| Project/Area Number |
19H02077
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
Iwai Hiroshi 京都大学, 工学研究科, 教授 (00314229)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 将史 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10757636)
吉田 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50166964)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
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| Keywords | 固体酸化物形燃料電池 / 多孔質電極 / ガス拡散 / 造孔材 |
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| Outline of Research at the Start |
固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極微構造は数100nmまで微細化している。ガス拡散性を担保するため造孔材により直径数ミクロンのメゾスケール空隙が導入されるが、現状では造孔材の粒子径・量・分布に科学的な根拠は薄い。本研究はSOFCの多孔質燃料極において、不均一なメゾスケール空隙を科学的理解に基づいて能動的に取り入れることで高発電密度を実現することをめざす。精密な拡散実験と、多孔質微構造の解析、さらに構造データに基づく数値解析を実施し、燃料極内ガス輸送現象を解明することでSOFCの発電密度の向上を実現する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This study focuses on the counter-transport phenomena of hydrogen and steam in the porous fuel electrodes of solid oxide fuel cells. The influence of the discrete existence of relatively large pores formed by the pore-formers in the nanoscale pore structure, where the influence of Knudsen diffusion is strong, was studied by experiment, structural observation and quantification, and numerical analysis. As a result, a total pressure gradient in the direction of the fuel electrode thickness was experimentally demonstrated for the first time. Detailed numerical analysis based on three-dimensional structural data revealed that the relatively large pores caused by the pore-formers are effective for venting steam. On the other hand, hydrogen transport through the large pores tends to be suppressed by the total pressure gradient, while hydrogen transport through the relatively small pores is enhanced in such cases.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
SOFCの多孔質燃料極において、造孔材由来の大空隙が水素と水蒸気の対向輸送に与える影響を精密な実験、大領域の構造観察とそれに基づく多孔質特徴量の定量化、詳細な数値解析で明らかにした。高効率な発電装置として期待されるSOFCの出力密度向上に資する結果である。また、造孔材による比較的大きなスケールの構造をもつ多孔質に対して、直交型FIB-SEMによる大領域観察を実現し、統計的に有意な多孔質特徴量の定量化に成功した。さらに、代替ガスの採用により、重要な現象を損なわず、かつ実際のSOFCの作動温度よりはるかに低い温度で実施可能な実験手法を確立しSOFCに関する実験的研究において新しい方向性を示した。
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