2010 Fiscal Year Annual Research Report
固体酸化物形燃料電池性能に及ぼす濃度境界層の影響に関する研究
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21560222
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
泉 政明 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (50336939)
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| Keywords | 燃料電池 / 熱工学 / 流体力学 / 固体酸化物形燃料電池 / 噴流 / 濃度境界層 |
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| Research Abstract |
本研究は、作動温度800℃～1000℃において、固体酸化物形燃料電池(SOFC)性能に及ぼす燃料極表面に形成される濃度境界層の影響を定量的に明らかにすることを目的とし、SOFCの性能および寿命向上に資するものである。
セル(空気極/電解質/燃料極で構成される単電池)の燃料極面に垂直に燃料ガスを噴射した場合(噴流場)と、燃料極面に並行に燃料ガスを流した場合(並行流場)で、セル性能を交流インピーダンス法により計測した。交流インピーダンス法は、セルの内部抵抗因子であるオーム過電圧、活性化過電圧および濃度過電圧を分離して性能を評価できる方法である。
燃料極を基板とするY_2O_3安定化ZrO_2薄膜電解質型のセル(長さ30mm×幅25mm×厚さ1.2mm、空気極面積10m×10mm)を,ガス通路(幅5mm×長さ20mm)を設けた発電用治具にセットして、噴流場と並行流場を切り替えてセル性能を計測比較した。昨年度はガス通路の深さを1mmとしたが、本年度は0.5mm、1.8mの条件にて発電実験を行った。更に、熱流体解析ソフトを用いて、ガス通路内のガス流動状態を調べ、ガス流動と濃度境界層により誘起されるセルの濃度過電圧との関係の解明を試みた。
その結果、(1)本実験条件では、燃料ガスの高い粘性により、噴射直後に噴流の流速が大きく減衰し、燃料極表面近傍の流速は並行流場に比べて小さいこと、(2)噴流場と並行流場でのガス流速分布の違いが濃度過電圧に影響を及ぼすこと、(3)同じ並行流場においても、流量の変化により生じるガス流速分布の違いが濃度過電圧に影響を及ぼすことなどが明らかとなった。
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