(57)【要約】【課題】Ｒｕめっき処理部における腐食を抑制した燃料電池スタックを提供すること。【解決手段】膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える単セルを複数積層したセル積層体の両端に、ターミナルを配置してなる燃料電池スタックであって、  前記セル積層体と正極ターミナルとの間に配置された防錆プレートを備え、  前記防錆プレートの、冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムのめっき処理が施されている、燃料電池スタック。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える単セルを複数積層したセル積層体の両端に、ターミナルを配置してなる燃料電池スタックであって、
前記セル積層体と正極ターミナルとの間に配置された防錆プレートを備え、
前記防錆プレートの、冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムのめっき処理が施されている、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成する燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）とセパレータとを積層したものから構成される。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とから構成される。
セパレータは、発電領域において、アノード側に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路と、カソード側に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路と、冷媒を流すための冷媒流路を有する。また、セパレータは、非発電領域において、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷却水マニホールドを有する。
通常、燃料電池スタックは、上記ＭＥＡとセパレータを重ねてセルモジュールを構成し、セルモジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、エンドプレート等を配置し、さらに、両端のエンドプレートをセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（例えば、テンションプレート、テンションボルトなど）に締結することにより構成される。
【０００３】
固体高分子型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣のＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通して流れてくる。またはセル積層体一端のセルのアノードで生じた電子が外部回路を通ってセル積層体他端のセルのカソードに流れてくる。）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
【０００４】
ここで、セパレータが金属製である場合、高電位側（＋側）の数セルの冷却水マニホールドで腐食が発生する。これは、積層したセルの冷却水マニホールドでは、例えばＳＵＳ系の場合、＋極側でＦｅイオンが溶出し、−極側でＯＨイオンが発生し、Ｆｅ（ＯＨ）2が生成するためと推定される。また、腐食の発生量は腐食電流により示されるが、高電位側で腐食が発生すると推定される。腐食が進行するとセルのシール信頼性が低下し、また、冷媒の高導電率化によりスタック内で電気分解が発生するおそれがあり危険である。さらに、反応ガスマニホールド（燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド）においても冷却水マニホールドで発生するのと同じメカニズムで腐食が発生するおそれがある。
【０００５】
このようなセパレータの腐食の問題を解決することを目的として、セル積層体における高電位側のセパレータとターミナルとの間に配置され、セパレータより貴なる材料を表面に有する防錆プレートを備える燃料電池スタックが報告されている（特許文献１）。このように防錆プレートの表面に貴なる材料が使用されることで、防錆プレートに流れる腐食電流を抑えることができ、防錆プレートの腐食の進行を抑制することができる。その結果、セパレータに腐食が発生することを抑制することができ、部材の腐食によるリーク等の不具合が生じることを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−０９６０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池スタック内部品のめっき加工材料の候補の一つしてはルテニウム（以下、「Ｒｕ」ともいう。）が挙げられる。しかし、本発明者らが、燃料電池環境下におけるＲｕめっきの腐食について検討を行ったところ、特にｐＨがアルカリの領域においてＲｕめっきの腐食が進行することが分かった（図１参照）。ここで、燃料電池スタック内を流れる冷却水が、配管系から溶出したイオンによりアルカリ性に変化した際には、Ｒｕめっきが腐食して剥がれ、接触抵抗等の機能が喪失するおそれがある。すなわち、従来の燃料電池スタックは、配管のイオン溶出によってアルカリ性に変化した冷却水によってＲｕめっきに腐食が発生するおそれがあるため、Ｒｕめっきによる表面処理を適用することは困難である。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｒｕめっき処理部における腐食を抑制した燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セル積層体の両端にターミナルを配置してなる燃料電池スタックにおいて、前記セル積層体と正極ターミナルとの間に配置された防錆プレートの冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムのめっき処理を施すことにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］
膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える単セルを複数積層したセル積層体の両端に、ターミナルを配置してなる燃料電池スタックであって、
前記セル積層体と正極ターミナルとの間に配置された防錆プレートを備え、
前記防錆プレートの、冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムのめっき処理が施されている、燃料電池スタック。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｒｕめっき部における腐食を抑制した燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ルテニウム（Ｒｕ）のプールベ図を示す。
【図２】燃料電池スタックの概要図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」と記載する。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
本実施形態における燃料電池スタックは、
膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える単セルを複数積層したセル積層体の両端に、ターミナルを配置してなる燃料電池スタックであって、
前記セル積層体と正極ターミナルとの間に配置された防錆プレートを備え、
前記防錆プレートの、冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムのめっき処理が施されている。
【００１５】
図２に示すとおり、本実施形態における燃料電池スタックは、セル積層体１０と、ターミナル２０（正極ターミナル２０ａ、負極ターミナル２０ｂ）と、防錆プレート４０とを備える。そして、図示はされていないが、セル積層体内部に設けられた冷却水マニホールドを通じて、冷却器から導入されたエチレングリコールを主成分とする冷却水が流れている。なお、図２の例では、説明の便宜のため、燃料電池スタック１におけるセル積層体１０、ターミナル２０、防錆プレート４０のみを示しており、その他の部品については省略している。
【００１６】
セル積層体は、膜電極接合体（ＭＥＡ）と前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える単セルを複数積層した構造を有する。燃料電池スタックは、単セルを積層したセル積層体のセル積層方向両端に、正極ターミナル２０ａと負極ターミナル２０ｂとからなる金属製のターミナル２０の他、図示はされていないが、インシュレータ、エンドプレートを配置し、両端のエンドプレートをセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（例えば、テンションプレート）にボルト・ナットにて固定された構成を有する。一端のエンドプレートに設けた調整ネジにてその内側に設けたバネを介してセル積層体にセル積層方向の締結荷重をかけることができる。
【００１７】
ＭＥＡ（膜電極接合体）は、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。
【００１８】
セパレータは、メタルセパレータ（金属板）と樹脂フレームとの組合せからなる。メタルセパレータの材料は、ＳＵＳ（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ）、Ｔｉ等である。メタルセパレータは、不動態膜で覆われており、ターミナルと電気的に導通している。なお、メタルセパレータ（金属板）の材料としては、例えば、チタン（又はチタンを含む材料）を用いることができる。
【００１９】
ターミナル２０は、セル積層体１０のセル積層方向両端に配置され、正極ターミナル２０ａと負極ターミナル２０ｂとからなる金属製の部材である。
【００２０】
防錆プレート４０は、図２に示すように、セル積層体１０と正極ターミナル２０ａとの間に隣接して配置される部材である。防錆プレート４０は、メタルセパレータよりも導電性且つ耐食性を有する材料からなる。防錆プレート４０は、酸化反応活性を有する材料で構成されており、酸化反応を自身の表面上で起こすことで、陽極側のセルの表面で生じやすい電蝕を防止する機能を有する。防錆プレート４０の材料としては、例えば、チタン（又はチタンを含む材料）を用いることができる。
【００２１】
防錆プレート４０は、セル積層体１０内の冷却水マニホールドを流れる冷却水に接するように設けられている。防錆プレート４０は、メタルセパレータと導通しており、また、セル積層体１０のうち少なくとも高電位側（＋側）の個所（正極ターミナル２０ａ、正極ターミナル２０ａ側の末端にあるメタルセパレータ等）と導通するよう設けられている。
【００２２】
本実施形態における燃料電池スタックは、防錆プレート４０の冷却水マニホールドと接触する部位にルテニウムによるめっき処理が施されている。これにより、冷却水が防錆プレートに接した際に、Ｒｕの酸化反応活性によって冷却水に含まれるエチレングリコールが酸化されてギ酸が生成し、冷却水がアルカリ性に変化することを阻止する。その結果、Ｒｕめっき部の腐食を抑制することが可能となり、ひいては部材の腐食によるリーク等の不具合のリスクを低減することができる。
【００２３】
Ｒｕによるめっき処理の方法としては、電解めっき、スクリーンプリントによる焼き付け等が挙げられ、中でも、コストの観点から、電解めっきが好ましい。
【００２４】
また、Ｒｕによるめっき処理は、防錆プレートの、少なくとも冷却水マニホールドとの接触部位に部分的に施されていてればよく、当該部位以外にもＲｕめっき処理が施されていてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１：燃料電池スタック
１０：セル積層体
２０：ターミナル
２０ａ：正極ターミナル
２０ｂ：負極ターミナル
４０：防錆プレート
【図１】
2018181571.tif 000003
【図２】
2018181571.tif 000004