固体高分子形燃料電池用電解質膜の負荷変動環境下における物理的劣化挙動評価

Research Project

Project/Area Number	20656022
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Materials/Mechanics of materials
Research Institution	Ritsumeikan University (2009) Toyota Technological Institute (2008)
Principal Investigator	上野明 Ritsumeikan University, 理工学部, 教授 (30160188)
Project Period (FY)	2008 – 2009
Project Status	Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help	¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000) Fiscal Year 2009: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000) Fiscal Year 2008: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Keywords	燃料電池 / 高分子膜 / 電解質膜 / 引張試験 / クリープ / 非弾性構成式
Research Abstract	固体高分子形燃料電池に用いられる電解質膜(デュポン社製ナフィオン膜)は,燃料電池の起動・停止に伴う,温度・湿度変動環境下で劣化することが知られている.特に,家庭用定置型燃料電池と異なり,自動車搭載用燃料電池は,起動・停止回数が多いため,電解質の劣化も著しくなり,燃料電池自動車の早期実現のために,信頼性の高い燃料電池を開発する上での障害となっている.そこで本研究では平成20年度に引き続き,(1)電解質膜の巨視的劣化挙動評価と,(2)電解質膜の微視的劣化挙動評価を行なった. (1)電解質膜の巨視的劣化挙動評価では,昨年度導入した「島津製作所製卓上型引張試験機」,「コフロック製バブラーユニット」と「キーエンス製レーザー厚さ計」を組み合わせ,手製の環境槽を組み付けることで,25℃≦温度≦90℃,10%≦湿度≦95%の環境中で引張試験を行なえるようにした.その結果,温度が高いほど破断応力が低下し破断伸びは増大すること,湿度が高いほど破断応力・破断伸びともに低下すること等がわかった. (2)電解質膜の微視的劣化挙動評価では,昨年度定式化を試みた非弾性構成式を用いて,電解質膜の圧縮クリープひずみの推定を行なった.その結果,温度・湿度の違いに関わらず,構成式による推定ひずみは,実際のひずみの±5%程度以内に収まっておりことがわかり,提案した構成式を用いることで電解質膜に蓄積する圧縮クリープひずみを精度良く推定できることがわかった.