2020 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of multi-scale mass transport phenomena in catalyst layer for the development of the efficiency of polymer electrolyte fuel cell
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18H01364
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10312662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 元 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40336003)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 分子動力学 / ナノ流体 / 触媒層 / 拡散抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子動力学シミュレーションによってアイオノマー厚さとプロトン伝導性の相関を解析し、その結果をモデル化して3次元CLモデルにおけるメソスケールシミュレーターに組み込むことにより、ナノスケールの輸送特性がPEFCの発電性能に与える影響について解析を行った。本年度は、MDシミュレーションより得られた結果をメゾスケールのシミュレーターに導入し、ナノスケールの輸送現象がマクロスケールのI-V特性にどのように影響するかを解析した。メゾスケールシミュレーターの要素としては、担持カーボン、白金、アイオノマーおよび空隙で構成され、アイオノマーの表面被覆としては、同じ曲率半径を有するモデルを採用した。その結果、I/C= 0.2の場合、プロトン輸送抵抗がセルの性能に大きな影響を与えることが確認された。アイオノマーの厚さ依存性では、同じ曲率半径モデルで数nmにピークを持つアイオノマー分布傾向を表現できることが確認された。ただし、このモデルは、アイオノマーの厚さが4 nm未満の超薄膜領域が発生するため、このアイオノマー被覆モデルには改善の余地があると考えられる。アイオノマーの厚さ依存性を考慮した相対プロトン伝導度は、その依存性の場合を考慮しない場合と比較して1.1倍高い値を示した。 一方、I/C= 0.5の場合、骨材構造のタイプを変更しても、I-V曲線に大きな違いは見られなかった。この傾向から、高I/C比ではプロトン輸送抵抗の触媒層性能に与える寄与が低いことが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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