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Fuel Cell Modelling Focusing on Water Transport Behavior

Research Project

Project/Area Number 17K14857
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Oshiba Yuhei  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (10708530)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords燃料電池 / 電解質膜 / 水挙動 / 薄膜化 / 細孔フィリング / 全固体アルカリ燃料電池 / アニオン伝導性電解質膜 / 電池モデル
Outline of Final Research Achievements

For achieving efficient high temperature and low relative humidity (RH) operation in polymer electrolyte fuel cells, a thin pore-filling membrane comprising of low equivalent weight perfluorosulfonic acid polymer and a mechanically strong thin ultra-high molecular weight polyethylene porous substrate is prepared. The membrane electrode assembly prepared using this thin pore-filling membrane showed a higher fuel cell performance at 100℃, 30% RH largely due to the promotion of water transport inside the membrane. It also exhibited comparable chemical durability to that of commercial Nafion 211.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

機械的強度の高い多孔質基材に高分子電解質を充填した細孔フィリング電解質薄膜は、これまで困難とされていた電解質膜の薄膜化を達成し、薄膜化による水挙動の制御で高温低湿度環境下においても高い燃料電池性能を示し、化学耐久性も有することを実証した。本研究で得られた成果は、高温低湿度作動可能な次世代型燃料電池の実用化の普及促進につながると期待される。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Book (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Evaluation of performance and durability of platinum-iron-copper with L10 ordered face-centered tetragonal structure as cathode catalysts in polymer electrolyte fuel cells2018

    • Author(s)
      Tamaki Takanori、Koshiishi Akari、Sugawara Yuuki、Kuroki Hidenori、Oshiba Yuhei、Yamaguchi Takeo
    • Journal Title

      Journal of Applied Electrochemistry

      Volume: 48 Issue: 7 Pages: 773-782

    • DOI

      10.1007/s10800-018-1193-3

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thin pore-filling membrane with highly packed-acid structure for high temperature and low humidity operating polymer electrolyte fuel cells2018

    • Author(s)
      Oshiba Yuhei、Tomatsu Jin、Yamaguchi Takeo
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 394 Pages: 67-73

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2018.05.013

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement in the solid-state alkaline fuel cell performance through efficient water management strategies2017

    • Author(s)
      Oshiba Yuhei、Hiura Junya、Suzuki Yuto、Yamaguchi Takeo
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 345 Pages: 221-226

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2017.01.111

    • Related Report
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  • [Presentation] カーボンアロイ触媒を用いた高分子電解質燃料電池システムの開発2019

    • Author(s)
      山崎健輝、大柴雄平、黒木秀記、宮西将史、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会 第84年会
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  • [Presentation] PEFC用高スルホン酸基密度アイオノマー充填細孔フィリング電解質薄膜の燃料電池特性評価2019

    • Author(s)
      小坂恵夢、大柴雄平、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会 第84年会
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  • [Presentation] 次世代固体高分子形燃料電池用細孔フィリング電解質薄膜の開発2018

    • Author(s)
      大柴雄平、戸松仁、山口猛央
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      分離技術会年会2018
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  • [Presentation] カーボンアロイ触媒を用いた酸-アルカリハイブリッド型燃料電池の開発2018

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      山崎健輝、大柴雄平、黒木秀記、宮西将史、山口猛央
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      分離技術会年会2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Thin Pore-filling Membrane with High-density Structure of Sulfonic Acid Groups for Next-generation PEFCs2018

    • Author(s)
      Yuhei Oshiba, Jin Tomatsu, Takeo Yamaguchi
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      Grand RE2018国際会議
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  • [Presentation] カーボンアロイ触媒を用いた酸-アルカリハイブリッド型燃料電池の発電特性評価2018

    • Author(s)
      山崎健輝、大柴雄平、黒木秀記、宮西将史、山口猛央
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      化学工学会 第50回秋季大会
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  • [Presentation] PEFC用低EW充填細孔フィリング電解質薄膜の特性評価2018

    • Author(s)
      小坂恵夢、大柴雄平、山口猛央
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      化学工学会 第50回秋季大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] PEFC用高スルホン酸基密度パーフルオロスルホン酸ポリマー充填細孔フィリング電解質薄膜の燃料電池特性評価2018

    • Author(s)
      小坂恵夢、大柴雄平、山口猛央
    • Organizer
      膜シンポジウム2018
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  • [Presentation] Acid-Alkaline Hybrid Fuel Cells Using Carbon Alloy Catalysts2018

    • Author(s)
      Kenki Yamazaki, Yuhei Oshiba, Hidenori Kuroki, Shoji Miyanishi, Takeo Yamaguchi
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      13th Korea-Japan Symposium on Materials and Interfaces
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 燃料電池および水電解の材料システム設計2018

    • Author(s)
      山口猛央、黒木秀記、大柴雄平、宮西将史、田巻孝敬
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      第28回日本MRS年次大会
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  • [Presentation] 骨格にエーテル結合を持たない芳香族系電解質によるSAFC用高耐久膜電極接合体の開発2018

    • Author(s)
      榊原朱夏、宮西将史、大柴雄平、黒木秀記、冨田育義、山口猛央
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      化学工学会 第83年会
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  • [Presentation] PEFC用低EWパーフルオロスルホン酸ポリマー充填細孔フィリング薄膜の開発2018

    • Author(s)
      大柴雄平、戸松仁、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会 第83年会
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  • [Presentation] PPOを用いた固体アルカリ燃料電池用細孔フィリング電解質膜の開発及び評価2018

    • Author(s)
      Daoviet Ngoc、宮西将史、大柴雄平、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会 第83年会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 燃料電池用細孔フィリング電解質薄膜の設計・開発2018

    • Author(s)
      大柴雄平
    • Organizer
      第2回 東工大応用化学系 次世代を担う若手シンポジウム
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Design of thin pore-filling membrane with low equivalent weight PFSA polymer for PEFCs2017

    • Author(s)
      Yuhei Oshiba, Jin Tomatsu, Takeo Yamaguchi
    • Organizer
      2017 International Congress on Membranes and Membrane Processes
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高耐久芳香族系アニオン交換膜の開発と燃料電池への応用2017

    • Author(s)
      榊原朱夏、宮西将史 、大柴雄平、黒木秀記、冨田育義、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会東京大会2017
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 固体アルカリ燃料電池用高耐久芳香族系高分子電解質の開発2017

    • Author(s)
      榊原朱夏 、宮西将史、大柴雄平、黒木秀記、冨田育義、山口猛央
    • Organizer
      第66回高分子討論会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 化学工学的アプローチに基づく固体高分子形燃料電池のシステム設計2017

    • Author(s)
      大柴雄平
    • Organizer
      化学工学会第49回秋季大会
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Thin Pore-Filling Electrolyte Membranes with Low EW Perfluorosulfonic Acid Ionomer and Their PEFC Performances2017

    • Author(s)
      Takeo Yamaguch, Jin Tomatsu,Yuhei Oshiba
    • Organizer
      232nd ECS Meeting
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 固体アルカリ燃料電池の高耐久化へ向けた芳香族系高分子電解質膜の開発2017

    • Author(s)
      榊原朱夏、宮西将史、大柴雄平、黒木秀記、冨田育義、山口猛央
    • Organizer
      膜シンポジウム2017
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Thin Pore-filling Polymer Electrolyte Membranes with Low EW Perfluorosulfonic Acid Polymer For Polymer Electrolyte Fuel Cells2017

    • Author(s)
      Yuhei Oshiba、Jin Tomatsu、Takeo Yamaguchi
    • Organizer
      The 11th International Conference on Separation Science and Technology
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] シンポジウムシリーズ2「分離技術のシーズとライセンス技術の実用化」~固体高分子形燃料電池用細孔フィリング電解質膜の開発2018

    • Author(s)
      大柴雄平、山口猛央
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      分離技術会
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  • [Book] 月刊『化学』~2018 年の化学:注目の論文 「活性部位を原子レベルで観察 燃料電池に使う非白金触媒の実用化に向けて2018

    • Author(s)
      大柴雄平
    • Total Pages
      2
    • Publisher
      株式会社 化学同人
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  • [Book] 学会誌「化学工学」~<トピックス>液体燃料直接型固体アルカリ燃料電池の最新動向2017

    • Author(s)
      大柴雄平
    • Total Pages
      1
    • Publisher
      化学工学会
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電解質膜及びその製造方法2019

    • Inventor(s)
      山口猛央、大柴雄平
    • Industrial Property Rights Holder
      地方独立行政法人神奈川県産業技術総合研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電解質膜およびその製造方法2017

    • Inventor(s)
      山口猛央、大柴雄平、大橋秀伯、戸松仁、古谷幸治、他
    • Industrial Property Rights Holder
      東工大、帝人、神奈川県立産業技術総合研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017
    • Acquisition Date
      2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2020-03-30  

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