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2014 年度 実績報告書

固体高分子形燃料電池電極面内劣化要因分布の解明とスタック内劣化セル診断法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 24560247
研究機関大阪府立大学工業高等専門学校

研究代表者

杉浦 公彦  大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00249814)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード燃料電池 / PEFC / 特性診断 / 過渡応答 / エネルギー利用
研究実績の概要

本研究で開発した特性診断器を入口から出口に向かって4分割したセパレータで構成されたPEFCへ適用することで,同一電極面内の劣化要因分布の有無を確認した.その結果,カソード側抵抗分極はガス入口から出口へ向かうにつれて小さくなっていることから,電池反応で生成された水が膜を湿潤することでこのような分布ができるだろうという一般的な認識を数値をもって確認することができた.また,カソード側活性化分極は電池中央部が最も低く,入口および出口付近がやや高くなっており,電池温度がやや高くなる中央部での触媒活性が盛んになることも確認できた.さらに,カソード側拡散分極は,ガス入口から電池中央部付近はほとんど変わらないが,電池中央部からガス出口に向かって大きくなっており,電池反応で生成された水が電池出口付近でフラディングやプラギングを生じやすいことを示しており,当研究室で画像計測した結果と一致していることを確認できた.さらに,ガス利用率を大きくすることでの電池出口付近の燃料不足状態や,逆に大きくすることでの電池温度の低下などの実験も行った結果,それぞれの条件に伴って拡散分極や活性化分極などが変化したこことから,本診断器を使っての劣化防止を図ったセパレータやMEA開発が可能であることを示せた.
また,本診断器を燃料電池商品のメンテナンス機器としての応用の可能性を検討するため,性能が悪いMEAを4セルショートスタックへ紛れ込ませて,そのセルを本診断器で探索した.その結果,スタック全体で診断して性能劣化セルの有無を判断することができたと共に,その中から性能劣化セルを見出し,その劣化要因も診断することができた.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Establishment of performance diagnostics for PEFC stack2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, K. Sugiura, A. Daigo, T. Murakami
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 65 ページ: 183-189

    • DOI

      10.1149/06501.0183ecst

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of Catalyst Layer with Self-water Management for PEFC2015

    • 著者名/発表者名
      R. Arai, K. Sugiura, M. Yamauchi
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 65 ページ: 129-135

    • DOI

      10.1149/06501.0129ecst

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of operating condition for CO2 facilitated transport membrane in Hydrogen Station2015

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, K. Sugiura, K. Akiyama, T. nonouchi, N. Hanai, Y. Kiyohara, J. Miyata, O. Okada
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 65 ページ: 175-181

    • DOI

      10.1149/06501.0175ecst

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Thermal Insulation for Residential Fuel Cells System -Elucidation of the Heat Transfer Mechanism in Insulation-2015

    • 著者名/発表者名
      K. Sugiura, M. Matoba, Y. Imae, K. Imae
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 65 ページ: 191-197

    • DOI

      10.1149/06501.0191ecst

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of degradation checker for PEFC stack2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, K. Sugiura, A. Daigo, T. Murakami
    • 学会等名
      Energy & Materials Research Conference 2015
    • 発表場所
      マドリード,スペイン
    • 年月日
      2015-02-25 – 2015-02-27
  • [学会発表] Behaviour of water generated in PEFC stack using image measurement2015

    • 著者名/発表者名
      Takahito FUJIWARA and Kimihiko SUGIURA
    • 学会等名
      Energy & Materials Research Conference 2015
    • 発表場所
      マドリード,スペイン
    • 年月日
      2015-02-25 – 2015-02-27
  • [学会発表] Development of High Functional Direct Carbon Fuel Cell with Molten Carbonate2015

    • 著者名/発表者名
      Kimihiko Sugiura and Rei Nakamoto
    • 学会等名
      Energy & Materials Research Conference 2015
    • 発表場所
      マドリード,スペイン
    • 年月日
      2015-02-25 – 2015-02-27
  • [学会発表] Evaluation of electrolytic property of porous metal electrode2015

    • 著者名/発表者名
      K. Sugiura, K. Yamaura, T. Noda, Y. Kanoko and S. Tanaka
    • 学会等名
      Energy & Materials Research Conference 2015
    • 発表場所
      マドリード,スペイン
    • 年月日
      2015-02-25 – 2015-02-27
  • [学会発表] Improvement of water gas shift reaction under high CO2 concentration atmosphere2015

    • 著者名/発表者名
      Takeru Omiya, Kimihiko Sugiura, Daisuke Hirabayashi and Osamu Okada
    • 学会等名
      Energy & Materials Research Conference 2015
    • 発表場所
      マドリード,スペイン
    • 年月日
      2015-02-25 – 2015-02-27
  • [学会発表] Establishment of performance diagnostics for PEFC stack2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, K. Sugiura, A. Daigo, T. Murakami
    • 学会等名
      Fuel Cell Seminar & Exposition 2014
    • 発表場所
      ロサンゼルス,アメリカ
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-13
  • [学会発表] Development of Catalyst Layer with Self-water Management for PEFC2014

    • 著者名/発表者名
      R. Arai, K. Sugiura, M. Yamauchi
    • 学会等名
      Fuel Cell Seminar & Exposition 2014
    • 発表場所
      ロサンゼルス,アメリカ
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-13
  • [学会発表] Optimization of operating condition for CO2 facilitated transport membrane in Hydrogen Station2014

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, K. Sugiura, K. Akiyama, T. nonouchi, N. Hanai, Y. Kiyohara, J. Miyata, O. Okada
    • 学会等名
      Fuel Cell Seminar & Exposition 2014
    • 発表場所
      ロサンゼルス,アメリカ
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-13
  • [学会発表] Development of Thermal Insulation for Residential Fuel Cells System -Elucidation of the Heat Transfer Mechanism in Insulation-2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sugiura, M. Matoba, Y. Imae, K. Imae
    • 学会等名
      Fuel Cell Seminar & Exposition 2014
    • 発表場所
      ロサンゼルス,アメリカ
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-13

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公開日: 2016-06-03  

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