2019 Fiscal Year Annual Research Report
Enhancement of the safety, durability and reliability of marine fuel cells
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17H03497
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
北原 辰巳 九州大学, 工学研究院, 准教授 (50234266)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 船舶海洋工学 / 燃料電池 / 異常診断 / 安全性 / ガス拡散層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素を燃料とする燃料電池はエネルギー変換効率が高く，生成物が水のみであることからゼロエミッション化が可能であり，高効率・低公害性が強く求められている船舶への適用が期待されている．しかし舶用燃料電池は長時間の高負荷運転や急激な負荷変動に対応する出力特性が要求されるため，耐ドライアップと耐フラッディングの両特性を向上させることが重要である．さらに海水（塩粒子）による電解質膜や触媒の劣化，並びに船体揺動・衝撃による電池本体や補機の損傷などに起因する電池性能の低下を防止して，安全性と信頼性・耐久性を向上させることが重要課題である．本研究では交流インピーダンス法を用いて燃料電池の運転状態を電解質膜抵抗，電荷移動抵抗，物質移動抵抗の3抵抗値と2容量成分からなる等価回路で表し，供給ガスの加湿度の異常や塩粒子の混入が各部抵抗値に及ぼす影響を検討した．供給ガスの相対湿度が低い場合，電解質膜のドライアップが原因で電解質膜抵抗が高くなる．一方，供給ガスの相対湿度が過大になると電池内部で液水蓄積によるフラッディングが発生し，電極触媒層への酸素供給が阻害されて物質移動抵抗が増大することがわかった．燃料電池の耐ドライアップと耐フラッディングの両特性を向上させる方策として，親水性カーボンナノチューブ（CNT）を分散させたマイクロポーラス層（MPL）付きガス拡散層の適用が有効であることを明らかにした．さらにカソード供給ガスに塩粒子が混入すると電解質膜抵抗，電荷移動抵抗，並びに物質移動抵抗の全てが増大するが，その中でも電荷移動抵抗の増大が顕著である．塩粒子による性能低下を早期に検出した後，純水加湿による運転を行うことにより初期のセル電圧と同程度まで回復できることがわかった．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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