| 研究課題/領域番号 |
19K15343
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
弘中 秀至 九州大学, 工学研究院, 助教 (90804659)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 多孔質膜 / 湿式プロセス / 細孔径分布 / 透過率 / 表面粗さ / 構造評価 / 多孔質体構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，「多孔質対構造の形成過程を解明する」ために，固体高分子型燃料電池の触媒層を想定した成膜実験を行っている．膜の材料としてのカーボンブラックとナフィオン (バインダー) を分散させたアルコール系のスラリーを塗布・乾燥することで成膜している．得られた多孔質膜の評価のために，内部構造に関連している透過率，細孔径および表面粗さの 3 種類の物性値に着目した．これらの物性値から膜の内部構造を評価するためには，特に細孔径および表面粗さについて物理的な解釈および実験データの整理方法が課題となっている．昨年度には，せん断速度を変えた場合に最大細孔径が異なるという結果を得たものの，その後の検証の結果，せん断速度に対する最大細孔径の依存性は実験データのばらつき程度であることがわかった．そこで，昨年度は再現性および分散媒の影響をそれぞれ検討するとともに，異なる種類のカーボンブラックを用いて成膜した．その結果，カーボンブラックの種類によって，透過率のせん断速度 (ドクターブレードと基板の間隔) 依存性が異なることがわかった．また，一昨年度からの課題であった分散媒および加熱温度を変更することでの成膜を試みたものの，き裂を生じてしまい，成膜できないことがわかった．以上の現状を踏まえ，透過率および表面粗さは，分散媒の沸点との相関については検討を進める必要があるものの，分散質の種類では膜厚との相関が異なるという結果を得た．現在までに，分散質の違いによって透過率に差が生じる原因は，分散質の粒子形状によっているものと考えている．今年度は，数値解析と併せてこれら膜の特性の測定原理を踏まえた結果の解釈についての検討を行う．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
形状が異なる分散質数値解析のモデルを再考の上，改良し実施する．本年度の結果から，粒子の形状が膜の構造に大きく影響する可能性のあることが示された．これは，研究計画時に懸念していた粒子形状の複雑性が膜の多孔質構造に及ぼす影響が重要であることを示している．昨年度は，分散質や分散媒の影響を詳細に検討したため，実験は当初計画以外の内容を検討した．一方で，数値解析については現状当初計画程度の進捗が見られないため，進捗の区分としては「(3) やや遅れいている」とする．
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| 今後の研究の推進方策 |
形状が異なる分散質数値解析のモデルを再考の上，改良し実施する．本年度の結果から，粒子の形状が膜の構造に大きく影響する可能性のあることが示された．これは，研究計画時に懸念していた粒子形状の複雑性が膜の多孔質構造に及ぼす影響が重要であることを示している．そこで，当初の計画通り数値解析では基板の影響の検討の代わりに，まず粒子形状のモデル化を進めている．また，実験では昨年度までに再現性を含めてせん断速度 (ブレードと基板のギャップ) ，分散質および分散媒の影響が再現性を含めて評価できている．しかしながら，ガスフロー法により得られた細孔径の物理的な解釈および表面粗さと膜の内部構造の関連付けが課題である．これら測定結果の解釈は，実際に膜の評価を行う過程で新たに発生した課題である．今年度は，数値解析と併せてこれら膜の特性の測定原理を踏まえた結果の解釈についての検討を行う．
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