| Project/Area Number |
17J03728
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Research Field |
Fluid engineering
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
中内 将隆 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2019)
|
| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
|
|---|
| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / 多孔体 / 希薄気体力学 / catalyst layer / 燃料電池 / 面分子干渉 / 触媒層 / 多孔体流れ / 気体分子散乱 / 分子熱流動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では固体高分子形燃料電池の高効率化に向けて，カソード側触媒層における酸素輸送現象を明らかにすることを目的とし，触媒層表面を覆うアイオノマー膜上の酸素分子の散乱挙動から触媒層の多孔体構造全体における酸素輸送現象に至るまでのマルチスケール解析を行った．
本年度は触媒層空孔を模擬した微小流路における酸素拡散現象について分子動力学シミュレーションを用いた解析を行い，次のような知見が得られた．アイオノマー流路内の酸素拡散係数は従来のKnudsen拡散よりも低くなっており，表面に吸着した酸素分子が拡散性を阻害しているものと考えられる．表面における拡散と気相中における拡散の寄与度を評価したところ，含水率の上昇に従って表面拡散の輸送への寄与が高くなる傾向となった．
また，平成29年度から継続して行っている散乱現象に加え，本年度明らかにした表面拡散現象をモデル化し，触媒層実構造における輸送シミュレータに実装した．実構造の触媒層を走査型電子顕微鏡で撮影した画像データから3次元構造に再構築し，内部の拡散現象にモンテカルロ法を用いて計算した．その際，アイオノマー壁面との衝突としてこれまでの散乱・表面拡散モデルを適用し，各含水率および被覆率における酸素の拡散性を評価した．これにより，高効率な酸素の拡散性に有効な触媒層構造の提案が可能となった．
|
| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
