固体高分子形燃料電池ロバスト性向上のための高性能ガス拡散層設計指針の構築

• 研究課題/領域番号: 25289042
• 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: 九州大学
• 研究代表者: 北原 辰巳 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50234266)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2013年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: 固体高分子形燃料電池 / ガス拡散層 / マイクロポーラス層 / 水管理 / 親水性 / 撥水性 / 熱工学

研究成果の概要

固体高分子形燃料電池の耐ドライアップと耐フラッディングの両特性を向上させるための方策として，親水層を撥水MPL表面に塗布した親水・撥水複合MPL付き拡散層を考案した．複合MPLを用いると電極触媒層の保湿性が高まり耐ドライアップ性が向上する．複合MPLのPTFE量を20%に設定して撥水性を適度に高めることが耐フラッディング性の向上に重要であることがわかった．さらに複合MPLの撥水MPL部を二層構造にし，PTFE量を親水MPL側で20%，基材側で10%に設定し撥水性に勾配をもたせた三層MPL付き拡散層を適用すると，耐フラッディング性が一段と向上することが明らかになった．

研究成果

• [雑誌論文] Influence of Convective Heat Transfer by Air Flow on Local Current/Temperatures along Microtubular Solid Oxide Fuel Cells In-Situ Identified by Electrode-Segmentation Method for Co- and Counter-Flow Configurations (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozugur Aydin, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.68 号: 1 ページ: 2141-2150
  • DOI: 10.1149/06801.2141ecst
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Current and Temperature Distributions In-situ Acquired by Electrode-Segmentation along a Microtubular Solid Oxide Fuel Cell Operating with Syngas (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozugur Aydin, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: Vol.293 ページ: 1053-1061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of Hydrophilic and Hydrophobic Triple MPL Coated GDL on the Oxygen Transport Resistance in a PEFC under High Humidity Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Kosuke Okamura
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.69 号: 17 ページ: 1313-1322
  • DOI: 10.1149/06917.1313ecst
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Journal of Power Sources (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ito, Takuya Iwamura, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 雑誌名: 10.1016/j.jpowersour.2015.12.020 巻: Vol.306 ページ: 289-299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ Diagnosis and Assessment of Longitudinal Current Variation by Electrode-Segmentation Method in Anode-Supported Microtubular Solid Oxide Fuel Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozgur Aydin, Takahiro Koshiyama, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 279 ページ: 218-223
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gas Diffusion Layer Coated with a Microporous Layer Containing Hydrophilic Carbon Nanotubes for Performance Enhancement of Polymer Electrolyte Fuel Cells under both Low and High Humidity Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Kosuke Okamura
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 283 ページ: 115-124
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of GDL Coated with MPL containing CNTs on PEFC Performance under Low and High Humidity Conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Kosuke Okamura
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 64-3 号: 3 ページ: 477-483
  • DOI: 10.1149/06403.0477ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] PEFC無加湿運転時の発電性能向上のためのセル内部湿度交換システムに関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北原辰巳，中島裕典，津田和人
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集（B偏） 巻: 80-820 ページ: 1-12
  • NAID: 130005004958
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 極細熱電対群を用いたPEFC内部の3次元温度分布計測と水挙動の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水谷千晶、北原辰巳、中島裕典、佐々木一成、 伊藤衡平
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 80 号: 820 ページ: TEP0364-TEP0364
  • DOI: 10.1299/transjsme.2014tep0364
  • NAID: 130005004957
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Triple microporous layer coated gas diffusion layer for performance enhancement of polynmer electrolyte fuel cells under both low and high humidity conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Masaoki Inamoto, Kosuke Shinto
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 248 ページ: 1256-1263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel hydrophilic and hydrophobic double microporous layer coated gas diffusion layer to enhance performance of polymer electrolyte fuel cells under both low and high humidity (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Masaoki Inamoto, Masashi Morishita
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 234 ページ: 129-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of triple MPL coated GDL on the PEFC performance under low and high humidity (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Masaoki Inamoto, Kosuke Shinto
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 58-1 号: 1 ページ: 1401-1408
  • DOI: 10.1149/05801.1401ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water Vapor Exchange Flow Channels to Enhance the Performance of Polymer Electrolyte Fuel Cells without Cathode Humidification. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hironori NAKAJIMA, Tatsumi KITAHARA, Kazuto TSUDA
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 58 (1) 号: 1 ページ: 1799-1805
  • DOI: 10.1149/05801.1799ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] サーペンタインハイブリッド形流路を有するPEFCに関する研究（第5報，電気化学インピーダンス分光法による内部抵抗解析） (2013)
  • 著者名/発表者名: 高園康隼、清水慧、 中島 裕典、北原 辰巳
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｂ編 巻: 79 号: 808 ページ: 2774-2785
  • DOI: 10.1299/kikaib.79.2774
  • NAID: 130003386386
  • ISSN: 0387-5016, 1884-8346
  • 査読あり
• [学会発表] Hydrogen Combustion Engine and Fuel Cell (2015)
  • 著者名/発表者名: 北原辰巳
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会， World NAOE Forum 2015
  • 発表場所: ホテルグランビア（広島県広島市）
  • 年月日: 2015-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] PEFCガス拡散層の基本性能評価法に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡村航育，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] アノードガス再循環によるPEFC無加湿運転時の発電性能向上のためのガス拡散層に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川健太，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] 舶用燃料電池のアノードガス再循環による無加湿運転に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北原辰巳，中島裕典，石川健太
  • 学会等名: 第85回マリンエンジニアリング学術講演会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2015-10-26
• [学会発表] Influence of Hydrophilic and Hydrophobic Triple MPL Coated GDL on the Oxygen Transport Resistance in a PEFC under High Humidity Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Kosuke Okamura
  • 学会等名: 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Convention Center, Phoenix, USA
  • 年月日: 2015-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] PEFC発電性能向上のためのCNT混入MPL付きガス拡散層に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡村航育，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第55回電池討論会
  • 発表場所: 京都市 京都国際会館
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-21
• [学会発表] MPL付きガス拡散層の酸素拡散抵抗に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 進藤孝介，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第55回電池討論会
  • 発表場所: 京都市 京都国際会館
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-21
• [学会発表] マイクロ円筒型固体酸化物形燃料電池の電流分布及び温度分布解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 越山隆広，中島裕典，北原辰巳
  • 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: 東京都 芝浦工業大学
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [学会発表] 燃料極支持ハニカム固体酸化物形燃料電池内の物質輸送解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高武翔太，中島裕典，北原辰巳
  • 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: 東京都 芝浦工業大学
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [学会発表] Influence of GDL Coated with MPL containing CNTs on PEFC Performance under Low and High Humidity Conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Kosuke Okamura
  • 学会等名: 226th ECS Meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-09
• [学会発表] Mass Transfer in an Anode-Supported Honeycomb Solid Oxide Fuel Cell (2014)
  • 著者名/発表者名: Shota Kotake, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 学会等名: 226th ECS Meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-09
• [学会発表] Effect of Electrode Mixing Conditions on the Performance of Lithium-Ion Batteries Analyzed by Fast Fourier Transform Electrochemical Impedance Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara, Yusaku Nagata
  • 学会等名: 226th ECS Meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-09
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池の発電性能向上のためのマイクロポーラス層付きガス拡散層 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北原辰巳
  • 学会等名: 第9回水素若手研究会
  • 発表場所: 沖縄県宜野湾市
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Current Distribution Measurements of a Microtubular Solid Oxide FuelCell Fed with Simulated Syngas (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Koshiyama, Akira Shimizu, Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara
  • 学会等名: The 20th World Hydrogen Energy Conference
  • 発表場所: Gwangju, Korea
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-20
• [学会発表] PEFC低加湿運転時の発電性能向上のためのアノード・カソード拡散層に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 進藤孝介，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] PEFCガス拡散層の基本性能評価法に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高木貴大，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] PEFC発電性能向上のための三層MPL付きガス拡散層に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 稲本昌興，北原辰巳，中島裕典
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] Influence of triple MPL coated GDL on the PEFC performance under low and high humidity (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kitahara, Hironori Nakajima, Masaoki Inamoto, Kosuke Shinto
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Water vapor exchange flow channels to enhance the performance polymer electrolyte fuel cells without cathode humidification (2013)
  • 著者名/発表者名: Hironori Nakajima, Tatsumi Kitahara, Kazuto Tsuda
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [図書] PEFCの内部現象・反応機構と評価・解析技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北原辰巳，ほか27名
  • 総ページ数: 247
  • 出版者: S&T出版