光ファイバ型高感度・低侵襲レーザ分光計測に基づく燃料電池の内部診断と輸送制御

• 研究課題/領域番号: 24560230
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 西田 耕介 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (00397043)
• 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: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 熱工学 / 燃料電池 / レーザ計測 / CRDS

研究成果の概要

本研究では、光ファイバ型のキャビティ・リングダウン分光法（CRDS）を応用することにより、燃料電池ガス流路内の水蒸気濃度をin-lineでモニタリング可能なレーザ分光計測システムを開発することを目的とした。さらに、多孔質構造を考慮したガス拡散電極内の水分・酸素輸送数値シミュレーションを援用することにより、カソード電極内における液水挙動や酸素拡散現象の解明を試みた。

研究成果

• [雑誌論文] Impacts of channel wettability and flow direction on liquid water transport in the serpentine flow field of a polymer electrolyte fuel cell (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, R. Taniguchi, Y. Ishizaki, S. Tsushima and S. Hirai
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 275 ページ: 447-457
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.11.059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-Sectional Visualization of Liquid Water Behavior and Evaluation of Wettability Effect in Cathode Channel of an Operating PEFC (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, T. Muranishi, Y. Ishizaki, S. Tsushima and S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.64, No.3 号: 3 ページ: 853-862
  • DOI: 10.1149/06403.0853ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] 固体高分子形燃料電池の流路構造および壁面濡れ性がカソード内液水輸送に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石崎勇吾，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 雑誌名: 化学工学論文集 巻: 40 号: 4 ページ: 320-326
  • DOI: 10.1252/kakoronbunshu.40.320
  • NAID: 130004463945
  • ISSN: 0386-216X, 1349-9203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Separation analysis of electro-osmosis and diffusion of water in electrolyte membrane of PEMFC under low-humidity operation (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, T. Hosotani, M. Asa, S. Tsushima and S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.58, No.1 号: 1 ページ: 621-630
  • DOI: 10.1149/05801.0621ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of perforation structure of cathode GDL on liquid water removal in PEFC (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Okuhata, T. Tonoike, K. Nishida, S. Tsushima and S. Hirai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.58, No.1 号: 1 ページ: 1047-1057
  • DOI: 10.1149/05801.1047ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative estimation of water vapor distribution in low-humidity proton exchange membrane fuel cell using humidity test paper (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, Y. Yokoi, M. Asa, S. Tsushima and S. Hirai
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: Vol.234 ページ: 111-118
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of channel structure and wettability on liquid water transport in cathode of PEFC (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, Y., Taniguchi, R., Nishida, K., Tsushima, S. and Hirai, S.
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.50, No.2 号: 2 ページ: 375-384
  • DOI: 10.1149/05002.0375ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurements of water vapor and current distributions and prediction of water crossover in PEMFC under low-humidity conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishida, K., Asa, M., Tsushima, S. and Hirai, S.
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.50, No.2 号: 2 ページ: 279-289
  • DOI: 10.1149/05002.0279ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Image Analysis of Dynamic Behavior of Liquid Water Droplets Emerging from GDL of PEMFC (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishida, K., Tonoike, T., Tashiro, J., Tsushima, S. and Hirai, S.
  • 雑誌名: Proc. the 23rd International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-23) 巻: －
  • 査読あり
• [学会発表] 発電状態PEFCにおけるカソード流路内の液水挙動と電池性能の相関性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 儀俄亮，細谷卓人，村西徹，石崎勇吾，西田耕介
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部平成26年度卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 京都大学（京都市）
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] PEFCカソード側MPLのカーボン担持量が電極内物質輸送と発電特性に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中健太郎，奥畑剛，西田耕介
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部平成26年度卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 京都大学（京都市）
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] PEFCカソード側MPLの緻密性が界面物質輸送と濃度過電圧に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西田耕介，奥畑剛，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第55回電池討論会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都市）
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-21
• [学会発表] PEFCカソード側MPLの微細構造が液水輸送と発電特性に及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥畑剛，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2014
  • 発表場所: 芝浦工業大学（東京）
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [学会発表] 発電状態PEFCのカソード流路内液水挙動の断面可視化と壁面濡れ性の影響評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西田耕介，村西徹，石崎勇吾，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第51回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: アクトシティ浜松・コングレスセンター（浜松市）
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [学会発表] PEFCカソード電極内水分輸送におけるマイクロポーラス層の影響評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥畑剛，大村究，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2013
  • 発表場所: 弘前大学（弘前市）
• [学会発表] 発電モードPEFCの電解質膜内における水分輸送の分離解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田耕介，細谷卓人，麻雅哉，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪市）
• [学会発表] 低加湿運転PEFCの電解質膜内における水分の電気浸透及び拡散現象の分離解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 細谷卓人，麻雅哉，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティン仙台及び仙台トラストシティ（仙台市）
• [学会発表] 断面可視化手法によるPEFCカソード側GDL/流路界面の液水挙動観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村西徹，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第88期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] PEFCプラッギング抑制のための流路パターン及び壁面濡れ性制御の有効性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石崎勇吾，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第88期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] PEFCカソード側GDL内から湧出する液滴挙動の画像計測と定量解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥畑剛，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部平成24年度卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] PEFCカソード側ガス拡散層の貫通構造が液水排出挙動に及ぼす効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 外池武司，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2012
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] 低加湿運転PEFCのストイキ比及び加湿条件が膜厚方向の水分輸送に及ぼす影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 麻雅哉，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2012
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] 低加湿運転PEFC内の水蒸気・電流分布測定と膜内の局所水分輸送係数の算定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田耕介，麻雅哉，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 貫通構造を有するPEFCガス拡散層内における液水挙動計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 外池武司，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 日本機械学会第17回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 低加湿条件下のPEFC内水蒸気・電流分布計測と膜内水分クロスオーバーの予測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 麻雅哉，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山
• [学会発表] PEFCの流路構造及び壁面濡れ性がカソード内液水輸送に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石崎勇吾，谷口僚，西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山
• [学会発表] 光ファイバ型キャビティ・リングダウン分光法に基づく水蒸気濃度計測技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田耕介，津島将司，平井秀一郎
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山
• [備考] 京都工芸繊維大学 熱エネルギー工学研究室
  • URL: http://www.tee.kit.ac.jp/index.html
• [備考] 京都工芸繊維大学 熱エネルギー工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.tee.kit.ac.jp
• [備考] 京都工芸繊維大学 熱エネルギー工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.tee.kit.ac.jp