの増大に対して急激に増大する。したがって、 E P DMシート R Bの厚さ Tが薄くなる程、剪断変位の圧縮変位に対する比率は大きくなる。

具体的には、図 5に示すように、 E P DMシート R Bの厚さ Tが 9 mmであるとき、圧縮変位約 3. 45x1 0 ³mmに対して剪断変位は 0. 9mm (剪断変位 Z圧縮変位 260) であるが、 E P DMシー卜 R Bの厚さ Tが 3 mmであるとき、圧縮変位 0. 1 3x1 0— ³mmに対して剪断変位は 0. 3mm (剪断変位圧縮変位 2300) である。この結果、厚さ 3 mmの E P DMシート R B 2 を薄いステンレス板 STを挟んで 3枚積層した部材（図 6 (a)) と、単一の厚さ 9mmのE PDMシー卜R B 3 (図 6 (b)) とを比較すると、剪断変位は同じであるが、圧縮変位は 3枚積層した部材の方が大幅に小さくなることが解る。以上説明した本実施例における燃料電池 1 00によれば、剪断弾性部材 50をエンドプレー卜 1 0と積層体 60との間に配置しているので、剪断弾性部材 50 の免震効果により、燃料電池 1 00に加えられた衝撃や振動が積層体 60に伝わるのを抑制することができる。この結果、燃料電池 1 00の耐衝撃性および耐振動性を向上することができる。

さらに、燃料電池 1 00は、剪断弾性部材 50が配置されることにより、燃料電池 1 00に対して衝撃や振動が加えられたときに、緩衝部材 40から積層体 6 0に付与される反力が増大するので、燃料電池 1 00に加えられた衝撃や振動が積層体 6 0に伝わるのを、より抑制することができる。この結果、燃料電池 1 0 0の耐衝撃性および耐振動性をよリ向上することができる。

図 7および図 8を説明して、より詳しく説明する。図 7は、実施例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図 8は、従来の燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図 7および図 8では、各部分の寸法比を、理解の容易のために適宜変更して表現している。例えば、図 7および図 8では、緩衝部材 4 0およびテンションプレー卜 2 0の上下方向の寸法を拡大して示している。また、積層体 6 0の上下方向の変形量を大きく描写している。

燃料電池 1 0 0に対する衝撃や振動より外力 Fが、図 7、 8の上から下に向けて、積層体 6 0に負荷されたとする。かかる場合、本実施例における燃料電池 1 0 0 (図 7 ) では、積層体 6 0ょリ剪断方向に弾性変形しやすい（積層体 6 0よリ剪断弾性率が小さい）剪断弾性部材 5 0が剪断変形することにより、積層体 6 0全体が、図 7の下方向に変位する。そうすると、積層体 6ひ全体が、図 7の下側の緩衝部材 4 0を圧縮するので、緩衝部材 4 0から積層体 6 0に対して大きな反力 Qが付与される。この結果、本実施例において、積層体 6 0に加えられる最大の剪断応力 f は、（F— Q) 2となる。

一方、従来における燃料電池 1 0 0 b (図 8 ) は、剪断弾性部材 5 0が備えられていない。この結果、外力 Fが負荷されたと場合、従来における燃料電池 1 0 O bでは、積層体 6 0がエンドプレー卜 1 0に固定されているので、積層体 6 0 が、実施例における燃料電池 1 0 0ほど、下方向に変位することができない。そうすると、図 7の下側の緩衝部材 4 0から積層体 6 0に対して付与される反力 q は、実施例における燃料電池 1 0 0における反力 Qより小さくなつてしまう（q < Q)oこの結果、従来おいて、積層体 6 0に加えられる最大の剪断応力 f b = ( F 一 q ) Z 2は、本実施例における上述した最大の剪断応力 f は、（F— Q) Z 2より大きくなることが解る。すなわち、本実施例では剪断弾性部材 5 0を備えることにより、従来と比較して、積層体 6 0にかかる剪断応力が低減されることが解る。この結果、燃料電池 1 0 0の耐衝撃性および耐振動性をより向上することができる。

さらに、本実施例における剪断弾性部材 5 0は、図 3に示すような積層構造を有することにより、圧縮方向に対する弾性変形を抑制しつつ（圧縮弾性率を大きくしつつ）、剪断方向に対する弾性変形を大きく（剪断弾性率を小さく）している。したがって、剪断弾性部材 5 0は積層方向に変形し難く、積層体 6 0の積層方向への変位は抑制される。この結果、積層体 6 0の側面と緩衝部材 4 0とが積層方向にずれて擦れ合うことを抑制して、積層方向の耐衝撃性および耐振動性を確保できる。積層体 6 0の側面と緩衝部材 4 0とが擦れ合うことは、積層体 6 0において各発電体 6 1間のシール性不良を引き起こすおそれがあるので好ましくない。ここで、剪断弾性部材 5 0の外側の端部に位置する弾性部材 5 1は、エンドプレー卜 1 0に十分な強度で接着されていることが好ましく、剪断弾性部材 5 0の内側の端部に位置する弾性部材 5 1は、積層体 6 0の端部、すなわち、絶縁板 6 3に十分な強度で接着されていることが好ましい。特に、反応ガスおよび冷却水の全部または一部が供給される側（図 1の例では左側）の剪断弾性部材 5 0においては、十分な強度の接着がなされていることが好ましい。図 9は、反応ガス Z 冷却水漏れの態様を説明する説明図である。もし、この接着が十分でないと、図 9に示すように、剪断弾性部材 5 0とエンドプレー卜 1 0との間、もしくは、剪断弾性部材 5 0と積層体 6 0との間に隙間 N Tが生じてしまい、反応ガスや冷却水の漏れが生じるおそれがあるからである。具体的には、剪断弾性部材 5 0とェンドプレー卜 1 0との間、もしくは、剪断弾性部材 5 0と積層体 6 0との間の接着面のうち、少なくとも周縁部は十分な強さで接着されていることが好ましい。

B . 変形例：

·第 1変形例：

剪断弾性部材 5 0における弾性部材 5 1の積層数は、実施例のように、 4層には限られない。また、剪断弾性部材 5 0の端面は、実施例では、両端とも弾性部材 5〗であるがこれに限られない。

図 1 0は、第 1変形例における剪断弾性部材を示す図である。図 1 0に示す剪断弾性部材 5 0 bのように弾性部材 5 1は 2層であっても良い。かかる層数は、燃料電池 1 0 0の仕様に応じて、要求される耐衝撃性耐振動性を確保できる程度に十分な剪断方向の弾性変形量を確保しつつ、ガス漏れ等が発生しない程度に積層方向の弾性変形量を抑制できるように、適宜変更されて良い。例えば、燃料電池 1 0 0が車載される場合など、高い耐衝撃性 Z耐振動性が要求される場合には、高い剪断方向の弾性変形量を確保するため、弾性部材 5 1の層数は、 5層以上であっても良い。また、燃料電池 1 0 0が住居に設置される場合など、あまり高い耐衝撃性 Z耐振動性が要求されない場合、弾性部材 5 1は 1層（剛性部材 5 2はなし）でも良い。

また、図 1 0に示す剪断弾性部材 5 0 bのように、剪断弾性部材の端面は、両端とも剛性部材 5 2であっても良い。かかる場合には、剪断弾性部材 5 0の外側の端部に位置する弾性部材 5 1は、エンドプレー卜 1 0に十分な強度で接着され、剪断弾性部材 5 0 bの内側の端部に位置する剛性部材 5 2は、積層体 6 0の端部、すなわち、絶縁板 6 3に十分な強度で接着されるのが好ましい。

ただし、図 1 0に示すように剪断弾性部材の端面が剛性部材 5 2である場合、剛性部材 5 2に十分な剛性がぁリ、図 9に示すような隙間 N Tを生じるおそれがない場合には、当該端部の剛性部材 5 2と、当該端部の剛性部材 5 2と積層方向に接する部材（例えば、エンドプレー卜 1 0、または、絶縁板 6 3 ) との間は接着を省いても良い。こうすれば、接着工程が不要なだけ、燃料電池 1 0 0の組み立て工程を削減し、組み立て容易となる。なお、実施例のように剪断弾性部材 5 0の両端が弾性部材 5 1である場合には、接着工程を要するが、剛性部材 5 2の数を少なく、部品点数が低減できる。

•第 2変形例：上記実施例における剪断弾性部材 5 0において、複数の弾性部材 5 1は、 E P D Mを用いて形成されているが、これに限られない。弾性部材 5 1は、ゴム弾性を有する各種材料、例えば、ゴムやエラス卜マーを用いて形成されるのが好ましい。具体的には、シリコン系ゴム、プチルゴ厶、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン■プロピレン系ゴム、スチレン系エラス卜マー、フッ素系ェラス卜マーなどが用いられ得る。ゴム弾性（rubber elasticity) とは、高分子鎖の伸び縮み（ミクロブラウン運動）によって起こる弾性をいう。また、弾性部材 5 1は、燃料電池 1 0 0に求められる耐衝撃性耐振動性によっては、ゴム弾性を有していなくとも、ある程度、剪断方向に弾性変形する材料で形成して良いこともあり得る。この場合においても、弾性部材 5 1は、剪断方向の弾性変形量が、積層体 6 0の剪断方向の弾性変形量よリ大きい材料であることが好ましい。

•第 3変形例：

上記実施例における剪断弾性部材 5 0において、複数の弾性部材 5 1は剛性部材 5 2を挟んで積層されているが、複数の弾性部材 5 1は、剛性部材 5 2に限らず弾性部材 5 1より積層方向に圧縮変形しない部材を挟んで積層されていれば良い。例えば、剛性部材 5 2に代えて、金属やセラミックスほどの剛性はないがゴ厶弾性を有しない部材、例えば、高強度繊維で編まれた布、プラスチックを用いても良い。

'第 4変形例：

上記実施例における緩衝部材 4 0は、様々な構造および材料を採用することができる。例えば、緩衝部材 4 0は、積層体 6 0との接する絶縁する絶縁層と、絶縁層とテンションプレー卜 2 0との間に配置され、反力を生み出すための緩衝層との 2層構造を有しても良い。例えば、絶縁層はフッ素系樹脂、緩衝層は発泡ゥレタン、フッ素ゴム、フッ素系エラス卜マーなどが用いられ得る。また、緩衝部材 4 0は、空気を充填した袋状の部材を用いることもできる。

，第 5変形例：上記実施例における緩衝部材 4 0は省略することもできる。かかる場合には、テンションプレー卜 2 0は、金属に代えて絶縁性の材料を使用する、あるいは、絶縁層を塗布するなどにより、積層体 6 0を構成する複数の発電体 6 1どうしの短絡を引き起こさないように構成される。図 1 1および図 1 2を参照して、緩衝部材 4 0を備えない燃料電池を第 5変形例として説明する。図 1 1は、第 5変形例における燃料電池を示す概略図である。図 1 2は、第 5変形例における燃料電池に側面から力が加えられたときの挙動を説明する図である。図 1 1および図 1 2では、上述した図 7および図 8と同様に、各部分の寸法比を、理解の容易のために適宜変更して表現している。

第 5変形例における燃料電池 1 0 0 cは、緩衝部材 4 0が備えられていない点で、実施例における燃料電池 1 0 0と異なる。また、第 5変形例における燃料電池 1 0 0 cでは、緩衝部材 4 0が無い分、テンションプレート 2 0は、積層体 6 0の側面により近くに位置しており、テンションプレー卜 2 0と積層体 6 0の側面の間には、空間 S Pが設けられている。第 5変形例における燃料電池 1 0 0 c のそれ以外の構成は、実施例における燃料電池 1 0 0と同一であるので、その説明を省略する。

燃料電池 1 0 0 cに対する衝撃や振動より外力 Fが、図 1 2の上から下に向けて、積層体 6 0に負荷されたとする。かかる場合、本変形例における燃料電池 1 0 0 cでは、実施例における燃料電池 1 0 0と同様に、剪断弾性部材 5 0が剪断変形することにより、積層体 6 0全体が、図 7の下方向に変位する。そうすると、積層体 6 0全体が、図〗 2に示すように、下側の緩衝部材 4 0に接触して撓ませる。この結果、橈んだテンションプレー卜 2 0から積層体 6 0に対して反力 Q' が付与される。この結果、本実施例において、積層体 6 0に加えられる最大の剪断応力は、反力 Q'によって低減される（f = ( F - Q') 2。この結果、この結果、燃料電池 1 0 0 cの耐衝撃性および耐振動性を向上することができる。 •第 6変形例：上記実施例では、積層体 6 0の両端にそれぞれ剪断弾性部材 5 0を配置しているが、片側の端にのみ剪断弾性部材 5 0を配置することとしても良い。例えば、あまり高い耐衝撃性 Z耐振動性が要求されない場合には、剪断弾性部材 5 0を片側のみに配置することが考えられる。

·その他の変形例：

実施例における絶縁板 6 3は、剪断弾性部材 5 0が十分な絶縁性を有している場合には、省略されても良い。かかる場合には、剪断弾性部材 5 0は、集電板 6 2に接触 ·接着される。

上記各実施例では、セパレータ 8 0は 3層の金属板を積層した構成であり、平坦な形状であるとしているが、セパレー夕 8 0の構成および材料は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ 8 0の形状は他の任意の形状とすることが可能である。

以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施例および変形例を参照して詳細に説明した。しかし、本願発明は、以上で説明した実施例および変形例に限定されるものではない。そして、本願発明は、様々な変形や均等な構成を含むものである。さらに、開示された発明の様々な要素は、様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、それらは例示的な物であり、各要素はより多くてもよく、また少なくてもよい。そして、要素は一つであってもよい。それらの態様は本願発明の範囲に含まれるものである。

本出願は、 2 0 0 6年 1 2月 2 7日に出願された日本特許出願 2 0 0 6— 3 5 0 9 0 5号に関連すると共に、該日本特許出願に基づき優先権を主張しており、該日本出願の全開示内容は、参照のために、この明細書に組み込まれる。

Claims

請求の範囲

1 . 電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ設けられた電極とを有する発電体を用いる燃料電池であって、

積層された複数の前記発電体を含む積層体と、

前記積層体を積層方向に挟持するための挟持部材と、

前記積層体の積層方向の端面と前記挟持部材との間に介在すると共に、前記積層方向と直交する剪断方向に弾性変形する剪断弾性部材と、

を備える、燃料電池。

2 . 請求項 1に記載の燃料電池において、

前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有するゴム弾性部材を含む、燃料電池。

3 . 請求項 1または請求項 2に記載の燃料電池において、

前記剪断弾性部材の前記剪断方向の弾性変形量は、前記積層体の前記剪断方向の弾性変形量より大きい燃料電池。

4 . 請求項 1ないし請求項 3のいずれかに記載の燃料電池において、

前記剪断弾性部材は、前記積層方向に他の部材と接する接触面を有し、前記接触面のうち少なくとも周縁部は、前記他の部材に接着されている、燃料電池。

5 . 請求項 1ないし請求項 4のいずれかに記載の燃料電池において、

前記剪断弾性部材は、ゴム弾性を有する複数のゴム弾性部材と、前記複数のゴ厶弾性部材ょリ積層方向の圧縮変形量が小さい 1または複数の小変形部材を含み、前記複数のゴム弾性部材は、小変形部材を介して積層されている、燃料電池。

6 . 請求項 5に記載の燃料電池において、

前記剪断弾性部材は、少なくとも積層方向の一方の端部が前記小変形部材であリ、前記端部の小変形弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接している、燃料電池。

7 . 請求項 5に記載の燃料電池において、

前記弾性部材は、少なくとも積層方向の一方の端部がゴム弾性部材であり、前記端部のゴム弾性部材は、前記挟持部材または前記積層体に接している、燃料電池。

8 . 請求項 1ないし請求項 7に記載の燃料電池は、さらに、

前記積層体が前記剪断方向に変位した場合に、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部に反力を与える反力付与部材を備える、燃料電池。

9 . 請求項 8に記載の燃料電池は、

さらに、前記積層体の積層方向に沿う側面の少なくとも一部を覆うプレー卜を備え、

前記反力付与部材は、前記積層体と前記プレー卜との間に配置された緩衝特性を有する緩衝部材である、燃料電池。

1 0 . 請求項 1ないし請求項 9のいずれかに記載の燃料電池において、前記積層体は、さらに、前記積層された複数の前記発電体と、前記挟持部材との間に配置された集電板を含む、燃料電池。

1 1 . 請求項 1 0に記載の燃料電池において、前記積層体は、さらに、前記集電板と前記挟持部材との間に配置された絶縁板を含む、燃料電池。