Effects of surface modified nano carbon materials by pulsed power on polymer electrolyte fuel cell

脉冲功率表面改性纳米碳材料对聚合物电解质燃料电池的影响

• 批准号: 21K04010
• 负责人: 今坂 公宣
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04010/
• 关键词: パルスパワー; 表面改質; ナノカーボン; 固体高分子型燃料電池; オゾン; 官能基; ナノ材料; ナノチューブ・ナノホーン; 燃料電池; 電子電気材料

本研究では、パルスパワー技術を用いてカーボンナノチューブ(CNT)等のナノカーボンの表面改質を行うことにより付加価値の高い材料として創製し、固体高分子型燃料電池(PEFC)の電極材料として応用することを目的としている。本年度は、パルスパワー技術として磁気パルス圧縮パルスパワー電源を用いて酸素雰囲気中でのバリア放電によりオゾンを生成し、ナノカーボンのオゾン暴露による表面改質を昨年度より継続して行った。バリア放電の条件として繰り返し周波数の影響を調査するために100、500Hzで行った(昨年度300Hz)。表面改質におけるオゾン暴露の時間依存性を検討するために放電時間は30分(昨年度60分)とした。酸素供給量は1L/minとした。100、500Hzにおけるオゾン濃度は放電開始1分程度で50、150ppmに達し、30分でそれぞれ100、300ppm程度まで達した。ナノカーボンとして多層CNTとカーボンナノホーン(CNH)を用いた。本バリア放電の条件下でオゾン暴露後のナノカーボンの水中分散性の経時変化を観察した結果、1週間ほど分散性が維持された。X線光電子分光法(XPS)のスペクトル波形分離を用いて表面分析を行った結果、酸素を含む複数種類の親水性官能基が導入されていることがわかった。このとき酸素の結合割合は100Hzの方が500Hzよりも多くなる傾向が伺えた。さらにCNTとCNHをPEFCの電極材料として膜電極接合体(MEA)を作製し、水素極と酸素極に使用する表面改質の有無によるナノカーボンの4種類の組み合わせで出力特性試験を行った。その結果、表面改質したナノカーボンを水素極、または両電極に使用することで出力電力が2倍以上増加することがわかった。これらの実験結果は非常に有益な研究成果であると考えられる。

This study で は, パ ル ス パ ワ を ー technology with い て カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (CNT) の ナ ノ カ ー ボ ン の surface modification を line う こ と に よ り plus 価 numerical の high い material と し て created し type, solid polymer fuel cells (PEFC) の electrode materials と し て 応 with す る こ と を purpose と し て い る. This year は, パ ル ス パ ワ ー technology と し て magnetic 気 パ ル ス 圧 shrinkage パ ル ス パ ワ ー power を with い て acid element 雰 囲 気 in で の バ リ ア discharge に よ り オ ゾ ン を generated し, ナ ノ カ ー ボ ン の オ ゾ ン exposed に よ る surface modification を yesterday annual よ り 継 続 し て line っ た. の バ リ ア discharge conditions と し て Qiao り return し cycle for の impact を investigation す る た め に 100, 500 hz line で っ た (last year 300 hz). Surface modification における, ゾ, <s:1> exposure time dependence を検 for するために discharge time <e:1> 30 points (60 points for the previous year)と た た. The supply of acid is と 1L/min and と た. At 100 and 500Hz, における and ゾ respectively, the discharge begins at a concentration of ゾ. At 1 minute, the degree is で at 50 and 150 PPM に, reaching まで and 30 minutes respectively. At 100 and 300 PPM, the degree is まで and た. ナ ノ カ ー ボ ン と し て multilayer CNT と カ ー ボ ン ナ ノ ホ ー ン (CNH) を い た. Under the condition of the バ リ ア discharge の で オ ゾ ン exposure after の ナ ノ カ ー ボ ン の water dispersion の 経 variations change when を 観 examine し た results, 1 week between ほ ど dispersion が maintain さ れ た. X-ray photoelectron spectrometry (XPS) の ス ペ ク ト ル を waveform separation with い を line っ て surface analysis た results, acid contains を む plural kinds の hydrophilic functionality が import さ れ て い る こ と が わ か っ た. <s:1> と と と acid-element <s:1> binding and cleavage <s:1> 100Hz <s:1> direction が500Hzよ <s:1> <s:1> <s:1> many くなる tendency が えた えた えた. さ ら に CNT と CNH を PEFC の electrode materials と し て membrane electrode gametes (MEA) を し, water change extremely と acid element に use す る surface modification の presence of に よ る ナ ノ カ ー ボ ン の group 4 kinds の み close わ せ で output characteristics test line を っ た. そ の results, surface modification し た ナ ノ カ ー ボ ン を water extremely, ま た は struck electrode に use す る こ と で output power が 2 times more rights and す る こ と が わ か っ た. The practical results of れら and <s:1> are very に beneficial. The な research results であると test えられる.