2020 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー損失最小化を実現する燃料電池電極触媒層の設計解の解明と実証
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18H01383
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
津島 将司 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30323794)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 崇弘 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90711630)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 物質輸送 / ナノマイクロ構造制御 / 数理最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，固体高分子形燃料電池におけるエネルギー損失を最小化する電極触媒層の設計解を明らかにした上で実証することを目的としている．本年度は，これまでに構築した固体高分子形燃料電池の反応輸送構造モデルを用いて，電極触媒層の構造因子に空間分布を形成し，エネルギー損失と最適化構造の導出についての研究を実施した．多孔質構造形成技術については，マイクロプリンティング法とドクターブレード法のそれぞれで触媒担持量を制御して作製した電極触媒層の触媒層構造と燃料電池性能の比較を行った．マイクロプリンティング法により作製した触媒層は，ドクターブレード法により作製した触媒層と比較して，厚さと空隙率がともに高いことが示された．マイクロプリンティング法の場合，塗布後の乾燥完了までの時間が短く，インク内部の凝集体構造が保持されやすいのに対して，ドクターブレード法の場合には，凝集体が液中の自由空間を充填しつつ堆積が進行するために，より緻密な構造が形成されやすくなることを示した．電気化学インピーダンス解析からは，マイクロプリンティング法により作製した触媒層はイオン輸送抵抗が低く，水分保持性が高いこと，さらに，アイオノマー対カーボン重量比（I/C）増加に伴い膜抵抗が低下することを明らかにした．ドクターブレード法により作製した触媒層では低加湿条件において，I/C増加に伴い膜抵抗が増加し，この要因として，CCM表面のアイオノマー偏析によるガス輸送抵抗の増大を指摘した．触媒層のガス輸送抵抗については，多孔質構造を変化させた触媒層を作製し，多孔質構造評価とガス輸送特性評価を実施した．これより，低I/C触媒層では粒子凝集による屈曲度の増加，高I/C触媒層ではアイオノマー析出によるガス拡散経路の阻害が，触媒層のガス拡散性を低下させることを指摘した．
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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