ＰＥＭ燃料電池の触媒層内マイクロ・ナノ凍結および水輸送現象の解明

• 研究課題/領域番号: 23686034
• 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: 北海道大学
• 研究代表者: 田部 豊 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80374578)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2011年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 燃料電池 / 水輸送現象 / 凍結

研究概要

固体高分子形燃料電池の氷点下起動における触媒層内の凍結機構を明らかにするとともに、通常運転時でのマイクロポーラスレイヤー（MPL）近傍における水輸送現象を解明することを目的とし、凍結モデルの開発、MPL断面の詳細観察を行った。これらより、氷点下起動時に触媒層内に形成される氷分布は電流密度に強く依存し、酸素供給条件に依存しないことを示すとともに、その支配因子ならびに通常運転時MPL近傍の水状態を特定した。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of water transport in the micro-porous layer of a polymer electrolyte fuel cell with a freezing method and cryo-scanning electron microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoyama, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: Electrochemistry Communications 巻: 41巻 ページ: 72-75
  • DOI: 10.1016/j.elecom.2013.12.029
  • NAID: 120005462412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of interfacial structure between micro-porous layer and catalyst layer on water on transport in PEFC (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoyama, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa, T. Tanuma
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 58巻 号: 1 ページ: 1383-1390
  • DOI: 10.1149/05801.1383ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Ice Distribution in Cathode Catalyst Layer and Shutdown Mechanism at PEFC Cold Start (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yamada, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 58巻 号: 1 ページ: 463-471
  • DOI: 10.1149/05801.0463ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Water Transfer Phenomena in Micro-Porous Layer of PEFC (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoyama, K. Kadowaki, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50巻 号: 2 ページ: 445-452
  • DOI: 10.1149/05002.0445ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis and Experiments of Major Parameters in Catalyst Layer Structure Affecting on PEFC Performance (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50巻 号: 2 ページ: 415-422
  • DOI: 10.1149/05002.0415ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of ice formation process in cathode catalyst layer of PEFC at cold start (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Tabe, R. Ichikawa, T. Chikahisa
  • 雑誌名: Energy Procedia 巻: 28巻 ページ: 20-27
  • DOI: 10.1016/j.egypro.2012.08.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cold start characteristics and freezing mechanism dependence on start-up temperature in a polymer electrolyte membrane fuel cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Tabe, M. Saito, K. Fukui, T. Chikahisa
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 208巻 ページ: 366-373
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.02.052
  • NAID: 120005946608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis and Experiments of Major Parameters in Catalyst Layer Structure Affecting on PEFC Performance (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi，他2名
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50 ページ: 415-422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Water Transfer Phenomena in Micro-Porous Layer of PEFC (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoyama, 他3名
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50 ページ: 445-452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ice Formation and Current Distribution in the Catalyst Layer of PEM Fuel Cell at Cold Start (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Ichikawa, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 41巻 号: 1 ページ: 733-740
  • DOI: 10.1149/1.3635607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Micro-Porous Layer for Water Transfer Phenomena in PEFC (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kadowaki, Y. Tabe, T. Chikahisa
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 41巻 号: 1 ページ: 431-438
  • DOI: 10.1149/1.3635577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Micro-Porous Layer for Water Transfer Phenomena in PEFC (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kadowaki, 他2名
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 41 ページ: 431-438
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ice Formation and Current Distribution in the Catalyst Layer of PEM Fuel Cell at Cold start (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Ichikawa, 他2名
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 41 ページ: 733-740
  • 査読あり
• [学会発表] PEFC氷点下起動時における発電停止メカニズム解明のための触媒層内酸素輸送抵抗解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田一樹,鈴木研悟,田部豊,近久武美
  • 学会等名: 第18回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館(千葉市)
  • 年月日: 2013-06-20
• [学会発表] 凍結固定化法を用いた固体高分子形燃料電池におけるMPL内水輸送現象のCryo-SEM観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 青山祐介,鈴木研悟,田部豊,近久武美,田沼敏弘
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティンホテル仙台(仙台市)
  • 年月日: 2013-05-29
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池性能に及ぼす触媒層構造影響に関する実験およびモデル計算比較 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林将矢,田部豊,近久武
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学(金沢市)
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] PEFC氷点下起動時におけるカソード触媒層内氷形成プロセスの観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 市川亮輔,山田一樹,田部豊,近久武美
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山市)
  • 年月日: 2012-06-01
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内の生成水移動現象に及ぼすMPLの影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 門脇主将,田部豊,近久武美
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山市)
  • 年月日: 2012-06-01
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内の凝縮水分布に及ぼすMPLの影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 門脇主将,田部豊,近久武美
  • 学会等名: 第16回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 関西大学(吹田市)
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内の凝縮水分布に及ぼすMPLの影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 門脇主将, 他2名
  • 学会等名: 第16回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 関西大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] 氷点下起動時におけるPEFC内凍結現象が常温復帰運転に及ぼす影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 市川亮輔,田部豊,近久武美
  • 学会等名: 第16回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 関西大学(吹田市)
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 氷点下起動時におけるPEFC内凍結現象が常温復帰運転に及ぼす影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 市川亮輔, 他2名
  • 学会等名: 第16回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 関西大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 凍結固定化法を用いた固体高分子形燃料電池におけるMPL内水輸送現象のCryo-SEM観察
  • 著者名/発表者名: 青山祐介，鈴木研悟，田部豊，近久武美，田沼敏弘
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティンホテル仙台（仙台市）
• [学会発表] PEFC氷点下起動時における発電停止メカニズム解明のための触媒層内酸素輸送抵抗解析
  • 著者名/発表者名: 山田一樹，鈴木研悟，田部豊，近久武美
  • 学会等名: 第18回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館（千葉市）
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内の生成水移動現象に及ぼすMPLの影響
  • 著者名/発表者名: 近久武美，他2名
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県）
• [学会発表] PEFC 氷点下起動時におけるカソード触媒層内氷形成プロセスの観察
  • 著者名/発表者名: 山田一樹，他3名
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県）
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池性能に及ぼす触媒層構造影響に関する実験およびモデル計算比較
  • 著者名/発表者名: 小林将矢，他2名
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県）