In-situ laser spectroscopy and mass transport control in high-temperature fuel cells using high heat-resistant fiber-optic probe

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04238
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: NISHIDA Kosuke 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (00397043)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 熱工学 / 燃料電池 / レーザ計測

Outline of Final Research Achievements

In this study, to measure product gas concentrations in flow channels of high-temperature fuel cells at high speed and with high accuracy, the laser-based gas analyzing system was developed with a fiber-optic probe which is available under harsh high-temperature environments of 800 deg C. This measurement system detects trace gases in narrow channels of fuel cells in real time based on high-sensitive tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS). Thus, the in-situ concentration of water vapor within the anode channel of an operating solid oxide fuel cell (SOFC) can be directly monitored.

Free Research Field

熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高耐熱プローブを用いたレーザ吸収分光法を応用することにより、高温燃料電池（SOFC）内のガス濃度を「その場」で測定可能になることは世界的に画期的な事例であり、作動状態の電池内部の物質輸送現象を物理化学的解釈に基づいて解明できることは学術的に意義が高い。また、本研究で開発する光ファイバセンシング技術は、SOFCの研究開発を支援する計測診断ツールや検査装置として実用化が期待でき、電池の飛躍的な高耐久化のためのブレークスルーになり得る。燃料電池分野以外でも、エネルギー、ナノテク、医療、バイオ、半導体等の最先端分野での新産業の創出やイノベーションを支える先進計測技術として広い応用・発展が期待される。