2013 Fiscal Year Annual Research Report
階層型連成現象シミュレーションによる燃料電池内の物質移動メカニズムの解明
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23360079
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大島 伸行 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10217135)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢口 久雄 群馬工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (20568521)
渡部 正夫 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30274484)
栗原 央流 大分大学, 工学部, 准教授 (90344481)
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| Project Period (FY) |
2011-11-18 – 2015-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 燃料電池 / 多孔質 / 物質輸送 / 連成解析 / 分子動力学 / 気液界面 |
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| Research Abstract |
高分子形燃料電池内（PEFC）の物質移動現象の合理的な予測法としてナノスケールの電気化学反応機構とマクロスケールの熱流体力学的機構を関連付ける「階層型連成シミュレーション」のための基盤モデルの構築と実証を行う。特にPEFC内液水分布の影響に着目したマクロスケール(平均モデル)･メゾスケール（格子ボルツマン法）･ナノスケール（分子動力学）の3つの階層モデルの構築・改良、各スケール現象における物質移動特性と燃料電池性能への寄与予測、および、それらの相互関連の検証として以下の課題を実施した．
課題１マクロスケールモデルによるMEA全体モデリングとPEFC特性シミュレーション：燃料電池設計の課題として間欠的な水素供給による非定常流動によって窒素濃度を拡散し電流低下が防がれる基本的メカニズム解析などへ応用した．
課題２ 多孔質構造モデリングと液水輸送シミュレーション：LBM(格子ボルツマン)法による気液界面流動の直接シミュレーションに関して計算精度向上のための数値モデル基礎検証を進めた．
課題３ 気液界面の分子動力学モデリングと拡散素過程シミュレーション：Ptナノ界面でのカソード酸素輸送と液水分布の関連性に着目して6-Siteモデルによる高精度なMDシミュレーションを開発実装し，水-蒸気界面のナノスケール現象予測に対しして実証計算を進めた．
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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
各課題において，解析モデルの検討と基礎的現象における検証，および，最終的な目標達成達成のためのソフトウェアの改良・性能向上を計画通りに実行し，ほぼ，当初想定した成果を得ている．特に，次世代燃料電池設計のための実用的性能予測への応用には一定の成果を上げており，基礎検証されたマイクロ現象モデルとの階層的連成による性能向上が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
次世代燃料電池設計のための実用的性能予測への応用には一定の成果を上げており，最終年度は特にマイクロ現象モデルとの階層的連成による精度向上を図る．
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