| 研究課題/領域番号 |
21H01254
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
田部 豊 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80374578)
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| 研究分担者 |
植村 豪 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70515163)
境田 悟志 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (40816170)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | 熱工学 / 燃料電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体高分子形（PEM）電池内でナノからサブミリスケールまでの一貫したマルチスケール水・酸素輸送促進を実現する電池構造、運転手法を明らかにする。まず、これまで個々に評価されてきた電池内の様々なスケールの輸送現象が電池性能に及ぼす影響を分離して解析可能な手法を開発し、相互影響も考慮しながらの一貫した評価を可能とする。さらに開発済みの独創的な解析・実験手法を組み合わせ、数十マイクロスケールの多孔体であるガス拡散層内の凝縮水排出の高度化、マイクロポーラス層とナノスケール触媒層内の凝縮水滞留抑制手法の確立、さらには酸素を極限まで有効に利用する触媒層構造の提案を行う。
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| 研究成果の概要 |
固体高分子形燃料電池内のナノからサブミリスケールまで、触媒層からガス拡散層までの一貫したマルチスケール水・酸素輸送促進を実現する電池構造、運転手法を明らかにすることを目的とし、酸素輸送抵抗の分離手法の確立およびそれぞれのスケールの輸送抵抗低減のための検討を行った。これらより、マルチスケールの滞留水がそれぞれ酸素輸送損失に及ぼす影響を評価する分離手法の有効性を示すとともに、各部材内において凝縮水と酸素の輸送促進が可能な電池構造を提示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
電池内のマルチスケール水輸送の相互影響を考慮した上での電池性能低下の支配因子解析は未だ十分に行われておらず、凝縮水影響を考慮した酸素輸送損失分離は、微細多孔体内の水・酸素輸送促進のブレークスルーに貢献できる。また、酸素輸送抵抗の大幅低減により少ない触媒量でも高発電性能を維持できる触媒層構造は、今後開発される新たな触媒に対しても有効な方策であり、今後の燃料電池の研究発展、普及促進に寄与する知見となる。
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