| 研究課題/領域番号 |
21K04010
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 九州産業大学 |
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研究代表者 |
今坂 公宣 九州産業大学, 理工学部, 教授 (40264072)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | パルスパワー / 表面改質 / ナノカーボン / 固体高分子型燃料電池 / オゾン / 官能基 / ナノ材料 / ナノチューブ・ナノホーン / 燃料電池 / 電子電気材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、新しい電力技術として期待されているパルスパワー技術を用いてカーボンナノチューブ等のナノカーボン材料の表面改質を行うことにより付加価値の高い材料として創製し、持続可能な社会におけるクリーンエネルギーとして注目されている固体高分子型燃料電池の電極材料として応用する。
これまでの研究成果を基盤としたパルスパワー技術によるナノカーボンの表面改質技術をさらに効率化して固体高分子型燃料電池の出力向上を目指すとともに、固体高分子型燃料電池の動作特性における表面改質ナノカーボンの効果を検討する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は昨年度の研究内容を継続し、磁気パルス圧縮パルスパワー電源を用いて酸素雰囲気中でのバリア放電によりオゾンを生成し、ナノカーボンのオゾン暴露による表面改質を行った。バリア放電の条件として周波数50、100、500Hz、放電時間30分とした(昨年度100、500Hz)。酸素供給量は1L/minとした。ナノカーボンとして多層CNTとカーボンナノホーン(CNH)を用いた。各周波数でのオゾン濃度は、放電時間30分でそれぞれ、約50ppm、100ppm、250ppmに達した。オゾン暴露後のナノカーボンの水中分散性の経時変化を観察した結果、50Hzでオゾン暴露した多層CNTが最も分散性を維持していた。X線光電子分光法(XPS)による表面分析の結果、ナノカーボンの表面に結合した酸素の割合が周波数の増加ともに増加する傾向を示し、オゾン濃度の増加に対応していることが示唆された。また、ケトン基やカルボキシル基など複数の親水性官能基で表面改質されていることがわかった。表面改質したナノカーボンを用いてPEFCの電極分である膜電極接合体(MEA)を作製し、出力特性試験を行った。その結果、各放電周波数で表面改質したナノカーボンを用いることにより表面改質してない場合よりも最大電流密度および最大出力電力が増加することがわかった。
研究期間全体を通して、パルスパワー技術を用いたオゾン暴露によりナノカーボンの表面改質し、表面改質したナノカーボンをPEFCの水素極のみ、または水素極と酸素極の両電極に用いることで出力が2、3倍程度に増加することがわかった。さらにナノカーボン表面における酸素の結合割合が増加すると出力特性も改善され、出力が増加する傾向にありPEFCの出力特性における表面改質ナノカーボンの効果が示唆されていると考えられる。
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