| 研究課題/領域番号 |
23K23126
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01858 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
辻口 拓也 金沢大学, 機械工学系, 教授 (10510894)
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| 研究分担者 |
春木 将司 金沢大学, 機械工学系, 教授 (90432682)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
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| キーワード | 直接形燃料電池 / 多孔質電極 / 物質移動 / 気液2相流 / 物質輸送 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、燃料に液体のギ酸を用いる直接ギ酸形燃料電池の効率を改善できる新たな電極の創製に取り組む。直接ギ酸形燃料電池の電極内部では、電極反応で生成された二酸化炭素が燃料であるギ酸の供給を妨げることで性能が低下することが知られている。そのため、これらが適切に輸送できるように、基本的な細孔特性（空隙率・平均細孔径・濡れ性・厚さ）に加え、複数細孔ピークの付与・細孔の配向（屈曲度の制御）・膜方向、面方向への細孔分布などを施した「細孔が精密に制御された電極の創製」を行うものである。
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| 研究実績の概要 |
本研究では直接ギ酸型燃料電池（DFAFC）のアノード電極へのギ酸供給と電極反応で発生する反応阻害気体排出を制御可能な多孔質電極を創製し、発電効率を飛躍的に向上させることを目的とする。DFAFCのアノードではギ酸（液）が供給され、電極反応が増進するとともにCO2(気体)が生成するため、ギ酸の電極への供給阻害が起こり、発電効率低下の一因となっている。そのため、本研究ではギ酸とCO2からなる複雑な気液2混相流を制御し、アノードへギ酸のみを高効率で供給可能な多孔質電極を開発する。2022年度は、まず空隙率・濡れ性・平均細孔径といった基本的な多孔質層物性の制御・作製方法の確立に取り組んだ。拡散層に関しては電子サイクルミシンで細孔径とピッチを制御した細孔を付与し、触媒層ではポリスチレンビーズなどの造孔材によって径と量の制御された最高の付与に成功した。これにより、細孔を付与しないものとしたものを比較すると、拡散層・触媒層いずれの場合においても出力が1-2割程度増加することが確認できた。一方、細孔を付与した場合に必ずしも物質輸送速度が増加しないことも確認された。これは、触媒層の厚さが増加することなどによるもの、細孔径に応じて毛管力の大小と輸送抵抗の関係が逆転することなどによるものと考えられる。さらに、研究分担者の春木は磁性材料を添加した高分子材料を磁場中で合成することにより、高分子材料内の磁性材料を配向させることに成功しおり、今後の触媒層での細孔配向の準備を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
拡散層や触媒層の細孔の量と径に関して当初想定していた通りの方法で制御できたこと、またこれらを燃料電池に適用することによって出力の向上が見られたことから、概ね順調に研究が進行していると言える。一方で、細孔の付与や量の増加が必ずしも物質輸送速度の増加に結びつかないことなどが確認されており、メカニズムの解明も併せて進める必要があることも明らかとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初計画通り研究を進めるが、メカニズムの解明に主眼を置くため、層厚さの影響などについて検討を進める必要がある。また、当初予定していなかったカソードの多孔質物性がアノード側物質輸送速度（クロスオーバー流束）に影響を及ぼしている可能性が出てきたため、その点に関しても注意深く研究を進めていく。
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