ナノ微粒子の分散制御技術による固体高分子燃料電池電極コーティング技術の高機能化

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450318
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 薄井 洋基 神戸大学, 工学部, 教授 (20107725)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 洋 神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (90206524)
• Keywords: 燃料電池 / ナノ微粒子コーティング / レオロジー / 微粒子分散制御

Research Abstract

固体高分子型燃料電池(PEFC)は次世代型燃料電池の候補として、電極触媒、膜材料、燃料供給装置、システム開発など多くの要素技術が研究されつつある。分散系レオロジーの観点からPEFC技術を見てみると、特に電極膜のコーティングプロセスの問題がある。即ち、PEFCの電極はカーボンブラックを基体として触媒、撥水剤、イオン交換膜(電解質)溶液をカーボブラック上に固めたガス拡散型の構造になっている。カーボンブラック微粒子は凝集性が強く、電極内の微粒子の分散が電池の性能に大きく影響を及ぼすこととなる。本研究では我々の提案している微粒子分散レオロジーモデルを基礎としてPEFC電極膜のコーティングプロセスのマイクロコントロールを行い、電極性能を高めることによりPEFCの早期実現に寄与することを研究目的とした。
本年度はPEFC用電極膜を作成し、その性能評価と共にナノ微粒子の薄膜内分散状態をSEM観察し、分散制御と電極性能の検討を行った。その結果、水素極には分散性の効果が現れるものの、酸素極では分散性に依存しない結果が得られた。これは、各電極における拡散律速と反応律速の関係で説明できることが明らかになった。コーティング速度と電極性能の関係も明らかになり、実験範囲内ではコーティング速度が速くなるほど、水素電極性能が良くなることを明らかにした。最適のコーティング速度の指針は未だ得られていない。
コーティング速度と薄膜内の微粒子分散程度との関係をモデル計算により明らかにし、乾燥後の薄膜内空孔の代表径と微粒子凝集クラスターの径との間に相関関係があることを示した。

Research Products

• [Publications] Hiromoto Usui: "Evaluation of Local Agglomeration in Dense Slurries under Shear"Proc. of World Congress on Particle Technology 4. 578 (2002)
• [Publications] Hiromoto Usui: "Dispersion of Non-Spherical Graphite Particles"Proceedings of Japan-Korea-Australia Three Nation Conference on Suspension Rheology. 110-115 (2002)
• [Publications] Hiromoto Usui: "Prediction of Dispersion Characteristics and Rheology in Dense Slurries",No.9, pp.(2002)"J. Chem. Eng. Japan. Vol.35. 815-829 (2002)
• [Publications] Hiromoto Usui: "Rheological Characteristics of Non-Spherical Graphite Suspensions"Korea-Australia Rheology Journal. Vol.4(To be published). (2003)