燃料電池ナノ・マイクロ多孔場における高分解能「その場」計測と物質輸送学への展開

• 研究課題/領域番号: 22686022
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 津島 将司 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (30323794)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2013年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2011年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2010年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
• キーワード: 燃料電池 / 物質輸送 / ナノ・マイクロ構造 / 多孔質 / 可視化 / 固体高分子形燃料電池 / ナノ・マイクロ工学 / 可視化計測

研究概要

次世代エネルギーデバイスである固体高分子形燃料電池の性能向上に向けて，ナノ・マイクロ多孔質電極触媒層の形成過程の解明と構造制御，さらに，電極内輸送現象について物質輸送学にもとづいた研究を実施した．電極形成過程の高分解能「その場」観察ならびに電極触媒層の断面可視化にもとづき，電極構造の形成因子として，材料配合割合，転写圧が及ぼす影響を基礎的に明らかにし，電池性能に関して，分子，イオン，電子のそれぞれの輸送経路とマイクロクラックの形成について考察し，ナノマイクロ多孔場の構造制御の新たな可能性を示した．

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and performance evaluation of structurally-controlled PEMFC catalyst layers by blending platinum-supported and stand-alone carbon black (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S.Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 233 ページ: 269-276
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.092
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Analysis of Interlayer Structure and Oxygen Transport Behaviors in Porous Electrode in PEMFC (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.58, No.1 号: 1 ページ: 489-494
  • DOI: 10.1149/05801.0489ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Control and Evaluation of PEMFC Catalyst Layers by Blending Platinum-Supported /Stand-Alone Carbon Black (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.50, No.2 号: 2 ページ: 1467-1473
  • DOI: 10.1149/05002.1467ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Nafion^<[〇!R]> Ionomer and Carbon Particles on Structure Formation in a Proton-Exchange Membrane Fuel Cell Catalyst Layer Fabricated by the Decal Transfer Method (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: Vol.36, No.19 号: 19 ページ: 12361-12369
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.06.090
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore Structure and Cell Performance Analysis of PEMFC Catalyst Layers Fabricated by Decal Transfer Method with Variation of Hot Pressing Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.41, No.1 号: 1 ページ: 909-914
  • DOI: 10.1149/1.3635625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the PEMFC Catalyst Layer by Cross-sectional Visualization and Performance Evaluation (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.33, No.1 号: 1 ページ: 1465-1470
  • DOI: 10.1149/1.3484639
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the PEMFC Catalyst Layer by Cross-sectional Visualization and Performance Evaluation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Suzuki, S.Tsushima, S.Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33 ページ: 1465-1470
  • 査読あり
• [学会発表] Microscopic Analysis of Interlayer Structure and Oxygen Transport Behaviors in Porous Electrode in PEMFC (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: 224th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 2013-10-29
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池MEAにおけるクラック形成と発電性能への影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井陽平, 鈴木崇弘, ディーワンサイ・ペンサイ, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] Crack generation in catalyst layer and micro porous layer by wet-dry cycles and its impact on PEMFC performance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsui, T. Suzuki, P. Deevanhxay, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: ASME 2013 11th Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference
  • 発表場所: Minneapolis
  • 年月日: 2013-07-15
• [学会発表] PEFC多孔質積層電極の層間構造と水分滞留時の酸素輸送LBM解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第50回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-05-31
• [学会発表] 乾湿サイクルによるPEFC 触媒層・マイクロポーラス層内クラック形成と発電性能低下 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井陽平, ディーワンサイペンサイ, 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第50回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-05-29
• [学会発表] PEFC 多孔質積層電極の層間構造と水分滞留時の酸素輸送LBM 解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第50回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Structural Control and Evaluation of PEMFC Catalyst Layers by Blending Platinum-Supported /Stand-Alone Carbon Black (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: 222th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: Honolulu
  • 年月日: 2012-10-07
• [学会発表] 白金担持・非担持カーボン混合によるPEFC 触媒層構造の制御と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第49回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2012-06-01
• [学会発表] Thickness and Platinum Loading Control of Catalyst Layers in PEMFC by Blending Platinum Supported Carbon and Stand-Alone Ketjenblack (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: The 4th International Forum on Multidisciplinary Education and Research for Energy Science
  • 発表場所: Honolulu
  • 年月日: 2011-12-18
• [学会発表] Thickness and Platinum Loading Control of Catalyst Layers in PEMFC by Blending Platinum Supported Carbon and Stand-Alone Ketjenblack (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Suzuki, S.Tsushima, S.Hirai
  • 学会等名: The 4th International Forum on Multidisciplinary Education and Research for Energy Science
  • 発表場所: ハワイ(米国)
  • 年月日: 2011-12-18
• [学会発表] PEFC触媒層細孔構造の形成と特性評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第52回電池討論会
  • 発表場所: 船堀
  • 年月日: 2011-10-18
• [学会発表] PEFC触媒層細孔構造の形成と特性評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第52回電池討論会
  • 発表場所: 船堀(東京)
  • 年月日: 2011-10-18
• [学会発表] Pore Structure and Cell Performance Analysis of PEMFC Catalyst Layers Fabricated by Decal Transfer Method with Variation of Hot Pressing Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: 220th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] Pore Structure and Cell Performance Analysis of PEMFC Catalyst Layers Fabricated by Decal Transfer Method with Variation of Hot Pressing Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Suzuki, S.Tsushima, S.Hirai
  • 学会等名: 220th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: ボストン(米国)
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] PEFCの触媒層構造形成と発電性能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第48回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-06-03
• [学会発表] CCM断面構造可視化と発電性能試験によるPEFC特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2010-11-11
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池触媒層のAFM 計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 永井邦雄, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 熱工学コンファレンス2010
  • 発表場所: 長岡
  • 年月日: 2010-10-31
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池触媒層のAFM計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 永井邦雄, 津島将司, 平井秀一郎
  • 学会等名: 熱工学コンファレンス2010
  • 発表場所: 長岡
  • 年月日: 2010-10-31
• [学会発表] Characterization of the PEMFC Catalyst Layer by Cross-Sectional Visualization and Performance Evaluation (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: 218th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: Las Vegas
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Structural Control and Evaluation of PEMFC Catalyst Layers by Blending Platinum-Supported/Stand-Alone Carbon Black
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, S. Tsushima, S. Hirai
  • 学会等名: 222th meeting of Electrochemical Society
  • 発表場所: ハワイ（米国）
• [学会発表] 白金担持・非担持カーボン混合によるPEFC触媒層構造の制御と評価
  • 著者名/発表者名: 鈴木崇弘，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第49回伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山）