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多孔質材料は、燃料電池など活性点での化学反応と活性点への反応物質の輸送が同時に重要となる様々な機能材料に用いられる。そのナノ・メソ細孔内における反応流動現象は、経験的に従来のKnudsen拡散の概念に基づく「流れ」と表面における「化学反応」を独立に考慮した理解が試みられてきた。しかし、不活性な表面における物理吸着・脱離現象のみを考慮したKnudsen拡散係数を、化学吸着、表面拡散、表面反応の影響が大きな活性表面を有する多孔質材料系における反応流動連成現象解析へ適用することは理論的に不可能である。本研究では、複雑多孔質構造場における反応流動連成現象の理論シミュレーション手法を開発し、SOFC電極内の反応流動現象など具体的課題へと応用し多孔質電極細孔内における反応流動連成現象を解明することを目的とする。
研究次年度である本年度は、複雑多孔質構造場における反応流動連成現象の理論シミュレーション手法を開発することを目標とし、
1)複雑多孔質場の原子解像度モデル化手法の開発
2)反応流動連成現象解析用分子動力学シミュレータの開発
3)固体酸化物形燃料電池多孔質電極への開発手法の応用
に取り組んだ。
複雑多孔質場の原子解像度モデル化手法の開発は、初年度における開発を継続するとともに、具体的な応用を通して明らかとなった課題に対する追加機能や修正を行った。連成現象解析用分子動力学シミュレータの開発は、GPGPUを用いた並列演算精度の向上に成功した。また、固体酸化物形燃料電池多孔質電極への応用に向けて、まずは単純系のZrO_2系への応用を通して開発手法の課題を明らかにし、手法開発へのフィードバックを行った。
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