(57)【要約】【課題】  効果的にセパレータの腐食を抑制できる燃料電池スタックの提供。【解決手段】  （１）  セパレータ１８と、セパレータ１８の表面材よりも腐食しやすい犠牲部材４０と、を有し、犠牲部材４０はスタック２３内を流れる冷媒に接するように設けられている。（２）犠牲部材４０はセパレータ１８と導通する。（３）犠牲部材４０は発電電圧がセパレータ１８間に発生している状況下でセパレータ１８の表面材よりも腐食しやすい材料からなる。（４）犠牲部材４０は、セル積層体のうち高電位側の個所と導通するよう設けられている。【選択図】        図２
2007087766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータと、
前記セパレータの表面材よりも腐食しやすい犠牲部材と、
を有し、
前記犠牲部材はスタック内を流れる冷媒に接するように設けられている燃料電池スタック。
【請求項２】
前記犠牲部材は前記セパレータと導通する請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記犠牲部材は発電電圧が前記セパレータ間に発生している状況下で前記セパレータの表面材よりも腐食しやすい材料からなる請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記犠牲部材は、セル積層体のうち高電位側の個所と導通するよう設けられている請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
正極ターミナルを有し、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルと該正極ターミナル側の末端の前記セパレータとの間に設けられている、請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記セパレータには冷媒マニホールドと反応ガスマニホールドが形成されており、
前記犠牲部材は前記反応ガスマニホールドを流れる水分にも接触し得るように設けられている請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記犠牲部材は各セル間すべてに設けられている請求項６記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記セパレータの前記冷媒マニホールドの周囲と前記反応ガスマニホールドの周囲との少なくとも一方の部位は前記犠牲部材によりコーティングされている請求項６記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
正極ターミナルを有し、前記セパレータにはマニホールドが形成されており、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルのセル接触面の、前記マニホールドに面する部位のみに設けられている、請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記マニホールドは少なくとも冷媒マニホールドを含む請求項９記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記犠牲材料は前記マニホールドの延在方向に延びている請求項９記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
正極ターミナルを有し、前記セパレータにはマニホールドが形成されており、前記正極ターミナルは前記マニホールドに対応する部分に貫通孔を有しており、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられており、前記正極ターミナルの前記貫通孔を閉塞している、請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記マニホールドは少なくとも冷媒マニホールドを含む請求項１２記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
マニホールドが形成されるセパレータと、
前記マニホールドに対応する部分に貫通孔が設けられる正極ターミナルと、
前記正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられ前記マニホールドに対応する部分に貫通孔が設けられる絶縁板と、
前記絶縁板の、前記正極ターミナルと反対側に設けられる電極板と、
を有し、
前記正極ターミナルと前記電極板との間に該電極板が前記正極ターミナルよりも高電位となるように電圧を印加した燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池（セル）のスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、膜−電極アッセンブリ（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）とからなる。
セパレータは、発電領域において、アノードに燃料ガス（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。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、冷媒マニホールドを有する。
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、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（たとえば、テンションプレート、テンションボルトなど）に締結し燃料電池スタックを構成する。
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
【０００３】
セパレータが金属製である場合、高電位側（＋側）の数セルの冷媒マニホールドで腐食が発生する。これは、積層したセルの冷媒マニホールドでは、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が生成するためであると推定される（図１５参照）。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（図１６参照）。腐食が進行するとセルのシール信頼性が低下する。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。
また、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）においても冷媒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。
特開２００４−１２７６２０号公報は、冷媒中のイオンをトラップするイオン交換樹脂を冷却水循環経路に設けて配管等の腐食を抑制した燃料電池冷却システムを開示している。
【特許文献１】特開２００４−１２７６２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特開２００４−１２７６２０号公報に開示された燃料電池冷却システムには、つぎの問題点がある。
金属製セパレータの腐食対策としては不十分である。
本発明の目的は、効果的にセパレータの腐食を抑制できる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】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  セパレータと、
前記セパレータの表面材よりも腐食しやすい犠牲部材と、
を有し、
前記犠牲部材はスタック内を流れる冷媒に接するように設けられている燃料電池スタック。
（２）  前記犠牲部材は前記セパレータと導通する（１）記載の燃料電池スタック。
（３）  前記犠牲部材は発電電圧が前記セパレータ間に発生している状況下で前記セパレータの表面材よりも腐食しやすい材料からなる（１）記載の燃料電池スタック。
（４）  前記犠牲部材は、セル積層体のうち高電位側の個所と導通するよう設けられている（１）記載の燃料電池スタック。
（５）  正極ターミナルを有し、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルと該正極ターミナル側の末端の前記セパレータとの間に設けられている、（１）記載の燃料電池スタック。
（６）  前記セパレータには冷媒マニホールドと反応ガスマニホールドが形成されており、
前記犠牲部材は前記反応ガスマニホールドを流れる水分にも接触し得るように設けられている（１）記載の燃料電池スタック。
（７）  前記犠牲部材は各セル間すべてに設けられている（６）記載の燃料電池スタック。
（８）  前記セパレータの前記冷媒マニホールドの周囲と前記反応ガスマニホールドの周囲との少なくとも一方の部位は前記犠牲部材によりコーティングされている（６）記載の燃料電池スタック。
（９）  正極ターミナルを有し、前記セパレータにはマニホールドが形成されており、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルのセル接触面の、前記マニホールドに面する部位のみに設けられている、（１）記載の燃料電池スタック。
（１０）  前記マニホールドは少なくとも冷媒マニホールドを含む（９）記載の燃料電池スタック。
（１１）  前記犠牲材料は前記マニホールドの延在方向に延びている（９）記載の燃料電池スタック。
（１２）  正極ターミナルを有し、前記セパレータにはマニホールドが形成されており、前記正極ターミナルは前記マニホールドに対応する部分に貫通孔を有しており、
前記犠牲部材は、前記正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられており、前記正極ターミナルの前記貫通孔を閉塞している、（１）記載の燃料電池スタック。
（１３）  前記マニホールドは少なくとも冷媒マニホールドを含む（１２）記載の燃料電池スタック。
（１４）  マニホールドが形成されるセパレータと、
前記マニホールドに対応する部分に貫通孔が設けられる正極ターミナルと、
前記正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられ前記マニホールドに対応する部分に貫通孔が設けられる絶縁板と、
前記絶縁板の、前記正極ターミナルと反対側に設けられる電極板と、
を有し、
前記正極ターミナルと前記電極板との間に該電極板が前記正極ターミナルよりも高電位となるように電圧を印加した燃料電池スタック。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）〜（１３）の燃料電池スタックでは、犠牲部材をスタック内を流れる冷媒に接するように設けた結果、極めて効果的にセパレータの腐食を抑制できた。
上記（２）の燃料電池スタックでは、犠牲部材がセパレータと導通するので、防食のために塗膜を形成する方法と異なりセパレータと電極との導通を確保できないことによる電池の性能を阻害することを防止できる。
上記（４）の燃料電池スタックでは、高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材がセル積層体のうち高電位側の個所と導通するよう設けられているので、効果的にセパレータの腐食を抑制できる。
上記（５）の燃料電池スタックでは、高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材が正極ターミナルと末端のセパレータとの間に設けられているので、効果的にセパレータの腐食を抑制できる。
上記（６）の燃料電池スタックでは、犠牲部材が反応ガスマニホールドを流れる水分にも接触し得るように設けられているので、セパレータの反応ガスマニホールド周囲の腐食をも効果的に抑制できる。
上記（７）の燃料電池スタックでは、積層したセルのどこで水分が発生しても犠牲部材が水分に接触するため、セパレータの腐食を抑制できる。
上記（８）の燃料電池スタックでは、セパレータの冷媒マニホールドの周囲と反応ガスマニホールドの周囲との少なくとも一方の部位が犠牲部材によりコーティングされているので、積層したセルのどこで水分が発生しても犠牲部材が水分に接触するため、セパレータの腐食を抑制できる。
上記（９）〜（１１）の燃料電池スタックでは、犠牲部材を正極ターミナルのセル接触面のマニホールドに面する部位のみに設けた場合であっても、効果的にセパレータの腐食を抑制できた。
また、犠牲部材をセル接触面のマニホールドに面する部位のみに設けたので、発電面においては金属製の正極ターミナルと金属製のセパレータとを直接接触させることができ、金属―金属間の低い接触抵抗で正極ターミナルとセパレータ間を導通させ、発電電力の損失を低減できる。
上記（１２）、（１３）の燃料電池スタックでは、犠牲部材が、正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられており正極ターミナルの貫通孔を閉塞しているので、犠牲部材をスタック内を流れる冷媒に接するように設けることができる。
また、高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材が正極ターミナルのセル接触面側と反対側に設けられており正極ターミナルの貫通孔を閉塞しているので、効果的にセパレータの腐食を抑制できる。
上記（１４）の燃料電池スタックでは、外部電源により電流を流すことにより、セパレータの腐食電位を低下させ、腐食電流を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図３は、本発明実施例１の燃料電池スタックを示しており、図４は、本発明実施例２の燃料電池スタックを示しており、図５は、本発明実施例３の燃料電池スタックを示しており、図６〜図８は、本発明実施例４の燃料電池スタックを示しており、図９、図１０は、本発明実施例５の燃料電池スタックを示しており、図１１は、本発明実施例６の燃料電池スタックを示している。ただし、図７、図８は、本発明実施例５と実施例６の燃料電池スタックにも適用可能である。図１２は、本発明実施例７の燃料電池スタックを示している。図１３は、本発明全実施例に適用される燃料電池スタックを示しており、図１４は、本発明全実施例に適用される燃料電池スタックの構成部品を示している。
本発明全実施例にわたって共通する部分には、本発明全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明全実施例にわたって共通する部分を説明する。
本発明の燃料電池スタックの構成部品である燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００８】
固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、図２に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルモジュール１９（１セルモジュールの場合は、セル１０はセルモジュール１９と同じになる）を構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体とし、図１３に示すように、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、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）にボルト・ナット２５にて固定し、燃料電池スタック２３を構成する。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。
【０００９】
セパレータ１８は、図２に示すように、メタルセパレータ（金属板）１８ａと樹脂フレーム１８ｂとの組合せからなる。メタルセパレータ１８ａの材料は、ＳＵＳ（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ）、Ｔｉ等である。メタルセパレータ１８ａは、不動態膜で覆われている。メタルセパレータ１８ａは、ターミナル２０と電気的に導通している。
セパレータ１８には、発電領域において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソード１７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が形成されている。また、図１４に示すように、セパレータ１８には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域において、反応ガスマニホールド（燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）３０ａ、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。反応ガスと冷媒は、積層された状態では、負極ターミナル２０ｂの孔から供給・排出される。
燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、接着剤またはガスケット等のシール材で互いにシールされている。
【００１０】
各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００１１】
つぎに、本発明実施例１〜実施例６にわたって共通する部分を説明する。
本発明実施例１〜実施例６では、図２に示すように、メタルセパレータ１８ａの表面材（ステンレスの不動態膜）よりも腐食しやすい犠牲部材４０が設けられている。犠牲部材４０は、発電電圧が与えられた状況の下で、メタルセパレータ１８ａの表面材よりも腐食しやすい材料からなる。ここで、腐食しやすい材料は、メタルセパレータ１８ａ基材よりも電気化学的に卑な材料であり、望ましくは金属イオンの溶出といった悪影響の少ないカーボン等である。
犠牲部材４０は、スタック２３内を流れる冷媒に接するように設けられている。犠牲部材４０は、冷媒流路２６を流れる冷媒と冷媒マニホールド２９を流れる冷媒の少なくとも一方に接するように設けられている。犠牲部材４０は、メタルセパレータ１８ａと導通している。犠牲部材４０は、セル積層体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１８ａ等）と導通するよう設けられている。
【００１２】
本発明実施例１〜実施例６にわたって共通する部分の作用を説明する。
本発明実施例では、犠牲部材４０をスタック２３内を流れる冷媒に接するように設けた結果、犠牲部材４０の腐食が進行し、極めて効果的にメタルセパレータ１８ａ基材の腐食を抑制できた。
犠牲部材４０がメタルセパレータ１８ａと導通するので、電池の性能を阻害することを防止できる。
犠牲部材４０の材料にカーボンを用いる場合、カーボンが腐食してもＣＯ２が発生するだけなので、犠牲部材４０が腐食しても金属イオン溶出による冷媒の汚染がない。
高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材４０がセル積層体のうち高電位側の個所と導通するよう設けられているので、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できる。
【００１３】
つぎに、本発明実施例１に特有な部分を説明する。
[実施例１]（図１〜図３）
本発明実施例１では、図１、図２に示すように、犠牲部材４０が正極ターミナル２０ａと、正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間のみに設けられている。
犠牲部材４０の形状は、図１に示すように、貫通孔を有さない板形状である。犠牲部材４０は、正極ターミナル２０ａに導電性のある接着剤にて接着されていてもよく、接着材を用いずに正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａとによって挟持されていてもよい。犠牲部材４０は、冷媒と、反応ガスマニホールド３０ａの正極ターミナル２０ａ近傍を流れる水分とに接するように設けられている。
【００１４】
本発明実施例１に特有な部分の作用を説明する。
図３に示すように、高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材４０が正極ターミナル２０ａと末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられているので、犠牲部材４０の腐食が進行し、メタルセパレータ１８ａ基材は腐食しない（犠牲アノード）。よって、犠牲部材を設けない場合に比べて、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できる。
犠牲部材４０が反応ガスマニホールド３０ａの正極ターミナル２０ａ近傍を流れる水分に接するように設けられているので、反応ガスマニホールド３０ａの正極ターミナル２０ａ近傍に生成水等の水が溜まった場合であっても、犠牲部材４０の腐食が進行し、メタルセパレータ１８ａは腐食しない。
本発明実施例１では、犠牲部材４０が正極ターミナル２０ａと正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間のみに設けられる場合を示しているが、犠牲電極４０を高電位側より少なくとも５セル分挿入すれば、図３で見られる１セル目のわずかな腐食電流も無くなり、更なる防食が期待できる。
【００１５】
つぎに、本発明実施例２に特有な部分を説明する。
[実施例２]（図４）
本発明実施例２では、犠牲部材４０が反応ガスマニホールド３０ａを流れる水分にも接触し得るように、正極側ターミナル２０ａと正極側ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間と、負極側ターミナル２０ｂと負極側ターミナル２０ｂ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間と、各セル間すべてに設けている。
正極側ターミナル２０ａと正極側ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられる犠牲部材４０の形状は、貫通孔を有さない板形状である。負極側ターミナル２０ｂと負極側ターミナル２０ｂ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられる犠牲部材４０と、各セル間に設けられる犠牲部材４０の形状は、冷媒マニホールド２９と反応ガスマニホールド３０ａに対応する部分に貫通孔４０ａを有する板形状である。
【００１６】
正極側ターミナル２０ａと正極側ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられる犠牲部材４０は、正極ターミナル２０ａに導電性のある接着剤にて接着されていてもよく、接着材を用いずに正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａとで挟持されていてもよい。負極側ターミナル２０ｂと負極側ターミナル２０ｂ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられる犠牲部材４０は、負極ターミナル２０ｂに導電性のある接着剤にて接着されていてもよく、接着材を用いずに負極ターミナル２０ｂとメタルセパレータ１８ａとで挟持されていてもよい。各セル間に設けられる犠牲部材４０は、該犠牲部材４０の両側または一側のメタルセパレータ１８ａに導電性のある接着剤にて接着されていてもよく、接着材を用いずに該犠牲部材４０の両側にあるメタルセパレータ１８ａで挟持されていてもよい。
【００１７】
本発明実施例２に特有な部分の作用を説明する。
高電位側（＋側）の数セルで腐食が発生するが、犠牲部材４０が正極ターミナル２０ａと正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの間に設けられているので、犠牲部材４０の腐食が進行し、メタルセパレータ１８ａ基材は腐食しない（犠牲アノード）。よって、犠牲部材を設けない場合に比べて、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できる。
犠牲部材４０が反応ガスマニホールド３０ａを流れる水分にも接触し得るように設けられているので、メタルセパレータ１８ａの反応ガスマニホールド３０ａ部位の腐食を効果的に抑制できる。
犠牲部材４０が各セル間すべてに設けられているので、積層したセルのどこで水分が発生しても犠牲部材４０が水分に接触するため、犠牲部材４０の腐食が進行し、メタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できる。
【００１８】
つぎに、本発明実施例３に特有な部分を説明する。
[実施例３]（図５）
本発明実施例３では、メタルセパレータ１８ａの冷媒マニホールド２９の周囲が犠牲部材４０によりコーティングされており、望ましくはメタルセパレータ１８ａの反応ガスマニホールド３０ａの周囲も犠牲部材４０によりコーティングされる。反応ガスマニホールド３０ａの周囲も犠牲部材４０によりコーティングされている場合、犠牲部材４０が冷媒だけでなく反応ガスマニホールド３０ａを流れる水分にも接触し得る。すべてのメタルセパレータ１８ａが犠牲部材４０によりコーティングされている。コーティング（製膜）は、たとえば、物理蒸着（真空蒸着、スパッタ等）、化学蒸着（ＣＶＤ等）、塗膜等にて行われる。
【００１９】
本発明実施例３に特有な部分の作用を説明する。
犠牲部材４０が反応ガスマニホールド３０ａを流れる水分にも接触し得るように設けられている場合、メタルセパレータ１８ａの反応ガスマニホールド３０ａ部位の腐食を効果的に抑制できる。また、すべてのメタルセパレータ１８ａが犠牲部材４０によりコーティングされているので、積層したセルのどこで水分が発生しても犠牲部材４０が水分に接触するため、メタルセパレータ１８ａの腐食を効果的に抑制できる。
【００２０】
つぎに、本発明実施例４に特有な部分を説明する。
[実施例４](図６〜図８)
本発明実施例４では、図６に示すように、犠牲部材４０が、正極ターミナル２０ａのセル接触面の、冷媒マニホールド２９と反応ガスマニホールド３０ａに面する部位のみに設けられている。犠牲部材４０の形状は、板状形状である。犠牲部材４０は、正極ターミナル２０ａに接合される。
【００２１】
本発明実施例４に特有な部分の作用を説明する。
正極ターミナル２０ａ側の末端に位置するカソード側のメタルセパレータ１８ａから冷媒中に漏れ出す電流と、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離の関連を計測した例を図７に示す。犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離が近いほど、漏れ電流が低下することがわかる。
また、正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａから漏れ出す電流と犠牲部材４０の面積の関連を計測した例を図８に示す。犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流が低下することがわかる。したがって、犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流を低減し、腐食を防止する効果が高いといえる。
しかしながら、面積をマニホールド２９，３０ａの大きさと同程度に限定しても、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離を十分に近くすれば、メタルセパレータ１８ａの腐食防止に十分な効果もあることがわかった。
したがって、犠牲部材４０を正極ターミナル２０ａのセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けた場合であっても、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できた。
【００２２】
犠牲部材４０をセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けたので、発電面においては金属製の正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａとを直接接触させることができ、金属―金属間の低い接触抵抗で正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａ間を導通させ、発電電力の損失を低減できる。
【００２３】
つぎに、本発明実施例５に特有な部分を説明する。
[実施例５]（図７〜図１０）
本発明実施例５では、犠牲部材４０が、正極ターミナル２０ａのセル接触面の、冷媒マニホールド２９と反応ガスマニホールド３０ａに面する部位のみに設けられている。犠牲部材４０の形状は、棒形状である。犠牲部材４０は、座部４１に固定して取付けられており、座部４１を正極ターミナル２０ａに取り外し可能にねじ込むことで正極ターミナル２０ａに取り付けられる。犠牲材料４０はマニホールド２９、３０ａの延在方向（伸長方向）に延びている。犠牲部材４０は、マニホールド２９、３０ａ内に入り込んでいる。マニホールド２９、３０ａの大きさに対して、棒状の犠牲部材４０は、十分細くし、マニホールド２９、３０ａの内壁に接触しない構成とする。
【００２４】
本発明実施例５に特有な部分の作用を説明する。
正極ターミナル２０ａ側の末端に位置するカソード側のメタルセパレータ１８ａから冷媒中に漏れ出す電流と、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離の関連を計測した例を図７に示す。犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離が近いほど、漏れ電流が低下することがわかる。
また、正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａから漏れ出す電流と犠牲部材４０の面積の関連を計測した例を図８に示す。犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流が低下することがわかる。したがって、犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流を低減し、腐食を防止する効果が高いといえる。
しかしながら、面積をマニホールド２９，３０ａの大きさと同程度に限定しても、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離を十分に近くすれば、メタルセパレータ１８ａの腐食防止に十分な効果もあることがわかった。
したがって、犠牲部材４０を正極ターミナル２０ａのセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けた場合であっても、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できた。
【００２５】
犠牲部材４０をセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けたので、発電面においては金属製の正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａとを直接接触させることができ、金属―金属間の低い接触抵抗で正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａ間を導通させ、発電電力の損失を低減できる。
また、犠牲部材４０が座部４１を正極ターミナル２０ａに取り外し可能にねじ込むことで正極ターミナル２０ａに取り付けられるので、燃料電池スタック２３を分解することなく、犠牲部材４０の取り外しが可能となり、保守性が向上する。
【００２６】
つぎに、本発明実施例６に特有な部分を説明する。
[実施例６]（図７、図８、図１１）
本発明実施例６では、正極ターミナル２０ａにマニホールド２９、３０ａに対応する部分に貫通孔２０ｃが設けられており、犠牲部材４０は、正極ターミナル２０ａのセル接触面側と反対側に設けられており正極ターミナル２０ａの貫通孔２０ｃを閉塞している。犠牲部材４０は、貫通孔を有さない板形状である。犠牲部材４０は、正極ターミナル２０ａに接合される。犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａは電気的に導通される。
【００２７】
本発明実施例６に特有な部分の作用を説明する。
正極ターミナル２０ａ側の末端に位置するカソード側のメタルセパレータ１８ａから冷媒中に漏れ出す電流と、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離の関連を計測した例を図７に示す。犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離が近いほど、漏れ電流が低下することがわかる。
また、正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａから漏れ出す電流と犠牲部材４０の面積の関連を計測した例を図８に示す。犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流が低下することがわかる。したがって、犠牲部材４０の面積が大きいほど、漏れ電流を低減し、腐食を防止する効果が高いといえる。
しかしながら、面積をマニホールド２９，３０ａの大きさと同程度に限定しても、犠牲部材４０と正極ターミナル２０ａ側の末端のメタルセパレータ１８ａとの距離を十分に近くすれば、メタルセパレータ１８ａの腐食防止に十分な効果もあることがわかった。
したがって、犠牲部材４０を正極ターミナル２０ａのセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けた場合であっても、効果的にメタルセパレータ１８ａの腐食を抑制できた。
【００２８】
犠牲部材４０をセル接触面のマニホールド２９、３０ａに面する部位のみに設けたので、発電面においては金属製の正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａとを直接接触させることができ、金属―金属間の低い接触抵抗で正極ターミナル２０ａとメタルセパレータ１８ａ間を導通させ、発電電力の損失を低減できる。
【００２９】
つぎに、本発明実施例７に特有な部分を説明する。
[実施例７]（図１２）
本発明実施例７では、正極ターミナル２０ａの、冷媒マニホールド２９と反応ガスマニホールド３０ａとの少なくとも一方に対応する部分に設けられた貫通孔２０ｃと、正極ターミナル２０ａのセル接触面側と反対側に設けられ貫通孔２０ｃに対応する部分に貫通孔５１が設けられる絶縁板５０と、絶縁板５０の正極ターミナル２０ａと反対側に設けられる電極板６０と、が設けられており、正極ターミナル２０ａと電極板６０との間に電極板６０が正極ターミナル２０ａよりも高電位となるように電圧を印加している。
正極ターミナル２０ａに貫通孔２０ｃが設けられ、絶縁板５０に貫通孔５１が設けられているので、貫通孔２０ｃ、５１を冷媒および／または反応ガスが流通できるようになっている。電極板６０は腐食しにくい材質（Ａｕ、Ｐｔ、Ｃなど）からなっていてもよく、表面処理（Ａｕメッキなど）を施して腐食しにくくされていてもよい。電極板６０は、絶縁板５０を介して正極ターミナル２０ａに設置される。正極ターミナル２０ａと電極板６０との間に印加する電圧は、メタルセパレータ１８ａの腐食電流が十分小さくなるように設定されており、望ましくは、たとえば０．５〜２Ｖ程度の電圧である。
【００３０】
本発明実施例７に特有な部分の作用を説明する。
本発明実施例７では、外部電源により電流を流すことにより、メタルセパレータ１８ａの腐食電位を低下させ、腐食電流を減少させる、いわゆるカソード防食法の原理を応用している。正極側ターミナル２０ａと外側に設置した電極板６０との間に電圧を印加することで、電極板６０から冷媒および／または反応ガス中の水分に電流を流すことにより、メタルセパレータ１８ａに流れていた腐食電流を低減することで簡便にメタルセパレータ１８ａを防食できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明実施例１の燃料電池スタックの、セルモジュールとターミナルを示す分解斜視図である。
【図２】本発明実施例１の燃料電池スタックの、部分断面図である。
【図３】本発明実施例１の燃料電池スタックの、腐食電流―セパレータ位置ナンバーの関連を示すグラフである。なお、図中のａ．ｕ．は、単位が「任意の値」の意である。
【図４】本発明実施例２の燃料電池スタックの部分断面図である。
【図５】本発明実施例３の燃料電池スタックの部分断面図である。
【図６】本発明実施例４の燃料電池スタックの、セルモジュールとターミナルを示す分解斜視図である。
【図７】本発明実施例４の燃料電池スタックの、漏れ電流―犠牲部材とセパレータ間との距離の関連を示すグラフである。なお、図中のａ．ｕ．は、単位が「任意の値」の意である。
【図８】本発明実施例４の燃料電池スタックの、漏れ電流―犠牲部材の面積の関連を示すグラフである。なお、図中のａ．ｕ．は、単位が「任意の値」の意である。
【図９】本発明実施例５の燃料電池スタックの、セルモジュールとターミナルを示す分解斜視図である。
【図１０】本発明実施例５の燃料電池スタックの、犠牲電極が設けられる正極ターミナルの斜視図と、犠牲電極の取付け部の断面図である。
【図１１】本発明実施例６の燃料電池スタックの、正極ターミナルと犠牲電極のみを示す分解斜視図である。
【図１２】本発明実施例７の燃料電池スタックの、セルモジュールとターミナルと絶縁板と電極板を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明実施例の燃料電池スタックの側面図である。
【図１４】図１３の燃料電池のセルの正面図である。
【図１５】セパレータが金属製である場合に高電位側の数セルの冷媒マニホールドで腐食が発生する原因（推定）を示す断面図である。
【図１６】従来の燃料電池スタックの、腐食電流―セパレータ位置ナンバーの関連を示すグラフである。なお、図中のａ．ｕ．は、単位が「任意の値」の意である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１４  触媒層（アノード、燃料極）
１７  触媒層（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１８ａ  メタルセパレータ
１８ｂ  樹脂フレーム
１９  セルモジュール
２０  ターミナル
２０ａ  正極ターミナル
２０ｂ  負極ターミナル
２０ｃ  貫通孔
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路
２９  冷媒マニホールド
３０ａ  反応ガスマニホールド
３０  燃料ガスマニホールド
３１  酸化ガスマニホールド
４０  犠牲部材
４１  座部
５０  絶縁板
５１  貫通孔
６０  電極板
【図１】
2007087766.tif 000003
【図２】
2007087766.tif 000004
【図３】
2007087766.tif 000005
【図４】
2007087766.tif 000006
【図５】
2007087766.tif 000007
【図６】
2007087766.tif 000008
【図７】
2007087766.tif 000009
【図８】
2007087766.tif 000010
【図９】
2007087766.tif 000011
【図１０】
2007087766.tif 000012
【図１１】
2007087766.tif 000013
【図１２】
2007087766.tif 000014
【図１３】
2007087766.tif 000015
【図１４】
2007087766.tif 000016
【図１５】
2007087766.tif 000017
【図１６】
2007087766.tif 000018