| 研究概要 |
固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能を向上させるためには,電解質膜を適正な湿潤状態に保ちプロトン伝導性を高めるとともに,電極触媒部の過剰な水分を速やかに排出してフラッディング発生を防止することが重要である.通常のPEFCでは加湿器を設けアノード・カソード両極に加湿した反応ガスを供給している.しかし近年はPEFCの総合効率向上,並びにコスト低減の目的から加湿器を設けない簡便なPEFCシステムの実用化が求められており,無加湿運転の実現が重要な課題になっている.PEFCの耐ドライアップ性を向上させる方策としてガス拡散層の表面に撥水マイクロポーラス層(MPL)を塗布する手法が一般に適用されているが,MPLに関する適正な設計指針については不明な点が多い.本研究ではMPLの細孔径を減少させガス透過性を低下させると同時に撥水性を弱めることが耐ドライアップ性の向上に有効であることを明らかにした.また撥水MPL表面に親水層を塗布した親水・撥水複合MPL付きガス拡散層を適用すると,親水層により電極触媒部における保湿性が高まると同時に,親水層と基材の間に設けた撥水層により基材部を流れる乾燥ガスが親水層部の水分を取り去ることを抑制できるため耐ドライアップ性の大幅な向上が期待できることを明らかにした.親水層の厚さは5μm程度まで薄く設定することが発電性能の向上に重要である.親水層厚さを過大にすると電極触媒部への酸素供給が阻害され発電性能が低下することがわかった.また親水層の細孔径が発電性能に及ぼす影響は比較的小さいこと,親水性バインダー(PVA:ポリビニルアルコール)量の違いによる親水性の変化は発電性能に大きな影響を及ぼし,PVA量を5%に設定して親水性を適度に高めると発電性能が大幅に向上することなどを明らかにした
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