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本研究は、スケ-ルアップが容易で大出力が期待できる3次元電極である流動層電極を用いた化学プラント型の燃料電池システムを開発することを目的として研究を行った。これまで三相流動層の気液間物質移動速度の測定し、設計に必要な流動および物質移動特性を調べるとともに、三相流動層アルカリ型燃料電池の水素極および酸素極を製作し、それぞれの電極特性に対するガス流速、電解質濃度、触媒電極粒子、集電体形状などの影響を実験的に明らかにした。その結果、以下の知見が得られた。
1.三相流動層、三相気泡塔、通気スラリ-反応器の3つのタイプで、物質移動特性は傾向が異なる。
2.水素極の場合、副反応などが起こらないのに対して、酸素極の場合は過酸化物イオンの触媒による分解が起こって混成電位が生成され、平衡電位は理論値からずれた。
3.低過電圧の領域で活性化過電圧支配で、水素電極反応は水素の電極粒子表面への吸着が律速である。また、限界電流はOHAA-1BBイオン濃度の増加とともに大きくなり、この領域でOHAA-1BBイオンの溶液本体から電極粒子表面への拡散が律速である。
4.酸素極の触媒としてラネ-銀と活性炭に銀を担持させたものを用いたが、銀を担持した活性炭のほうが粒子が大きく懸濁しないため、より大きな電流値が得られた。
5.電極粒子と集電体の接触抵抗が水素極および酸素極の流動層電極のオ-ム損失の主な原因である。
今後は酸素極および水素極を連結して電解液を循環して流動化し、燃料電源としての性能を評価し、本システムの工業化の可能性を追及する計画である。
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