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

2003 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に問題がある。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。特に非球形微粒子がせん断流れ場によって配向する現象を、ポリエチレングリコール中にオブラートタイプのグラファイト微粒子を分散させた系で観測した。電極性能に関しては、コーティング速度と電極性能の関係を明らかにし、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を得るべく、塗布スラリーの組成を変化させて実験を続行中である。非球形粒子のせん断流れ場における配向性は、せん断面およびそれに垂直な面における粒子の配向特性を定量的に把握した。
燃料電池の性能向上のための電極膜塗布技術の最適化に関する指針を実験範囲内で得た。性能向上に対する最終の最適条件は実験条件をもっと広範囲に展開する必要があり、今後の検討課題として残っている。せん断場における粒子の配向性についても、機能性膜の性能向上と結びつけた議論を今後行ってゆく計画である。

Research Products

• [Publications] Mustafa: "Rheological Characteristics of Non-Spherical Graphite Suspensions"Korea-Australia Rheology Journal. Vol.4, No.1. 19-25 (2003)
• [Publications] Hiromoto Usui: "Coating of PT/C Particle Suspension in Nafion to Produce PEFC Electrode Membrane"Proc.2^<nd> Asian Particle Technology Symposium 2003 (APT2003), Penang. Vol.2. 65-70 (2003)
• [Publications] Mustafa: "Dispersion Control of Nano-Particles and the Effect of the Coating Condition on the Performance of Proton-exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs)"J.Chem.Eng.Japan. Vol.37, No.1. 31-39 (2004)