ミクロ輸送機構解明に基づく固体高分子型燃料電池の高性能化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555056
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岡崎 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野崎 智洋 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90283283) ; 多田 茂 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (70251650) ; 伏信 一慶 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50280996) ; 増田 正夫 高砂熱学工業(株), 総合研究所, 主任(研究職)
• Keywords: 固体高分子型燃料電池 / 分子動力学法 / 数値計算 / 触媒活性試験 / 解離吸着 / マイクロチャンネル

Research Abstract

本研究では、ミクロな輸送機構の解明を通じて固体高分子型燃料電池の高性能化につなげることを目的としている。交付申請書に記した研究計画に基づき、本年度は第一原理計算と触媒試験による触媒表面酸素吸着のモデル化と、マイクロチャンネル内ガス供給方向のガス・水分分布改善に関する以下の検討を行った。
1. 第一原理計算と触媒試験による触媒表面酸素吸着のモデル化(岡崎・伏信)
PEFCにおける損失の支配的要因である、カソード側触媒表面での反応特性の定量評価のために、第一原理計算に基づいた数値計算モデルの構築を行い、Pt等の純金属表面におけるO2分子の解離吸着過程をシミュレートすることを可能とした。また、モデル検討のために、回転ディスク電極を用いた基礎的な触媒活性試験系を構築し、スパッタで作成したPt等の金属面の活性試験を可能にしている。
2. マイクロチャンネル内ガス供給方向のガス・水分分布改善(岡崎・多田・野崎・増田)
初年度の検討で明らかになった流れ方向のガス・水分の分布をもとに、実験ならびに数値計算により膜内の含水量、燃料ガスの供給最適化のためのマイクロチャンネル・電極等システム構成要素のジオメトリー改善の指針を得ている。とりわけ、チャンネル内流動条件として重要なガス流れ方向と、ガスの加湿条件について詳細に検討し、一般に温度管理の観点から低加湿域ではカウンタ・フローにメリットがあることことなどを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 増田, 小澤, 伏信, 岡崎: "固体高分子形燃料電池の電気的性能・温度に及ぼすガス流れ方向の影響"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 879-880 (2001)
• [Publications] 陣内, 岡崎: "PEFC内におけるミクロ物質輸送機構の分子シミュレーション"第8回燃料電池シンポジウム講演予稿集. 41-48 (2001)
• [Publications] 陣内, 岡崎: "固体高分子形燃料電池用カソード触媒の第一原理解析"Thermal Science and Engineering. 9,3. 67-76 (2001)
• [Publications] 陣内, 岡崎: "固体高分子形燃料電池用カソード触媒の物理"第38回日本伝熱シンポジウム. III. 865-866 (2001)