特開 2023-8148 エンドプレート、及びそれを具備する燃料電池

(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】P2023008148

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】エンドプレート、及びそれを具備する燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2465 20160101AFI20230112BHJP

   H01M 8/248 20160101ALI20230112BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230112BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2465

H01M8/248

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111474

(22)【出願日】2021-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】000207791

【氏名又は名称】大豊工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100162031

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 豊彦

(74)【代理人】

【識別番号】100175721

【弁理士】

【氏名又は名称】高木 秀文

(72)【発明者】

【氏名】福田 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 悠太

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA23

5H126AA25

5H126AA28

5H126BB06

5H126HH03

5H126HH04

(57)【要約】

【課題】製造コストの削減を図ることが可能なエンドプレートを提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セルを配列することで形成されたセル群２０の端部に設けられたターミナル部材（ターミナルプレート３０）と隣接するように配置されるエンドプレートであって、本体部（スタックマニホールド本体４１及びプレッシャプレート本体５１）と、シリカ系コーティング剤により形成され、前記本体部と前記ターミナル部材とを絶縁するコーティング層（コーティング層４２及びコーティング層５２）と、を具備した。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池セルを配列することで形成されたセル群の端部に設けられたターミナル部材と隣接するように配置されるエンドプレートであって、
本体部と、
シリカ系コーティング剤により形成され、前記本体部と前記ターミナル部材とを絶縁するコーティング層と、
を具備するエンドプレート。

【請求項2】

前記コーティング層は、
前記本体部に前記シリカ系コーティング剤を吹き付けるスプレー工法、又は、前記シリカ系コーティング剤に前記本体部を浸漬するディッピング工法によって、前記本体部に前記シリカ系コーティング剤を塗布して形成されている、
請求項１に記載のエンドプレート。

【請求項3】

前記エンドプレートは、
前記セル群を配列方向に圧縮する加圧部材である、
請求項１又は請求項２に記載のエンドプレート。

【請求項4】

前記エンドプレートは、
前記セル群に供給される流体の流路が形成された流路部材である、
請求項１又は請求項２に記載のエンドプレート。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のエンドプレートを具備する、
燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池に用いられるエンドプレート、及びそれを具備する燃料電池の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池に用いられるエンドプレート、及びそれを具備する燃料電池の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

【0003】

特許文献１には、複数の燃料電池セルを配列してなる電池セル群、並びに、その電池セル群の各端部に配設されたターミナルプレート及びエンドプレートを備える燃料電池（燃料電池スタック）が開示されている。

【0004】

特許文献１に記載の燃料電池において、エンドプレートは金属板材により構成され、そのエンドプレートの表面には、電着塗装法によって絶縁層（樹脂層）が形成されている。これによって、ターミナルプレートとエンドプレートとを電気的に絶縁することができる。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のように、絶縁層を形成するために電着塗装法を用いる場合、設備が大型で管理が複雑なため、燃料電池の製造コストが高くなる点で不利であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４９１３４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、製造コストの削減を図ることが可能なエンドプレート、及びそれを具備する燃料電池を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

【0009】

即ち、請求項１においては、複数の燃料電池セルを配列することで形成されたセル群の端部に設けられたターミナル部材と隣接するように配置されるエンドプレートであって、本体部と、シリカ系コーティング剤により形成され、前記本体部と前記ターミナル部材とを絶縁するコーティング層と、を具備するものである。

【0010】

請求項２においては、前記コーティング層は、前記本体部に前記シリカ系コーティング剤を吹き付けるスプレー工法、又は、前記シリカ系コーティング剤に前記本体部を浸漬するディッピング工法によって、前記本体部に前記シリカ系コーティング剤を塗布して形成されているものである。

【0011】

請求項３においては、前記エンドプレートは、前記セル群を配列方向に圧縮する加圧部材である。

【0012】

請求項４においては、前記エンドプレートは、前記セル群に供給される流体の流路が形成された流路部材である。

【0013】

請求項５においては、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のエンドプレートを具備するものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0015】

請求項１においては、製造コストの削減を図ることができる。すなわち、シリカ系コーティング剤を用いることで、当該コーティング剤をスプレー工法又はディッピング工法によって隣接部材に塗布することができるため、設備の小型化・簡素化が可能となり、ひいてはエンドプレートの製造コストの削減を図ることができる。

【0016】

請求項２においては、製造コストの削減を図ることができる。

【0017】

請求項３においては、加圧部材とターミナル部材とを絶縁することができる。

【0018】

請求項４においては、流路部材とターミナル部材とを絶縁することができる。

【0019】

請求項５においては、製造コストの削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの正面模式図。

【図2】（ａ）図１のＡ部分拡大図。（ｂ）図１のＢ部分拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下では、本発明に係る燃料電池の一実施形態に係る燃料電池スタック１について説明する。

【0022】

図１に示す燃料電池スタック１は、燃料電池の最小単位である燃料電池セルを配列して結合したものであり、電気化学反応により発電を行うものである。燃料電池スタック１は、例えば車両に搭載されたモータ等を駆動させる電源として用いられる。燃料電池スタック１としては、例えば高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等を採用可能である。燃料電池スタック１は、主としてスタックケース１０、セル群２０、ターミナルプレート３０、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０を具備する。

【0023】

スタックケース１０は、後述するセル群２０（配列された燃料電池セル）を収容するものである。スタックケース１０の形状は特に限定されるものではないが、後述するセル群２０を収容可能な形状（例えば、中空の箱状や、枠状等）に形成される。スタックケース１０の一端部（図例では、左端部）は開放され、後述するスタックマニホールド４０によって閉塞される。

【0024】

セル群２０は、燃料電池セルを所定の配列方向（図例では、左右方向）に沿って配列して形成されるものである。燃料電池セル（単セル）は、固体高分子膜（電解質膜）を電極板で挟み、それをさらにガス流路が形成されたセパレータで挟むことで形成される。セル群２０は、スタックケース１０の内側に配置される。

【0025】

ターミナルプレート３０は、セル群２０の両端（燃料電池セルの配列方向の両端）に配置され、セル群２０で発電された電力を外部に取り出すためのものである。ターミナルプレート３０は板状に形成される。ターミナルプレート３０は、セル群２０と共にスタックケース１０に収容され、一部（図例では、上部）がスタックケース１０の外部に突出するように配置される。なお以下では、左右のターミナルプレート３０を区別するために、左側に配置されたターミナルプレート３０をターミナルプレート３０Ｌ、右側に配置されたターミナルプレート３０をターミナルプレート３０Ｒとそれぞれ称する場合がある。

【0026】

スタックマニホールド４０は、セル群２０に供給される流体（水素、空気、冷却水等）が流通可能な流路が形成された部材である。図１及び図２（ａ）に示すように、スタックマニホールド４０は、主としてスタックマニホールド本体４１及びコーティング層４２を具備する。なお、図２（ａ）は、図１のＡ部分を拡大したものである。また、図２（ａ）では便宜上、コーティング層４２をハッチングで示している。

【0027】

スタックマニホールド本体４１は、スタックマニホールド４０の主たる構造体を成すものである。スタックマニホールド本体４１は、例えばアルミダイカストにより形成される。スタックマニホールド本体４１は、スタックケース１０の左端部を閉塞するように配置され、当該スタックケース１０に固定される。スタックマニホールド本体４１は、後述するコーティング層４２を介してターミナルプレート３０Ｌに左方から当接する。

【0028】

コーティング層４２は、スタックマニホールド本体４１とターミナルプレート３０Ｌとを絶縁する（絶縁性を有する）ものである。コーティング層４２は、スタックマニホールド本体４１のうち、ターミナルプレート３０Ｌと接する面に形成される。コーティング層４２は、シリカ系コーティング剤により形成される。シリカ系コーティング剤としては、ポリシラザン、コロイダルシリカ等を用いることが可能である。本実施形態では、コーティング層４２の厚みを５～２０ミクロン程度とすることを想定している。コーティング層４２は、スタックマニホールド本体４１の表面にシリカ系コーティング剤を塗布した後、焼成（熱処理）することで形成することができる。

【0029】

シリカ系コーティング剤は、スプレー工法、ディッピング工法等によってをスタックマニホールド本体４１に塗布することが可能である。スプレー工法とは、シリカ系コーティング剤をスタックマニホールド本体４１の表面に吹き付けて塗布する工法である。スプレー工法では、シリカ系コーティング剤の吹き付け量を調整することで、コーティング層４２の厚みを調整することが可能である。

【0030】

また、ディッピング工法とは、シリカ系コーティング剤の液中にスタックマニホールド本体４１を浸漬して、スタックマニホールド本体４１の表面にシリカ系コーティング剤を塗布する工法である。ディッピング工法では、シリカ系コーティング剤の粘度、浸漬したスタックマニホールド本体４１を液中から引き上げる速度等を調整することで、コーティング層４２の厚みを調整することが可能である。

【0031】

このようにスプレー工法やディッピング工法では、電着塗装法のように電気を流す必要がないため、スタックマニホールド本体４１の導電性の有無にかかわらずシリカ系コーティング剤を塗布することができる。また、スプレー工法やディッピング工法を用いることで、スタックマニホールド本体４１の表面が複雑な形状を有していたとしても、シリカ系コーティング剤を容易に塗布することができる。

【0032】

スタックマニホールド本体４１に塗布されたシリカ系コーティング剤は、焼成（熱処理）されることで硬化し、コーティング層４２として形成される。焼成温度は適宜選択することが可能であるが、本実施形態では１５０℃以下（１００℃程度）の比較的低温で所定の時間焼成することを想定している。このように比較的低温で焼成することで、アルミダイカストにより形成されたスタックマニホールド本体４１の内部欠陥、ひずみ等の発生を抑制することができる。

【0033】

プレッシャプレート５０は、セル群２０を配列方向に圧縮するものである。図１及び図２（ｂ）に示すように、プレッシャプレート５０は、主としてプレッシャプレート本体５１及びコーティング層４２を具備する。なお、図２（ｂ）は、図１のＢ部分を拡大したものである。また、図２（ｂ）では便宜上、コーティング層５２をハッチングで示している。

【0034】

プレッシャプレート本体５１は、プレッシャプレート５０の主たる構造体を成すものである。プレッシャプレート本体５１は、例えばアルミダイカストにより形成される。プレッシャプレート本体５１は、ターミナルプレート３０Ｒの右側に配置される。プレッシャプレート本体５１は、例えばスタックケース１０に設けられたボルト等（不図示）によって左方に向かって押し付けられる。これによってセル群２０及びターミナルプレート３０は、プレッシャプレート５０とスタックマニホールド４０との間で左右方向に圧縮された状態で保持される。

【0035】

コーティング層５２は、プレッシャプレート本体５１とターミナルプレート３０Ｒとを絶縁する（絶縁性を有する）ものである。コーティング層５２は、プレッシャプレート本体５１のうち、ターミナルプレート３０Ｒと接する面に形成される。なお、コーティング層５２の素材や形成方法は、コーティング層４２と概ね同様であるため、説明は省略する。

【0036】

このように、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０にコーティング層４２及びコーティング層５２を形成することで、ターミナルプレート３０とスタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０とを絶縁することができる。また、コーティング層４２及びコーティング層５２を形成することで、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０の耐食性を向上させることもできる。

【0037】

本実施形態のようにコーティング層４２・５２によってスタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０とターミナルプレート３０とを絶縁する構成とすることで、別途絶縁部材を設ける必要がなくなる。これによって、燃料電池スタック１の小型化及び軽量化を図ることができる。

【0038】

また、シリカ系コーティング剤により形成されたコーティング層４２及びコーティング層５２は比較的高い硬度を有している。例えば、本実施形態のコーティング層４２及びコーティング層５２（シリカ系コーティング剤によるコーティング）は、鉛筆硬さで５～９Ｈ程度の硬度を有している。これに対して、他の絶縁体の鉛筆硬さをロックウェル硬さから換算すると、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂の鉛筆硬さはＢ～Ｈ、ＰＩ（ポリイミド）樹脂の鉛筆硬さはＨ～２Ｈ程度である。このようにコーティング層４２及びコーティング層５２は他の絶縁体と比較して高い硬度を有しているため、異物（例えばスタックマニホールド４０やプレッシャプレート５０の切削くず等）からスタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０を保護することができる。

【0039】

以上の如く、本実施形態に係るエンドプレート（スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０）は、
複数の燃料電池セルを配列することで形成されたセル群２０の端部に設けられたターミナル部材（ターミナルプレート３０）と隣接するように配置されるエンドプレートであって、
本体部（スタックマニホールド本体４１及びプレッシャプレート本体５１）と、
シリカ系コーティング剤により形成され、前記本体部と前記ターミナル部材とを絶縁するコーティング層（コーティング層４２及びコーティング層５２）と、
を具備するものである。
このように構成することにより、製造コストの削減を図ることができる。すなわち、シリカ系コーティング剤を用いることで、当該コーティング剤をスプレー工法又はディッピング工法によってエンドプレートに塗布することができるため、設備の小型化・簡素化が可能となり、ひいてはエンドプレート（燃料電池）の製造コストの削減を図ることができる。

【0040】

また、前記コーティング層（コーティング層４２及びコーティング層５２）は、
前記本体部（スタックマニホールド本体４１及びプレッシャプレート本体５１）に前記シリカ系コーティング剤を吹き付けるスプレー工法、又は、前記シリカ系コーティング剤に前記本体部を浸漬するディッピング工法によって、前記本体部に前記シリカ系コーティング剤を塗布して形成されているものである。
このように構成することによって、製造コストの削減を図ることができる。

【0041】

また、前記エンドプレートは、
前記セル群２０を前記配列方向に圧縮する加圧部材（プレッシャプレート５０）である。
このように構成することにより、プレッシャプレート５０とターミナルプレート３０とを絶縁することができる。

【0042】

また、前記エンドプレートは、
前記セル群２０に供給される流体の流路が形成された流路部材（スタックマニホールド４０）である。
このように構成することにより、スタックマニホールド４０とターミナルプレート３０とを絶縁することができる。

【0043】

また、本実施形態に係る燃料電池（燃料電池スタック１）は、
前記エンドプレート（スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０）を具備するものである。
このように構成することにより、製造コストの削減を図ることができる。

【0044】

なお、本実施形態に係る燃料電池スタック１は、本発明に係る燃料電池の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るターミナルプレート３０は、本発明に係るターミナル部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るスタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０は、本発明に係るエンドプレートの実施の一形態である。
また、本実施形態に係るスタックマニホールド本体４１及びプレッシャプレート本体５１は、本発明に係る本体部の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るコーティング層４２及びコーティング層５２は、本発明に係るコーティング層の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るプレッシャプレート５０は、本発明に係る加圧部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るスタックマニホールド４０は、本発明に係る流路部材の実施の一形態である。

【0045】

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

【0046】

例えば、本実施形態で例示した各部の形状等は特に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。具体的には、スタックケース１０、セル群２０、ターミナルプレート３０、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０の形状や構成は限定するものではなく、任意に変更することができる。

【0047】

また本実施形態では、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０の両方にコーティング層４２・５２を形成した例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、いずれか一方にのみコーティング層を形成することも可能である。

【0048】

また本実施形態では、ターミナルプレート３０に隣接する部材（エンドプレート）としてスタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０を例示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、スタックマニホールド４０に代えて、流体の流路が形成されていない単純な板状部材（エンドプレート）をターミナルプレート３０に隣接するように配置することも可能である。この場合、当該エンドプレートにコーティング層を形成することが望ましい。

【0049】

また本実施形態では、図２に示すように、コーティング層４２・５２が、スタックマニホールド４０及びプレッシャプレート５０のうちターミナルプレート３０と接する面に形成された例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、コーティング層４２・５２が形成される範囲は限定するものではない。すなわち、コーティング層４２・５２は、少なくともターミナルプレート３０と接する面に形成されていればよく、さらにその他の面に形成されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0050】

１ 燃料電池スタック
１０ スタックケース
２０ セル群
３０ ターミナルプレート
４０ スタックマニホールド
４１ スタックマニホールド本体
４２ コーティング層
５０ プレッシャプレート
５１ プレッシャプレート本体
５２ コーティング層

【図1】

【図2】