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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。
研究最終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の開発を完了し、固体酸化物形燃料電池などへの応用に取り組んだ。活性表面における反応流動現象において、表面での解離吸着を伴う場合は、活性化障壁を超える運動エネルギーを有する分子だけが反応することが確認された。このことは、熱い分子は表面で反応し、多孔体を温め、冷たい分子が気相中に残ることを意味している。すなわち、冷たい分子が多孔体表面と相互作用し、熱エネルギーを受け取る、熱も連成させた現象の理解が大切であることがわかった。
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