JP4614120B2

JP4614120B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP4614120B2
Application number: JP2004102984A
Authority: JP
Inventors: 徹昆沙賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: CN1820388A; CN100370645C; JP2005293874A

Description

本発明は燃料電池スタックに関し、特に、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を両立するための改良技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to an improved technique for achieving both improved corrosion resistance and cost reduction of a terminal plate.

固体高分子型燃料電池スタックは固体高分子電解質膜の両面にそれぞれアノード極とカソード極を対向配置し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単セルを所定数積層したスタック構造を成しており、スタック両端部には電力取り出し用の一対のターミナルプレートが配置されている。プラス側のターミナルプレートには酸化電流が流れるため、ターミナルプレートに加湿ガス又は冷却水が触れるとターミナルプレートは腐食する虞がある。ターミナルプレートの耐腐食性を高めるためのスタック構造として、従来から各種のスタック構造が研究されており、例えば、特開２００３−１６３０２６号公報にはターミナルプレートの冷却水路内側にエンドプレートの材料である樹脂が嵌合してインサートする構成をとることにより加湿ガスや冷却水がターミナルプレートに直接触れないように構成したスタック構造が提案されている。
特開２００３−１６３０２６号公報 A polymer electrolyte fuel cell stack has a stack structure in which a predetermined number of single cells, each of which has an anode electrode and a cathode electrode facing each other on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and sandwiched between a pair of separators, are stacked. A pair of terminal plates for taking out electric power are arranged at both ends of the stack. Since an oxidation current flows through the positive terminal plate, the terminal plate may be corroded when the humidified gas or cooling water touches the terminal plate. As a stack structure for enhancing the corrosion resistance of the terminal plate, various stack structures have been conventionally studied. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-163026 discloses a material for an end plate inside a cooling water channel of a terminal plate. There has been proposed a stack structure in which humidified gas or cooling water is prevented from directly touching the terminal plate by adopting a configuration in which resin is fitted and inserted.
JP 2003-163026 A

しかし、特開２００３−１６３０２６号公報に記載のスタック構造では、プラス側とマイナス側の両方のターミナルプレートを冷却水通路が貫通する構成となっているため、両方のターミナルプレートに腐食対策を講じなければならず、製造コストが高くなる。 However, in the stack structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-163026, the cooling water passage is configured to penetrate both the positive side and negative side terminal plates, and therefore, countermeasures against corrosion must be taken on both terminal plates. The manufacturing cost becomes high.

そこで、本発明は燃料電池スタックのターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を図ることを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the corrosion resistance and reduce the cost of the terminal plate of the fuel cell stack.

上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタックは、単セルを複数積層して成るセルスタックの内部を貫通して反応ガス又は冷却水を供給又は排出する流体通路を備えた燃料電池スタックであって、流体通路はセルスタックの両端に配置された一対のターミナルプレートのうちマイナス側のターミナルプレートのみ貫通して入口ポート又は出口ポートに連通している。プラス側のターミナルプレートには酸化電流が流れるため、流体通路を流れる冷却水又は反応ガスの水分がプラス側のターミナルプレートに触れないように構成することで、ターミナルプレートの耐腐食性を向上できる。また、還元電流が流れるマイナス側のターミナルプレートよりも酸化電流が流れるプラス側のターミナルプレートの腐食対策をより強化することにより、両極に腐食対策を講じるよりも低コストである。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell stack according to the present invention includes a fluid passage through which a reaction gas or cooling water is supplied or discharged through a cell stack formed by stacking a plurality of single cells. The fluid passage passes through only the minus terminal plate of the pair of terminal plates arranged at both ends of the cell stack and communicates with the inlet port or the outlet port. Since an oxidation current flows through the plus side terminal plate, the corrosion resistance of the terminal plate can be improved by configuring the plus side terminal plate so that the cooling water flowing through the fluid passage or the moisture of the reaction gas does not touch the plus side terminal plate. Further, by strengthening the countermeasure against the corrosion of the positive terminal plate through which the oxidation current flows rather than the negative terminal plate through which the reduction current flows, the cost is lower than when the countermeasure against the corrosion is taken at both poles.

ここで、一対のターミナルプレートのうちプラス側のターミナルプレートとセルスタックとの間に水分透過を遮断する遮断プレートを介挿するのが望ましい。還元電流が流れるマイナス側のターミナルプレートよりも酸化電流が流れるプラス側のターミナルプレートへの水分接触をより重点的に抑制することで、耐腐食性向上と低コスト化を両立できる。 Here, it is desirable to insert a blocking plate that blocks moisture permeation between the plus side terminal plate and the cell stack of the pair of terminal plates. By controlling the moisture contact to the positive terminal plate through which the oxidation current flows more focused than the negative terminal plate through which the reduction current flows, both corrosion resistance and cost reduction can be achieved.

本発明によれば流体通路を流れる冷却水又は反応ガスの水分がプラス側のターミナルプレートに接しないように構成することで、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize improvement in corrosion resistance and cost reduction of the terminal plate by configuring so that the water of the cooling water or the reaction gas flowing through the fluid passage does not contact the positive side terminal plate.

図１は本実施形態の燃料電池スタックの説明図である。同図（ａ）に示すように、燃料電池スタック１０は、電解質膜を一対の電極で挟持し、更にその外側を一対の導電性セパレータで挟持してなる単セル２０を複数積層してなるセルスタック２１を備えている。セルスタック２１の内部には単セル２０に反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）又は冷却水を供給する流体供給通路７１と、単セル２０の電池反応に供した反応ガス又は単セル２０との間で熱交換を行った冷却水を排出する流体排出通路７２が貫設されている。セルスタック２１の両端部には電力取り出し用の一対のターミナルプレート３１，３２が配置されている。ターミナルプレート３１，３２の外側は絶縁プレート４１，４２を介して一対のエンドプレート５１，５２によって挟装されている。燃料電池スタック１０のマイナス側のエンドプレート５１には、流体供給通路７１の入口ポート７１ａと、流体排出通路７２の出口ポート７２ａが形成されている。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a fuel cell stack according to this embodiment. As shown in FIG. 1A, a fuel cell stack 10 is a cell formed by stacking a plurality of single cells 20 in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes and the outside is sandwiched between a pair of conductive separators. A stack 21 is provided. Inside the cell stack 21, there is a space between a fluid supply passage 71 for supplying a reaction gas (fuel gas, oxidizing gas) or cooling water to the single cell 20, and a reaction gas or single cell 20 used for a battery reaction of the single cell 20. A fluid discharge passage 72 for discharging the cooling water that has undergone heat exchange is provided. A pair of terminal plates 31 and 32 for taking out electric power are arranged at both ends of the cell stack 21. The outer sides of the terminal plates 31 and 32 are sandwiched between a pair of end plates 51 and 52 via insulating plates 41 and 42. An inlet port 71 a of the fluid supply passage 71 and an outlet port 72 a of the fluid discharge passage 72 are formed in the negative side end plate 51 of the fuel cell stack 10.

尚、反応ガス供給通路及び冷却水供給通路と、反応ガス排出通路及び冷却水排出通路はそれぞれ異なる流体通路であるが、説明の便宜上、前者を流体供給通路７１と総称し、後者を流体排出通路７２と総称する。また、流体供給通路７１と流体排出通路７２を区別する必要がない場合には単に流体通路７１，７２と総称する。 The reactive gas supply passage and the cooling water supply passage, and the reactive gas discharge passage and the cooling water discharge passage are different fluid passages. However, for convenience of explanation, the former is generically referred to as the fluid supply passage 71 and the latter is referred to as the fluid discharge passage. 72 and collectively. When there is no need to distinguish between the fluid supply passage 71 and the fluid discharge passage 72, they are simply referred to as fluid passages 71 and 72.

流体通路７１，７２は一対のターミナルプレート３１，３２のうちマイナス側のターミナルプレート３１のみ貫通して入口ポート７１ａ及び出口ポート７２ａに連通しており、プラス側のターミナルプレート３２には流体通路７１，７２の入口ポート及び出口ポートは形成されていない。かかる構成により、流体通路７１，７２を流れる冷却水、又は電池反応等で生じた反応ガス中の水分がプラス側のターミナルプレート３２に触れるのを防止できる。ターミナルプレート３２への水分の接触をより効果的に抑制するには、ターミナルプレート３２とセルスタック２１との間に水分透過を遮断する遮断プレート６０を介挿するのが望ましい。遮断プレート６０としては、セルスタック２１とターミナルプレート３２とを電気的に接続することができ、且つ水分透過を遮断できるプレートであれば、特に限定されるものではなく、例えば、導電プレート等が好適である。 The fluid passages 71 and 72 pass through only the minus terminal plate 31 of the pair of terminal plates 31 and 32 and communicate with the inlet port 71a and the outlet port 72a. 72 inlet and outlet ports are not formed. With this configuration, it is possible to prevent the water in the reaction gas generated by the cooling water flowing through the fluid passages 71 and 72 or the battery reaction from touching the terminal plate 32 on the plus side. In order to more effectively suppress contact of moisture with the terminal plate 32, it is desirable to insert a blocking plate 60 that blocks moisture permeation between the terminal plate 32 and the cell stack 21. The blocking plate 60 is not particularly limited as long as it can electrically connect the cell stack 21 and the terminal plate 32 and can block moisture permeation. For example, a conductive plate is preferable. It is.

同図（ｂ）に示すように、マイナス側のターミナルプレート３１とその付近の単セル２０には還元電流が局所的に流れるのに対して、プラス側のターミナルプレート３２とその付近の単セル２０には酸化電流が局所的に流れる。酸化電流が多く流れるプラス側のターミナルプレート３２に水分が触れると腐食が進行し易くなるため、ターミナルプレート３１，３２の腐食対策としては、主として、プラス側に重点をおく必要がある。上述の構成によれば、燃料電池スタック１０の両極（プラス側、マイナス側）をそれぞれ同程度に腐食対策を講じるのではなく、より腐食し易いプラス側の腐食対策に重点をおくことで、ターミナルプレートの耐腐食性向上と低コスト化を両立できる。 As shown in FIG. 5B, the reduction current locally flows in the minus side terminal plate 31 and the single cell 20 in the vicinity thereof, whereas the plus side terminal plate 32 and the single cell 20 in the vicinity thereof. An oxidation current flows locally. Corrosion tends to proceed when moisture contacts the positive terminal plate 32 through which a large amount of oxidation current flows. Therefore, as a countermeasure against corrosion of the terminal plates 31 and 32, it is necessary to focus mainly on the positive side. According to the above-described configuration, the terminals of the fuel cell stack 10 (positive side and negative side) are not subjected to the same degree of corrosion countermeasures, but are emphasized on the positive side corrosion countermeasures that are more easily corroded. It is possible to achieve both higher corrosion resistance and lower cost.

本実施形態の燃料電池スタックの説明図である。It is explanatory drawing of the fuel cell stack of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池スタック２０…単セル２１…セルスタック３１，３２…ターミナルプレート４１，４２…絶縁プレート５１，５２…エンドプレート６０…遮断プレート７１，７２…流体通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 20 ... Single cell 21 ... Cell stack 31, 32 ... Terminal plate 41, 42 ... Insulating plate 51, 52 ... End plate 60 ... Shut-off plate 71, 72 ... Fluid passage

Claims

単セルを複数積層して成るセルスタックの内部を貫通して反応ガス又は冷却水を供給又は排出する流体通路を備えた燃料電池スタックであって、前記流体通路は前記セルスタックの両端に配置された一対のターミナルプレートのうちマイナス側のターミナルプレートのみ貫通して入口ポート又は出口ポートに連通している、燃料電池スタック。 A fuel cell stack having a fluid passage for supplying or discharging a reaction gas or cooling water through a cell stack formed by stacking a plurality of single cells, wherein the fluid passage is disposed at both ends of the cell stack. A fuel cell stack that passes through only the negative terminal plate of the pair of terminal plates and communicates with the inlet port or the outlet port.

請求項１に記載の燃料電池スタックであって、前記一対のターミナルプレートのうちプラス側のターミナルプレートと前記セルスタックとの間に水分透過を遮断する遮断プレートが介挿されている、燃料電池スタック。

2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a blocking plate that blocks moisture permeation is interposed between a positive terminal plate of the pair of terminal plates and the cell stack. .