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凍結固定化法による固体高分子形燃料電池内の反応および気液輸送機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24360076
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関北海道大学

研究代表者

近久 武美  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00155300)

研究分担者 田部 豊  北海道大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80374578)
鈴木 研悟  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50634169)
連携研究者 鈴木 研悟  北海道大学, 大学院工学研究院, 助教 (50634169)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 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: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2013年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2012年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
キーワード燃料電池 / 固体高分子 / 生成水 / 凍結 / 二相流 / 可視化 / 物質移動 / PEFC / Cryo-SEM / 拡散層
研究成果の概要

PEM形燃料電池の高性能化に重要な気液輸送現象について解明することを目的として、凝縮水の凍結固定可視化法や触媒層内現象モデルを用いた研究を行った。その結果、凝縮水排出性に優れたMPL構造、触媒構造把握に必要なカーボンアグロメレート粒子径、触媒性能向上のための主要影響因子条件、氷点下起動時の水移動現象と起動性能改善のための触媒層界面構造を明らかにできたほか、複雑繊維構造内の凝縮水移動現象シミュレーション法の高度化を行うことができた。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2015 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (22件)

  • [雑誌論文] Impact of micro-porous layer on liquid water distribution at the catalyst layer interface and cell performance in a polymer electrolyte membrane fuel cell2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Tabe, Y. Aoyama, K. Kadowaki, K. Suzuki, and T. Chikahisa
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 287 ページ: 422-430

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2015.04.095

    • NAID

      120006328991

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [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 microscope2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of Ice Distribution in Cathode Catalyst Layer and Shutdown Mechanism at PEFC Cold Start2013

    • 著者名/発表者名
      M. Yamada, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 58 ページ: 463-471

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of interfacial structure between micro-porous layer and catalyst layer on water transport in PEFC2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyama, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa, T. Tanuma
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 58 ページ: 1383-1390

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic Observations of Freezing Phenomena in PEM Fuel Cells at Cold Starts2013

    • 著者名/発表者名
      T. Chikahisa
    • 雑誌名

      Journal of Heat Transfer Engineering

      巻: 34 号: 2-3 ページ: 258-265

    • DOI

      10.1080/01457632.2013.703579

    • NAID

      120005333600

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two phase flow simulation in a channel of a polymer electrolyte membrane fuel cell using the lattice Boltzmann method2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Ben Salah, Y. Tabe, and T. Chikahisa,
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 199 ページ: 85-93

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2011.10.053

    • NAID

      120005348935

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 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 cell2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Tabe, M. Saito, K. Fukui, and T. Chikahisa,
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 208 ページ: 366-373

    • NAID

      120005946608

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多孔型流路を有する固体高分子形燃料電池の性能特性と内部現象解析2012

    • 著者名/発表者名
      田部豊, 那須拓哉, 森岡怜史, 近久武美
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 78 号: 789 ページ: 1151-1159

    • DOI

      10.1299/kikaib.78.1151

    • NAID

      130002050755

    • ISSN
      0387-5016, 1884-8346
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of ice formation process in cathode catalyst layer of PEFC at cold start2012

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis and Experiments of Major Parameters in Catalyst Layer Structure Affecting on PEFC Performance2012

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Tabe, and T. Chikahisa
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 50 ページ: 415-422

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic Observations of Freezing Phenomena in PEM Fuel Cells at Cold Starts Observation of Water Transfer Phenomena in Micro-Porous Layer of PEFC2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyama, K. Kadowaki, Y. Tabe, and T. Chikahisa
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 50 ページ: 445-452

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ANALYSIS OF LIQUID WATER BEHAVIOR IN GAS DIFFUSION LAYERS OF PEFC USING LATTICE BOLTZMANN METHOD2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Tabe, T. Azuma, Y. Honjo, K. Suzuki, T. Chikahisa
    • 学会等名
      the 25th International Symposium on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Bagkok, Thai
    • 年月日
      2014-11-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of Cathode Catalyst Layer Structure and Cell Performance in PEFC2014

    • 著者名/発表者名
      S. Akabori, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa
    • 学会等名
      The Electrochemical Society
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-10-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Wettability of Micro-porous Layer on Microscopic Water Transport Phenomena in PEFC2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyama, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa, T. Tanuma
    • 学会等名
      The Electrochemical Society
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-10-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] オープンカソードファン式小型携帯PEFCにおける熱管理と最適流路構造2014

    • 著者名/発表者名
      高城広輔,鈴木研悟,田部豊,近久武美
    • 学会等名
      日本機械学会2014年度年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-09-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structural optimization of porous flow fields to improve water management ability of PEFC2014

    • 著者名/発表者名
      Kengo Suzuki, Daiki Sato, Yutaka Tabe, Takemi Chikahisa
    • 学会等名
      the 15th International Heat Transfer Conference
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-08-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 氷点下起動に起因するPEFC性能低下現象の解明2014

    • 著者名/発表者名
      石間勇太, 鈴木研悟, 田部豊, 近久武美
    • 学会等名
      第19 回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • 発表場所
      福井
    • 年月日
      2014-06-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 多孔体流路を有する固体高分子形燃料電池の性能に及ぼす流路構造影響2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木研悟,佐藤大樹,田部豊,近久武美
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2014-05-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池におけるMPL の界面構造と濡れ性が水輸送現象に及ぼす影響2014

    • 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51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2014-05-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池の触媒層構造と性能解析2014

    • 著者名/発表者名
      赤堀渉,鈴木研悟,田部豊,近久武美
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2014-05-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of Water Transport in the Vicinity of Micro-Porous Layer in PEFC with Freezing Method2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyama, K. Suzuki, Y. Tabe, T. Chikahisa,
    • 学会等名
      Proceedings of the ASME 11th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels
    • 発表場所
      Hokkaido Univ., Sapporo
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Simulation of Condensed Water Behavior in Gas Diffusion Layers of PEFC using the Lattice Boltzmann Method2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Tabe, R. Kamijo, Y. Honjo, K. Suzuki, T. Takemi
    • 学会等名
      Proceedings of the ASME 11th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels
    • 発表場所
      Hokkaido Univ., Sapporo
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Microscopic Observation of Water Transport Phenomena in PEM Fuel Cell using Freezing Method2012

    • 著者名/発表者名
      T. Chikahisa
    • 学会等名
      3rd International Forum on Heat Transfer, IFHT2012
    • 発表場所
      Nagasaki Brick Hall (Nagasaki)(招待講演)
    • 年月日
      2012-11-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of liquid water in a gas diffusion layer of PEFC using the lattice Boltzmann method2012

    • 著者名/発表者名
      R. Kamijo, Y. Tabe, T. Chikahisa
    • 学会等名
      Proceedings of the 3rd International Forum on Heat Transfer, IFHT2012
    • 発表場所
      Nagasaki Brick Hall (Nagasaki)
    • 年月日
      2012-11-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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, 近久武美
    • 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)
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 格子ボルツマン法を用いた固体高分子形燃料電池ガス拡散層内での気液二層流解析2012

    • 著者名/発表者名
      上條隆治, 田部豊, 近久武美
    • 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)
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Study on water transport phenomena through micro-porous layers in PEFC2012

    • 著者名/発表者名
      T. Chikahisa, Y. Tabe, K. Kadowaki
    • 学会等名
      Proceedings of the ASME 10th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels、ICNMM2012
    • 発表場所
      Wyndham Rio Mar Beach Resort (Puerto Rico)
    • 年月日
      2012-07-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] デッドエンド式自然給気型PEMFCにおける送風条件と凝縮水挙動2012

    • 著者名/発表者名
      糸見宗志, 佐藤大和,田部豊, 近久武美、
    • 学会等名
      第17回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡)
    • 年月日
      2012-06-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 多孔体セパレータを有する固体高分子形燃料電池内の凝縮水挙動と性能特性2012

    • 著者名/発表者名
      本庄祐次, 那須拓哉, 近久武美, 田部豊
    • 学会等名
      第17回動力・エネルギー技術シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡)
    • 年月日
      2012-06-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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(富山県)
    • 年月日
      2012-06-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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(富山県)
    • 年月日
      2012-06-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2012-04-24   更新日: 2019-07-29  

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