2014 Fiscal Year Annual Research Report
凍結固定化法による固体高分子形燃料電池内の反応および気液輸送機構の解明
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24360076
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
近久 武美 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00155300)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田部 豊 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80374578)
鈴木 研悟 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50634169)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / PEFC / 固体高分子 / 生成水 / 凍結 / 二相流 / Cryo-SEM / 拡散層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)本年度は親水性および疎水性のMPL（ガス拡散層表面に形成した微細ポーラス層）に対する燃料電池性能の差異とそのメカニズムについて、Cryo-SEMを用いた凝縮水の凍結固定化観察実験を行った。その結果、カーボン繊維を含む親水性MPLは従来用いられていた疎水性MPLと比べて触媒層内に滞留する凝縮水量が少なく、このことが性能の向上に寄与していることが明らかとなった。また、親水性MPLおよびGDL内では凝縮水量が多いものの、親水性繊維に沿って凝縮水がスムーズにガス流路内に流出し、触媒層に供給される酸素が透過するための空隙が十分に確保されていることが明らかとなった。これらの結果からドライアウおよびフラッディングの双方に対して良好な性能を発揮するMPL構造を明らかにすることができた。
(2)前年度に予測されたカーボン粒子径の縮小化による触媒性能の向上効果に関して、細孔径分布計測から平均カーボン粒子径を推定する手法を開発し、触媒粒子形成過程における粒子撹拌工程による性能影響について実験的比較を行った。その結果、撹拌強度増加に伴うカーボン粒子径の微細化によって電池性能が向上することが明らかとなり、これまで行っていたモデル予測と一致することを確認した。また、これまで諸説あったカーボン凝集体のサイズオーダーについても概略特定することができた。
(3)前年度までの研究によって、氷点下起動時には触媒層内カーボン粒子の接触変化に伴う電気伝導率の低下が起動性能に影響していることが示唆されていたので、カーボンナノチューブを触媒粒子内に混入し、電気伝導率低下を防止することを試みた。その結果、起動特性を向上し得る可能性を見いだすことができた。
(4) 昨年度改良した高速演算LBM法によって、複雑な３次元繊維構造を持つ拡散層内の凝縮水挙動の解析を行い、繊維の濡れ性分布が凝縮水排出挙動に及ぼす影響を示すことができた。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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