| 研究課題/領域番号 |
16H02316
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
伊藤 衡平 九州大学, 工学研究院, 教授 (10283491)
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| 研究分担者 |
北川 敏明 九州大学, 工学研究院, 教授 (40214788)
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| 研究協力者 |
中島 裕典
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2018年度)
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| 配分額 *注記 |
42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)
2018年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2017年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2016年度: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
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| キーワード | PEFC / 触媒燃焼 / 遷移過程 / 固体高分子形燃料電池 / 電解質膜 / 燃焼損傷 / 素反応 / アレニウスプロット / DCS / 水素触媒燃焼 / 熱工学 / 燃料電池 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では固体高分子形燃料電池（PEFC）内での燃焼メカニズムを探求した。白金黒片を熱流計に設置し、クロスオーバ想定のガスを流し、PEFC温度域での熱流を計測し、反応速度を求め、頻度因子、反応次数、活性化エネルギーEaを導出した。導出したEaは高温下での文献値と概略合致した。また反応素過程を精査し、理論的にも反応速度を求め、実測と理論を比較し、白金上の水素燃焼は水素吸着が律速であると特定した。触媒層片の反応速度もDSCで求めた。この速度は白金黒の反応速度に触媒層内拡散を考慮した速度と合致した。以上の成果は、触媒構造や白金担持量が既知となれば、触媒層での水素燃焼速度を予測できることを示唆する。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体高分子形燃料電池内部の電解質膜は時間経過ともに劣化し、ガス隔壁性が失われ、微小燃焼から燃焼損傷に至りうる。しかし燃焼損傷過程の定量的な現象予測が難しく、過剰設計の原因となっている。初期の穏やかな触媒燃焼段階では電圧の低下等から検知できるが、膜劣化に起因する混合気発生から燃焼損傷への遷移メカニズムは未明である。更に実際の発電中には力学的負荷が膜に重畳され、劣化が加速する。このように燃焼損傷過程は複雑なため、合理的な対策を見出せていない。本研究により燃焼損傷メカニズムを解明し、膜への最低限の仕様や、燃焼損傷の検知法が提案できればPEFCの適正設計も可能で、 低コスト化に貢献できる。
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