| 研究概要 |
固体高分子燃料電池(PEFC)として,改質器を用いない直接発電型PEFCを対象とし,燃料として無害な液体のエタノールに着目した.この場合,発電出力が小さいので,出力向上策を検討した.独自の膜電極接合体(MEA)製法のCast法で製作したMEAを用いてPEFCを自作し,エタノール水溶液を直接供給して発電性能を測定した結果,他の製法のMEAより2倍程度,発電出力を向上できた.拡散層としてニッケル発泡金属を用いると,補機類の無い自立型PEFCでも,さらに出力を1.8倍程度向上できた.アノードでの生成物を分析した結果,副生成物として酢酸とアセトアルデヒドが検出された.それらの挙動を把握するため,独自のGTT法に基づいてPEFCの三次元数値解析モデルを構築して,流動解析を行い,また可視化とPIVによる流動計測を行った結果,屈曲流路が副生成物の排出に有効であることが判った.アノードで発生したガスの成分を分析した結果,COは検出されなかったが,CO_2は大気中の約20倍の濃度で検出された.その結果,エタノールはアセトアルデヒドや酢酸まで酸化され,一部はCO_2まで酸化されるが,その過程でCOは生成されないことが示された.
一方,水素を燃料とするPEFCの小型・軽量化に向けて,独自の円筒型PEFCを考案し,比出力130mW/gを得ることに成功した.水素を燃料とするPEFCの場合,高いエネルギー密度が得られるが,電動車両の電源としてはパワー密度が低いので,蓄電装置とのハイブリッドシステム化が必要である.そこで,自立型PEFCと電気二重層キャパシタを用いた電動軽車両用ハイブリッドシステムを構築し,走行状況に応じてモータへの電力供給比率を容易に制御できる時分割方式を考案した.モータへの電力供給方式として,シリーズ方式とパラレル方式の実験を行い,いずれの方式でも容易にパワー制御を行えることを示した.
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