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平成３０年度は、触媒層のみ切り出した簡易系での触媒燃焼のメカニズム解明において、研究を見直し、前年度までの白金片から白金黒を基点に研究を展開し、より定量的に簡易系での触媒燃焼の定量化に成功した。メッキ法で白金黒を製作し、見掛けの面積の125倍となる白金黒試料を得た。この試料に対してDSC手法で、反応速度式、頻度因子、Ea、反応次数を求め、Eaにたいしては、従来の低圧、高温条件下での値と合致することを確認した。また、関わる反応素過程群を吟味し、平衡反応を仮定し、反応速度式を求めた。律速過程を水素吸着とした場合の理論的な反応速度式の反応次数が実測に合致し、水素吸着が律速であると特定した。次に、実際の触媒層のおいても反応速度式を検討した。DSC手法で実測するとともに、白金黒の反応速度式の実測値に触媒層内拡散過程を考慮した半理論的速度式は、ECSAのチューニングだけで実測と合致した。この成果は、触媒層の幾何構造や白金担持量が既知となれば、理論的に触媒層内での水素、酸素の触媒燃焼速度を予測できることを示唆する。
得られた触媒層の反応速度式を、その場の系に組み込んだ。ピンホールのあいたCCMをセルに組み込み、赤外線カメラ温度から燃焼過程を捉えた。他方、セルの幾何構造や熱、物質輸送を考慮した数学モデルで理論的に温度を求めた。この時、簡易系で得た反応速度式、ピンホールにおけるガス流れ、またカソードに加え、アノードで燃焼する場合を考慮すると、昨年度より、触媒層上の温度をより精度高く見積もれるようになった。特に、セル内ガス流量に対する触媒層温度の数度レベルの変化を捉え、かつ温度予測できた。より精度を上げるには、接触熱抵抗の組み込み等も必要であるが、セル内での膜厚方向の水素、酸素ガスの流れが明らかになり、ピンホール形成後の燃焼損傷にいたる初期過程を捉えることができた。
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