| 研究概要 |
固体高分子型燃料電池は,出力電流密度が高く,低温作動が可能であるため,次世代の自動車用動力源として,現在,注目されているが,電解質膜である固体高分子膜のプロトン伝導性は膜の乾燥に伴い大きく減少するため,膜の湿潤状態の管理が重要である.本研究課題においては,磁気共鳴イメージング(MRI)による発電中における燃料電池膜内の水分布を直接計測する手法を開発し,膜内の水分輸送機構を基礎的に明らかにすることを目的としている.
本年度は,非磁性材料からなる固体高分子型燃料電池セルを製作し,磁気共鳴イメージング装置(MRI)を用いた固体子分子膜内の水分布の直接計測手法の確立を行った.その際,MRI信号強度を膜内水分濃度に変換する実験式の導出のために,電子天秤による膜内水分量の測定をMR1信号との相関を導出することにより行った.
その上で,発電状態において膜内に生成されると考えられている水分濃度勾配について,実験的に明らかにするために,燃料電池負荷制御装置を用いて,燃料電池セルの出力電流密度を高精度に制御し,出力電流密度が膜内水分濃度分布に及ぼす影響に関するMRI実験を行った.その結果,発電時における電解質膜内水分濃度分布のMRIが可能であり,燃料電池反応が進行している状態において,水分濃度勾配が生成することを実験的に明らかにした.さらに出力電流密度をパラメーターにした実験を行い,出力電流密度の増加とともに電解質膜内の水分量が減少することを明らかにし,これらの計測結果が電気化学インピーダンス計測結果ともよく一致することを示した.
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