[发明专利]单电池的耐久性评价方法、耐久性评价装置、耐久性评价程序以及燃料电池的单电池

说明书

技术领域

本发明涉及评价燃料电池的单电池耐久性的单电池耐久性评价 方法、耐久性评价装置和耐久性评价程序以及燃料电池的单电池。

背景技术

固体高分子型燃料电池作为清洁的次世代发电用燃料电池正被 活跃地进行研究开发，其通过使含氢的燃料气体和空气等含氧的氧 化剂气体发生电化学反应，作为副产物仅产生水。针对该固体高分 子型燃料电池，提出了圆筒型、单片型(モノリス型monolith type)以 及平板型的3种结构。在上述结构中，在低温工作型固体高分子型燃 料电池中多采用平板型。

此处，图1表示通常的平板型固体高分子型燃料电池的单电池的 构成。高分子型燃料电池的单电池1具备质子传导性的高分子电解质 膜10，在该高分子电解质膜10的两侧以夹持该膜的方式设置板状的 电极11a与11b、板状的导电性隔板12a与12b以及环状气体密封材料 13a与13b而构成。

上述固体高分子型燃料电池中，在电池工作时，特别是使其长 期反复地工作·停止工作时，高分子电解质膜10随着在燃料电池工作 时吸附副产水而膨胀、停止时干燥而收缩的膨胀·收缩，产生应力(以 下称为吸水应力)。该应力作用于电极11a、11b和高分子电解质膜10 的接合部分。推测由该应力引起的机械劣化导致高分子电解质膜10 损伤(例如参见日本特开平8-259710号公报)。

为了避免上述推测的机械劣化，例如在日本特开2000-215903号 公报中，提出了将高分子电解质膜加工成在中心部分和外周部分具 有不同的性质的方法。另外，在日本特开2005-108777号公报中，提 出了改变气体流路的棱形的方法。并且，在日本特开2003-68318号公 报中，提出了在电极外周部分设置具有弹性的增强材料的方法。

发明内容

但是，上述现有技术均具有因制造工时或构件件数增加而导致 制造费用增加的问题。并且，如上所述，将改良构成燃料电池的组 件与燃料电池的耐久性相联系的方法需要在实际中制造燃料电池的 单电池样品，进而经长期的试验来判定耐久性，所以需要大量的试 错。因此，关于燃料电池的构成，期望评价耐久性的方法。但是， 基本没有研究推测随着上述燃料电池的工作·停止的高分子电解质膜 受到的应力、尤其是吸水应力来评价耐久性的方法。

本发明是为了解决上述问题而得到的，目的在于提供可以简易 地评价燃料电池的单电池耐久性的单电池耐久性评价方法、耐久性 评价装置以及耐久性评价程序。本发明的目的还在于通过将用该耐 久性评价方法求得的评价值设定在特定的范围来提供具有高耐久性 的燃料电池的单电池。

为了达到上述目的，本发明的单电池耐久性评价方法是在信息 处理装置中评价燃料电池的单电池耐久性的单电池耐久性评价方 法，所述燃料电池的单电池含有高分子电解质膜、设置在该高分子 电解质膜两侧的2个板状电极、形成有用于向电极供给气体的槽状气 体流路的2个板状隔板、和将电极的侧面密封的密封材料而构成，所 述方法的特征在于包括下述步骤：接收步骤，其接收单电池相关参 数的输入；模型生成步骤，其基于在接收步骤中接收的参数，生成 被分割成多个元素的单电池的有限元素模型；水分分布计算步骤， 其基于在接收步骤中接收的参数所包含的水分分布的边界条件，通 过有限元素法计算在模型生成步骤中生成的有限元素模型中高分子 电解质膜的水分分布；应变·应力计算步骤，其通过有限元素法根据 以下参数计算高分子电解质膜各元素各自的应变以及应力，所述参 数为：在水分分布计算步骤中计算得到的水分分布和在接收步骤中 接收的参数所包含的高分子电解质膜的吸水线膨胀系数以及弹性模 量；等效应力计算步骤，其根据在应变·应力计算步骤中计算得到的 各元素各自的应力，计算所述各元素各自的等效应力；评价值导出 步骤，其根据在等效应力计算步骤中计算得到的各元素各自的等效 应力，导出用于评价单电池耐久性的评价值；和输出步骤，其输出 在评价值导出步骤中导出的评价值。