研究課題
本研究では直接形電池や固体高分子膜を用いる水電解装置などに代表される、液体供給形エネルギーデバイス（LSED）の多孔質電極内部の物質移動現象を解明するため、(1)DLFCの電極作製・評価・発電試験、(2)PEMECの電極作製・評価・発電試験、(3)電極内部物質移動流束解析、(4)数値解析モデルの作成と数値解析に取り組んだ。このうち令和2年度は(2)-(4)を推進した。(2)では液体供給形エネルギーデバイスとしてCO2の電気化学還元セルを選定し，その触媒作製およびセル作製などを進めてガス生成のないLSEDでの物質移動解析を行った。その結果、CO2還元でギ酸を製造するのに適した触媒の作製には成功したものの，触媒層を形成する必要のあるセルでの評価ではCO2の溶存している電解液の輸送速度が不十分であるために満足な還元が生じないことが明らかとなった。このことから，気体CO2の供給が必要であることが示唆された。(3)では、前年度にギ酸を燃料としたDLFCの空隙率、厚さ、液体・気体透過率、細孔分布、接触角などの諸物性が異なる拡散層を作製し，発電（電解）特性と細孔特性の相関について整理した。この結果を踏まえ、触媒層の細孔特性と物質輸送抵抗の相関についても検討した。その結果、拡散層と同様に細孔径の小さな細孔が、ガスの生成が著しい状況（電流密度が大きい状況）液体の輸送速度の改善に大きく作用する可能性が示唆された。一方で、ガス生成が著しくかつ液体と気体が同一細孔に共存するような条件では、生成ガスによる撹拌作用により物質輸送速度が改善する可能性があることも示唆された。(4)では、(3)の結果を基にして1次元拡散モデルを用いて総括移動係数として有効拡散係数を導入して、触媒層・拡散層などの物質輸送特性を定量的に表現することができた。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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