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公開番号2025095351
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211288
出願日2023-12-14
発明の名称燃料電池のセルスタック
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/0247 20160101AFI20250619BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池セルの接触抵抗が大きくなることを抑制できる燃料電池のセルスタックを提供する。
【解決手段】燃料電池のセルスタックは、厚さ方向に重ねられた複数の燃料電池セルを備える。燃料電池セルのセパレータ14は、膜電極ガス拡散層接合体13を厚さ方向の両側から挟んでいる。セパレータ14には凹部18と凸部19とが交互に位置するようセパレータ14を屈曲することによって形成される。厚さ方向に重ねられた燃料電池セルの隣合うセパレータ14は、互いの凸部19の先端同士が溶接されている。隣合うセパレータ14の凸部19の先端同士のうち、一方の先端には膨らむよう湾曲する凸曲部20が形成されるとともに、他方の先端にはへこむように湾曲する凹曲部21が形成される。隣合うセパレータ14の凸部19の先端同士は、凸曲部20が凹曲部21に入り込むようにして互いに接触している。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
厚さ方向に重ねられた複数の燃料電池セルを備え、
前記燃料電池セルは、板状のセパレータによって膜電極ガス拡散層接合体を厚さ方向の両側から挟んだものであり、
前記セパレータには凹部と凸部とが交互に位置するよう前記セパレータを屈曲することによって形成され、
前記凹部は、前記膜電極ガス拡散層接合体に向けてへこみ、
前記凸部は、前記膜電極ガス拡散層接合体から離れる方向に突出し、
厚さ方向に重ねられた前記燃料電池セルの隣合う前記セパレータは、互いの前記凸部の先端同士が溶接されている燃料電池のセルスタックにおいて、
隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士のうち、一方の先端には膨らむよう湾曲する凸曲部が形成されるとともに、他方の先端にはへこむように湾曲する凹曲部が形成され、
隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士は、前記凸曲部が前記凹曲部に入り込むようにして互いに接触している燃料電池のセルスタック。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士にはそれぞれ前記凸曲部及び前記凹曲部が形成され、
前記凸部の先端同士のうちの一方の先端における前記凸曲部が他方の先端における前記凹曲部に入り込むとともに、前記他方の先端における前記凸曲部が前記一方の先端における前記凹曲部に入り込むように、隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士が互いに接触している請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項３】
前記凸部の先端同士のうち、前記一方の先端及び前記他方の先端における前記凸部の幅方向の中央にはそれぞれ前記凹曲部が形成されるとともに、それら凹曲部における前記幅方向の両側にはそれぞれ前記凸曲部が形成され、
隣合う前記セパレータは、前記凸部の幅方向について相対位置をずらすことにより、前記凸部の先端同士のうちの前記一方の先端における前記凸曲部が前記他方の先端における前記凹曲部に入り込むとともに、前記他方の先端における前記凸曲部が前記一方の先端における前記凹曲部に入り込むようにされている請求項２に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項４】
隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士のうち、一方の先端には前記凸曲部が一つ形成されるとともに他方の先端には前記凹曲部が一つ形成され、
前記一方の先端における前記凸曲部が前記他方の先端における前記凹曲部に入り込むように、隣合う前記セパレータにおける前記凸部の先端同士が互いに接触している請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項５】
隣合う前記セパレータの前記凸部の先端同士にはそれぞれ前記凸曲部及び前記凹曲部が形成され
一方の先端における前記凸部の幅方向の中央には前記凸曲部が形成されるとともに、その凸曲部における前記幅方向の両側にはそれぞれ前記凹曲部が形成され、
他方の先端における前記凸部の幅方向の中央には前記凹曲部が形成されるとともに、その凹曲部における前記幅方向の両側にはそれぞれ前記凸曲部が形成され、
前記一方の先端における前記凸曲部が前記他方の先端における前記凹曲部に入り込むとともに、前記他方の先端における前記凸曲部が前記一方の先端における前記凹曲部に入り込むように、隣合う前記セパレータにおける前記凸部の先端同士が互いに接触している請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池のセルスタックに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、燃料電池のセルスタックは、燃料電池セルを厚さ方向に重ねることによって形成されている。燃料電池セルは、板状のセパレータによって膜電極ガス拡散層接合体を厚さ方向の両側から挟むことによって形成されている。セパレータには凹部と凸部とが交互に位置するようセパレータを屈曲することによって形成されている。凹部は、膜電極ガス拡散層接合体に向けてへこんでいる。凸部は、膜電極ガス拡散層接合体から離れる方向に突出している。そして、厚さ方向に重ねられた燃料電池セルの隣合うセパレータは、互いの凸部の先端同士が溶接されている。
【０００３】
燃料電池セルにおけるセパレータと膜電極ガス拡散層接合体のアノード側との間には、水素等の燃料ガスが流される。また、燃料電池セルにおけるセパレータと膜電極ガス拡散層接合体のカソード側との間には、空気等の酸化ガスが流される。その結果、燃料ガスと酸化ガスとの膜電極ガス拡散層接合体での反応に基づき発電が行われる。こうした発電によるセルスタックの温度上昇を抑制するため、隣合う燃料電池セルのセパレータ同士の間には、冷却水等の冷媒が流される。そして、この冷媒によってセルスタックが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１２９１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池セルにおけるセパレータの表面にはセパレータの製造に伴う細かい凹凸が生じる。このため、隣合うセパレータの互いに溶接される上記凸部の先端にも上記細かい凹凸が生じる。こうした細かい凹凸による上記凸部の先端における表面の粗さは、隣合うセパレータの互いに溶接される上記凸部の先端同士の密着性が低下する原因となる。そして、上記凸部の先端同士の密着性が低下することにより、燃料電池セルにおける電気抵抗、すなわち接触抵抗が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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のセルスタックは、厚さ方向に重ねられた複数の燃料電池セルを備える。燃料電池セルは、板状のセパレータによって膜電極ガス拡散層接合体を厚さ方向の両側から挟んだものとされる。セパレータには凹部と凸部とが交互に位置するようセパレータを屈曲することによって形成される。凹部は、膜電極ガス拡散層接合体に向けてへこむ。凸部は、膜電極ガス拡散層接合体から離れる方向に突出する。厚さ方向に重ねられた燃料電池セルの隣合うセパレータは、互いの凸部の先端同士が溶接されている。隣合うセパレータの凸部の先端同士のうち、一方の先端には膨らむよう湾曲する凸曲部が形成されるとともに、他方の先端にはへこむように湾曲する凹曲部が形成される。隣合うセパレータの凸部の先端同士は、上記凸曲部が上記凹曲部に入り込むようにして互いに接触している。
【０００７】
上記構成によれば、隣合うセパレータの凸部の先端同士は凸曲部が凹曲部に入り込むようにして互いに接触しているため、隣合うセパレータの凸部の先端同士の接触面積が大きくなる。上記凸部の先端における表面の粗さ等に起因して上記凸部の先端同士の密着性が低下するとしても、上述したように上記凸部の先端同士の接触面積を大きくすることができるため、燃料電池セルにおける電気抵抗、すなわち接触抵抗が大きくなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
燃料電池セルを示す分解斜視図である。
燃料電池セルに組み込まれたセパレータを図１の矢印Ａ方向から見た状態を示す正面図である。
隣合うセパレータ同士の膜電極ガス拡散層接合体に対応する箇所を、図２の矢印III－III方向から見た状態を拡大して示す断面図である。
図３のセパレータにおける凹曲部及び凸曲部の他の例を示す断面図である。
図３のセパレータにおける凹曲部及び凸曲部の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、燃料電池のセルスタックの一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
図１は、燃料電池のセルスタックを形成するための燃料電池セル１１を示している。燃料電池セル１１は、樹脂プレート１２と、膜電極ガス拡散層接合体１３と、セパレータ１４と、を備えている。樹脂プレート１２は長方形の枠状に形成されている。樹脂プレート１２には膜電極ガス拡散層接合体１３の外縁が接合されている。そして、樹脂プレート１２及び膜電極ガス拡散層接合体１３は、それらの厚さ方向両側からセパレータ１４によって挟まれている。セパレータ１４は、ステンレス、チタン、及びアルミニウムといった金属によって長方形の板状に形成されている。
【００１０】
燃料電池のセルスタックは、上述した燃料電池セル１１を厚さ方向に重ねることによって形成されている。燃料電池セル１１の樹脂プレート１２及びセパレータ１４には、複数の孔１６が形成されている。複数の孔１６のうち、三つは燃料電池セル１１における長辺方向の一方の端部に位置しており、他の三つは燃料電池セル１１における長辺方向の他方の端部に位置している。複数の孔１６は、燃料電池セル１１における長辺方向の一方の一つと他方の一つとで二つ一組となっている。各組の孔１６は、水素等の燃料ガス、空気等の酸化ガス、及び冷却水等の冷媒といった流体を流すために用いられる。セパレータ１４と樹脂プレート１２との間にはシール部材１７が配置されている。シール部材１７は、樹脂プレート１２における厚さ方向の表裏両面にそれぞれ配置することが可能となっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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