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DMFC電極および接合スタックの最適化

研究課題

研究課題/領域番号 13134201
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関群馬大学

研究代表者

中川 紳好  群馬大学, 工学部, 教授 (70217678)

研究分担者 片山 靖  慶應義塾大学, 理工学部, 専任講師 (50286639)
福長 博  信州大学, 繊維学部, 助手 (30313844)
中里 勉  群馬大学, 工学部, 助手 (30323330)
研究期間 (年度) 2001 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
73,000千円 (直接経費: 73,000千円)
2005年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
2004年度: 14,100千円 (直接経費: 14,100千円)
2003年度: 18,100千円 (直接経費: 18,100千円)
2002年度: 18,400千円 (直接経費: 18,400千円)
2001年度: 17,400千円 (直接経費: 17,400千円)
キーワードDMFC / 電極 / 固体高分子 / メタノール / 触媒 / エネルギー変換 / 常温溶融塩 / メソポーラスカーボン / 燃料電池 / イオン導電
研究概要

スパッタリング法を用いて電極界芯へのPL薄膜(数ナノ)の導入方法について検討し、Pt/C触媒で最適化されたアノード触媒層の活性を更に30%向上させることに成功した。同法で、Pt-Ruの二元系について、界面添加の際の最適組成と最適添加量とを明らかにした。これらのアノード側の調整によって、0.22W/cm^2の出力密度を達成することに成功した。
PtRuブラック触媒を用いて電極界面に触媒成分を集中させ、カソードに調整を加えることで0.35W/cm^2(90℃、常圧)という、世界トップレベルの出力密度を達成した。
多孔質炭素基板をアノード外側に配置する新規構造でメタノールクロスオーバーが従来の1/数〜1/10程度に抑制されることを明らかにし、同構造によって15〜17Mという高濃度で運転することに成功した。
Nafion117、同112を電解質に用いた実際のMEAにおけるメタノールクロスオーバーと運転温度、メタノール濃度、電流密度の関係を明らかにし、これらの条件を変数とするメタノールロスオーバーの推算式を作成することに成功した。
アノード触媒層へ8%程度のTiO_2微粒子を添加することで電極過電圧を低減させることに成功した。
200℃程度の高温度、低水蒸気圧下で動作する電解質として、固体高分子膜(Nafion)に常温溶融塩(疎水性のMPPTFSI等)を含浸した新規電解質膜、およびNASICON型化合物のNaイオンをプロトンにイオン交換した新規な無機固体プロトン伝導体を合成することに成功した。前者では、200℃で10^<-2>S cm^<-1>程度の伝導率を示すことが明らかにし、さらに膜内でのプロトン輸送の発現を示唆する結果を得た。
メソポーラスカーボンに数ナノメーター径からなるPt-Ru微粒子を超高分散担持したアノード触媒の合成に成功した。

報告書

(6件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (14件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Methanol crossover controlled by a porous carbon plate as a support2006

    • 著者名/発表者名
      N.Nakagawa, K.Kamata, A.Nakazawa, M.Ali Abdelkareem, K.Sekimoto
    • 雑誌名

      Electrochemistry 74

      ページ: 221-225

    • NAID

      10016739801

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Methanol crossover controlled by a porous carbon plate as a support2006

    • 著者名/発表者名
      N.Nakagawa, K.Kamata, A.Nakazawa, M.A.Abdelkareem, K.Sekimoto
    • 雑誌名

      Electrochemistry 74

      ページ: 221-225

    • NAID

      10016739801

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Reduction of methanol crossover by a Pt film directly sputtered on Nafion membrane2005

    • 著者名/発表者名
      Y.K.Xiu, K.Kamata, T.Ono, T.Nakazato, K.Kobayashi, N.Nakagawa
    • 雑誌名

      Electrochemistry 73

      ページ: 67-70

    • NAID

      10013707674

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Road Map of DMFC Technology (Book)2005

    • 著者名/発表者名
      N.Nakagawa
    • 雑誌名

      Reliable Energy Road Map(Kagaku-Kougyou Publishing Co.)

      ページ: 394-394

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] DMFCの動作特性におよぼす燃料供給形態の影響2005

    • 著者名/発表者名
      佐保瑞絵, 中里 勉, 小林一正, 中川紳好
    • 雑誌名

      化学工学論文集 31

      ページ: 61-67

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Reduction of methanol crossover by a Pt film directly sputtered on Nafion membrane.2005

    • 著者名/発表者名
      Y.K.Xiu, K.Kamata, T.Ono, T.Nakazato K.Kobayashi N.Nakagawa
    • 雑誌名

      Electrochemistry 73

      ページ: 67-70

    • NAID

      10013707674

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Impedance of vapor feed direct methanol fuel cells polarization dependence of elementary processes at the anode2004

    • 著者名/発表者名
      H.Fukunaga, T.Ishida, N.Teranishi, C.Arai, K.Yamada
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta 49

      ページ: 2123-2129

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrochemical Reduction of Oxygen in Some Hydrophobic Room-temperature Molten Salt Systems2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Katayama, H.Onodera, M.Yamagata, T.Miura
    • 雑誌名

      J.Electrochem.Soc 151

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Performance of a DMFC with a sputtered Pt layer on the electrode/electrolyte interface of the anode2004

    • 著者名/発表者名
      Y.K.Xiu, N.Nakagawa
    • 雑誌名

      J.Electrochem.Soc. 151

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Impedance of vapor feed direct methanol fuel cells-polarization dependence of elementary processes at the anode2004

    • 著者名/発表者名
      H.Fukunaga, T.Ishida, N.Teranishi, C.Arai, K.Yamada
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta 49

      ページ: 2123-2129

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrochemical Reduction of Oxygen in Some Hydrophobic Room-temperature Molten Salt Systems2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Katayama, H.Onodera, M.Yamagata, T.Miura
    • 雑誌名

      J.Electrochem.Soc. 151

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Performance of a DMFC with a sputtered Pt layer on the electrode/electrolyte interface of the anode2004

    • 著者名/発表者名
      Nobuyoshi Nakagawa, Yikun Xiu
    • 雑誌名

      J.Electrochem.Soc. 151/9

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Impedance of vapor feed direct methanol fuel cells - polarization dependence of elementary processes at the anode2004

    • 著者名/発表者名
      H.Fukunaga, T.Ishida, N.Teranishi, C.Arai, K.Yamada
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta 49

      ページ: 2123-2199

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Performance of a Direct Methanol Fuel Cell Operated at Atmospheric Pressure2003

    • 著者名/発表者名
      N.Nakagawa, Y.Xiu
    • 雑誌名

      J.Power Sources 118(1-2)

      ページ: 248-255

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [図書] "直接メタノール型燃料電池の技術ロードマップ"骨太のエネルギーロードマップ2005

    • 著者名/発表者名
      中川紳好(分担)
    • 総ページ数
      394
    • 出版者
      化学工業社
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [図書] 骨太のエネルギーロードマップ(化学工学会エネルギー部会編)(監修 亀山秀雄, 編集 加藤之貴)2005

    • 著者名/発表者名
      中川紳好
    • 総ページ数
      394
    • 出版者
      化学工業社
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 直接液体型燃料電池

    • 発明者名
      中川 紳好, 他4名
    • 権利者名
      群馬大, 三菱鉛筆(株)
    • 産業財産権番号
      2005-266971
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyoshi Nakagawa, Yikun Xiu: "Performance of a Direct Methanol Fuel Cell Operated at Atmospheric Pressure"J.Power Sources. 118/1-2. 248-255 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 修軼鯤, 中川紳好: "直接メタノール燃料電池におけるガス・液供給条件と動作特性の関係"化学工学論文集. 29. 174-178 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 福長博, 寺西望, 山田興一: "気相供給直接メタノール形燃料電池のアノード電極反応"化学工学論文集. 29. 179-183 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Katayama, H.Onodera, M.Yamagata, T.Miura: "Electrochemical Reduction of Oxygen in Some Hydrophobic Room-temperature Molten Salt Systems"J.Electrochem.Soc.. 151. A59-A63 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Yikun Xiu, Kosuke Kamata, Nobuyoshi, Nakagawa: "Gas evolution at the anode and the coulombic efficiency of DMFC"Electrochemistry. 70. 946-949 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 修軼鯤, 中川紳好: "直接メタノール燃料電池におけるガス・液供給条件と動作特性の関係"化学工学論文集. 29. 174-178 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuyoshi Nakagawa, Yikun Xiu: "Performance of a Direct Methanol Fuel Cell Operated at Atmospheric Pressure"Journal of Power Sources. (in printing). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Jun Tamura, Yasushi Katayama, Takashi Miura: "Proton conductivity of HZr2(PO4)3nHeO-Glass Composite for a High Temperature DMFC"Electrochemistry. 70. 956-957 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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