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電解質膜内磁気共鳴ミクロ画像計測に基づく燃料電池の熱物質輸送現象の解明と高性能化

Research Project

Project/Area Number 04J04619
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

寺西 一浩  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords固体高分子型燃料電池 / 物質輸送現象 / MRI計測 / プロトン移動機構 / 開回路運転 / 固体高分子形燃料電池 / イオンクラスターモデル
Research Abstract

電解質膜におけるプロトン移動機構に関して,これまでいくつか提案されてきた電解質膜内におけるプロトンの移動機構について,どの機構が主要であるかを実験により明らかにすることを目的とし,MRIにおける計測核種をH核とした場合,D核からの信号は得られないことを利用して,重水素(D_2)を発電途中から燃料として供給することにより,電解質膜内におけるH核とD核の置換過程のMRI計測を行い,考察を行った.その結果,重水素の供給の直後より水素極側付近においてH核の減少が確認され,これはVehicular機構,Surface機構では説明することが出来ず,プロトンホッピングと呼ばれるGrotthuss機構では説明することが可能であることが明らかになった.さらに、Grotthuss機構を組み込んだ数値解析の結果もMRI計測と良好な一致を示し,Grotthuss機構が電解質膜内におけるプロトンの移動として主要なものであることを明らかにした.
開回路運転におけるMEAの劣化機構として,燃料電池の高耐久化のための加速劣化試験として,電流を流さずガスだけ供給するという開回路運転について,燃料電池のインピーダンス計測,SEM観察,排出ガスのガス成分微量分析を行い,酸素と電解質膜を透過した水素が酸素極で反応して過酸化水素を生成し,酸素側触媒層が劣化することを明らかにした.また,この劣化機構に基づき開回路電圧低下の数式モデルを構築し,このモデルに基づき運転条件の違いによる劣化速度の予測を試みた.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (9 results)

  • [Journal Article] Analysis of Water Transport in PEFCs by Magnetic Resonance Imaging Measurement2006

    • Author(s)
      K.Teranishi, S.Tsushima, S.Hirai
    • Journal Title

      Journal of the Electrochemical Society 153

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Water Diffusion measurement in fuel-cell SPE membrane by NMR2005

    • Author(s)
      S.Tsushima, K.Teranishi, S.Hirai
    • Journal Title

      Energy 30

      Pages: 235-245

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study of the Effect of Membrane Thickness on the Performance of Polymer Electrolyte fuel Cells by Water Distribution in a Membrane2005

    • Author(s)
      K.Teranishi, S.Tsushima, S.Hirai
    • Journal Title

      Electrochemical and Solid-State Letters 8

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study on the Proton Transport Phenomenon in a Polymer Electrolyte Membrane by the MRI measurement of the 1H/2D replace during operation mode2005

    • Author(s)
      K.Teranishi, S.Tsushima, K.Nishida, S.Hirai
    • Journal Title

      Thermal Science and Engineering 13

      Pages: 55-55

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Elucidation of Pressurization Effect on PEFC Performance Using Electrochemical Impedance Spectroscopy and Magnetic Resonance Imaging2005

    • Author(s)
      S.Tsushima, T.Mibae, K.Teranishi, S.Hirai
    • Journal Title

      Thermal Science and Engineering 13

      Pages: 31-31

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Water Content Distribution in a Polymer Electrolyte Membrane for Advanced Fuel Cell System with Liquid Water Supply2005

    • Author(s)
      S.Tsushima, K.Teranishi, K.Nishida, S.Hirai
    • Journal Title

      Magnetic Resonance Imaging 23

      Pages: 255-255

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Water diffusion measurement in fuel-cell SPE membrane by MRI2005

    • Author(s)
      S.Tsushima, K.Teranishi, S.Hirai
    • Journal Title

      Energy 30

      Pages: 235-235

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study on mass transfer in a polymer electrolyte fuel cell by using magnetic resonance imaging2004

    • Author(s)
      K.Teranishi, S.Tsushima, S.Hirai
    • Journal Title

      Thermal Science & Engineering 12-4

      Pages: 91-91

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Magnetic resonance imaging of the water distribution within a polymer electrolyte membrane in fuell cells2004

    • Author(s)
      S.Tsushima, K.Teranishi, S.Hirai
    • Journal Title

      Electrochemical and Solid-State Letters 7-9

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2024-03-26  

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