(57)【要約】【課題】電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にし、発電分布のばらつきを効果的に抑制する。【解決手段】燃料電池スタック１は、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成されるセル２を複数積層したセル積層体と、一対のセパレータの外側に配置される一対の集電板３と、一対の集電板の外側に配置される一対の端部材４と、セル積層体、一対の集電板３、および、一対の端部材４が積層されたセルスタック６を取り巻く締結バンド５と、を備え、一対の端部材４はそれぞれ複数の板状部材４ａを有し、各板状部材４ａは、一対の集電板３のいずれかと接する面からの高さが両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有し、かつ、締結バンド５の幅方向に間隔を空けて並列に配置され、複数の板状部材４ａのうち隣り合う板状部材４ａは、対向する面の一部で撓み可能な連結部材４ｂにより連結される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成されるセルを複数積層したセル積層体と、
前記一対のセパレータの外側に配置される一対の集電板と、
前記一対の集電板の外側に配置される一対の端部材と、
前記セル積層体、前記一対の集電板、および、前記一対の端部材が積層されたセルスタックを取り巻く締結バンドと、
を備え、
前記一対の端部材はそれぞれ複数の板状部材を有し、
各板状部材は、前記一対の集電板のいずれかと接する面からの高さが両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有し、かつ、前記締結バンドの幅方向に間隔を空けて並列に配置され、
前記複数の板状部材のうち隣り合う板状部材は、対向する面の一部で撓み可能な連結部材により連結される燃料電池スタック。
【請求項２】
前記隣り合う板状部材は、少なくとも２箇所において連結される請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記隣り合う板状部材は、該板状部材の材料と異なる材料で形成された連結部材で連結される請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記隣り合う板状部材と前記連結部材とは、同じ材料で一体成形されている請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記各板状部材が前記締結バンドと接触する接触面の少なくとも１部の幅が、前記接触面を支持する板状部分の幅よりも大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記締結バンドは、前記セルスタックの表面に沿った形状に曲げられた板状部材である請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関し、特に、締結バンドを用いてセルスタックを締結する燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池はエネルギー利用効率が高く、二酸化炭素の排出を大幅に削減することが可能であるため、近年技術開発が積極的に進められている。中でも電解質に高分子を用いる固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC）は、比較的低い温度で使用可能であるため、今後の普及が期待されている。
【０００３】
図１７は、従来の代表的な固体高分子形燃料電池１００の構成を示す図である。図１７に示すように、固体高分子形燃料電池１００は、セル１０１を複数積層した積層体の外側に、電流を取り出す端子１０２ａを備えた一対の集電板１０２を配置し、さらにその外側に絶縁性を有する一対の端板１０３を配置し、これらを締結することにより構成されている。
【０００４】
また、セル１０１は、電解質膜−電極接合体（Membrane Electrode Assembly, MEA）１０４を、アノード側導電性セパレータ１０５、および、カソード側導電セパレータ１０６で挟持することにより構成される。
【０００５】
ここで、電解質膜−電極接合体１０４では、高分子電解質膜１０７はアノード電極１０８、および、カソード電極１０９により挟持されている。アノード電極１０８は、アノード側触媒層１０８ａ、および、アノード側ガス拡散層１０８ｂから構成され、カソード電極１０９は、カソード側触媒層１０９ａ、および、カソード側ガス拡散層１０９ｂから構成される。
【０００６】
そして、アノード側導電性セパレータ１０５、および、カソード側導電セパレータ１０６の電解質膜−電極接合体１０４に接する中央部分の周縁には、アノード電極１０８、および、カソード電極１０９に、燃料ガス、および、酸化剤ガスをそれぞれ供給する溝が形成される。
【０００７】
また、セル１０１の積層体は、一般に、締結バンドによって締結される。図１８は、特許文献１に開示された従来の電池モジュール２００を示す図である。
【０００８】
図１８に示すように、この電池モジュール２００では、単位電池２０１、および、電池隔壁２０２が交互に積層された積層体の外側にエンドプレート２０３が配置され、その積層体とエンドプレート２０３とがバンド２０４により締結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４６５６５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示された電池モジュール２００の締結構造を図１７に示した固体高分子形燃料電池１００に適用したとしても、さらに性能の向上を図ることが難しいという問題がある。
【００１１】
具体的には、図１７に示した固体高分子形燃料電池１００の性能を向上させる方法の１つとして、アノード側導電性セパレータ１０５、および、カソード側導電セパレータ１０６からの圧力が電解質膜−電極接合体１０４により均等にかかるようにし、接触抵抗を均一にして発電分布のばらつきを抑制することが考えられる。
【００１２】
これを実現するためには、端板１０３の強度、および、平面度を高くする必要があるが、セル１０１が大きくなると端板１０３の面積も大きくなるので、強度、および、平面度を高くすることが難しくなる。
【００１３】
特に、端板１０３をアルミダイキャストで製造する場合、平面度を高くするためには、アルミダイキャストにより得られた部品の表面を切削する２次加工が必要となる。そのため、この方法では部品の製造コストが高くなってしまう。
【００１４】
また、樹脂材料で製造される端板１０３では、端板１０３に反りが発生すると、平面度を高くすることが難しくなる。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にし、発電分布のばらつきを効果的に抑制することが可能な燃料電池スタック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】
【００１６】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成されるセルを複数積層したセル積層体と、一対のセパレータの外側に配置される一対の集電板と、一対の集電板の外側に配置される一対の端部材と、セル積層体、一対の集電板、および、一対の端部材が積層されたセルスタックを取り巻く締結バンドと、を備え、一対の端部材はそれぞれ複数の板状部材を有し、各板状部材は、一対の集電板のいずれかと接する面からの高さが両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有し、かつ、締結バンドの幅方向に間隔を空けて並列に配置され、複数の板状部材のうち隣り合う板状部材は、対向する面の一部で撓み可能な連結部材により連結される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池スタックによれば、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にし、発電分布のばらつきを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの組み立て状態を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの分解状態を示す斜視図
【図３】図２に示した端部材の拡大図
【図４】図３に示した端部材をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図
【図５】貫通孔が形成された締結バンドを有する燃料電池スタックの分解状態を示す斜視図
【図６】他の構成を有する締結バンドを備えた燃料電池スタックの分解状態を示す斜視図
【図７】実施の形態２における端部材の一例を示す図
【図８】図７に示した端部材をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図
【図９】実施の形態３に係る端部材の形成方法の一例を示す図
【図１０】実施の形態４における端部材の表面の一例を示す図
【図１１】実施の形態４における端部材の裏面の一例を示す図
【図１２】一部に幅広部を有する端部材の表面の一例を示す図
【図１３】一部に幅広部を有する端部材の裏面の一例を示す図
【図１４】図１２、および、図１３に示した端部材をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図
【図１５】連結作用、および、応力緩和作用を有する幅広部を備えた端部材の表面の一例を示す図
【図１６】連結作用、および、応力緩和作用を有する幅広部を備えた端部材の裏面の一例を示す図
【図１７】従来の代表的な固体高分子形燃料電池の構成を示す図
【図１８】特許文献１に開示された従来の電池モジュールを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、ある図面に示された部分と同一の部分、または、その部分に相当する部分には同一の符号を付すこととし、その部分に関する重複した説明を省略する。
【００２０】
また、以下に示す各実施の形態では、燃料電池が固体高分子形燃料電池であるものとして説明を行うが、本発明は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）やリン酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC）などの他の種類の燃料電池にも幅広く適用可能である。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタック１の組み立て状態を示す斜視図である。図１に示されるように、燃料電池スタック１は、セル２、集電板３、端部材４、締結バンド５を備える。ここで、セルスタック６は、セル２を複数積層した積層体、一対の集電板３、および、一対の端部材４が組み合わされたものである。
【００２２】
また、図１には、３次元直交座標軸が示されている。Ｚ軸方向は、セル２が積層される方向であり、Ｙ軸方向は、セルスタック６の長手方向であり、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向、および、Ｙ軸方向に直交する方向である。
【００２３】
セル２は、単電池モジュールとも呼ばれ、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成される。そして、複数積層されたセル２の外側には、一対の導電性の集電板３が配置される。さらに、一対の集電板３の外側には、一対の絶縁性の端部材４が配置される。
【００２４】
締結バンド５は、一対の端部材４を挟持するよう、セルスタック６を取り巻いている。この締結バンド５により、セル２の積層体、集電板３、端部材４が締結されることになる。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタック１の分解状態を示す斜視図である。図２に示すように、端部材４は、板状部材４ａ、および、連結部材４ｂを備える。図３は、図２に示した端部材４の拡大図である。また、図４は、図３に示した端部材４をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図である。
【００２６】
図２〜図４に示すように、各板状部材４ａは、集電板３と接する面４ｃからの高さｈが、両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有する。すなわち、Ｙ軸方向に垂直な各板状部材４ａの面の２次元形状は共通している。
【００２７】
また、各板状部材４ａは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並列に配置される。そして、隣り合う板状部材４ａは、対向する面の一部において、細くて撓み可能な連結部材４ｂにより連結される。
【００２８】
また、図３に示した板状部材４ａ、および、連結部材４ｂは、一体成形される。そして、板状部材４ａ、および、連結部材４ｂの材料には、例えば、ポリフェニレンサルファイド（Polyphenylene Sulfide, PPS）樹脂が用いられる（例えば、ＤＩＣ社製ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｚ２１４０）。
【００２９】
なお、ポリフェニレンサルファイド樹脂は熱可塑性樹脂であるが、熱可塑性樹脂でない樹脂を、板状部材４ａ、および、連結部材４ｂの材料として用いることとしてもよい。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂とは別の熱可塑性樹脂をそれらの部材の材料として用いることとしてもよい。
【００３０】
また、板状部材４ａ、および、連結部材４ｂの材料として、熱硬化性樹脂を用いることとしてもよい。さらには、アルミなどの材料を用い、ダイキャストによりそれらの部材を製造することとしてもよい。ただし、アルミを材料として用いる場合、板状部材４ａと集電板３との間の絶縁性を確保するため、絶縁部材を設けることが必要となる。
【００３１】
また、図２に示すように、締結バンド５は、連結部５ｂを有する第１バンド部５ａ、連結部５ｄを有する第２バンド部５ｃ、ピン５ｅ、５ｆを備える。連結部５ｂ、５ｄは、ピン５ｅ、５ｆを貫通させる貫通孔を有する。これらの貫通孔にピン５ｅ、５ｆを貫通させることにより、第１バンド部５ａと第２バンド部５ｃとが組み合わされる。
【００３２】
ここで、第１バンド部５ａ、および、第２バンド部５ｃは、セル２や集電板３の幅と同等の幅に形成され、すべての板状部材４ａを覆うように配置される。また、連結部５ｂ、５ｄは、板状部材４ａの面上にではなく、複数積層されたセル２、または、集電板３の側面の位置に配置される。
【００３３】
なお、連結部５ｂ、５ｄは、第１バンド部５ａ、第２バンド部５ｃの端部をＵ字型に曲げて溶接接合し、相互に噛み合うようにそれらの端部を切断することにより形成される。
【００３４】
そして、複数のセル２、一対の集電板３、一対の端部材４を積層してセルスタック６を形成した後、一対の端部材４の外側に第１バンド部５ａ、および、第２バンド部５ｃを配置し、連結部５ｂ、５ｄの貫通孔にピン５ｅ、５ｆを貫通させることにより、複数のセル２、集電板３、端部材４を締結させる。
【００３５】
なお、締結バンド５の材料としては、伸縮性がほとんどなく、柔軟性を有するＳＵＳ（Steel Special Use Stainless）系材料やＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）などの金属材料が用いられる。
【００３６】
例えば、ＳＵＳ系材料であるＳＵＳ３０４ ｔ０．８の平板を、セルスタック６の表面に沿った形状に曲げ、Ｙ軸方向に高い平面度を有する締結バンド５を形成することは比較的容易である。そして、このようにして形成された締結バンド５は、大きな曲げ強度を有することになる。
【００３７】
上記構成を図１７に示した従来の構成と比較すると、上記構成では、図１７に示したような端板１０３ほど高い強度、および、平面度が必要とされず、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできるという利点がある。
【００３８】
これは、端部材４では、隣り合う板状部材４ａが、細くて撓み可能な連結部材４ｂにより連結されるためである。このような端部材４において平面度が要求される範囲は、各板状部材４ａが集電板３と接する範囲だけでよく、図１７に示した端板１０３のように、端板１０３の全面にわたって高い平面度を確保する必要はない。
【００３９】
また、前述のように、締結バンド５は、大きな曲げ強度を有するので、締結バンド５でセルスタック６を締結すると、端部材４のＺ軸方向への反りなどが抑制されることになる。そのため、端部材４自体に高い強度がなくても大きな問題とはならない。
【００４０】
例えば、一体成形した端部材４にＺ軸方向への反りが発生していたとしても、Ｙ軸方向における平面度が高い締結バンド５でセルスタック６を締結すると、連結部材４ｂが撓んで容易に反りが矯正される。これにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００４１】
また、板状部材４ａの数を増やしつつ板状部材４ａの幅を狭くすれば、実質的には、板状部材４ａにおける接触面４ｃのＸ方向における平面度のみ高く維持すればよくなるので、端部材４の形成が極めて容易になる。
【００４２】
このように、本実施の形態における構成では、端部材４の形成が極めて容易になるとともに、セパレータと電解質膜−電極接合体との間の接触抵抗を均一にすることができる。その結果、発電分布を一様にでき、燃料電池スタック１の性能を効果的に向上させることができる。
【００４３】
なお、燃料ガス、酸化剤ガス、または、冷却水を供給するマニホールドが、集電板３からＺ軸方向に突出している場合、マニホールドが貫通する貫通孔を締結バンド５に設けることとしてもよい。
【００４４】
図５は、貫通孔８が形成された締結バンド５を有する燃料電池スタック１の分解状態を示す斜視図である。図５に示す例では、マニホールドの突出部７が、集電板３からＺ軸方向に伸びている。そして、締結バンド５の第１バンド部５ａ、および、第２バンド部５ｃには、突出部７が貫通する貫通孔８が形成されている。
【００４５】
セルスタック６が締結バンド５により締結される際、突出部７は、端部材４の隣り合う板状部材４ａの間を通過し、貫通孔８を貫通する。これにより、発電分布を均一にできるという効果を維持したまま、上記マニホールドを有する燃料電池スタック１を容易に製造することができる。
【００４６】
また、締結バンドの構成は、図２に示したものに限定されない。図６は、他の構成を有する締結バンド９を備えた燃料電池スタック１の分解状態を示す斜視図である。
【００４７】
図６における締結バンド９は、連結部９ｂを有する第１バンド部９ａ、連結部９ｄを有する第２バンド部９ｃ、連結部９ｅを有する連結板９ｆ、および、ピン９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊを備える。
【００４８】
連結部９ｂ、９ｄ、９ｅは、ピン９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊが貫通する貫通孔を有する。そして、これらの貫通孔にピン９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊを貫通させることにより、第１バンド部９ａ、第２バンド部９ｃ、および、連結板９ｆが組み合わされる。
【００４９】
なお、連結部９ｆは、板状部材４ａの面上にではなく、複数積層されたセル２、または、集電板３の側面の位置に配置される。
【００５０】
この場合も、図２に示した場合と同様に、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にし、発電分布を均一にすることが可能な燃料電池スタック１を容易に製造することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、図３を用いて説明したように、端部材４の隣り合う板状部材４ａを１箇所で連結することとしたが、連結箇所は２箇所以上であってもよい。本実施の形態２では、連結箇所が２箇所である場合について説明する。
【００５２】
図７は、実施の形態２における端部材１０の一例を示す図である。また、図８は、図７に示した端部材１０をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図である。
【００５３】
端部材１０は、実施の形態１と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて一体成形される。なお、端部材１０の材料はこれに限定されず、他の樹脂やアルミなどの材料を用いることとしてもよい。アルミなどの導電性材料を用いる場合、板状部材１０ａと集電板３との間の絶縁性を確保するため、絶縁部材を設けることが必要となる。
【００５４】
図７、および、図８に示すように、この端部材１０は、板状部材１０ａ、および、２つの連結部材１０ｂを備える。
【００５５】
各板状部材１０ａは、集電板３と接する接触面１０ｃからの高さｈが、両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有する。すなわち、Ｙ軸方向に垂直な各板状部材１０ａの面の２次元形状は共通している。
【００５６】
また、各板状部材１０ａは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並列に配置される。そして、隣り合う板状部材１０ａは、対向する面の一部において、細くて撓み可能な２つの連結部材１０ｂにより連結される。
【００５７】
このような構成を採用すると、図３に示した場合と比べて端部材１０の強度をより高めることができ、セルスタック６の組み立て時などに端部材１０が破損しにくくなる。また、実施の形態１と同様に、締結バンド５の取り付け時に２つの連結部材１０ｂが撓むことにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００５８】
（実施の形態３）
上記実施の形態１、および、実施の形態２では、端部材４、１０を、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの材料を用いて一体成形することとしたが、別の方法で端部材４、１０を形成することとしてもよい。本実施の形態３では、一体成形以外の方法で端部材を形成する場合について説明する。
【００５９】
図９は、実施の形態３に係る端部材１１の形成方法の一例を示す図である。図９に示すように、端部材１１は、板状部材１１ａ、および、連結部材１１ｂを備える。板状部材１１ａの形状は、実施の形態１、２でそれぞれ説明した板状部材４ａ、１０ａの形状と同様である。
【００６０】
ただし、図９に示す端部材１１では、連結部材１１ｂを貫通させる貫通孔を有する板状部材１１ａと連結部材１１ｂとが個別に製造される。そして、各板状部材１１ａの貫通孔に連結部材１１ｂを貫通させ、各板状部材１１ａを一体化することにより、端部材１１が形成される。
【００６１】
また、板状部材１１ａと連結部材１１ｂとは、同一の材料（例えば、実施の形態１で説明したようなポリフェニレンサルファイド樹脂など）で形成することとしてもよいし、別々の材料で形成することとしてもよい。
【００６２】
それらを同一の材料で形成することとすると、製造コストを抑制することができ、別々の材料で形成することとすると、板状部材１１ａと連結部材１１ｂのそれぞれの撓みやすさを別途調整することができる。
【００６３】
ここで、各板状部材１１ａに対する連結部材１１ｂの固定には、一般に用いられる様々な方法を適用することができる。例えば、各板状部材１１ａに連結部材１１ｂを接着剤で固定してもよいし、ビス止めなどにより固定してもよい。あるいは、それらを機構部品により固定してもよい。また、各板状部材１１ａに連結部材１１ｂを圧入することにより固定してもよい。
【００６４】
また、図９には、各板状部材１１ａを１つの連結部材１１ｂで固定する場合について示したが、実施の形態２と同様に、各板状部材１１ａを２つ以上の連結部材１１ｂで固定することとしてもよい。
【００６５】
このように端部材１１を一体成形以外の方法で形成した場合でも、実施の形態１、２と同様に、締結バンド５の取り付け時に連結部材１１ｂが撓むことにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００６６】
（実施の形態４）
上記実施の形態１〜３では、端部材４、１０、１１を構成する板状部材４ａ、１０ａ、１１ａの幅が一定であることとしたが、締結バンド５と接触する接触面の幅が、部分的に大きくなるようにしてもよい。本実施の形態４では、締結バンド５と接触する接触面の幅が部分的に大きくされる場合について説明する。
【００６７】
図１０は、実施の形態４における端部材１２の表面の一例を示す図である。また、図１１は、実施の形態４における端部材１２の裏面の一例を示す図である。
【００６８】
図１０、および、図１１に示すように、この端部材１２は、板状部材１２ａ、および、連結部材１２ｂを備える。
【００６９】
板状部材１２ａ、および、連結部材１２ｂは、実施の形態１、２と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて一体成形される。あるいは、実施の形態３と同様に、板状部材１２ａ、および、連結部材１２ｂが別個に製造されることとしてもよい。
【００７０】
なお、端部材１２の材料はポリフェニレンサルファイド樹脂に限定されず、他の樹脂やアルミなどの材料を用いることとしてもよい。アルミなどの導電性材料を用いる場合、板状部材１２ａと集電板３との間の絶縁性を確保するため、絶縁部材を設けることが必要となる。
【００７１】
各板状部材１２ａは、集電板３と接する接触面１２ｃからの高さｈが、両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有する。すなわち、Ｙ軸方向に垂直な各板状部材１２ａの面の２次元形状は共通している。
【００７２】
また、各板状部材１２ａは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並列に配置される。そして、隣り合う板状部材１２ａは、対向する面の一部において、細くて撓み可能な連結部材１２ｂにより連結される。
【００７３】
また、各板状部材１２ａは、図１１に示すように、締結バンド５と接する接触面の幅ｗ１が、その接触面を支持する板状部分の幅ｗ２よりも大きくなった幅広部１２ｄを有する。このような幅広部１２ｄを設けることにより、締結バンド５と接する面に生じる応力を大きく緩和することができる。
【００７４】
また、各板状部材１２ａに幅広部１２ｄを設けた場合でも、実施の形態１〜３と同様に、締結バンド５の取り付け時に連結部材１２ｂが撓むことにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００７５】
なお、図１０、図１１の例では、締結バンド５と接する各板状部材１２ａの全領域に幅広部１２ｄを設けることとしたが、各板状部材１２ａの一部の領域に幅広部を設けることとしてもよい。
【００７６】
図１２は、一部に幅広部１３ｄを有する端部材１３の表面の一例を示す図である。図１３は、一部に幅広部１３ｄを有する端部材１３の裏面の一例を示す図である。また、図１４は、図１２、および、図１３に示した端部材１３をＹ軸方向に垂直な面で切断した断面図である。
【００７７】
図１２〜図１４に示すように、この端部材１３は、板状部材１３ａ、および、連結部材１３ｂを備える。
【００７８】
各板状部材１３ａは、集電板３と接する接触面１３ｃからの高さｈが、両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有する。すなわち、Ｙ軸方向に垂直な各板状部材１３ａの面の２次元形状は共通している。
【００７９】
また、各板状部材１３ａは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並列に配置される。そして、隣り合う板状部材１３ａは、対向する面の一部において、細くて撓み可能な連結部材１３ｂにより連結される。
【００８０】
また、各板状部材１３ａは、図１３に示すように、締結バンド５と接する接触面の幅ｗ１が、その接触面を支持する板状部分の幅ｗ２よりも部分的に大きくなった幅広部１３ｄを有する。このような幅広部１３ｄを設けることにより、締結バンド５と接する面に生じる応力を大きく緩和することができる。
【００８１】
このように、各板状部材１３ａに部分的に幅広部１３ｄを設けた場合でも、締結バンド５の取り付け時に連結部材１３ｂが撓むことにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００８２】
（実施の形態５）
上述した実施の形態４では、隣り合う板状部材１３ａを連結する連結部材１３ｂを幅広部１３ｄとは別途設けていたが、隣り合う板状部材を連結するとともに、締結バンド５に接する面に生じる応力を緩和するための幅広部を各板状部材に設けることとしてもよい。
【００８３】
図１５は、連結作用、および、応力緩和作用を有する幅広部１４ｂを備えた端部材１４の表面の一例を示す図である。また、図１６は、連結作用、および、応力緩和作用を有する幅広部１４ｂを備えた端部材１４の裏面の一例を示す図である。
【００８４】
図１５、および、図１６に示すように、この端部材１４では、板状部材１４ａに幅広部１４ｂが形成され、その幅広部１４ｂが隣り合う板状部材１４ａを連結している。
【００８５】
各板状部材１４ａは、集電板３と接する接触面１４ｃからの高さｈが、両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有する。すなわち、Ｙ軸方向に垂直な各板状部材１４ａの面の２次元形状は共通している。
【００８６】
また、各板状部材１４ａは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並列に配置される。そして、隣り合う板状部材１４ａは、対向する面の一部において、薄くて撓み可能な幅広部１４ｂにより連結される。
【００８７】
また、図１６に示すように、幅広部１４ｂの幅ｗ１は、幅広部１４ｂを支持する板状部分の幅ｗ２よりも大きくなっている。このような幅広部１４ｂを設けることにより、締結バンド５と接する面に生じる応力を大きく緩和することができる。
【００８８】
また、締結バンド５の取り付け時に幅広部１４ｂが撓むことにより、電解質膜−電極接合体にかかる圧力をより均等にできる。
【００８９】
なお、図１５、図１６では、板状部材１４ａの両端に幅広部１４ｂを１箇所ずつ設けることとしたが、板状部材１４ａに幅広部１４ｂを１箇所だけ設けることとしてもよいし、３箇所以上設けることとしてもよい。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、各実施の形態で説明した構成は、他の実施の形態で説明した構成と適宜組み合わせることができる。例えば、図１０に示した構成において、実施の形態２で説明したように、連結部材１２ｂの数を２以上としてもよい。
【００９１】
また、図１０に示した構成において、実施の形態３で説明したように、連結部材１２ｂと貫通孔を有する板状部材１２ａとを別個に製造し、その貫通孔に連結部材１２ｂを貫通させることにより端部材１２を形成することとしてもよい。
【００９２】
さらに、図１０に示した構成において、実施の形態５で説明したように、隣り合う板状部材１２ａの幅広部１２ｄの一部または全部を連結し、連結部材１２ｂを用いないようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る燃料電池スタックは、セパレータと電解質膜−電極接合体との間の接触抵抗を均一にすることができ、一様な発電分布が得られるため、燃料電池の技術分野において好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００９４】
１  燃料電池スタック
２  セル
３  集電板
４，１０，１１，１２，１３，１４  端部材
４ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ  板状部材
４ｂ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ  連結部材
４ｃ，１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ  接触面
５，９  締結バンド
５ａ，９ａ  第１バンド部
５ｂ，５ｄ，９ｂ，９ｄ，９ｅ  連結部
５ｃ，９ｃ  第２バンド部
５ｅ，５ｆ，９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊ  ピン
６  セルスタック
７  突出部
８  貫通孔
９ｆ  連結板
１２ｄ，１３ｄ，１４ｂ  幅広部
１００  固体高分子形燃料電池
１０１  セル
１０２  集電板
１０２ａ  端子
１０３  端板
１０４  電解質膜−電極接合体
１０５  アノード側導電性セパレータ
１０６  カソード側導電セパレータ
１０７  高分子電解質膜
１０８  アノード電極
１０９  カソード電極
１０９ａ  カソード側触媒層
１０９ｂ  カソード側ガス拡散層
２００  電池モジュール
２０１  単位電池
２０２  電池隔壁
２０３  エンドプレート
２０４  バンド
【図１】
2015084292.tif 000003
【図２】
2015084292.tif 000004
【図３】
2015084292.tif 000005
【図４】
2015084292.tif 000006
【図５】
2015084292.tif 000007
【図６】
2015084292.tif 000008
【図７】
2015084292.tif 000009
【図８】
2015084292.tif 000010
【図９】
2015084292.tif 000011
【図１０】
2015084292.tif 000012
【図１１】
2015084292.tif 000013
【図１２】
2015084292.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015084292.tif 000018
【図１７】
2015084292.tif 000019
【図１８】
2015084292.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月14日(2015.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成されるセルを複数積層したセル積層体と、一対のセパレータの外側に配置される一対の集電板と、一対の集電板の外側に配置される一対の端部材と、セル積層体、一対の集電板、および、一対の端部材が積層されたセルスタックを取り巻く締結バンドと、を備え、一対の端部材はそれぞれ複数の板状部材を有し、各板状部材は、一対の集電板のいずれかと接する面からの高さが両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有し、かつ、締結バンドの幅方向に間隔を空けて並列に配置され、複数の板状部材のうち隣り合う板状部材は、対向する面の一部で撓み可能な連結部材により連結され、隣り合う板状部材は、板状部材の材料と異なる材料で形成された連結部材で連結される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んで構成されるセルを複数積層したセル積層体と、
前記一対のセパレータの外側に配置される一対の集電板と、
前記一対の集電板の外側に配置される一対の端部材と、
前記セル積層体、前記一対の集電板、および、前記一対の端部材が積層されたセルスタックを取り巻く締結バンドと、
を備え、
前記一対の端部材はそれぞれ複数の板状部材を有し、
各板状部材は、前記一対の集電板のいずれかと接する面からの高さが両端から中央部分にかけて徐々に高くなる一定の弧状形状を有し、かつ、前記締結バンドの幅方向に間隔を空けて並列に配置され、
前記複数の板状部材のうち隣り合う板状部材は、対向する面の一部で撓み可能な連結部材により連結され、
前記隣り合う板状部材は、該板状部材の材料と異なる材料で形成された連結部材で連結される燃料電池スタック。
【請求項２】
前記隣り合う板状部材は、少なくとも２箇所において連結される請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記各板状部材が前記締結バンドと接触する接触面の少なくとも１部の幅が、前記接触面を支持する板状部分の幅よりも大きい請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記締結バンドは、前記セルスタックの表面に沿った形状に曲げられた板状部材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。