| 研究課題/領域番号 |
21H01549
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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24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
北原 辰巳 九州大学, 工学研究院, 准教授 (50234266)
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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 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | 船舶海洋工学 / 燃料電池 / 安全性 / ロバスト性 / 異常診断 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
舶用燃料電池の発電性能を向上させるためには，電解質膜を適正な湿潤状態に保ちドライアップを防ぐとともに，電極触媒層で生成した過剰な水分を速やかに排出してフラッディングによる酸素供給の阻害を防ぐことが重要である．そこで船舶特有の幅広い運転条件下でセパレータ流路からガス拡散層を通り電極触媒層に至るまでの酸素・水蒸気・液水の物質輸送を促進させてロバスト性を向上させるためのガス拡散層に関する設計指針を確立する．また交流インピーダンス法により燃料電池の各部過電圧を精度良く解析し，運転中の電池本体および補機の異常を早期に検知し，燃料電池スタック全体の故障を未然に防ぐための異常診断技術を確立する．
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| 研究実績の概要 |
固体高分子形燃料電池（PEFC）は膜電極接合体（MEA）をガス拡散層およびセパレータで挟んだ構造になっており，発電性能を向上させるためには電解質膜を適正な湿潤状態に保ちドライアップを防ぐとともに，電極触媒層で生成した過剰な水分を速やかに排出してフラッディングによる酸素供給の阻害を防ぐことが重要である．ガス拡散層の表面には一般に撥水性のマイクロポーラス層（MPL）が塗布されており，MEAとの接触状態を改善すると同時に，ドライアップやフラッディングの発生を防止している．従来の撥水MPLの場合，耐ドライアップ性を高めるための設計指針と耐フラッディング性を高めるための設計指針が各々異なっており，耐ドライアップ性を高めたMPL付き拡散層は，一般に排水性が悪化して耐フラッディング性が低下することが問題である．長時間の高負荷運転が要求される舶用燃料電池の場合，過剰な生成水を速やかに排出させ，電極触媒層への酸素供給を促進させることが重要であり，MPL付き拡散層の酸素拡散抵抗の低減が重要課題になっている．そこで本研究では撥水MPLの表面に薄い親水層を塗布した親水・撥水MPLを開発した．親水MPLの親水性の違いが排水性と発電性能に及ぼす影響を調べ，耐ドライアップ性と耐フラッディング性を向上させるための設計指針について検討した．その結果，親水・撥水MPLの場合は，親水性を付与したことにより電極触媒層における保湿性が高まるため耐ドライアップ性が向上する．適正な親水・撥水MPL付き拡散層を用いると，電極触媒層から基材への排水性が高まり，電極触媒層におけるクヌーセン拡散抵抗が低減するため，従来の撥水MPLと比較して，高負荷（高電流密度）条件で耐フラッディング性が大幅に向上し酸素拡散抵抗が低減できることが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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