| Project/Area Number |
23K17848
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Inoue Gen 九州大学, 工学研究院, 教授 (40336003)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 電池 / エネルギー技術 / 粒子 / 電位制御 / 多孔構造 / フローシステム / シミュレーション / 混相流 / 多孔質構造 / 電気化学 / 粒子制御 / スラリー |
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| Outline of Research at the Start |
各種エネルギー機器で用いられる多孔質電極は，外部からの電子移動経路を保持するために，境界壁面から連結する自立構造を有する。電気化学反応はその反応におけるエネルギー損失の低減が必要であるが，その損失は電極表面での反応抵抗のみならず，物質拡散抵抗や伝導抵抗に依存する。そこで電解液や反応種の流通反応系において，固体電極粒子も混合させたスラリー状態で流動させ，その動的な流動過程の中で境界壁からの連続した粒子連結を形成できれば有効ではないかと考えた。電気化学と混相流の新たな融合につながると考える。本研究では「電位印加流動場における粒子分散制御の技術立証とそれを用いた電気化学反応場の最適化」を目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
The formation of high-efficiency reaction fields in fuel cells and energy conversion reaction devices is of critical importance. To this end, we aimed to develop a technique that enables the continuous connection of particles along boundary walls during dynamic flow by introducing a slurry system into an electrolyte and reactant flow system. We advanced the proof of concept for particle dispersion control in a flow field under applied potential. By supplying an electrode-particle slurry into a flow cell and measuring resistance under potential application, we identified the potential for particle aggregation and contact formation. Furthermore, we constructed a particle aggregation simulation model and validated its accuracy through comparison with measured particle size distributions. Using this model, we demonstrated that the aggregated particle size can be controlled by solvent conditions and electrolyte concentration.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
各種エネルギーデバイスにおいて、高電流化による反応速度向上は、通常物質輸送抵抗の増大を招き、その結果エネルギー損失が大きくなる。特に二次電池の充放電速度向上や、燃料電池の出力向上の場合に、この点が大きな課題である。この問題解決に本研究は貢献できると考えている。流動型のシステムで従来の電池やエネルギーデバイスを実現することにより、省エネルギー化や、電気自動車・燃料電池自動車の普及拡大を進めることができる。それによる地球温暖化抑制や環境汚染の低減も期待できると考えている。
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