2022 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of power density of DFAFC by creating the porous electrode controlling the pore properties
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22H01858
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
辻口 拓也 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (10510894)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
春木 将司 金沢大学, 機械工学系, 教授 (90432682)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 直接形燃料電池 / 物質輸送 / 気液2相流 / 多孔質電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では直接ギ酸型燃料電池（DFAFC）のアノード電極へのギ酸供給と電極反応で発生する反応阻害気体排出を制御可能な多孔質電極を創製し、発電効率を飛躍的に向上させることを目的とする。DFAFCのアノードではギ酸（液）が供給され、電極反応が増進するとともにCO2(気体)が生成するため、ギ酸の電極への供給阻害が起こり、発電効率低下の一因となっている。そのため、本研究ではギ酸とCO2からなる複雑な気液2混相流を制御し、アノードへギ酸のみを高効率で供給可能な多孔質電極を開発する。2022年度は、まず空隙率・濡れ性・平均細孔径といった基本的な多孔質層物性の制御・作製方法の確立に取り組んだ。拡散層に関しては電子サイクルミシンで細孔径とピッチを制御した細孔を付与し、触媒層ではポリスチレンビーズなどの造孔材によって径と量の制御された最高の付与に成功した。これにより、細孔を付与しないものとしたものを比較すると、拡散層・触媒層いずれの場合においても出力が1-2割程度増加することが確認できた。一方、細孔を付与した場合に必ずしも物質輸送速度が増加しないことも確認された。これは、触媒層の厚さが増加することなどによるもの、細孔径に応じて毛管力の大小と輸送抵抗の関係が逆転することなどによるものと考えられる。さらに、研究分担者の春木は磁性材料を添加した高分子材料を磁場中で合成することにより、高分子材料内の磁性材料を配向させることに成功しおり、今後の触媒層での細孔配向の準備を進めている。
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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
拡散層や触媒層の細孔の量と径に関して当初想定していた通りの方法で制御できたこと、またこれらを燃料電池に適用することによって出力の向上が見られたことから、概ね順調に研究が進行していると言える。一方で、細孔の付与や量の増加が必ずしも物質輸送速度の増加に結びつかないことなどが確認されており、メカニズムの解明も併せて進める必要があることも明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り研究を進めるが、メカニズムの解明に主眼を置くため、層厚さの影響などについて検討を進める必要がある。また、当初予定していなかったカソードの多孔質物性がアノード側物質輸送速度（クロスオーバー流束）に影響を及ぼしている可能性が出てきたため、その点に関しても注意深く研究を進めていく。
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