(57)【要約】【課題】燃料電池のセル電圧を組み付け誤差やスタックの伸縮に関わらず正確に監視することのできるセル電極構造を提供する。【解決手段】燃料電池セルのセパレータ1CとＭＥＡ3との間に介装するＭＥＡ保持用キャリア2Cに、前記セパレータの端面に接触する電極5を埋設する。電極にはセパレータ端面に弾接する接触部5bを形成し、キャリアやスタックの変形・伸縮にかかわらず電極とセパレータとの接触状態を維持するように図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルのセパレータとＭＥＡとの間に介装するＭＥＡ保持用キャリアに、前記セパレータの端面に接触する電極を設けたことを特徴とする燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項２】
前記電極は、セパレータに弾性的に接触するバネ構造を有する請求項１に記載の燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項３】
前記電極を金属板にて形成すると共に、その一部をセパレータ方向に切り起こし、当該切り起こし部を前記セパレータに弾性的に接触させるようにした請求項２に記載の燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項４】
前記電極は、ＭＥＡ保持用キャリアの外周に臨むように、セル電圧測定用プローブのコネクタが接続する端子部を有する請求項１に記載の燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項５】
前記ＭＥＡ保持用キャリアを樹脂材料で膜状に形成すると共に、前記電極端子を前記樹脂製キャリアの膜厚内に埋設した請求項１に記載の燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項６】
前記ＭＥＡは、ＧＤＬとの複合構造を有する膜構造体として構成されている請求項１に記載の燃料電池のＭＥＡ保持用キャリア。
【請求項７】
ＭＥＡの両面にそれぞれ保持用キャリアを介してセパレータを積層した構造を有する燃料電池セルにおいて、前記保持用キャリアに、隣接するセパレータの端面に接触する電極を設けたことを特徴とする燃料電池のセル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池のセル構造に関し、特にセル電圧を監視するモニタ端子を備えたＭＥＡ保持用キャリアの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数枚のセルを積層して使用する燃料電池スタックにおいて、各運転状態に最適な制御を行い、また、不具合を検知する為には、各セルの発電状態をモニタすることは非常に重要である。このために、例えば特許文献１には、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assmbly）を挟持するカーボンセパレータの側面に凹部を設け、この凹部に弾力性のある電極を圧接するようにしたセル構造が提案されている。
【特許文献１】特開2003-086205号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記セル構造による場合、電極の端子部とセパレータの接触位置を正確に一致させることが難しく、セルや端子の製作誤差、組付け誤差により接触不良を生じる。端子を確実に接触させるにはすべてのセルについての端子位置の微調整が必要であるが、スタック使用時においては、セル内のＭＥＡが内部の水分により膨張してスタック寸法が伸縮することにより、セル積層方向に端子位置のズレが発生するので、全てのセル電圧を計れなくなるおそれを生じる。また、前記構成ではセパレータ側面に端子を接触させるという構造上、セルピッチが小さくなるほど接触不良のおそれが大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、燃料電池セルのセパレータとＭＥＡとの間に介装するＭＥＡ保持用キャリアに、前記セパレータの端面に接触する電極を設ける。
【発明の効果】
【０００５】
ＭＥＡの端面に密着するＭＥＡ保持用キャリアに電極を設けたことにより、ＭＥＡと電極とを積層状態にて確実に接触させることができ、セルピッチや使用時のスタックの伸縮に関わらず正確に電圧を取り出すことができる。
【０００６】
セル構成状態において電極はＭＥＡ保持用キャリアと共にＭＥＡとセパレータとの間に挟持させる構成であるので強度上も有利であり、セパレータに電極を設ける構成に比較してセパレータを破損させるおそれが少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明が適用可能な燃料電池セルの一構成例を示している。1Cはカソード側セパレータ、1Aはアノード側セパレータであり、3はＭＥＡである。ＭＥＡ3はＧＤＬ（ガス拡散層）を一体化した複合構造のものを適用することができる。
【０００８】
ＭＥＡ3は非常に薄く、単独では湿度条件によって反り返りが発生し、セルを組み立てていく上で取扱いが難しい。このために、ＭＥＡ3にはその両面にＰＥＴ等の樹脂材からなる保持用キャリア（以下単に「キャリア」という）2C,2Aを貼り付け、これにより反り返りを防止するようにしている。
【０００９】
図２および図３に前記キャリア2C（または2A、以下同様）の構成を示す。キャリア2Cは図２に示すように矩形枠状の端面形状を有しており、該枠部分には燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水などの流体通路を構成する開口部2Pが複数個形成されている。図中の5は電極であり、キャリア2Cよりも薄厚の金属板をキャリア形成時に埋設してある。電極5をキャリア1Cへ取り付けるには、例えばキャリア1Cのセパレータ接触面に溝を形成し、この溝へ電極5を接着剤により取り付けるか、もしくは樹脂製キャリア1Cの成形時に電極5を鋳込むようにする。
【００１０】
電極5は、プレス加工により、図３または図４に示したように一部をセパレータ方向に突出するように切り起こし、該切り起こし部分を接触部5aとして、セパレータ1C（または1A、以下同様）を積層したときにその端面に弾性的に接触するようにしている。また、前記電極5にはキャリア2Cの外周に臨むように、セル電圧測定用プローブ（後述）のコネクタが接続する端子部5bが突設してある。
【００１１】
電極5の材質としては一般的に電極材として用いられる黄銅やりん青銅等に代表される銅合金を適用すればよいが、所要の導電性および機械的性質を有するものであればその他の材料を適用してもよい。ただし、前記構成においては、セパレータ1Cとの接触部5a（切り起こし部）はセパレータ1Cを圧着した状態で弾性力を維持する必要があるので、クリープに強い材質を適用する。また、耐久性を向上させるために表面に金メッキ等の耐蝕処理を施すことが好ましい。
【００１２】
図５に積層前のセル端末部における断面構造を、図６に積層後のセル端末部の断面構造を示す。両面に前記キャリア2Cまたは2Aを取り付けたＭＥＡ3をセパレータ1Cおよび1Aで挟持することにより、キャリア1Cと一体となった電極板5はセル間に確実に保持され、当該セルから抜け落ちることが無くなる。
【００１３】
電極接触部5aは両側のセルに挟まれることにより圧縮され、該接触部5aを切り起こした跡に生じる開口部分に収まるとともに、該接触部5aにはばね特性を持たせてあるので、予め任意に設定した荷重でセパレータ1Cと接触し続ける。仮に何らかの理由で接触しているセパレータ面が歪んだり、衝撃や震動でスタック荷重が抜けた場合でも、ばね特性を持たせてあるので、常にセパレータ1Cと接触し、したがって安定して電圧を監視することが可能である。
【００１４】
図７にプローブ用コネクタ10の取り付け構造を示す。図８に示す通り、電極5ないし端子部5bの板厚つまり強度・剛性が十分に確保できる場合は、特に加工を要せずに、プローブ側のコネクタ10を差し込むことにより、コネクタ側端子の圧着力で固定することができる。電極5の板厚が薄く、コネクタ10の挿入荷重に対して強度・剛性が不十分となるおそれがある場合は、図９に示したように端子部5bを折り返し構造として実質的な板厚を確保するように図る。
【００１５】
図７には、電極端子部5bとプローブ用コネクタ10とを個々に接続する構成例を示しているが、複数個のプローブ用コネクタ側端子を共通のコネクタハウジングに収納し、相対する複数個の電極端子部5bと接続する構成を採ることもできる。
【００１６】
本発明では、前述のようにセパレータの端面に電極を接触させる構成であるので、セルを構成する各部品の形状精度や組立誤差が電極とセパレータとの間の電気的接触に影響を及ぼすことが少なく、常に確実な接触状態を維持できることに加えて、電極および接続部の形状に自由度を持たせることが可能なため、コネクタ差込部の強度・剛性を容易に確保することができる。また、スタックの伸縮についても、コネクタ取りつけ部がたわむことにより、容易に吸収が可能である。
【００１７】
また、追加される部品（電極）は一般的なコネクタ用端子程度の大きさであり、プレス加工で大量生産が可能なため、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な燃料電池のセル構造例を示す組立図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＭＥＡ保持用キャリアの端面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】前記実施形態に係る電極の外観斜視図。
【図５】前記実施形態に係るセルの断面構造を示す要部組立図。
【図６】前記実施形態に係るセルの断面構造を示す要部断面図。
【図７】前記実施形態に係るセルの電極端子部とプローブ用コネクタの接続状態を示す説明図。
【図８】前記プローブ用コネクタと電極端子部との接続構造例を示す断面図。
【図９】前記プローブ用コネクタと電極端子部との接続構造例を示す他の断面図。
【符号の説明】
【００１９】
1A  アノード側セパレータ
1C  カソード側セパレータ
2A  アノード側キャリア
2C  カソード側キャリア
3   ＭＥＡ（ＧＤＬとの複合構造体）
5   電極
5a  接触部
5b  端子部
10  プローブ用コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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