2019 Fiscal Year Research-status Report
スラリー乾燥過程その場計測と物質輸送解析に基づく電極構造の推定手法確立
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18K13702
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 崇弘 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90711630)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / 多孔質電極 / 電極スラリー / 乾燥プロセス / 粒子輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体高分子形燃料電池の多孔質電極形成に用いる電極スラリーの乾燥過程におけるスラリー状態及び物質輸送現象を明らかにするための研究を継続して行った．今年度は主に以下の成果が得られた．
(I) 従来の交流抵抗計測を拡張し電極スラリーのMHzオーダーまでのインピーダンス計測を実施した．自・公転式ミキサーによる撹拌と超音波分散を組み合わせた分散条件の異なるスラリーの計測と理論解析から，超音波処理を施すことで解砕効果により凝集粒子の微細化が進むことが示された．
(II) 分散条件の異なる電極スラリーに対して，レオロジー解析及び粒径分布計測を行い，超音波処理による解砕効果という(I)で得られたインピーダンス解析結果と定性的に一致する結果が得られた．
(III) （I)，（II)で得られた分散条件の違いによる電極スラリー内凝集粒子の粒径をパラメーターとして乾燥過程の粒子輸送シミュレーションを実施し，分散条件の違いによる凝集粒子径の変化に起因して乾燥過程における粒子集積のモードが変化することが示された．
(IV) 上で明らかになった凝集粒子径の変化及びそれに伴う乾燥過程の粒子集積モード変化が，形成される多孔質層のクラック形成や最終的な電池性能に影響を及ぼすことが示された．ここでは，単純な高分散が高性能には直結しないことが明らかになり，電極スラリー状態や乾燥を伴う輸送現象とこれらに起因して決定される多孔質構造及び電池性能を統合的に評価することの重要性が示された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度までに整えた評価・解析環境を駆使し，当初の計画に従って電極スラリーのパラメーターを設定した計測及び解析を進め，分散条件の影響を明らかにすることができた．また，電極スラリーの状態と乾燥過程における輸送現象及び形成される多孔質構造と電池性能を統合的に評価する方法論を示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
スラリー条件や乾燥環境をパラメーターとすることで乾燥過程における輸送現象制御に向けた指針を明らかにするための研究を進める．また，形成される多孔質構造及び電池性能の詳細な解析を進め，スラリー輸送現象と多孔質・性能の統合的な評価及び開発のための方法論を確立していく．
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| Causes of Carryover |
共同施設における年度末分の機器使用料の請求が翌年度となるため，確保していた助成金の繰越が生じた．発生した次年度使用額は全て年度末及び次年度の機器使用料に充当する．
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