2002 Fiscal Year Annual Research Report
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
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12555056
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岡崎 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729)
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| 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)
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| 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 |
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| 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、ミクロな反応特性の解析と、マイクロチャンネル内の流動改善を並行して実施する。本年度は、これまでの成果と追加実験・計算により、原子・分子スケールならびにマイクロチャンネルスケールからのミクロ輸送特性解明と、それに基づくPEFC高性能化の指針を示すことを目的とする。
1.膜内輸送・触媒反応の総合評価と原子・分子スケールでの高性能PEFC実現のための提案(岡崎・伏信)
分子シミュレーションによる固体高分子膜内のプロトン輸送特性検討を行い、プロトン輸送を支配する膜内の水素結合構造を明らかにし、プロトン輸送の観点からは直線的かつ水素結合を十分に確保した膜構造が重要であることを示した。また第一原理計算によるカソード側触媒反応の理論的な検討と、これと並行して行っている触媒活性試験の結果より、反応生成物である水の脱着制御が重要であることを解明し、触媒開発における指針を示した。
2.マイクロチャンネル内流動の総合評価と高性能PEFC実現のための提案(岡崎・多田・野崎・増田)
昨年度までの検討結果を基に理論的検討を進め、アノード・カソード両極流路の流れ方向過電圧因子を分離しそれぞれを重ね合わせて議論することで、例えばカウンタフローの温度管理に関するメリットなどを示した。
以上の検討により、プロトン輸送改善のための膜分子構造提案、カソード過電圧低減のための触媒開発指針、マイクロチャンネル熱流動改善のための条件指針を示し、PEFC高性能化の指針提示を行った。
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[Publications] 増田, 小澤, 佐藤, 伏信, 岡崎: "固体高分子形燃料電池セル内の電気化学反応と熱輸送の連成現象"日本機械学会論文集B編. 68(665). 209-217 (2002)
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[Publications] Jinnouchi, Okazaki: "Dynamics Study of Transport Phenomena in Perfluorosulfonate Ionomer Membrane for PEFC"Journal of the Electrochemical Society. (掲載決定).
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[Publications] Jinnouchi, Okazaki: "New Insight into Microscale Transport Phenomena in PEFC by Quantum MD"Microscale Thermophysical Engineering. (掲載決定).
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[Publications] Jinnouchi, Okazaki: "Molecular Simulation Study of Microscale Transport Phenomena in Polymer Electrolyte Fuel Cell"Proceedings of Twelfth International Heat Transfer Conference. 489-494 (2002)
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[Publications] Jinnouchi, Okazaki: "New Insight into Microscale Transport Phenomena in PEFC by Quantum MD"Abstracts of the International Symposium on Micro/Nanoscale Energy Conversion and Transport. 123-125 (2002)
