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2009 Fiscal Year Annual Research Report

固体高分子形燃料電池の拡散層内気液輸送現象ならびに凍結機構の解明

Research Project

Project/Area Number 21360089
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

近久 武美  Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 教授 (00155300)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田部 豊  北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80374578)
Keywords燃料電池 / PEFC / 固体高分子 / 生成水 / 凍結 / 二相流 / 可視化 / 拡散層
Research Abstract

本研究は、内部現象観察と電流密度分布の同時計測、内部水分状態の瞬時凍結法を用いた観察、ならびに並列演算可能な高密度比対応LBM法により、燃料電池内の気液輸送現象について解明することを目的としたものである。本年度の研究により、下記の知見を得た:
(1)凝縮水の凍結固定化法は拡散層内の凝縮水分布を知る上で有用な手法であることを確認した。
(2)拡散層の繊維方向を異方化することにより、電池性能を向上できることがわかった。凍結固定化法による観察の結果、リブ下の凝縮水分布が繊維方向によって異なることが原因と考えられた。
(3)金属製多孔体セパレータは凝縮水を拡散層表面からセパレータ内にすばやく引き離す作用があり、少ない空気流量で良好なフラッディング特性を示すことが明らかとなった。
(4)LBMシミュレーションにより、少ない圧力損失で凝縮水を良好に排出できるセパレータ形状条件を明らかにすることができた。
(5)氷点下起動では、-20℃では触媒層内に氷が形成されるのに対して、-10℃では触媒層とMPLの界面に氷が形成されることがわかった。また、この差異により常温復帰後の運転特性が異なることが明らかとなった。
(6)Cryo SEMを用いた観察から、触媒層における水は蒸気状態であり、MPLは蒸気相と液相を都合よく分離する作用を有することが推察された。

  • Research Products

    (10 results)

All 2009

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Microscopic Observation of Freezing Phenomena in PEM Fuel Cell at Cold Start2009

    • Author(s)
      Masataka Saito, Yutaka Tabe, Takemi Chikahisa
    • Journal Title

      ECS Transactions 25(1)

      Pages: 773-779

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of Dominant Parameters in Structure and Properties of Cathode Catalyst Layer on PEM Fuel Cell Performance2009

    • Author(s)
      Y.Tabe, H.Takamatsu, T.Chikahisa
    • Journal Title

      ECS Transactions 25(1)

      Pages: 39-47

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Microscopic Observation of Freezing Phenomena in PEM Fuel Cell at Cold Start2009

    • Author(s)
      T. Chikahisa
    • Organizer
      Tianda International Fuel Cell Workshop TIFCW 2009
    • Place of Presentation
      Tianyu Hotel, Tianjin, China
    • Year and Date
      2009-12-22
  • [Presentation] PEFCにおける複雑繊維構造内液滴挙動のLBMシミュレーション2009

    • Author(s)
      佐々木、田部、近久
    • Organizer
      日本機械学会北海道支部第48回講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学、札幌
    • Year and Date
      2009-11-28
  • [Presentation] 機械工学的視点によるPEM形燃料電池内の現象解明~触媒量低減有効因子および起動時凍結現象~2009

    • Author(s)
      近久武美
    • Organizer
      化学工学会第41回秋季大会
    • Place of Presentation
      広島大学、広島
    • Year and Date
      2009-09-17
  • [Presentation] 高密度比格子ボルツマン法によるPEM燃料電池多孔質体内の気液流動シミュレーション2009

    • Author(s)
      田部、李、ベンサラー、近久
    • Organizer
      日本機械学会2009年度年次大会
    • Place of Presentation
      岩手大学、盛岡
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Presentation] Liquid Water and Gas Flow Simulation in a Channel of PEM Fuel Cells using the Lattice Boltzmann Method2009

    • Author(s)
      Ben Salah Yasser, Tabe, Chikahisa
    • Organizer
      日本機械学会2009年度年次大会
    • Place of Presentation
      岩手大学、盛岡
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Presentation] 異方性ガス拡散層を持つPEFCの性能および凝縮水分布解析2009

    • Author(s)
      ジョースワ、菊田、田部、近久
    • Organizer
      日本機械学会動力エネルギーシンポジウム
    • Place of Presentation
      筑波大学、つくば
    • Year and Date
      2009-06-29
  • [Presentation] 多孔体セパレータを有する固体高分子形燃料電池の性能および内部現象解析2009

    • Author(s)
      森岡、田部、菊田、近久、小境
    • Organizer
      日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都国際会議場、京都
    • Year and Date
      2009-06-04
  • [Presentation] 固体高分子形燃料電池の氷点下起動影響と凍結現象2009

    • Author(s)
      斉藤、田部、菊田、近久
    • Organizer
      日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都国際会議場、京都
    • Year and Date
      2009-06-02

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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