(57)【要約】      （修正有）【課題】小型であり、車両等への搭載性に優れたスタックを提供する。【解決手段】本発明の燃料電池のスタックは、複数の膜電極接合体１と、複数のセパレータ２と、一対のエンドプレートと、ボルト及びナットとを備えている。各膜電極接合体１は、電解質膜３と、電解質膜３の一面に接合されて空気が供給されるカソード極４と、電解質膜３の他面に接合されて燃料が供給されるアノード極５とを有する。各セパレータ２は、各膜電極接合体１を間に挟んで積層され、個々が各カソード極４側に空気室６を形成するとともに、各アノード極５側に燃料室７を形成する。各膜電極接合体１は導電金属製の網に挟持されている。個々のセパレータ２を介して隣り合う両網は、積層方向に直交する方向の端部において、各セル１０が直列になるように、個々の溶接部２０によってセパレータ２とともに一体化されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、該電解質膜の一面に接合されて空気が供給されるカソード極と、該電解質膜の他面に接合されて燃料が供給されるアノード極とを有する複数の膜電極接合体と、
各該膜電極接合体を間に挟んで積層され、個々が各該カソード極側に空気室を形成するとともに、各該アノード極側に燃料室を形成する複数のセパレータと、
該セパレータ、該膜電極接合体及び該セパレータによって構成された個々のセルが多数積層され、積層方向の両端に設けられる一対のエンドプレートと、
両該エンドプレートを締結する締結手段とを備えた燃料電池のスタックにおいて、
前記各膜電極接合体は導電金属製の網又は多孔板からなる集電体に挟持され、個々の前記セパレータを介して隣り合う両該集電体は、前記積層方向に直交する方向の端部において、前記各セルが直列になるように、個々の固定手段によって該セパレータとともに一体化されていることを特徴とする燃料電池のスタック。
【請求項２】
固定手段は、溶接、かしめ又はクリップである請求項１記載の燃料電池のスタック。
【請求項３】
両前記集電体は、一体化される領域において、ガスケットによって前記電解質膜と離反されている請求項１又は２記載の燃料電池のスタック。
【請求項４】
前記ガスケットは絶縁性のものである請求項３記載の燃料電池のスタック。
【請求項５】
前記各セパレータは導電金属製である請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池のスタック。
【請求項６】
前記カソード極及び前記アノード極の少なくとも一つは、前記電解質側とは逆側に形成されて前記空気又は前記燃料を拡散する拡散層を有し、
該拡散層に前記集電体が一部を露出させて含まれている請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池のスタック。
【請求項７】
前記膜電極接合体及び前記セパレータの少なくとも一方は、前記端部を除き、平板材が二次元又は三次元で屈曲されている請求項１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池のスタック。
【請求項８】
前記空気室が前記燃料室よりも大きくされている請求項７記載の燃料電池のスタック。
【請求項９】
前記各セパレータが前記膜電極接合体の形状を保持するように形成されている請求項７又は８記載の燃料電池のスタック。
【請求項１０】
屈曲した前記膜電極接合体又は前記セパレータは、山同士が対面されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の燃料電池のスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池のスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の燃料電池のスタックが開示されている。このスタックは、複数のセルと、個々のセルが多数積層され、積層方向の両端に設けられる一対のターミナルと、各ターミナルの外側に設けられる一対のインシュレータと、これらの外側に設けられる一対のエンドプレートと、両エンドプレートを締結する複数組のボルト及びナットとを備えている。
【０００３】
各セルはセパレータ、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）及びセパレータによって構成されており、隣り合うセルはセパレータを共通にしている。
【０００４】
各膜電極接合体は、ナフィオン（登録商標、Nafion（Dupon社製））等の固体高分子膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に接合されて空気が供給されるカソード極と、電解質膜の他面に接合されて燃料が供給されるアノード極とを有している。カソード極及びアノード極は白金（Ｐｔ）等の触媒を担持したカーボン粒子等からなる。
【０００５】
各セパレータは、各膜電極接合体を間に挟んで積層され、個々が各カソード極側に空気室を形成するとともに、各アノード極側に燃料室を形成するようになっている。各セパレータは導電性の材料によって気密に成形されている。
【０００６】
この燃料電池のスタックにおいては、セパレータと膜電極接合体とにより空気室及び燃料室が形成され、カソード極に空気が供給されるとともにアノード極に燃料が供給される。この間、膜電極接合体では、アノード極における電気化学的反応により、燃料から水素イオン（Ｈ+；プロトン）と電子とが生成される。そして、プロトンは水分子を伴ったＨ3Ｏ+の形で電解質膜内をカソード極に向かって移動する。また、電子は、両ターミナルに接続された負荷を通り、カソード極に流れる。一方、カソード極においては、空気中に含まれる酸素とプロトンと電子とから水が生成される。このような電気化学的反応が連続して起こることにより、スタックは起電力を連続して発生することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来のスタックは、複数組のボルト及びナットによって、両エンドプレートを締結している。この種のスタックにおいては、両エンドプレート間に位置するセパレータと膜電極接合体のカソード極及びアノード極との電気抵抗が変化しないよう、その際の締結力及びそのバランスに留意する必要がある。このため、従来のスタックは、大型化し、例えば車両等への搭載性が損なわれてしまっていた。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、小型であり、車両等への搭載性に優れたスタックを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池のスタックは、電解質膜と、該電解質膜の一面に接合されて空気が供給されるカソード極と、該電解質膜の他面に接合されて燃料が供給されるアノード極とを有する複数の膜電極接合体と、
【００１１】
各該膜電極接合体を間に挟んで積層され、個々が各該カソード極側に空気室を形成するとともに、各該アノード極側に燃料室を形成する複数のセパレータと、
【００１２】
該セパレータ、該膜電極接合体及び該セパレータによって構成された個々のセルが多数積層され、積層方向の両端に設けられる一対のエンドプレートと、
【００１３】
両該エンドプレートを締結する締結手段とを備えた燃料電池のスタックにおいて、
【００１４】
前記各膜電極接合体は導電金属製の網又は多孔板からなる集電体に挟持され、個々の前記セパレータを介して隣り合う両該集電体は、前記積層方向に直交する方向の端部において、前記各セルが直列になるように、個々の固定手段によって該セパレータとともに一体化されていることを特徴とする。
【００１５】
このスタックでは、各膜電極接合体が導電金属製の集電体によって挟持されているため、個々の膜電極接合体のカソード極及びアノード極は、それぞれ集電体を介し、隣接するセパレータに通電されることとなる。
【００１６】
そして、このスタックでは、個々のセパレータを介して隣り合う両集電体は、積層方向に直交する方向の端部において、各セルが直列になるように、個々の固定手段によってセパレータとともに一体化されている。このため、このスタックは、積層方向に直交する方向の端部が強固なものとなっている。特に、金属製の網又は多孔板からなる集電体の高い剛性により、各膜電極接合体は形状が長期に亘って保持されることから、この傾向は顕著である。
【００１７】
このため、このスタックは、締結手段による締結力及びそのバランスにさほどの留意をしなくても、セパレータとカソード極及びアノード極との電気抵抗の変化を生じ難い。なお、集電体は、網又は多孔板であることにより、燃料、プロトン又は空気を好適に伝導させることができる。
【００１８】
このため、締結手段として、一般的なもの、例えばボルト及びナットを採用することができる。また、一般的な締結手段及び一対のエンドプレートとして、小型のものを採用することも可能になる。
【００１９】
したがって、本発明のスタックは、同一出力が可能な従来のものよりも小型のものとなり得る。このため、このスタックは、例えば車両等へ搭載する場合において、優れた搭載性を実現できる。また、このスタックは、小型の締結手段等を採用し得ることから、軽量化及び製造コストの低廉化も実現可能である。
【００２０】
集電体としては、導電金属製の網又は多孔板を採用することができる。ここで、多孔板とは、気孔が厚さ方向に連続し、厚さ方向両側で外部に気孔が開くものをいう。
【００２１】
集電体は、カソード極及びアノード極と一体でも、別体でもよい。集電体がカソード極及びアノード極と一体であれば、膜電極接合体の形状が保持され易く、長期に亘って本発明の作用効果が維持される。
【００２２】
固定手段としては、溶接、かしめ又はクリップを採用することができる。これら簡易な固定手段を採用すれば、スタックの低廉化が顕著である。これらに比べればやや簡便性に欠けるが、ボルト及びナットを固定手段として採用することも可能である。
【００２３】
両集電体は、一体化される領域において、ガスケットによって電解質膜と離反されていることが好ましい。このようなガスケットを介在させることによって、スタックの端部がより強固なものとなり、本発明の作用効果が顕著になる。また、ガスケットとして、絶縁性のものを採用すれば、隣り合うセルの短絡を防止しやすく、高い出力も確保できる。ガスケットは、予め成形されたものでもよく、スタックを組付ける際に射出成形等によって成形するものでもよい。
【００２４】
各セパレータは導電金属製であることが好ましい。金属製のセパレータであれば、高い剛性によって、本発明の作用効果がさらに顕著になる。
【００２５】
カソード極及びアノード極の少なくとも一つが電解質側とは逆側に形成されて空気又は燃料を拡散する拡散層を有する場合、拡散層に集電体が一部を露出させて含まれていることが好ましい。この場合、集電体がセパレータと直接当接し、集電機能が確実に発揮される。
【００２６】
膜電極接合体及びセパレータの少なくとも一方は、端部を除き、平板材が二次元又は三次元で屈曲されていることが好ましい。
【００２７】
膜電極接合体が屈曲されている場合、カソード極及びアノード極の投影面積当たりの表面積がともに大きくなるため、スタックは、単位体積当たり、大きな面積で電気化学反応を生じ、発電能力が高くなる。
【００２８】
また、セパレータが屈曲されている場合、端部で固定手段やガスケットを設けやすく、製造が容易になる。平板材を二次元又は三次元で屈曲させた各セパレータを採用すれば、特開平４−１５４０４７号公報に開示された各セパレータに比べ、各セパレータの製造が容易であり、この意味でも製造コストの低廉化を実現することもできる。
【００２９】
空気室が燃料室よりも大きくされていることが好ましい。この場合、スタックは、アノード極側での燃料の消費体積の増加に従ってカソード極側で空気の圧力損失を生じ難いため、消費動力を軽減できる。また、スタックにおける空気室の断面積を燃料室に応じて大きくすることで比較的小さくできることから、スタックの小型化も顕著になる。
【００３０】
各々の平板材が二次元又は三次元で屈曲された膜電極接合体及びセパレータを採用し、空気室が燃料室よりも大きくなるようにするためには、膜電極接合体の山と谷とを同一のピッチで形成しつつ、セパレータの山と谷との幅を変えることが可能である。また、膜電極接合体又はセパレータの山と谷とのピッチを変えることも可能である。
【００３１】
なお、空気室を燃料室よりもどの程度大きくするかは、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏのモル数、燃料の供給圧力、空気の供給圧力及び空気中の酸素分圧によって設定することができる。
【００３２】
各々の平板材が二次元又は三次元で屈曲された膜電極接合体及びセパレータを採用する場合、膜電極接合体の平板材を屈曲することにより本発明に係る膜電極接合体が得られ、セパレータの平板材を屈曲することにより本発明に係るセパレータが得られる。平板材の屈曲は、二次元（つまり、山及び谷が一方向に連続した波板形状）でもよく、三次元（つまり、山及び谷が連続せずに独立して形成された形状）でもよい。平板材の屈曲は、屈曲点又は屈曲線が緩やかな湾曲を含む。
【００３３】
各セパレータが膜電極接合体の形状を保持するように形成されていることが好ましい。この場合、セパレータによって膜電極接合体の屈曲した形状が保持され、長期に亘って本発明の作用効果が維持される。また、セパレータが膜電極接合体の形状を保持すれば、別に形状保持体を設ける必要がなく、製造コストの低廉化を実現することができる。
【００３４】
各々の平板材が二次元又は三次元で屈曲された膜電極接合体及びセパレータを採用する場合、屈曲した膜電極接合体又はセパレータは、山同士が対面されていることが好ましい。この場合、スタックが積層方向で押圧力に対抗しやすく、締結手段による締結を強固にして安定した出力を確保し易い。
【００３５】
各々の平板材が二次元又は三次元で屈曲された膜電極接合体及びセパレータを採用する場合、１枚の膜電極接合体及び１枚のセパレータを１ユニットとすると、１ユニットの膜電極接合体側の谷の裏面が隣のユニットのセパレータ側の山の表面に当接してもよく、１ユニットの膜電極接合体側の谷の裏面が隣のユニットのセパレータ側の谷の表面に当接してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１に実施例１のスタックを示す。このスタックは、複数のセル１０（図２参照）と、個々のセル１０が多数積層され、積層方向の両端に設けられる一対のターミナル１１、１２と、各ターミナル１１、１２の外側に設けられる一対のインシュレータ１３、１４と、これらの外側に設けられる一対のエンドプレート１５、１６と、両エンドプレート１５、１６を締結する複数組のボルト１７及びナット１８とを備えている。
【００３８】
図２に示すように、セル１０は、膜電極接合体１と、膜電極接合体１を挟持する対をなすセパレータ２とからなる。隣り合う各セル１０は各々セパレータ２を共有している。
【００３９】
膜電極接合体１は、図３に示すように、電解質膜３と、この電解質膜３の一面に接合されたカソード極４と、電解質膜３の他面に接合されたアノード極５とからなる。この膜電極接合体１は平板状に形成されている。
【００４０】
電解質膜３はナフィオン（登録商標、Nafion（Dupon社製））等の固体高分子膜からなる。
【００４１】
カソード極４は、図４に示すように、集電体としての網４ａと、この網４ａの電解質膜３側に形成されたカソード触媒層４ｂと、非電解質側で網４ａの目によって形成されたカソード拡散層４ｃとからなる。網４ａはステンレスに耐食性のコーティング（例えば、金メッキ）が施されたものである。また、網４ａはカソード拡散層４ｃから一部が露出している。カソード触媒層４ｂは、カーボン粒子に白金（Ｐｔ）等の触媒を担持したカーボン粒子と電解質とを混合したものであり、カソード拡散層４ｃは、カーボン粒子とＰＴＦＥとの混合物からなる。
【００４２】
また、アノード極５も、集電体としての上記網５ａと、この網５ａの電解質膜３側に形成されたアノード触媒層５ｂと、非電解質側で網５ａの目によって形成されたアノード拡散層５ｃとからなる。網５ａはアノード拡散層５ｃから一部が露出している。アノード触媒層５ｂも、カーボン粒子に白金（Ｐｔ）等の触媒を担持したカーボン粒子と電解質とを混合したものであり、アノード拡散層５ｃも、カーボン粒子とＰＴＦＥとの混合物からなる。
【００４３】
この膜電極接合体１は、図２に示すように、積層方向に直交する方向の端部においては、アノード極５、電解質膜３及びカソード極４が離反されている。
【００４４】
各セパレータ２は、ステンレスに耐食性のコーティング（例えば、金メッキ）が施されたものである。これらのセパレータ２は、屈曲前の平板材が二次元で、つまり等脚台形状の山２ａ及び谷２ｂが一方向に連続した波板形状に屈曲されている。セパレータ２は谷２ｂの方が山２ａよりも幅広に形成されている。但し、各セパレータ２は、積層方向に直交する方向の端部においては、谷２ｂと平行な平板状に形成されている。
【００４５】
対をなすセパレータ２によって膜電極接合体１を挟持して各セル１０が構成される。そして、セル１０が多数積層される。
【００４６】
この際、隣り合う各セル１０が各々セパレータ２を共有するようにする。また、カソード拡散層４ｃから露出した網４ａ及びアノード拡散層５ｃから露出した網５ａがセパレータ２と当接するようにする。さらに、各セパレータ２の各山２ａ及び谷２ｂが整合するようにする。１枚の膜電極接合体１及び１枚のセパレータ２を１ユニットとすると、このユニットは、膜電極接合体１の表面がセパレータ２の谷２ｂの裏面と当接し、膜電極接合体１の裏面はセパレータ２の山２ａの表面と当接を有している。
【００４７】
特に、個々のカソード極４、セパレータ２及びアノード極５は、積層方向に直交する方向の端部において、セパレータ２を挟む状態で溶接部２０によって溶接されている。また、各溶接部２０と電解質膜３との間には、予め成形された樹脂製のガスケット２１が介在されている。こうして、各セル１０が直列に接続される。
【００４８】
こうして得られたセル１０のモジュールは、図１に示すように、一対のターミナル１１、１２及び一対のインシュレータ１３、１４を介して一対のエンドプレート１５、１６によって挟持される。この後、両エンドプレート１５、１６に複数個のボルト１７が挿通され、各ボルト１７の軸部に各々ナット１８が螺合される。こうして、スタックが得られる。
【００４９】
得られたスタックでは、図２に示すように、セパレータ２は、膜電極接合体２のカソード極４側に空気室６を形成するとともに、アノード極５側に燃料室７を形成することとなる。つまり、スタックは、複数の膜電極接合体１と、各膜電極接合体１を間に挟んで積層され、個々が各カソード極４側に空気室６を形成するとともに、各アノード極５側に燃料室７を形成する複数のセパレータ２とを備えている。
【００５０】
以上のように構成されたスタックでは、各膜電極接合体１が網４ａ、５ａによって挟持されているため、個々の膜電極接合体１のカソード極４及びアノード極５は、それぞれ網４ａ、５ａを介し、隣接するセパレータ２に通電されることとなる。
【００５１】
そして、このスタックでは、個々のセパレータ２を介して隣り合う両網４ａ、５ａは、積層方向に直交する方向の端部において、各セル１０が直列になるように、個々の溶接部２０によってセパレータ２とともに一体化されている。このため、このスタックは、積層方向に直交する方向の端部が強固なものとなっている。特に、金属製の網４ａ、５ａの高い剛性により、各膜電極接合体１は形状が長期に亘って保持されることから、この傾向は顕著である。
【００５２】
このため、このスタックは、ボルト１７及びナット１８による締結力及びそのバランスにさほどの留意をしなくても、セパレータ２とカソード極４及びアノード極５との電気抵抗の変化を生じ難い。
【００５３】
したがって、このスタックは、一般的かつ小型のボルト１７及びナット１８を採用し、かつ比較的薄肉のエンドプレート１５、１６を採用することができ、同一出力が可能な従来のものよりも小型のものとなり得る。このため、このスタックは、例えば車両等へ搭載する場合において、優れた搭載性を実現できる。また、このスタックは、軽量化及び製造コストの低廉化も実現可能である。
【００５４】
また、このスタックでは、簡易な溶接部２０によって両網４ａ、５ａとセパレータ２とを一体化しているため、より低廉化を実現している。
【００５５】
さらに、このスタックは、端部にガスケット２０を有しているため、端部がより強固になっており、本発明の作用効果が顕著になっている。また、ガスケット２０として、絶縁性のものを採用していることから、隣り合うセル１０の短絡を防止しやすく、高い出力も確保できる。
【００５６】
また、このスタックは、各セパレータ２が導電金属製のものであるため、高い剛性によって、本発明の作用効果がさらに顕著になっている。
【００５７】
さらに、このスタックでは、平板材が二次元で屈曲された各セパレータ２を採用し、空気室６が燃料室７よりも大きくなるようにしている。このため、このスタックでは、アノード極５側での燃料の消費体積の増加に従ってカソード極４側で空気の圧力損失を生じ難いため、消費動力を軽減できる。また、スタックにおける空気室６の断面積を燃料室７に応じて大きくすることで比較的小さくできることから、小型化も実現できる。
【００５８】
また、このスタックは、平板材を二次元で屈曲させた各セパレータ２を採用していることから、各セパレータ２の製造が容易であり、製造コストの低廉化を実現することもできる。
【００５９】
さらに、このスタックでは、各膜電極接合体１が網４ａ、５ａを有し、各セパレータ２に挟持されている。このため、網４ａ、５ａ及びセパレータ２によって膜電極接合体１の屈曲した形状が保持され、長期に亘って上記作用効果が維持される。特に、網４ａ、５ａ及びセパレータ２がステンレス製であり、かつ耐食性のコーティングを有するものであるため、高い剛性により形状保持機能が長期に亘って作用するとともに、電解質膜３の酸に対する優れた耐食性も発揮する。なお、網４ａ、５ａが目を有することから、燃料、プロトン又は空気を好適に伝導させることは維持されている。
【実施例２】
【００６０】
実施例２のスタックは、図５に示す膜電極接合体３０を採用している。この膜電極接合体３０は、電解質膜３と、この電解質膜３の一面に接合されたカソード極３１と、カソード極３１の非電解質側に接合された金属製の網３２と、電解質膜３の他面に接合されたアノード極３３と、アノード極３３の非電解質側に接合された金属製の網３４とからなる。
【００６１】
カソード極３１は、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等のガス透過性のある基材と、この基材の電解質膜３側に形成され、白金（Ｐｔ）等の触媒が担持されたカソード触媒層とからなる。カソード極３１におけるカソード触媒層以外の部分は基材によって構成されており、ここは非電解質側でカソード触媒層に空気を拡散するカソード拡散層とされている。
【００６２】
また、アノード極３３も、上記基材と、この基材の電解質膜３側に形成され、触媒が担持されたアノード触媒層とからなる。アノード極３３におけるアノード触媒層以外の部分も基材によって構成されており、ここは非電解質側でアノード触媒層に空気を拡散するアノード拡散層とされている。
【００６３】
電解質膜３、カソード極３１及びアノード極３３によって公知の膜電極接合体３５が形成されている。集電体としての網３２、３４は、この公知の膜電極接合体３５に後付で接合されている。他の構成は実施例１と同様である。
【００６４】
このスタックは、網３２、３４が公知の膜電極接合体３５に後付で接合されることから、公知の膜電極接合体３５を有効利用することができる。他の作用効果は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００６５】
実施例３のスタックは、図６に示すように、実施例１、２とは異なり、かしめ部材４０及びガスケット４１を採用している。
【００６６】
このスタックでは、アノード極５、セパレータ２及びカソード極４は、端部において、アノード極５及びセパレータ２がカソード極４を巻き込むように屈曲された状態でかしめられたかしめ部材４０により、固定されている。
【００６７】
また、このスタックでは、組付けの際に射出成形を行うことにより、ガスケット４１を各かしめ部材４０と電解質膜３との間に設けている。他の構成は実施例１と同様である。
【００６８】
このスタックにおいても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。なお、膜電極接合体１の代わりに実施例２の膜電極接合体３０を採用することもできる。
【実施例４】
【００６９】
実施例４のスタックは、図７に示すように、実施例１〜３とは異なり、互いに対抗する面が閉じる方向に弾性力をもつクリップ４２を採用している。
【００７０】
このスタックでは、カソード極４、セパレータ２及びアノード極５は、端部において、クリップ４２により固定されている。他の構成は実施例２と同様である。
【００７１】
このスタックにおいても、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。なお、膜電極接合体１の代わりに実施例２の膜電極接合体３０を採用することもできる。
【実施例５】
【００７２】
実施例５のスタックは、図８に示すように、実施例１〜４とは異なり、波板形状の膜電極接合体３６と、平板形状のセパレータ３７とを採用している。
【００７３】
膜電極接合体３６は、図９に示すように、屈曲前の平板材が二次元で、つまり緩やかな山３６ａ及び谷３６ｂが一方向に連続した波板形状に屈曲されている。膜電極接合体３６は山３６ａと谷３６ｂとが同一のピッチで形成されている。
【００７４】
このスタックでは、各膜電極接合体３６は、各セパレータ３７を介し、山３６ａ同士及び谷３６ｂ同士が対面するように積層されている。なお、空気室６と燃料室７とは断面積において等しくなっている。他の構成は実施例１と同様である。
【００７５】
このスタックでは、平板材が二次元で屈曲された膜電極接合体３６を採用していることから、カソード極４及びアノード極５の投影面積当たりの表面積がともに大きくなっている。このため、このスタックは、単位体積当たり、大きな面積で電気化学反応を生じ、発電能力が高くなる。
【００７６】
また、このスタックでは、積層方向で押圧力に対抗しやすく、ボルト１７及びナット１８による締結を強固にして安定した出力を確保し易い。他の作用効果は実施例１と同様である。なお、実施例２の膜電極接合体３０を屈曲させた膜電極接合体を採用することもできる。また、溶接部２０の代わりに実施例３のかしめ部材４０又は実施例４のクリップ４２を採用することもできる。さらに、実施例３、４のガスケット４１を採用することもできる。
【実施例６】
【００７７】
実施例６のスタックは、図１０に示すように、実施例５と異なり、波板形状のセパレータ３８を採用している。
【００７８】
各セパレータ３８は、屈曲前の平板材が二次元、つまり山３８ａ及び谷３８ｂが一方向に連続した波板形状に屈曲されている。セパレータ３８は山３８ａの方が谷３８ｂよりも幅広に形成されている。
【００７９】
このスタックでは、各膜電極接合体３６の各山３６ａと各セパレータ３８の各山３８ａとが整合し、各膜電極接合体３６の各谷３６ｂと各セパレータ３８の各谷３８ｂとが整合している。こうして、このスタックでは、各セパレータ３８が膜電極接合体３６の形状を保持している。
【００８０】
１枚の膜電極接合体３６及び１枚のセパレータ３８を１ユニットとすると、このユニットは、膜電極接合体３６の山３６ａの表面がセパレータ３８の山３８ａの裏面と当接し、膜電極接合体３６の谷３６ｂの表面はセパレータ３８の谷３８ｂの裏面と間隙を有している。そして、各膜電極接合体３６の各谷３６ｂのカソード極４側である裏面が各セパレータ３８の各山３８ａの表面と当接されている。他の構成は実施例５と同様である。
【００８１】
このスタックでは、空気室６が燃料室７よりもかなり大きくなっているため、アノード極５側での燃料の消費体積の増加に従ってカソード極４側で空気の圧力損失を極めて生じ難い。このため、このスタックであれば、消費動力をかなり軽減できる。
【００８２】
また、このスタックは、平板材を二次元で屈曲させた各セパレータ２を採用していることから、各セパレータ２の製造がさほど困難でなく、製造コストの低廉化を実現することもできる。他の作用効果は実施例５と同様である。
【００８３】
以上において、本発明を実施例１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜６に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００８４】
例えば、網の代わりに多孔板を用いることができる。また、膜電極接合体やセパレータは、二次元に屈曲されたものに限定されず、三次元に屈曲されたものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、車両等に用いる燃料電池システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１のスタックの平面図である。
【図２】実施例１のスタックの拡大断面図である。
【図３】実施例１のスタックに係り、膜電極接合体の拡大断面図である。
【図４】実施例１のスタックに係り、膜電極接合体のより拡大した断面図である。
【図５】実施例２のスタックに係り、膜電極接合体の拡大断面図である。
【図６】実施例３のスタックの拡大断面図である。
【図７】実施例４のスタックの拡大断面図である。
【図８】実施例５のスタックの拡大断面図である。
【図９】実施例５のスタックに係り、膜電極接合体の拡大断面図である。
【図１０】実施例６のスタックの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
３…電解質膜
４、３１…カソード極
５、３３…アノード極
１、３０、３６…膜電極接合体
６…空気室
７…燃料室
２、３７、３８…セパレータ
１０…セル
１５、１６…エンドプレート
１７、１８…締結手段（１７…ボルト、１８…ナット）
４ａ、４ｂ、３２、３４…網、集電体
２０、４０、４２…固定手段（２０…溶接部、４０…かしめ部材、４２…クリップ）
２１…ガスケット
４ｃ…カソード拡散層
５ｃ…アノード拡散層
２ａ、３６ａ、３８ａ…山
【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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【図１０】
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