能動的調湿性を有するウオーターフリー固体高分子形燃料電池

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K03917
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 谷川 洋文 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (80197524)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 固体高分子形燃料電池 / 多孔質 / 調湿性 / 格子ガス法

Outline of Annual Research Achievements

固体高分子形燃料電池のさらなる出力アップとシステムの簡素化のための水分管理技術として，カソード側のガス流路を，“調湿効果を有し勝手に余剰生成水を回収し，さらに酸化ガスの加湿に利用”する多孔性調湿素材で構成された固体高分子形ウオーターフリー燃料電池を開発と小型化・高性能化の検証を目的とした実験と数値解析を行った．最終年度は多孔性調湿ガス流路の最適構造の検証を実験と数値解析から行った．結果，サーペンタイン型２系統流路の対向流で外側にガスの入口があるタイプ２，対向流で内側にガスの入口があるタイプ２R，並行流のタイプ２Pで比較した結果，サーペンタイン型２系統流路の対向流で内側にガスの入口があるタイプ２Rが最も保水性がよく出力が高くなる可能性があることがわかった．以上，３年間の研究から当初の２つの課題である，①調湿性，加工性，耐久性の良い多孔性素材の選定，②多孔性調湿ガス流路の最適構造の検証に対して，①調湿性，加工性，耐久性の良い多孔性素材としては低密度ポリエチレンーアパタルジャイト混合試料と繊維素材を選定し，成型，保水，乾燥実験を行った結果，繊維素材が加工性，耐久性，調湿性が優れることが分かった．②多孔性調湿ガス流路の最適構造としては，実験では上述の繊維素材で流路を作成し，乾燥実験，発電実験を行い，また３次元の格子ガス法による数値解析結果と比較検討を行った結果，サーペンタイン型２系統流路で内側にガスの入口があるタイプが最も保水性がよく，出力が高くなる可能性があることがわかった．