(57)【要約】【課題】発電電力を外部に出力するための集電端子に接合されたプレート本体の反りを抑制することができる燃料電池用のターミナルプレートを提供する。【解決手段】  燃料電池用のターミナルプレート４は、第１の金属で構成され、集電した電力を外部に出力するための集電端子４１と、第１の金属よりも線膨張係数が小さく且つ耐食性が大きい第２の金属で構成され、セルに面して積層される板状のプレート本体４０と、を備え、プレート本体４０の外周面４０ａと、端子部４１のプレート本体側の端面４１ａが突き合わされて溶接されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを複数積層したセル積層体の積層方向端部に配設され、燃料電池の発電電力の集電に用いられる燃料電池用のターミナルプレートであって、
第１の金属で構成され、集電した電力を外部に出力するための端子部と、
前記第１の金属よりも線膨張係数が小さく且つ耐食性が大きい第２の金属で構成され、前記セルに面して積層される板状のプレート本体と、を備え、
前記プレート本体の外周面と、前記端子部の前記プレート本体側の端面が突き合わされて溶接されている、ターミナルプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のターミナルプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、発電電力を外部へ取り出すためのターミナルプレートを備えている。ターミナルプレートは、燃料電池セルスタックの両端に装着され、プレート外周から突出する集電用の集電端子を備えている。ターミナルプレートの集電端子は、それぞれの燃料電池セルにおいて得られた発電電力を外部に出力するために用いられている。こうしたターミナルプレートは、燃料電池ユニットの発電に伴う電位を受けた上で生成水や冷却水と接することから、耐食性を担保した状態でシール性も確保する必要がある。
【０００３】
耐食性を確保するために、耐食性の高いチタン製プレートを燃料電池用のターミナルプレートとして適用することが知られている。例えば下記特許文献１に記載のターミナルプレートは、導電性確保のためにアルミから成る集電端子を有するコアプレートを、耐食性の高いチタン製プレート（以下、プレート本体とも称する）で挟持した構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０８８２９４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、ターミナルプレートを作製する際には、図３に示すように、アルミから成る集電端子９１とチタンから成るプレート本体９２とを重ね合わせて溶接する方法（図３（Ｂ）に示す符号Ｗ部分で接合）がある。ところが、アルミの線膨張係数がチタンの線膨張係数よりも大きいため、溶接時の熱による伸縮差が発生し、アルミに比べて伸縮量が小さいチタンに反りが発生し変形してしまうおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、発電電力を外部に出力するための集電端子に接合されたプレート本体の反りを抑制することができる燃料電池用のターミナルプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池用のターミナルプレートは、セルを複数積層したセル積層体の積層方向端部に配設され、燃料電池の発電電力の集電に用いられる燃料電池用のターミナルプレートであって、第１の金属で構成され、集電した電力を外部に出力するための端子部と、第１の金属よりも線膨張係数が小さく且つ耐食性が大きい第２の金属で構成され、セルに面して積層される板状のプレート本体と、を備え、プレート本体の外周面と、端子部のプレート本体側の端面が突き合わされて溶接されている。
【０００８】
かかる構成によれば、端子部のプレート本体側の端面と、プレート本体の外周面とが突き合わされて溶接されているので、端子部の線膨張係数がプレート本体の線膨張係数より大きい金属材料から構成されていても、熱収縮により端子部にプレート本体が引っ張られて平面上向き方向（言い換えれば板厚方向）へプレート本体が反ることを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電電力を外部に出力するための集電端子に接合されたプレート本体の反りを抑制することができる燃料電池用のターミナルプレートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池スタックの概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示すターミナルプレートの要部を拡大して示す説明図である。
【図３】従来のターミナルプレートの要部を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１２】
まず、本実施形態におけるターミナルプレートを備えた燃料電池の構成について説明する。図１（Ａ）は、燃料電池の概略構成を示す概略斜視図である、図１（Ｂ）は、燃料電池の要部を裁断して示す断面図である。なお、図１に示す燃料電池を構成する各部材は、一例として示したものであり、本実施形態における燃料電池は、図１に示す構成や形状等に限定されるものではなく以下で説明する構成以外の構成を含むことができる。
【００１３】
図１に示すように、固体高分子型の燃料電池１は、基本単位である多数の単セル２を積層したスタック本体３（セル積層体とも称する）を備えている。燃料電池１は、スタック本体３の両端に位置する単セル２の外側に、順次、ターミナルプレート４（図１（Ｂ）参照）、インシュレータ（絶縁プレート）５、エンドプレート６を積層して構成されている。なお、図１では、スタック本体３の一方の端部の構成について図示し、他方の端部の構成については図示省略している。
【００１４】
なお、燃料電池１は、図示省略するが、両エンドプレート６間を架け渡すように設けられたテンションプレートが、各エンドプレート６にボルトで締結されることで固定され、これによりセル積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となる。単セル２は、いずれも図示省略するが、イオン交換膜からなる電解質膜およびこれを両面から挟んだ一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを外側から挟持する一対のセパレータと、で構成されている。各セパレータは、基材をカーボンまたはメタルにより形成されて導電性を有している。各セパレータは、各電極に酸化ガス（酸素ガス、通常は空気）または燃料ガス（水素ガス）を供給するための流体流路を有している。このような構成により、単セル２のＭＥＡ内による電気化学反応が生じて、起電力が得られる。
【００１５】
燃料電池１内には、燃料ガスマニホールド２０、酸化ガスマニホールド２０、および冷媒マニホールド２０がセル積層方向に貫通形成されている（実際には、これらは別体であるが同一符号を付して説明を省略している。）。これら各流体流路用のマニホールド２０は、エンドプレート６、インシュレータ５、ターミナルプレート４、および各単セル２のセパレータをセル積層方向に貫通することで燃料電池１内に形成されている。各流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）は、燃料電池１の一端にあるエンドプレート６に設けた各流体配管（図示せず）から入口側の各マニホールド２０ａに供給され、セパレータに形成した各流体流路を流れる。そして最終的に、各流体は、出口側の各マニホールド２０ｂからエンドプレート６に設けた各流体配管へと排出される。
【００１６】
ターミナルプレート４は、出力端子４１を備え、スタック３の最も外側位置にある単セル２（のセパレータ）とインシュレータ５との間に設けられている。ターミナルプレート４は、各種の金属で形成することができる。燃料電池１の各単セル２で発生した電気は、ターミナルプレート４に集電され、出力端子４１により取り出される。
【００１７】
続いて、ターミナルプレート４における出力端子４１とプレート本体４０との接合方法について説明する。図２（Ａ）は、ターミナルプレート４における出力端子４１周辺を拡大して示す概略斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）を矢印Ａ方向からみた図である。比較例として、従来のターミナルプレートにおける出力端子とプレート本体との接合方法を示す説明図を図３に示す。図３（Ａ）は、従来のターミナルプレートにおける出力端子周辺を拡大して示す概略斜視図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）を矢印Ａ方向からみた図である。
【００１８】
まず従来のターミナルプレート９０における接合方法について説明する。図３に示すように、従来のターミナルプレート９０においては、セルに面接触する板状のプレート本体９２と、プレート本体９２周縁から突出するように設けられ、集電した電力を外部に出力するための出力端子９１と、が板厚方向（図３（Ｂ）において左右方向）に重ね合わせた状態で溶接される。出力端子９１は導電性確保のためにアルミから構成され、プレート本体９２は耐食性の高いチタンから構成されている場合、アルミの線膨張係数がチタンの線膨張係数の３倍であるため、溶接時の発熱による伸長量がそれぞれ異なる。溶接加工が終了して温度が下がった際には、アルミの縮む量がチタンよりも大きいため、チタンがアルミに引っ張られて平面上向き方向（図３（Ｂ）において右方向）への反りがチタンに発生する。ターミナルプレート９０は単セル２（図１参照）を複数積層したセル積層体の端部に配設されるものであるため、ターミナルプレート９０に平面上向き方向（言い換えればセル積層方向）への反りが発生すると、シール性が低下するという問題が生じることとなる。
【００１９】
これに対し、本実施形態のターミナルプレート４における出力端子４１とプレート本体４０とは次のように接合される。具体的には、セルに面接触した状態でセル積層体の端部に配設される板状のプレート本体４０と、プレート本体４０の外周面４０ａから突出するように設けられ、集電した電力を外部に出力するための出力端子４１とを備えるターミナルプレート４において、出力端子４１のプレート本体側の端面４１ａと、プレート本体４０の外周面４０ａ（プレート本体４０の出力端子側の端面）とが突き合わされて溶接されている。出力端子４１は例えばアルミから構成され、プレート本体４０は例えばチタンから構成されている。このように端面同士（端面４１ａ及び端面４０ａ）を突き合わせて溶接することで、プレート本体４０に平面上向き方向の反りが抑えられ、プレート本体４０に平面水平方向（言い換えれば面方向、図２（Ｂ）では上下方向）の反りが生じ得る。このような平面水平方向のプレート本体４０の反りは、ターミナルプレート４を単セル２（図１参照）と共に積層してスタック構造として用いる場合にシール性を悪化させることはない。したがって、図３に示した従来のターミナルプレートを燃料電池に用いる構成と比較して、シール性を向上させることができる。
【００２０】
図２及び図３を参照しながら各々説明した接合方法で作製されたターミナルプレートの曲げ剛性を測定した。測定したところ、端面同士を突き合わせて溶接したターミナルプレート４（図２参照）の曲げ剛性（ＥＩ１）は、重ね合わせて溶接したターミナルプレート９０（図３参照）の曲げ剛性（ＥＩ２）の約３０万倍（ＥＩ１／ＥＩ２≒３０００００）であることが検証され、反り量自体を低減できることが確認された。
【００２１】
なお、図２に示したターミナルプレート４のプレート本体４０は、耐食性が高い材料を含む構成であれば良く、例えばＴｉやＳＵＳ等を適用することが挙げられる。またターミナルプレート４の出力端子４１は、導電性を確保する材料を含んでいれば良く、例えばＣｕ、Ａｌを適用することが挙げられる。またターミナルプレート４、プレート本体４０、及び、出力端子４１の形状や大きさは、図示した例に限定されるわけではなく、各部材の機能を有する限り様々な形状や大きさに変更することが可能である。
【００２２】
以上説明した実施形態において、プレート本体４０と出力端子４１との接合方法は、特に限定されるものではないが、例えば溶接や摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ）が挙げられる。
【００２３】
以上説明した実施形態によれば、端子部のプレート本体側の端面と、プレート本体の端子部側の端面とが突き合わされて溶接されているので、端子部の線膨張係数がプレート本体の線膨張係数より大きい金属材料から構成されていても、熱収縮により端子部にプレート本体が引っ張られて平面上向き方向（言い換えれば板厚方向）へプレート本体が反ることを抑制することができる。その結果、セル積層時にターミナルプレートに撓みが生じることが抑えられ、撓みが生じることによりシール性が悪化しガス等のリークに繋がることを回避することができる。
【００２４】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１…燃料電池
２…単セル
３…スタック本体（セル積層体）
４…ターミナルプレート
５…インシュレータ
６…エンドプレート
２０…マニホールド
４０…プレート本体
４１…出力端子（端子部）
【図１】
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【図２】
2018181422.tif 000004
【図３】
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