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スラリー乾燥過程その場計測と物質輸送解析に基づく電極構造の推定手法確立

研究課題

研究課題/領域番号 18K13702
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

鈴木 崇弘  大阪大学, 工学研究科, 助教 (90711630)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード固体高分子形燃料電池 / 電極スラリー / 乾燥過程 / 物質輸送 / その場計測 / 多孔質 / 多孔質電極 / 乾燥プロセス / 粒子輸送
研究成果の概要

スラリー乾燥過程のその場計測と物質輸送シミュレーションから形成される多孔質電極構造を推定するための手法確立を進めた.マイクロ電極とレーザーを用いた粒子凝集と液面変位の同時その場計測結果から,スラリー乾燥過程における厚さ方向の材料分布形成が示唆され,同条件を模擬した物質輸送シミュレーションにおいても定性的に一致した材料分布形成の傾向が示された.更に,材料そのものの評価にとどまらず実材料系におけるスラリー場の輸送にかかわる特徴量を実験的に求める手法の確立を進め,材料輸送を伴う構造形成に影響を及ぼす因子を明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,従来ブラックボックスとして扱われてきた電極スラリーの乾燥過程における材料輸送挙動を実験と数値解析から評価することで,形成される電極の多孔質構造を推定するための技術開発を進めた.開発した方法論に基づき多孔質電極の形成プロセスの解析を進めることで,形成過程の材料輸送現象と形成される多孔質構造の関係を解明し,高性能な多孔質電極の作製条件について科学的知見に基づいて設定して形成することが可能になると期待される.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous in situ measurements and numerical analysis of mass transfer in polymer electrolyte fuel cell electrode slurries during drying2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Suzuki, Tatsuaki Nagai, Shohji Tsushima
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 16 号: 1 ページ: JTST0012-JTST0012

    • DOI

      10.1299/jtst.2021jtst0012

    • NAID

      130007965468

    • ISSN
      1880-5566
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of gas transport properties of PEMFC catalyst layers using a microfluidic device2020

    • 著者名/発表者名
      T. Suzuki, Y. Nakata, F. Tsutsui, S. Tsushima
    • 雑誌名

      Journal of the Electrochemical Society

      巻: 167 号: 12 ページ: 124519-124519

    • DOI

      10.1149/1945-7111/abaf28

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement and analysis of gas transport properties in catalyst layers of polymer electrolyte fuel cells with different ionomer to carbon ratio2020

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Tsutsui, Takahiro Suzuki, Shohji Tsushima
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 号: 9 ページ: 49-54

    • DOI

      10.1149/09809.0049ecst

    • NAID

      130008003725

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電池デバイスにおける究極の電極構造を目指して:固体高分子形燃料電池とレドックスフロー電池への取り組み2020

    • 著者名/発表者名
      津島将司,鈴木崇弘
    • 雑誌名

      伝熱

      巻: 59 ページ: 33-39

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] フィルム積層型マイクロ流体デバイスを用いた固体高分子形燃料電池電極スラリーの凝集・沈降評価2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘,土井瑞樹,清水祐樹,蓼沼知秀,津島将司
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 86 号: 883 ページ: 19-00364-19-00364

    • DOI

      10.1299/transjsme.19-00364

    • NAID

      130007815916

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 並行マイクロ流路間酸素透過測定と多孔質構造評価によるPEFC触媒層内ガス輸送解析2020

    • 著者名/発表者名
      筒井史朗,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      第57回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] PEFC電極スラリー乾燥過程の軟X線顕微観察2020

    • 著者名/発表者名
      宮澤直之,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      第57回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] アイオノマー対カーボン比の異なる固体高分子形燃料電池触媒層のガス輸送計測と解析2020

    • 著者名/発表者名
      筒井史朗,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Rheological and impedance measurements and analysis of catalyst ink prepared by different mixing processes2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Suzuki, Sakiko Kitamura, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      PRiME2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement and analysis of gas transport properties in catalyst layers of polymer electrolyte fuel cell with different ionomer to carbon ratio2020

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Tsutsui, Takahiro Suzuki, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      PRiME2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 異なる炭素材料を含むPEFC触媒インクの乾燥過程における多孔質構造形成挙動解析2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘,永井辰昌,津島将司
    • 学会等名
      第56回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] フィルム積層型マイクロ流体デバイスを用いたPEFC電極スラリーの凝集・沈降評価2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘,清水祐樹,土井瑞樹,津島将司
    • 学会等名
      第24回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 燃料電池電極スラリー乾燥過程の計測と解析2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘
    • 学会等名
      混相流学会若手研究者夏季セミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A study on rheological and dielectric properties of carbon/ionomer dispersions prepared by different mixing processes2019

    • 著者名/発表者名
      Sakiko Kitamura, Takahiro Suzuki, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      The Fifth International Symposium on Innovative Materials and Processes in Energy Systems (IMPRES2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-Situ Measurements and Analysis of Mass Transfer in Polymer Electrolyte Fuel Cell Electrode Slurries during Drying Process2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Suzuki, Tatsuaki Nagai, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      The 2nd Pacific Rim Thermal Engineering Conference (PRTEC2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微細加工技術を応用した燃料電池のシステムと材料に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘
    • 学会等名
      微細加工とその応用研究シンポ
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電気抵抗と液面変位の計測によるPEFC触媒インク乾燥挙動解析2018

    • 著者名/発表者名
      永井辰昌,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Particle transfer and structure formation in catalyst ink during drying process2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Suzuki, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      16th International Heat Transfer Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of Catalyst Inks by Rheology and Microscopic Particle Properties2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Suzuki, Shinya Okada, Shohji Tsushima
    • 学会等名
      234th ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] パルスインジェクションと乾燥雰囲気制御によるPEFC触媒層内アイオノマー分布形成2018

    • 著者名/発表者名
      入川祥伍,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 電気抵抗と液面変位の計測によるナノ粒子混合電解液の乾燥過程内部状態モニタリング2018

    • 著者名/発表者名
      永井辰昌,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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