| 研究課題/領域番号 |
15K05827
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
西田 耕介 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (00397043)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 熱工学 / 燃料電池 / レーザ計測 / TDLAS法 |
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| 研究実績の概要 |
固体高分子形燃料電池（PEFC）における水分管理の問題を解決し、発電性能の改善を図るには、電極／電解質界面で生じている物質輸送現象を包括的に解明することが不可欠である。そこで本研究では、光ファイバプローブ型の波長可変半導体レーザ吸収分光法（TDLAS）を応用することにより、実作動状態PEFC内の水分、酸素濃度を高速・高感度かつin-situで定量測定できるようにする。さらに、多孔質電極内の物質輸送数値シミュレーションを援用することにより、PEFC電極／電解質界面での液水、水蒸気、酸素挙動を統合的に捉えながら、運転条件や電極構造が電池性能にどのような影響を及ぼすのかを明らかにすることを目的としている。
平成27年度は、「光ファイバプローブ型TDLASガス濃度計測システム」の設計・開発を行い、実際の燃料電池のガス流路を模擬した「模擬流路セル」を用いて、狭小流路内の水分・酸素濃度測定を実施した。ロックインアンプを用いて出力信号の位相検波を行ったところ、ガスの光吸収による2次微分スペクトル（2fスペクトル）が明瞭に検出されており、水分・酸素のTDLAS測定に成功した。また、吸収スペクトルの振幅とガス濃度には相関性が存在することも実証された。以上より、光ファイバ型TDLAS計測システムにより、燃料電池内の水分・酸素輸送現象を捉えることが十分可能であることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成27年度の研究実施計画では、「光ファイバプローブ型TDLASガス濃度計測システム」を開発し、燃料電池セル内の水分・酸素濃度を定量的に測定できることを目標とした。当初の目標は概ね達成できたと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度に開発したTDLAS計測システムを活用することにより、実作動状態の燃料電池セル内の水分・酸素輸送現象を捉えながら、運転条件や電池構造がセルの発電性能にどのような影響を及ぼすのかを明らかにする。さらに、TDLAS計測で得られる実験結果と多孔質電極内の物質輸送シミュレーションを融合させることにより、燃料電池の電極／電解質界面における水分状態や酸素挙動を予測できるようにする。
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| 備考 |
京都工芸繊維大学機械工学系熱エネルギー工学研究室ホームページ
http://www.tee.kit.ac.jp
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