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燃料電池の状態判断方法 NEW

国内特許コード P180015663
整理番号 5369
掲載日 2018年11月22日
出願番号 特願2016-158866
公開番号 特開2018-026312
出願日 平成28年8月12日(2016.8.12)
公開日 平成30年2月15日(2018.2.15)
発明者
  • 猪子 寛司
  • 山本 敦巳
  • 井上 元
出願人
  • トヨタ自動車株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 燃料電池の状態判断方法 NEW
発明の概要 【課題】短時間で発散することなく多孔体の液水分布を予測することができる燃料電池の状態判断方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る燃料電池の状態判断方法は、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Mを作成する第1ステップと、多孔体構造モデルMの任意の空孔に液水Wを配置する第2ステップと、液水W周辺に配置された、閾値以上の径を有する空孔Hmに液水Wを膨張させる第3ステップと、液水Wが多孔体構造モデルMの界面まで到達するまで第3ステップを繰り返す第4ステップと、第4ステップ後の多孔体構造モデルM´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。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


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。

産業上の利用分野


本発明は、燃料電池の状態判断方法に関する。

特許請求の範囲 【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。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016158866thum.jpg
出願権利状態 公開
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