特開 2023-161864 燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161864

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/248 20160101AFI20231031BHJP

【ＦＩ】

H01M8/248

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072475

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】島倉 泰博

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA25

5H126JJ00

(57)【要約】

【課題】エンドプレートからセルスタックに作用する圧力が高くなることを抑制できる燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、セルスタック１１と、エンドプレート１２と、を備える。セルスタック１１は、複数の燃料電池セル１３を厚さ方向に積層することによって形成されている。エンドプレート１２は、セルスタック１１における燃料電池セル１３の積層方向の両側にそれぞれ配置され、互いに締結されることによってセルスタック１１を上記積層方向に押圧する。エンドプレート１２は、セルスタック１１に接する第１部材１５と、その第１部材１５の周囲を囲む第２部材１６と、を備える。第１部材１５は、第２部材１６よりも熱膨張係数の小さい材料によって形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルスタックと、エンドプレートと、を備え、
前記セルスタックは、複数の燃料電池セルを厚さ方向に積層することによって形成されており、
前記エンドプレートは、前記セルスタックにおける前記燃料電池セルの積層方向の両側にそれぞれ配置され、互いに締結されることによって前記セルスタックを前記積層方向に押圧するものとされている燃料電池において、
前記エンドプレートは、前記セルスタックに接する第１部材と、その第１部材の周囲を囲む第２部材と、を備え、
前記第１部材は、前記第２部材よりも熱膨張係数の小さい材料によって形成されている燃料電池。

【請求項2】

前記エンドプレートの前記第１部材は、前記セルスタックにおける前記エンドプレートに接する箇所のうち、発熱量が他の箇所よりも大きい箇所に接するように配置されている請求項１に記載の燃料電池。

【請求項3】

前記第１部材は、前記セルスタックにおける前記エンドプレートに接する箇所のうち、発熱量が他の箇所よりも大きい箇所全体と接する形状に形成されている請求項２に記載の燃料電池。

【請求項4】

前記第２部材は、前記第１部材よりも熱伝導率の高い材料によって形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池。

【請求項5】

前記第１部材は、前記第２部材に囲まれつつ前記エンドプレートの外部に露出している請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、セルスタックとエンドプレートとを備えた燃料電池が記載されている。この燃料電池のセルスタックは、複数の燃料電池セルを厚さ方向に積層することによって形成されている。燃料電池のエンドプレートは、セルスタックにおける燃料電池セルの積層方向の両側にそれぞれ配置されている。これらエンドプレートは、外縁部同士をボルト等によって互いに締結することにより、セルスタックを上記積層方向に押圧するものとなっている。

【0003】

燃料電池は、セルスタックの各燃料電池セルに対し水素等の燃料ガスと空気等の酸化ガスとを供給することによって発電を行う。上記燃料電池では、セルスタックを上述したように燃料電池セルの積層方向に押圧することにより、次のような効果が得られる。すなわち、燃料電池セル内及び燃料電池セル同士の電気抵抗（接触抵抗）を低減したり、燃料電池セル内及び燃料電池セル同士における燃料ガス及び酸化ガスといった流体のシール性を確保したりすることができる。その結果、燃料電池の性能を十分に発揮できる。

【0004】

特許文献１には、エンドプレートの母材の内部に、その母材よりも熱膨張係数の大きいスチール補強材を埋め込むことが記載されている。この場合、エンドプレートの製造時にスチール補強材が母材よりも大きく熱膨張することにより、湾曲したエンドプレートを形成することができる。そして、湾曲するエンドプレートを、セルスタックに向けて突出した状態となるよう、同セルスタックにおける上記積層方向の両側に配置する。この状態で、エンドプレートにおける外縁同士をボルト等によって互いに締結することにより、セルスタックがエンドプレートによって上記積層方向に押圧される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－１１７３２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、燃料電池の発電に伴ってセルスタックが発熱するときには、セルスタックの熱がエンドプレートにおけるセルスタックと接触している箇所に伝達されやすくなる。このため、エンドプレートにおけるセルスタックと接触している箇所は、熱膨張しやすくなる。一方、エンドプレートにおけるセルスタックと接触している箇所の周囲、すなわちエンドプレートの外縁は、熱膨張しにくくなる。

【0007】

上述したように、エンドプレートにおけるセルスタックに接触する箇所は、その箇所の周囲よりも熱膨張しやすい。このため、上記箇所がその周囲よりも大きく熱膨張することにより、上記箇所によるセルスタックに対する上記積層方向についての押圧が強くなるおそれがある。そして、上記箇所によるセルスタックに対する押圧が強くなると、上記箇所からセルスタックに作用する圧力が、燃料電池の性能を低下させるほど高くなるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料電池は、セルスタックと、エンドプレートと、を備える。セルスタックは、複数の燃料電池セルを厚さ方向に積層することによって形成されている。エンドプレートは、セルスタックにおける燃料電池セルの積層方向の両側にそれぞれ配置され、互いに締結されることによってセルスタックを上記積層方向に押圧する。上記エンドプレートは、セルスタックに接する第１部材と、その第１部材の周囲を囲む第２部材と、を備える。上記第１部材は、上記第２部材よりも熱膨張係数の小さい材料によって形成されている。

【0009】

上記構成によれば、エンドプレートにおけるセルスタックに接する第１部材の熱膨張係数が、その第１部材の周囲を囲む第２部材の熱膨張係数よりも小さくされる。その結果、発電時におけるセルスタックの発熱に伴ってエンドプレートが熱膨張するとき、エンドプレートの第１部材が、その第１部材の周囲に位置する第２部材よりも、熱膨張しにくくなる。このため、セルスタックの発熱に伴ってエンドプレートが熱膨張するとき、エンドプレートの第１部材が第２部材よりも大きく熱膨張することは抑制される。そして、第１部材が第２部材よりも大きく熱膨張することを抑制することにより、第１部材によるセルスタックに対する上記積層方向についての押圧が強くなることを抑制できる。従って、第１部材によるセルスタックに対する上記積層方向についての押圧が強くなることに伴い、第１部材からセルスタックに作用する圧力が、燃料電池の性能を低下させるほど高くなることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】燃料電池を示す略図。

【図2】上記燃料電池のエンドプレートを図１のセルスタック側から見た状態を示す底面図。

【図3】エンドプレートにおける第１部材の他の例を示す底面図。

【図4】エンドプレートにおける第１部材の他の例を示す底面図。

【図5】燃料電池におけるエンドプレートの他の例を示す略図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、燃料電池の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池は、セルスタック１１とエンドプレート１２とを備えている。セルスタック１１は、複数の燃料電池セル１３を厚さ方向に積層することによって形成されている。燃料電池は、セルスタック１１の各燃料電池セル１３に対し、水素等の燃料ガスと空気等の酸化ガスとを供給することによって発電を行う。また、セルスタック１１の各燃料電池セル１３には、冷却水等の冷媒も流される。燃料ガス、酸化ガス、及び冷媒といった流体は、セルスタック１１における各燃料電池セル１３を通過した後、セルスタック１１の外部に排出される。

【0012】

エンドプレート１２は、セルスタック１１を燃料電池セル１３の積層方向の両側にそれぞれ配置されている。これらエンドプレート１２は、外縁部同士をボルト１４によって互いに締結することにより、セルスタック１１を上記積層方向に押圧している。燃料電池では、セルスタック１１を上述したように燃料電池セル１３の層方向に押圧することにより、次のような効果が得られる。すなわち、燃料電池セル１３内及び燃料電池セル１３同士の電気抵抗（接触抵抗）を低減したり、燃料電池セル１３内及び燃料電池セル１３同士における燃料ガス、酸化ガス、及び冷媒といった流体のシール性を確保したりすることができる。その結果、燃料電池の性能を十分に発揮できる。

【0013】

＜エンドプレート１２＞
図２は、図１のエンドプレート１２をセルスタック１１側から見た状態を示している。図１及び図２に示すように、エンドプレート１２は、セルスタック１１に接する第１部材１５と、その第１部材１５周囲を囲む第２部材１６と、を備えている。第１部材１５は、第２部材１６に対し固定されている。第１部材１５は、第２部材１６よりも熱膨張係数の小さい材料によって形成されている。第２部材１６は、第１部材１５よりも熱伝導率の高い材料によって形成されている。

【0014】

次に、本実施形態の燃料電池の作用効果について説明する。
（１）エンドプレート１２におけるセルスタック１１に接する第１部材１５の熱膨張係数が、その第１部材１５の周囲を囲む第２部材１６の熱膨張係数よりも小さくされる。その結果、発電時におけるセルスタック１１の発熱に伴ってエンドプレート１２が熱膨張するとき、エンドプレート１２の第１部材１５が、その第１部材１５の周囲に位置する第２部材１６よりも、熱膨張しにくくなる。

【0015】

このため、セルスタック１１の発熱に伴ってエンドプレート１２が熱膨張するとき、エンドプレート１２の第１部材１５が第２部材１６よりも大きく熱膨張することは抑制される。そして、第１部材１５が第２部材１６よりも大きく熱膨張することを抑制することにより、第１部材１５によるセルスタック１１に対する上記積層方向についての押圧が強くなることを抑制できる。従って、第１部材１５によるセルスタック１１に対する上記積層方向についての押圧が強くなることに伴い、第１部材１５からセルスタック１１に作用する圧力が、燃料電池の性能を低下させるほど高くなることを抑制できる。

【0016】

（２）第１部材１５の周囲に配置されている第２部材１６は、第１部材１５よりも熱伝導率の高い材料によって形成されている。このため、セルスタック１１の熱がエンドプレート１２の第１部材１５に伝達されたとき、その熱を第２部材１６からエンドプレート１２の外部に効率よく放出することができる。

【0017】

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・エンドプレート１２の第１部材１５は、セルスタック１１におけるエンドプレート１２に接する箇所のうち、発熱量が他の箇所よりも大きい箇所に接するように配置されていてもよい。この場合、第１部材１５は、セルスタック１１におけるエンドプレート１２に接する箇所のうち、発熱量が他の箇所よりも大きい箇所全体と接する形状に形成されていることが好ましい。こうした第１部材１５の例を図３及び図４に示す。

【0018】

上記構成によれば、セルスタック１１の熱がエンドプレート１２に伝達されたとき、第１部材１５は第２部材１６よりも高温になりやすい。しかし、第１部材１５の熱膨張係数が第２部材１６の熱膨張係数よりも小さいため、第１部材１５は第２部材１６よりも熱膨張しにくい。従って、第１部材１５が第２部材１６よりも大きく熱膨張することを抑制でき、第１部材１５によるセルスタック１１に対する上記積層方向についての押圧が強くなることを抑制できる。

【0019】

・エンドプレート１２の第２部材１６に放熱のための加工を施してもよい。
・図５に示すように、第１部材１５は、第２部材１６に囲まれつつエンドプレート１２の外部に露出するものとしてもよい。この場合、セルスタック１１の熱がエンドプレート１２の第１部材１５に伝達されたとき、その熱を第１部材１５からエンドプレート１２の外部に効率よく放出することができる。また、第１部材１５に放熱のための加工を施してもよい。

【符号の説明】

【0020】

１１…セルスタック
１２…エンドプレート
１３…燃料電池セル
１４…ボルト
１５…第１部材
１６…第２部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】