(57)【要約】【課題】輸送特性と強度特性を両立する拡散層の構造を検討することである。【解決手段】燃料電池の拡散層（１５）の特性を算出可能なシミュレーション装置（２０）が、圧縮状態の拡散層の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の拡散層の構造情報である第２の構造情報の関係情報を記憶する記憶部（２５）と、第１の構造情報から関係情報を参照して第２の構造情報を推定する推定部（２６）と、第１の構造情報に基づいて拡散層の輸送特性を算出する輸送特性算出部（２７）と、第２の構造情報に基づいて拡散層の強度特性を算出する強度特性算出部（２８）とを備える構成にした。【選択図】図３
2020119790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の拡散層の特性を算出可能なシミュレーション装置であって、
圧縮状態の前記拡散層の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の前記拡散層の構造情報である第２の構造情報の関係情報を記憶する記憶部と、
前記第１の構造情報及び前記第２の構造情報のいずれか一方から前記関係情報を参照していずれか他方を推定する推定部と、
前記第１の構造情報に基づいて前記拡散層の輸送特性を算出する輸送特性算出部と、
前記第２の構造情報に基づいて前記拡散層の強度特性を算出する強度特性算出部とを備えたことを特徴とするシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の拡散層の設計にシミュレーション装置が使用されている。この種のシミュレーション装置として、燃料電池が目標の発電性能を達成するのに適した拡散層の構造（厚み、気孔率等）を検討することができるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のシミュレーション装置では、燃料電池の発電性能と拡散層の特性（拡散抵抗等）の相関関係から、燃料電池の目標の発電性能に対応した拡散層の特性が求められる。さらに拡散層の特性と拡散層の構造の相関関係から、燃料電池の目標の発電性能に対応した拡散層の構造が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池の拡散層ではガスの拡散及び電子の伝導が行われるため、拡散層の設計にはガス及び電子の輸送特性が要求される。さらに、拡散層は圧縮された状態で使用されるため、拡散層の設計には強度特性も要求される。しかしながら、特許文献１に記載のシミュレーション装置では、燃料電池の発電性能に適した拡散層の構造を検討する過程で、拡散層の拡散抵抗等の輸送特性に適した拡散層の構造を検討できるが、拡散層の強度特性に適した拡散層の構造を検討することができない。
【０００５】
上記したように、燃料電池の拡散層の設計には、拡散層の輸送特性と強度特性の両立化が望まれているが、輸送特性は圧縮状態の拡散層の構造に対して評価されるものであり、強度特性は非圧縮状態の拡散層の構造に対して評価されるものである。圧縮状態と非圧縮状態とでは拡散層の構造が異なるため、拡散層の同じ構造に対して輸送特性と強度特性を同時に評価することができない。このため、輸送特性と強度特性を両立した拡散層の構造を検討することが困難であった。
【０００６】
本発明では、輸送特性と強度特性を両立する拡散層の構造を検討することができるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るシミュレーション装置は、燃料電池の拡散層の特性を算出可能なシミュレーション装置であって、圧縮状態の前記拡散層の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の前記拡散層の構造情報である第２の構造情報の関係情報を記憶する記憶部と、前記第１の構造情報及び前記第２の構造情報のいずれか一方から前記関係情報を参照していずれか他方を推定する推定部と、前記第１の構造情報に基づいて前記拡散層の輸送特性を算出する輸送特性算出部と、前記第２の構造情報に基づいて前記拡散層の強度特性を算出する強度特性算出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧縮状態の拡散層の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の拡散層の構造情報である第２の構造情報の関係情報が記憶されており、記憶された関係情報を基に第１の構造情報及び第２の構造情報のいずれか一方からいずれか他方が推定される。このため、第１、第２の構造情報のいずれか一方の構造情報に基づいて拡散層の輸送特性と強度特性が算出される。拡散層の同じ構造情報から輸送特性と強度特性が同時に算出可能になるため、輸送特性と強度特性を両立する拡散層の構造を検討することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】設計対象である拡散層を備えた燃料電池の単セルの模式断面図である。
【図２】拡散層の撓みの一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るシミュレーション装置の模式図である。
【図４】本実施形態に係る拡散層の厚さと面圧の関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る拡散層の輸送特性及び強度特性の算出処理の説明図である。
【図６】本実施形態に係る拡散層の相関図である。
【図７】本実施形態に係る強度特性及び輸送特性の評価マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して、本実施形態に係るシミュレーション装置について説明する。本実施形態のシミュレーション装置は、例えば燃料電池の拡散層の設計に用いられるものである。ここで、先ず、設計対象である拡散層を備えた燃料電池の単セルについて説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池の単セルの模式断面図である。図２は、本実施形態に係る拡散層の撓みの一例を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、燃料電池の単セル１は、燃料電池スタックの一単位を構成しており、重ねられることで燃料電池スタックを形成するものである。燃料電池の単セル１は、電極アッセンブリ１０と、電極アッセンブリ１０の両主面に接合された一対のセパレータ１１とによって形成されている。電極アッセンブリ１０は、高分子電解質膜１２と、高分子電解質膜１２の一方の主面に接合されたアノード電極１３と、高分子電解質膜１２の他方の主面に接合されたカソード電極１４と、アノード電極１３及びカソード電極１４を覆う一対の拡散層１５とによって形成されている。
【００１２】
高分子電解質膜１２は、固体高分子材料によって形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜によって形成されている。アノード電極１３及びカソード電極１４は、例えば、白金等の触媒を担持した多孔質のカーボン素材によって形成されている。一対の拡散層１５は、例えば、カーボン多孔質体のようにガス透過性を有する導電性部材によって形成されている。また、一対の拡散層１５には、カーボン多孔質体として、例えばカーボンペーパー、カーボンクロスが使用されてもよい。セパレータ１１には、燃料電池の発電に使用されるガスの流路１７が形成されている。
【００１３】
このような燃料電池の拡散層１５の設計にはシミュレーション技術が使用される。拡散層１５の設計の際には、拡散層１５ではアノード電極１３及びカソード電極１４へのガスの供給や、電極１３、１４での化学反応によって生じた電子の伝導が行われるため、拡散層の輸送特性（以下、輸送特性とする）を満たす必要がある。本実施形態において、拡散層の輸送特性とは、ガス及び電子の輸送特性を指し、より具体的には拡散層におけるガスの拡散抵抗、面内透気度、電子抵抗等である。さらに、拡散層１５はセパレータ１１によって挟持されるため、強度特性を満たす必要がある。本実施形態において、拡散層の強度特性とは、拡散層のバネ性や局所的な変形による撓み量等である。なお、拡散層１５の撓みとは、セパレータ１１による押圧箇所の間が部分的に流路１７側に隆起することをいう（図２参照）。
【００１４】
拡散層１５の輸送特性のシミュレーションには圧縮状態の拡散層１５の構造情報が必要であり、拡散層１５の強度特性のシミュレーションには非圧縮状態の拡散層１５の構造情報が必要である。なお、本実施形態において圧縮状態の拡散層１５は、拡散層１５がセパレータ１１により挟持された状態を想定している。一方、非圧縮状態の拡散層１５は、セパレータ１１に挟持される前の拡散層１５の状態を想定している。
【００１５】
しかしながら、圧縮状態の拡散層１５の構造情報からは拡散層１５の強度特性をシミュレーションできず、非圧縮状態の拡散層１５の構造情報からは拡散層１５の輸送特性をシミュレーションできない。このため、拡散層１５の同じ構造について輸送特性と強度特性を同時にシミュレーションすることができず、輸送特性と強度特性を両立した拡散層１５の構造を検討することができない。
【００１６】
この場合、圧縮状態の拡散層１５の構造情報と非圧縮状態の拡散層１５の構造情報を個別に用意することも考えられる。しかしながら、圧縮状態の拡散層１５の構造情報と非圧縮状態の拡散層１５の構造情報には相互に関連性がないため、同一の拡散層１５に関する構造情報ではない。
【００１７】
そこで、本実施形態のシミュレーション装置２０（図３参照）では、圧縮状態の拡散層１５の構造情報から非圧縮状態の拡散層１５の構造情報を推定して、両構造情報から拡散層１５の輸送特性と強度特性を同時に算出している。これにより、輸送特性と強度特性を両立した拡散層１５の構造を検討することが可能になっている。
【００１８】
図３及び図４を参照して、本実施形態に係るシミュレーション装置について説明する。図３は、本実施形態に係るシミュレーション装置の模式図である。図４は、本実施形態に係る拡散層の厚さと面圧の関係を示すグラフである。
【００１９】
図３に示すように、シミュレーション装置２０は、燃料電池の拡散層１５の特性を算出する装置本体２１と、装置本体２１への入力を受け付ける入力部２２と、装置本体２１からの出力を表示する表示部２３とを備えている。装置本体２１には、記憶部２５と、推定部２６と、輸送特性算出部２７と、強度特性算出部２８と、統計解析部２９とが設けられている。記憶部２５には、圧縮状態の拡散層１５の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の拡散層１５の構造情報である第２の構造情報の関係情報が記憶されている。関係情報は、例えば、拡散層１５の厚さと面圧の関係を示すグラフである（図４参照）。
【００２０】
推定部２６には入力部２２から圧縮状態の拡散層１５の第１の構造情報が入力される。推定部２６によって記憶部２５の関係情報が参照されて、第１の構造情報から非圧縮状態の拡散層１５の第２の構造情報が推定される。本実施形態において、第１の構造情報とは、圧縮状態の拡散層１５の厚さ、気孔率、ＣＦ（Carbon  Fiber）／バインダ比（以下、ＣＦ割合とする）、ＣＦ径、ＣＦ配向等に関する情報である。一方、第２の構造情報とは、非圧縮状態の拡散層１５の厚さ、気孔率、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向等に関する情報である。この場合、関係情報の拡散層１５の厚さと面圧の関係を参照して、圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率から非圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率が推定される。なお、圧縮状態と非圧縮状態とでは拡散層１５のＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向は変化しない。
【００２１】
例えば、図４に示すように、拡散層１５の厚さと面圧の関係を示すグラフを参照して、圧縮状態の拡散層１５の厚さから非圧縮状態の拡散層１５の厚さが推定される。図４のグラフには、構造が異なる複数種類の拡散層１５に別種のプロットが付されており、拡散層１５の種類毎に拡散層１５が面圧を受けたときの厚さの変化が示されている。なお、拡散層１５の構造が異なるとは、拡散層１５の厚さだけでなく、気孔率、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向等の他の構造が異なる場合も含んでいる。また、面圧０は非圧縮状態を示し、面圧０よりも右側が圧縮状態を示している。いずれの種類の拡散層１５も低い面圧で急激に拡散層１５の厚さが減少した後、面圧が高くなるのに伴って一定の厚さに近づいている。
【００２２】
この図４に示すグラフから、所定面圧Ｐで圧縮された圧縮状態の拡散層１５の厚さから面圧０の非圧縮状態の拡散層１５の厚さが推定される。例えば、三角プロットで示す拡散層１５であれば、面圧０の三角プロットから拡散層１５の非圧縮状態の厚さが推定される。また、圧縮状態の拡散層１５の厚さと非圧縮状態の拡散層１５の厚さの変化量から、所定面圧Ｐで圧縮したときの拡散層１５の圧縮率が求められる。この拡散層１５の圧縮率によって、所定面圧Ｐで圧縮された拡散層１５の気孔率から面圧０の非圧縮状態の拡散層１５の気孔率が推定される。例えば、所定面圧Ｐの三角プロットで示す拡散層１５の厚さと面圧０の三角プロットで示す拡散層１５の厚さの変化量から圧縮率が算出されて、三角プロットで示す非圧縮状態の拡散層１５の気孔率が推定される。さらに、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向は、圧縮状態及び非圧縮状態で変化しないため、圧縮状態の拡散層１５のＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向が、そのまま非圧縮状態の拡散層１５のＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向として使用される。
【００２３】
輸送特性算出部２７には入力部２２から圧縮状態の拡散層１５の第１の構造情報が入力され、輸送特性算出部２７によって第１の構造情報に基づいて拡散層１５の輸送特性が算出される。この場合、第１の構造情報から圧縮状態の拡散層１５の３次元モデルが作成され、輸送特性用のシミュレーションソフトウェアによって３次元モデルに対して解析処理が実行されて拡散層１５の拡散抵抗、面内透気度、電子抵抗等の輸送特性が算出される。なお、輸送特性用のシミュレーションソフトウェアとしては、例えばＭａｔｈ２Ｍａｒｋｅｔ社製のＧｅｏＤｉｃｔ（登録商標）が使用されてもよい。
【００２４】
強度特性算出部２８には推定部２６から非圧縮状態の拡散層１５の第２の構造情報が入力され、強度特性算出部２８によって第２の構造情報に基づいて拡散層１５の強度特性が算出される。この場合、第２の構造情報から非圧縮状態の拡散層１５の３次元モデルが作成され、強度特性用のシミュレーションソフトウェアによって３次元モデルに対して解析処理が実行されて拡散層１５のバネ性、撓み量等の強度特性が算出される。なお、強度特性用のシミュレーションソフトウェアとしては、例えばＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡ（登録商標）が使用されてもよい。
【００２５】
統計解析部２９には、輸送特性算出部２７から拡散層１５の輸送特性が入力され、強度特性算出部２８から拡散層１５の強度特性が入力される。これにより、統計解析部２９には拡散層１５毎に輸送特性及び強度特性の算出結果が蓄積される。統計解析部２９では、蓄積した算出結果から統計的手法を用いて、拡散層１５の各特性と各構造情報の相関関係が求められる。この場合、統計解析部２９によって拡散層１５の構造（厚さ、気孔率、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向）を変化させたときの拡散層１５の輸送特性（拡散抵抗、面内透気度、電子抵抗）と強度特性（バネ性、撓み量）の変化の傾向が求められる（図６参照）。
【００２６】
また、統計解析部２９によって拡散層１５の各特性と各構造情報の相関関係に基づいて評価マップが作成される（図７参照）。評価マップは、輸送特性及び強度特性を両立する拡散層１５の構造をユーザが検討する際の支援ツールとして使用される。なお、本実施形態では、統計解析部２９によって拡散層１５の相関図や評価マップがユーザに対して提供される構成にしたが、この構成に限定されない。拡散層１５の輸送特性及び強度特性からユーザが独自に統計解析して、輸送特性及び強度特性を満たす拡散層１５の構造を検討してもよい。したがって、装置本体２１に統計解析部２９が設けられていなくてもよい。
【００２７】
入力部２２は装置本体２１に対してユーザが各種情報を入力する際に用いられ、表示部２３は装置本体２１から出力された統計解析の解析結果等の各種情報を表示する。ユーザは、表示部２３に表示された解析結果を参照して、輸送特性及び強度特性を両立する拡散層１５の構造を検討することが可能になっている。表示部２３には、拡散層１５の相関図（図６参照）や評価マップ（図７参照）等が表示される。なお、本実施形態では、入力部２２と表示部２３が別体として構成されているが、タッチパネル等によって入力部２２と表示部２３とが一体に構成されていてもよい。
【００２８】
装置本体２１の各部は、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを読み出して実行することで実現される。プロセッサとしては、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等が使用される。また、メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read  Only  Memory)、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non  Volatile  RAM）等の一つ又は複数の記録媒体によって構成されている。
【００２９】
図５から図７を参照して、シミュレーション装置の動作について説明する。図５は、本実施形態に係る拡散層の第１、第２の構造情報、輸送特性、強度特性の一例を示す図である。図６は、本実施形態に係る拡散層の相関図である。図７は、本実施形態に係る強度特性及び輸送特性の評価マップである。以下の説明において、図３の符号を適宜使用して説明する。
【００３０】
図５に示すように、装置本体２１には、番号（水準）１−番号ｎの圧縮状態の拡散層１５の第１の構造情報が入力される。例えば、テーブルＡの１行目には、番号１の拡散層１５の第１の構造情報として、厚さ３００［μｍ］、気孔率０．８０［−］、ＣＦ割合５０［％］、ＣＦ径１０［μｍ］、ＣＦ配向０．５［−］が入力されている。なお、ＣＦ配向の値は、１に近づくほど炭素繊維が一方向（例えば、Ｘ方向）に揃い、０に近づくほど炭素繊維が一方向に直交する他方向（例えば、Ｙ方向）に揃うことを示している。したがって、ＣＦ配向０．５は炭素繊維が均等に配向されていることを意味している。
【００３１】
番号１−番号ｎの拡散層１５の第１の構造情報が入力されると、推定部２６によって番号１−番号ｎの非圧縮状態の拡散層１５の第２の構造情報が推定される。推定部２６では、記憶部２５に記憶された関係情報（図４参照）を用いて、第１の構造情報から第２の構造情報が推定される。例えば、テーブルＢの１行目に示すように、番号１の拡散層１５の第２の構造情報として、厚さ３４２［μｍ］、気孔率０．８２［−］、ＣＦ割合５０［％］、ＣＦ径１０［μｍ］、ＣＦ配向０．５［−］が推定される。なお、圧縮状態と非圧縮状態との間でＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向は変化しない。
【００３２】
番号１−番号ｎの拡散層１５の第１の構造情報が装置本体２１に入力されると、輸送特性算出部２７によって番号１−番号ｎの拡散層１５の輸送特性が算出される。輸送特性算出部２７では、第１の構造情報から圧縮状態の拡散層１５の３次元モデルが形成され、輸送特性用のシミュレーションソフトウェアによる３次元モデルの解析によって拡散層１５の輸送特性が算出される。例えば、テーブルＣの１行目に示すように、番号１の拡散層１５の輸送特性として、拡散抵抗２５．４［ｓ／ｍ］、面内透気度８９１．０［１０−１２ｍ３／Ｐａ・ｓ］、電子抵抗３０．９［ｍΩ・ｃｍ２］が算出される。
【００３３】
番号１−番号ｎの拡散層１５の第２の構造情報が推定部２６によって推定されると、強度特性算出部２８によって番号１−番号ｎの拡散層１５の強度特性が算出される。強度特性算出部２８では、第２の構造情報から非圧縮状態の拡散層１５の３次元モデルが形成され、強度特性用のシミュレーションソフトウェアによる３次元モデルの解析によって拡散層１５の強度特性が算出される。例えば、テーブルＤの１行目に示すように、番号１の拡散層１５の強度特性として、バネ性２３．９［μｍ］、撓み量１０３．０［μｍ］が算出される。このように、圧縮状態の拡散層１５の第１の構造情報に基づいて輸送特性と強度特性が同時に算出される。
【００３４】
図６に示すように、番号１−番号ｎの拡散層１５の輸送特性及び強度特性が算出されると、統計解析部２９によって番号１−番号ｎの拡散層１５の第１の構造情報、第２の構造情報、輸送特性、強度特性から構造情報と特性の相関図が作成される。すなわち、圧縮状態の拡散層１５の厚さ、気孔率、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向のそれぞれと拡散抵抗、面内透気度、電子抵抗のそれぞれとの相関図が作成される。また、非圧縮状態の拡散層１５の厚さ、気孔率、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向のそれぞれとバネ性、撓み量のそれぞれとの相関図が作成される。
【００３５】
厚さと拡散抵抗の相関図は、拡散層１５の厚さの増加に伴って拡散抵抗が増加してガスの輸送特性が悪化することを示している。これは、拡散層１５の厚さが増えるとガスの移動距離が増えるからだと考えられる。気孔率と拡散抵抗の相関図は、拡散層１５の気孔率の増加に伴って拡散抵抗が減少してガスの輸送特性が向上することを示している。ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向と拡散抵抗の各相関図は、拡散層１５のＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向が拡散抵抗に大きく影響しないことを示している。
【００３６】
厚さと面内透気度の相関図は、拡散層１５の厚さの増加に伴って面内透気度が増加してガスの輸送特性が向上することを示している。気孔率と面内透気度の相関図は、拡散層１５の気孔率の増加に伴って面内透気度が増加してガスの輸送特性が向上することを示している。ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向と面内透気度の各相関図は、拡散層１５のＣＦ径、ＣＦ配向が面内透気度に大きく影響しないことを示している。
【００３７】
厚さと電子抵抗の相関図は、拡散層１５の厚さの増加に伴って電子抵抗が増加して電子の輸送特性が悪化することを示している。これは、拡散層１５の厚みが増えると電子の移動距離が増えるからだと考えられる。気孔率と電子抵抗の相関図は、気孔率の増加に伴って電子抵抗が増加して電子の輸送特性が悪化することを示している。これは、気孔率が増えると電子の通り道が狭くなるからだと考えられる。ＣＦ割合と電子抵抗の相関図は、ＣＦ割合の増加に伴って電子抵抗が減少して電子の輸送特性が向上することを示している。これは導電性の炭素繊維の割合が増加するからだと考えられる。ＣＦ径及びＣＦ配向と電子抵抗の各相関図は、拡散層１５のＣＦ径及びＣＦ配向が電子抵抗に大きく影響しないことを示している。
【００３８】
厚さとバネ性の相関図は、拡散層１５の厚さの増加に伴ってバネ性が増加して強度特性が向上することを示している。これは、拡散層１５の厚みが増えた分だけ拡散層１５の変形代が大きくなるからだと考えられる。気孔率とバネ性の相関図は、拡散層１５の気孔率の増加に伴ってバネ性が増加して強度特性が向上することを示している。これは、気孔率が増えると拡散層１５の空洞が増加するからだと考えられる。ＣＦ割合とバネ性の相関図は、ＣＦ割合の増加に伴ってバネ性が減少して強度特性が悪化することを示している。これは、炭素繊維の割合が増えると拡散層の気孔が緻密になるからだと考えられる。ＣＦ径及びＣＦ配向とバネ性の各相関図は、拡散層１５のＣＦ径及びＣＦ配向がバネ性に大きく影響しないことを示している。
【００３９】
厚さと撓み量の相関図は、拡散層１５の厚さの増加に伴って撓み量が増加して強度特性が悪化することを示している。これは、拡散層１５の厚みが増えた分だけ拡散層１５の変形量が大きくなるからだと考えられる。気孔率の撓み量の相関図は、拡散層１５の気孔率の増加に伴って撓み量が増加して強度特性が悪化することを示している。これは、気孔率が増えると拡散層１５の空洞が増えて変形し易くなるからだと考えられる。ＣＦ割合と撓み量の相関図は、拡散層１５のＣＦ割合の増加に伴って撓み量が減少して強度特性が向上することを示している。これは、ＣＦ割合が増加すると拡散層１５の気孔が緻密になって変形し難くなるからである。ＣＦ径及びＣＦ配向と撓み量の各相関図は、拡散層１５のＣＦ径及びＣＦ配向が撓み量に大きく影響しないことを示している。
【００４０】
図７に示すように、統計解析部２９によって拡散層１５の各相関図から強度特性及び輸送特性の評価マップ（応答曲面）が作成される。この場合、各特性の許容値等の各種設定値を設定することで、評価マップ上において拡散層１５の各特性が評価される。例えば、評価マップは拡散層１５の厚さと気孔率を座標軸とするマップであり、拡散層１５の厚さ及び気孔率に対応して求めたバネ性及び撓み量の許容領域を図形化したものである。破線よりも上側の領域Ａはバネ性の許容領域、一点鎖線よりも下側の領域Ｂは撓み量の許容領域であるため、領域Ａ、Ｂが重なった領域が強度特性の許容領域である。
【００４１】
また、評価マップには、拡散層１５の厚さ及び気孔率に対応して求めた拡散抵抗、面内透気度、電子抵抗を同時に許容する輸送特性の許容領域Ｃが点線で示されている。上記したように、強度特性は非圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率から算出され、輸送特性は圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率から算出される。このため、輸送特性の許容領域Ｃは、例えば、関係情報（図４参照）を用いて、圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率から非圧縮状態の拡散層１５の厚さ及び気孔率に変換されている。領域Ａ−Ｃが重なった領域が強度特性と輸送特性の許容領域である。
【００４２】
このとき、強度特性と輸送特性は同じ第１の構造情報を基にして算出されているため、評価マップでは同一の拡散層１５に対して強度特性と輸送特性が評価されている。よって、領域Ａ−Ｃが重なった領域から輸送特性と強度特性を両立する拡散層１５の厚さと気孔率を検討することができる。また、評価マップの座標軸を変更することによって、ＣＦ割合、ＣＦ径、ＣＦ配向等の他の構造についても構造を検討することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態のシミュレーション装置２０では、圧縮状態の拡散層１５の構造情報である第１の構造情報と非圧縮状態の拡散層１５の構造情報である第２の構造情報の関係情報が記憶されており、記憶された関係情報を基に第１の構造情報から第２の構造情報が推定される。このため、第１の構造情報に基づいて拡散層１５の輸送特性と強度特性が算出される。拡散層１５の同じ第１の構造情報から輸送特性と強度特性が同時に算出可能になるため、輸送特性と強度特性を両立する拡散層１５の構造を検討することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、推定部２６によって第１の構造情報から第２の構造情報が推定される構成にしたが、この構成に限定されない。推定部２６は、関係情報を参照して、第１の構造情報及び第２の構造情報のいずれか一方から、いずれか他方を推定する構成であればよく、第２の構造情報から第１の構造情報を推定してもよい。すなわち、推定部２６は、非圧縮状態の拡散層の構造から圧縮状態の拡散層の構造を推定してもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、関係情報として拡散層の厚さと面圧の関係を示すグラフを例示したが、この構成に限定されない。関係情報は第１の構造情報から第２の構造情報を推定可能な情報であればよい。
【００４６】
また、本実施形態では、拡散層１５としてカーボンペーパー及びカーボンクロスを例示したが、この構成に限定されない。拡散層１５は、金属メッシュ、発砲金属等の金属多孔質体によって形成されていてもよい。
【００４７】
また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【符号の説明】
【００４８】
１５：拡散層、２０：シミュレーション装置、２５：記憶部、２６：推定部、２７：輸送特性算出部、２８：強度特性算出部
【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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