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2015 Fiscal Year Research-status Report

光ファイバ型レーザ分光と計算の融合による実作動燃料電池の界面物質輸送の解明と制御

Research Project

Project/Area Number 15K05827
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

西田 耕介  京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (00397043)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords熱工学 / 燃料電池 / レーザ計測 / TDLAS法
Outline of Annual Research Achievements

固体高分子形燃料電池(PEFC)における水分管理の問題を解決し、発電性能の改善を図るには、電極/電解質界面で生じている物質輸送現象を包括的に解明することが不可欠である。そこで本研究では、光ファイバプローブ型の波長可変半導体レーザ吸収分光法(TDLAS)を応用することにより、実作動状態PEFC内の水分、酸素濃度を高速・高感度かつin-situで定量測定できるようにする。さらに、多孔質電極内の物質輸送数値シミュレーションを援用することにより、PEFC電極/電解質界面での液水、水蒸気、酸素挙動を統合的に捉えながら、運転条件や電極構造が電池性能にどのような影響を及ぼすのかを明らかにすることを目的としている。
平成27年度は、「光ファイバプローブ型TDLASガス濃度計測システム」の設計・開発を行い、実際の燃料電池のガス流路を模擬した「模擬流路セル」を用いて、狭小流路内の水分・酸素濃度測定を実施した。ロックインアンプを用いて出力信号の位相検波を行ったところ、ガスの光吸収による2次微分スペクトル(2fスペクトル)が明瞭に検出されており、水分・酸素のTDLAS測定に成功した。また、吸収スペクトルの振幅とガス濃度には相関性が存在することも実証された。以上より、光ファイバ型TDLAS計測システムにより、燃料電池内の水分・酸素輸送現象を捉えることが十分可能であることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成27年度の研究実施計画では、「光ファイバプローブ型TDLASガス濃度計測システム」を開発し、燃料電池セル内の水分・酸素濃度を定量的に測定できることを目標とした。当初の目標は概ね達成できたと判断できる。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度に開発したTDLAS計測システムを活用することにより、実作動状態の燃料電池セル内の水分・酸素輸送現象を捉えながら、運転条件や電池構造がセルの発電性能にどのような影響を及ぼすのかを明らかにする。さらに、TDLAS計測で得られる実験結果と多孔質電極内の物質輸送シミュレーションを融合させることにより、燃料電池の電極/電解質界面における水分状態や酸素挙動を予測できるようにする。

Remarks

京都工芸繊維大学機械工学系熱エネルギー工学研究室ホームページ
http://www.tee.kit.ac.jp

  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Effect of Hydrophilic Treatment of Cathode Channel on Liquid Water Transport through Gas Diffusion Layer and Performance of PEFC2015

    • Author(s)
      K. Nishida, Y. Kono, T. Nakamura, R. Giga
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 69 Pages: 1121-1131

    • DOI

      10.1149/06917.1121ecst

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of Microstructure of Cathode MPL on Interface Water Transport and Power Generation Characteristics of PEFC2015

    • Author(s)
      K. Tanaka, G. Okuhata, T. Nakamura, K. Nishida
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 68 Pages: 77-87

    • DOI

      10.1149/06803.0077ecst

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 光ファイバを用いたレーザ変調分光法による燃料電池内酸素濃度測定技術に関する検討2016

    • Author(s)
      前田雄也,細谷卓人,西田耕介,梅川豊文,川崎昌博
    • Organizer
      日本機械学会関西支部平成27年度卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      大阪電気通信大学(大阪府寝屋川市)
    • Year and Date
      2016-03-10 – 2016-03-10
  • [Presentation] 光ファイバ型レーザ分光法に基づく燃料電池流路内の酸素濃度測定に関する基礎研究2015

    • Author(s)
      西田耕介,前田雄也,細谷卓人,梅川豊文,川崎昌博
    • Organizer
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-10-24 – 2015-10-25
  • [Presentation] PEFCカソード流路の親水化がMEA断面方向の液水輸送と電池性能に及ぼす影響2015

    • Author(s)
      河野佑大,儀俄亮,西田耕介
    • Organizer
      日本機械学会熱工学コンファレンス2015
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-10-24 – 2015-10-25
  • [Presentation] PEFC微細多孔質層のカーボン担持量が水分輸送及び発電性能に与える影響2015

    • Author(s)
      田中健太郎,奥畑剛,西田耕介
    • Organizer
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [Presentation] 断面可視化セルを用いたPEFC蛇行流路内の液水挙動と電池性能の相関性評価2015

    • Author(s)
      河野佑大,儀俄亮,西田耕介,佐藤正洋,北島さつき
    • Organizer
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [Book] PEFCの内部現象・反応機構と評価・解析技術2015

    • Author(s)
      犬飼潤治,米田雅一,唯美津木,石黒志,松井公佑,折笠有基,内本喜晴,上野武夫,矢口紀恵,清水貴弘,山田裕久,井上元,八木一三,西田耕介 他
    • Total Pages
      247(149-158)
    • Publisher
      S&T出版

URL: 

Published: 2017-01-06  

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