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FUEL CELL STATE DETERMINATION METHOD

Patent code P180015663
File No. 5369
Posted date Nov 22, 2018
Application number P2016-158866
Publication number P2018-026312A
Date of filing Aug 12, 2016
Date of publication of application Feb 15, 2018
Inventor
  • (In Japanese)猪子 寛司
  • (In Japanese)山本 敦巳
  • (In Japanese)井上 元
Applicant
  • (In Japanese)トヨタ自動車株式会社
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title FUEL CELL STATE DETERMINATION METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell state determination method capable of predicting a liquid water distribution of a porous body without emission in a short time.
SOLUTION: A fuel cell state determination method includes: a first step of creating a porous body structure model M by modeling a porous body to be used for a fuel cell into a three-dimensional lattice; a second step of disposing liquid water W in any vacant hole of the porous body structure model M; a third step of expanding the liquid water W to a vacant hole Hm disposed around the liquid water W, the vacant hole having a diameter equal to or larger than a threshold; a fourth step of repeating the third step until the liquid water W reaches a boundary surface of the porous body structure model M; and a fifth step of determining performance of the fuel cell using a porous body structure model M' after the fourth step.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

固体高分子型燃料電池は、例えば、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜の両面に配置された電極(アノード触媒層、カソード触媒層)と、該電極を挟持したセパレータと、を備える。このような燃料電池においては、カソード触媒層にカソードガスが供給され、アノード触媒層にアノードガスが供給される。それにより、発電が行われる。

固体高分子型燃料電池では、発電の過程で内部の電気化学反応によって水が生成される。生成された水は、セパレータのガス流路を流れているガスと共に燃料電池の外部に排出される。

ところで、固体高分子型燃料電池では、電解質膜が乾燥すると急激にプロトン伝導性が低下する。一方で、水が多量に存在するとフラッディングによる発電性能の低下を起こすことが知られている。このため、常に電解質膜を適当な含水状態に制御することが求められる。同様に触媒層も一定範囲の水分含有量を保持することが好ましい。

そこで従来では、触媒層とガス拡散層との間に、気孔を有するポーラスな物質である多孔体を配置し、均一にガス拡散を行わせることによって、セル全体の水分の均一化を図っている。

上記多孔体は気孔を有するものであるので、気体や液体がどのように透過するか、多孔体の特性を十分考慮する必要がある。このような多孔体内の水分の挙動を解析するためのシミュレーション方法が、下記特許文献1に開示されている。

下記特許文献1では、多孔体の空孔径の統計値に対応させて、飽和水蒸気圧の3次元分布を算出する。そして、触媒層から連続的に供給される水蒸気が電極層内に拡散した場合の水蒸気圧の3次元分布を取得し、水蒸気圧及び飽和蒸気圧の3次元分布を用いて、ケルビン効果の発現を考慮した水の凝縮量の3次元分布を算出する。そして、凝縮量の3次元分布を用いて、水の質量保存式から電極層内の液水量の3次元分布を算出する。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、燃料電池の状態判断方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
燃料電池の状態判断方法であって、
燃料電池に用いられる多孔体を3次元格子にモデル化した多孔体構造モデルを作成する第1ステップと、
前記多孔体構造モデルの任意の空孔に液水を配置する第2ステップと、
前記液水周辺に配置された、閾値以上の空孔径に液水を膨張させる第3ステップと、
前記液水が前記多孔体構造モデルの界面まで到達するまで前記第3ステップを繰り返す第4ステップと、
前記第4ステップ後の多孔体構造モデルを用いて燃料電池の性能を判断する第5ステップと、
を有する燃料電池の状態判断方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016158866thum.jpg
State of application right Published
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