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液水分布制御形式ガス拡散層による固体高分子形燃料電池の高機能・高性能化

研究課題

研究課題/領域番号 23360097
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

宇高 義郎  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50114856)

研究分担者 松本 裕昭  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10251753)
荒木 拓人  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90378258)
大徳 忠史  秋田県立大学, システム科学技術部, 助教 (40452049)
陳 志豪  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 研究教員 (60611275)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2013年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2012年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2011年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワード燃料電池 / ガス拡散層 / 物質伝達 / 表面張力 / ぬれ性 / 拡散 / X線ラジオグラフィー / 熱物質伝達
研究成果の概要

良好な酸素供給を実現するため、燃料電池の生成液水を制御するため、ぬれ性の異なる部分を交互配置させる形式のガス拡散層構造(Hybrid GDL)を提案し、PEFCの高出力密度化を図ることを目的とする。高輝度放射光によるHybrid GDL内部の液水分布の可視化と酸素拡散係数の同時計測を実施し、均一なぬれ性構造と比べて、含水状態においてHybridGDLの酸素拡散特性が向上することを明らかにした.その結果を基に、Hybrid GDL構造およびmicrogrooveを付与するガス流路との組み合わせにより、実際の200mm長のPEFCにより性能向上が確認された。

報告書

(5件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2015 2014 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Proposal and Examination of Method of Water Removal from Gas Diffusion Layer by Applying Slanted Microgrooves inside Gas Channel in Separator to Improve Polymer Electrolyte Fuel Cell Performance2015

    • 著者名/発表者名
      Utaka, Y., Okabe, A. and Omori, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 279 ページ: 533-579

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2015.01.050

    • NAID

      120005553865

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] マイクログルーブを付与する液水排除機構による固体高分子形燃料電池の発電特性向上2015

    • 著者名/発表者名
      是澤亮,宇高義郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 81 号: 824 ページ: 14-00537-14-00537

    • DOI

      10.1299/transjsme.14-00537

    • NAID

      130005066570

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Water control by employing microgrooves inside gas channel for performance improvement in polymer electrolyte fuel cells2015

    • 著者名/発表者名
      Koresawa,R. and Utaka, Y.
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 0 ページ: 0-0

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Precise measurement of effective oxygen diffusivity for microporous media containing moisture by review of galvanic cell oxygen absorber configuration2014

    • 著者名/発表者名
      Koresawa,R. and Utaka, Y.
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 76 ページ: 549-558

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.05.005

    • NAID

      120005553862

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improvement of Oxygen Diffusion Characteristics in Gas Diffusion Layer with Planer-distributed Wettability for Polymer Electrolyte Fuel Cell2014

    • 著者名/発表者名
      Koresawa,R. and Utaka, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 271 ページ: 16-24

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2014.05.151

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis Considering the Effects of Liquid Water on PEMFC Unsteady Performance2014

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, T. and Araki, T.
    • 雑誌名

      ECS Transaction

      巻: 64 号: 3 ページ: 581-592

    • DOI

      10.1149/06403.0581ecst

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 固体高分子形燃料電池内の液水分布状態可視化と非定常発電特性2014

    • 著者名/発表者名
      荒木拓人
    • 雑誌名

      燃料電池

      巻: 13 ページ: 9-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ぬれ性分布を有するPEFC用ガス拡散層における酸素拡散促進と撥水材PTFE含有量の影響2013

    • 著者名/発表者名
      是澤 亮,大徳忠史,宇高義郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 79 ページ: 1038-1050

    • NAID

      130003374798

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 固体高分子形燃料電池における壁面傾斜マイクログルーブを用いたガス拡散層からガスチャネルへの排水性向上2013

    • 著者名/発表者名
      岡部晃,宇高義郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 79 ページ: 1866-1874

    • NAID

      130004555270

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of PEMFC Unsteady Performance Considering Water and Thermal Transport2013

    • 著者名/発表者名
      Takanori Fukuda, Akira Sato, Takuto Araki
    • 雑誌名

      ECS Transaction

      巻: 58 ページ: 9-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ガルバニ電池式酸素吸収体を用いた多孔質体における酸素拡散係数測定の高精度化2011

    • 著者名/発表者名
      是澤亮, 大徳忠史, 宇高義郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 77 ページ: 2191-2199

    • NAID

      130001433054

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ぬれ性分布を利用した固体高分子形燃料電池用ガス拡散層における液水分布の可視化と酸素拡散係数の同時計測2011

    • 著者名/発表者名
      是澤亮, 大徳忠史, 宇高義郎, 上杉健太朗
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 77 ページ: 2019-2027

    • NAID

      130001433031

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effects Of Water Distribution Modes on Gas Diffussivity in PEMFC Gas Diffusion Layer2014

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, K. and Araki, T.
    • 学会等名
      The 25th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-25)
    • 発表場所
      Thailand
    • 年月日
      2014-11-05 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Development of Water Management Techniques for Each Component of a PEMFC2014

    • 著者名/発表者名
      Utaka, Y., Araki, T., Matsumoto, H., Munakata, T., Ito, H., Someya, S., Nakano, A., Zhang, J., Wang, S.
    • 学会等名
      The 25th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-25)
    • 発表場所
      Thailand
    • 年月日
      2014-11-05 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] PEFC内in-situ測定用マイクロ湿度センサの開発2014

    • 著者名/発表者名
      荒木拓人
    • 学会等名
      公益財団法人 水素エネルギー製品研究試験センター 平成26年度 公開セミナー
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2014-08-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of Hydrophobic Polymer Concentration of Hydrophobic Region in Hybrid Type Gas Diffusion Layer on Apparent Oxygen Diffusivity2014

    • 著者名/発表者名
      Koresawa, R. Hozumi, Y. and Utaka, Y.,
    • 学会等名
      JSSUME2014
    • 発表場所
      Yokohama
    • 年月日
      2014-08-15 – 2014-08-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Control of Effective Oxygen Transfer Characteristics in Gas Diffusion Layer with Moisture for PEFC2014

    • 著者名/発表者名
      Koresawa,R. and Utaka, Y.
    • 学会等名
      International Symposium on Convective Heat and Mass Transfer, CONV-14
    • 発表場所
      Turkey
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of effective oxygen diffusivity measurement in micro porous media with moisture using a galvanic cell oxygen absorber2013

    • 著者名/発表者名
      Koresawa, R., Daitoku, T. and Utaka, Y.
    • 学会等名
      8th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics
    • 発表場所
      Lisbon, Portgul
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] PEFCにおける傾斜マイクログルーブを用いた微細多孔体からガスチャネルへの排水性向上2013

    • 著者名/発表者名
      岡部晃,宇高義郎
    • 学会等名
      第50回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ガルバニ電池酸素吸収体を用いた微細多孔質体の有効酸素拡散係数の測定精度の向上2013

    • 著者名/発表者名
      是澤亮,大徳忠史,宇高義郎
    • 学会等名
      第50回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池用ガス拡散層内液水移動制御による物質移動促進とガス拡散層内の液水分布の可視化2013

    • 著者名/発表者名
      是澤亮、宇高義郎
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of water droplets distributions inside PEMFC GDL2013

    • 著者名/発表者名
      Takuto Araki
    • 学会等名
      Japan-Korea Joint Seminar on Heat Transfer VII
    • 発表場所
      福岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池用ガス拡散層内液水移動制御による酸素移動促進2012

    • 著者名/発表者名
      宇高義郎
    • 学会等名
      第49回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      富山
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ぬれ性分布を利用したマイクロポーラス層付きガス拡散層内の液水制御2012

    • 著者名/発表者名
      宇高義郎
    • 学会等名
      第49回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      富山
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] High precision measurement of apparent oxygen diffusion coefficient in gas diffusion layer of polymer electrolyte fuel cell using galvanic cell type oxygen absorber2011

    • 著者名/発表者名
      Koresawa, R., Daitoku, T., Utaka
    • 学会等名
      Proc.of 22^<nd> International Conference on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Delft, Netherland
    • 年月日
      2011-11-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous measurement of oxygen diffusivity and visualization of moisture distribution in gas diffusion layer with wettability distribution for improvement of polymer electrolyte fuel cell performance2011

    • 著者名/発表者名
      Koresawa, R., Daitoku, T., Utaka, Y., Uesugi
    • 学会等名
      Proc.of 22^<nd> International Conference on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Delft, Netherland
    • 年月日
      2011-11-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] Spring-8の高輝度放射光を利用したグリーンエネルギー分野における電池材料開発,第3章燃料電池,5固体高分子形燃料電池のイメージング2014

    • 著者名/発表者名
      宇高義郎,大徳忠史,是澤 亮
    • 総ページ数
      259
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [産業財産権] 固体高分子型燃料電池2014

    • 発明者名
      宇高義郎、是澤亮
    • 権利者名
      宇高義郎、是澤亮
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-162935
    • 出願年月日
      2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2019-07-29  

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