自動車触媒のマルチスケール経時劣化シミュレータの開発

• 研究課題/領域番号: 22760069
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 愛 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40463781)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: シンタリング / 粒成長 / 貴金属担持触媒 / 酸化物担体 / 経時劣化 / 自動車触媒 / 3次元キネティックモンテカルロ法 / 劣化 / シミュレーション / マルチスケール / 粒子成長 / 貴金属 / 担体 / シミュレータ

研究概要

貴金属/担体触媒の界面の影響を量子化学的に解明し、粒子レベルでの経時的劣化過程を有限温度下で予測した。また、反応ガスが触媒層内部を通過する際の、実験で導出できない多孔質中の微細構造に由来する形状因子である屈曲度を算出する手法を開発した。これにより、触媒層内部の形状に依存して異なる、反応ガス成分の拡散速度を予測できるようになった。反応ガス成分の拡散係数が定量評価できるようになり、空隙率、細孔構造が異なる様々な形状の触媒構造に適用できる事を実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Ionomer content in the catalyst layer of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) : Effects on diffusion and performance (2011)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, Unal Sen, Tatsuya Hattori, Ryuji Miura, Ryo Nagumo, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Mark C.Williams, Akira Miyamoto
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 36 ページ: 2221-2229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionomer content in the catalyst layer of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC): Effects on diffusion and Performance (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki, U. Sen, T. Hattori, R. Miura, R. Nagumo, H. Tsuboi, N. Hatakeyama, A. Endou, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 雑誌名: Int. J. Hydrog. Energ 巻: 36 ページ: 2221-2229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porosity and Pt content in the catalyst layer of PEFC : effects on diffusion and polarizarion characteristics (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki, T. Hattori, R. Miura, H. Tsuboi, N. Hatakeyama, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 雑誌名: Int. J. Electrochem. Sci 巻: 5 ページ: 1948-61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-scale Theoretical Study of Sintering Dynamics of Pt for Automotive Catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki, K. Nakamura, Ryo Sato, Kotaro Okushi , H. Tsuboi , N. Hatakeyama, A. Endou, H. Takaba , M. Kubo, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 雑誌名: SAE Int. J. Fuels. Lub 巻: 2-2 ページ: 337-345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porosity and Pt content in the catalyst layer of PEMFC : effects on diffusion and polarization characteristics (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, Tatsuya Hattori, Ryuji Miura, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Hiromitsu Takaba, Mark C.Williams, Akira Miyamoto
  • 雑誌名: International Journal of Electrochemical Science 巻: 5 ページ: 1948-1961
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-scale Theoretical Study of Sintering Dynamics of Pt for Automotive Catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, Ryo Sato, Katsuyoshi Nakamura, Kotaro Okushi, Hideyuki Tsuboi, Nozomu Hatakeyama, Akira Endou, Hiromitsu Takaba, Momoji Kubo, Mark C.Williams, Akira Miyamoto
  • 雑誌名: SAE International Journal of Fuels and Lubricants 巻: 2-2 ページ: 337-345
  • 査読あり
• [学会発表] 中温型PEMFCにおける白金触媒のシンタリングシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2011-05-18
• [学会発表] Theoretically estimated power generation characteristics of PEFC through 3D-analysis of mass transportation in the catalyst layer (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • 発表場所: Honolulu,Hawaii,U.S.A.コンベンションセンター
  • 年月日: 2010-12-19
• [学会発表] Multi-scale modeling to predict durability of catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • 発表場所: Honolulu,Hawaii,U.S.A.コンベンションセンター
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] マルチスケール貴金属担持触媒モデルを用いたシンタリング程度予測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 2010年度秋期粉体工学研究発表会
  • 発表場所: 東京都東京ビックサイト
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] マルチスケール貴金属担持触媒モデルを用いたシンタリング程度予測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 2010年度秋期 粉体工学研究発表会
  • 発表場所: 東京都 東京ビックサイト
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] PEFC触媒層におけるプロトン移動性能を反映した過電圧特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 第36回固体イオ二クス討論会
  • 発表場所: 宮城県仙台市AER
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] PEFC触媒層におけるプロトン移動性能を反映した過電圧特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第36回 固体イオ二クス討論会
  • 発表場所: 宮城県仙台市AER
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Application of Ultra Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics to the Study of the Sintering Mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第3回 国際セラミクス会議3^<rd> International Conference on Ceramics
  • 発表場所: 大阪府 グランキューブ大阪
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Three-Dimensional Quantification of Mesopore Networks in Ceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第3回 国際セラミクス会議3^<rd> International Conference on Ceramics
  • 発表場所: 大阪府 グランキューブ大阪
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] 燃料電池触媒層のメソポア構造および過電圧特性への影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市愛知県産業労働センターウィンクあいち
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] 多孔質メソ細孔の3次元屈曲度解析に基づく電流-電圧特性の導出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市愛知県産業労働センターウィンクあいち
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] 燃料電池触媒層のメソポア構造および過電圧特性への影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第51回 電池討論会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市 愛知県産業労働センターウィンクあいち
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] 多孔質メソ細孔の3次元屈曲度解析に基づく電流-電圧特性の導出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第106回 触媒討論会
  • 発表場所: 山梨県甲府市 山梨大学
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] Anchoring effect of support metal oxidesto Pt (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, R. Miura, H. Tsuboi , N. Hatakeyama, A. Endou, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: The 6^<th> Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT6)
  • 発表場所: 北海道札幌市札幌 Convention Center
  • 年月日: 2010-07-20
• [学会発表] Anchoring effect of support metal oxides to Pt (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: The 6^<th> Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT6)
  • 発表場所: 北海道札幌市 札幌Convention Center
  • 年月日: 2010-07-20
• [学会発表] Development and application of sintering dynamics simulation for automotive catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, R. Miura, H. Tsuboi , N. Hatakeyama, A. Endou, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: The 13^<th> International Conference on Theoretical Aspects of Catalysis
  • 発表場所: 宮城県松島一の坊
  • 年月日: 2010-06-23
• [学会発表] Development and application of sintering dynamics simulation for automotive catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: The 13^<th> International Conference on Theoretical Aspects of Catalysis
  • 発表場所: 宮城県宮城郡松島町 松島一の坊
  • 年月日: 2010-06-23
• [学会発表] 電極内3次元物質移動解析に基づくPEFC発電特性の理論予測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛、三浦隆治、坪井秀行、畠山望、高羽洋充、宮本明
  • 学会等名: 第17回燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: 東京都タワーホール船堀
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] 電極内3次元物質移動解析に基づくPEFC発電特性の理論予測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛
  • 学会等名: 第17回 燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: 東京都 タワーホール船堀
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] Theoretically estimated power generation characteristics of PEFC through 3D-analysis of mass transportation in the catalyst layer (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, R. Miura, N. Hatakeyama, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, USA
• [学会発表] Application of Ultra Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics to the study of the sintering mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, R. Miura, N. Hatakeyama, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: The 3^<rd> International Conference on Ceramics
  • 発表場所: Osaka
• [学会発表] Multi-scale modeling to predict durability of catalysts、International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, R. Miura, H. Tsuboi , N. Hatakeyama, A. Endou, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: PACIFICHEM2010
  • 発表場所: USA, Dec
• [学会発表] Three-Dimensional Quantification of Mesopore Networks in Ceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Suzuki, R. Miura, N. Hatakeyama, H. Takaba, M. C. Williams, A. Miyamoto
  • 学会等名: The 3^<rd> International Conference on Ceramics
  • 発表場所: Osaka
• [図書] 自動車触媒の最新技術および劣化対策と貴金属低減 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛, 宮本明
  • 出版者: 情報機構(株)
• [図書] 自動車触媒の最新技術および劣化対策と貴金属低減 第2章第2節 触媒の劣化シミュレーション 第3節 自動車触媒における劣化対策指針としてのシミュレーション解析事例 第3章第2節第2項 自動車触媒のキャラクタリゼーション・評価事例 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木愛, 宮本明
  • 出版者: (株)情報機構