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2017 年度 実績報告書

電極単一層化による新たな燃料電池輸送反応場の構築に向けたその場計測と構造設計

研究課題

研究課題/領域番号 16K18028
研究機関大阪大学

研究代表者

鈴木 崇弘  大阪大学, 工学研究科, 助教 (90711630)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード固体高分子形燃料電池 / 電極 / マイクロ流路 / 物質輸送
研究実績の概要

電極単一層化した固体高分子形燃料電池のガス輸送特性を評価するためにマイクロ流体デバイスと光学式酸素濃度計を用いた計測システムの構築を行い,電極構造とガス輸送特性の関係解明のための研究を進めた.
まず,多孔質構造の異なる電極を作製するためにカーボンブラック(CB)または多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を添加した.形成される多孔質電極の白金触媒量及び電極塗布量が一定となるように条件を設定し,電極を作製し,走査電子顕微鏡及びガス吸着装置を用いた構造解析を行った.ここでは,MWCNTの添加によりマイクロクラックの発生が抑制されること,電極厚さが減少し幾何学的な空隙率が低下することが示された.一方,ガス吸着における有効空隙率はMWCNTの添加により増加する結果が示された.
次に,構築した計測システムを用いCB添加及びMWCNT添加電極の評価を行った.両電極の比較においては,MWCNT添加電極で高い酸素透過性能を示し,幾何学的空隙率から導出された透過性能の推定値とも良好な一致を示した.一方,CB添加電極では計測値が推定値を大幅に下回った.これらの結果は,MWCNT添加によりガス輸送に寄与する細孔容量が増加したことを示すものであり,電極構造解析の結果と定性的に一致する.本評価手法により,燃料電池性能に影響を及ぼす電極のガス輸送特性を直接評価することが可能になった.
以上の研究と並行し,赤外顕微イメージングによる燃料電池マイクロ流路内液水可視化を実現し,液水生成挙動と電池性能の関係を明らかにするための研究を実施した.また,電極構造の科学的知見に基づく制御に向けて,電極材料を分散したスラリーのレオロジー特性評価を実施し,電極スラリー内部状態の特徴化に向けて有効な手法となることを示した.

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] 電極スラリー乾燥過程の評価と多孔質構造形成2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘
    • 学会等名
      平成29年度一般社団法人先端膜工学研究推進機構春季講演会・膜工学サロン
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いたPEFC触媒層内ガス輸送特性計測2018

    • 著者名/発表者名
      中田泰宏,鈴木崇弘,津島将司
    • 学会等名
      第55回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 流動特性解析に基づくPEFC触媒インクの評価2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇弘,岡田真也,津島将司
    • 学会等名
      第58回電池討論会

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公開日: 2018-12-17  

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