研究課題/領域番号 |
22K14188
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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研究機関 | 茨城大学 |
研究代表者 |
境田 悟志 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (40816170)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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キーワード | PEFC / LBM / 蒸気 / 水輸送 / 固体高分子形燃料電池 / GDL |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では固体高分子形燃料電池における水滞留メカニズムの解明を目的に、開発済みの高速計算可能な水輸送解析モデルに蒸発・凝縮サブモデルを組み込み、電池内の実現象を再現できる水・蒸気輸送解析モデルへ発展させる。また、電池内解析における計算負荷を最小化するため、電池内の水・蒸気輸送の相似条件を明らかにする。最後に、開発した解析モデルと電池内の水分布観察実験により水滞留メカニズムの解明に取り組む。
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研究実績の概要 |
水素と酸素で動作する固体高分子形燃料電池はクリーンな動力源である。その普及には高出力密度化が不可欠であるが、そのために水素と酸素を多量に反応させると多量の水が電池内に滞留し、触媒への酸素供給が阻害される。つまり、電池の出力密度は水の滞留により制限される。この問題を解決するためには電池内のミリスケールのセパレータ、マイクロスケールの細孔を有するガス拡散層、サブマイクロスケールの微細多孔質層の内、どこの水が性能を律速するのか、何がトリガーとなり、そこに水が滞留するのかを明らかにしなければならない。本研究はこれまでに独自開発してきた高速解析手法を発展させ、電池内部の水・蒸気輸送解析モデルを構築することで、固体高分子形燃料電池の水・蒸気輸送メカニズムを明らかすることを目的としている。現在は気液の判定に用いる秩序変数を蒸発・凝縮に応じて変化させるサブモデルを組み込むとともに、移流拡散方程式を加えることで蒸気輸送を計算できるアルゴリズムの導入が完了しており、水・蒸気輸送解析モデルの作製が概ね完了している。ただし、計算コストを低減するために粗いタイムステップを用いると安定性に若干の問題が発生した。この点について改良が必要である。またモデルを検証するための実験装置の作製も進めており、現在では3Dプリンターを用いて可視化用のガス拡散層の作製も完了している。光学系の構築が完了し次第、固体高分子形燃料電池の水・蒸気輸送を模擬した実験を行い、開発したモデルの検証用データの取得を行う。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
水・蒸気輸送解析モデルの作製が概ね完了しているものの、安定性に若干の問題が存在し、予定していた固体高分子形燃料電池を想定した計算まで実施出来ていない。この課題は既往研究をもとに今年度、改善し、固体高分子形燃料電池を模擬した解析を行っていく。
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今後の研究の推進方策 |
粗いタイムステップを用いた際に生じた水・蒸気輸送モデルの安定性に関する問題を既往研究をもとに改善していく。また現在進めているモデルの検証に用いる実験装置を完成させ、モデルの妥当性を確認する。
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