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Multiscale Transport Enhancement of Water and Oxygen for High Power Output PEM Fuel Cells

高功率输出 PEM 燃料电池的水和氧的多尺度传输增强

基本信息

批准号：
21H01254
负责人：
田部豊
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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-21H01254/
关键词：
熱工学燃料電池

项目摘要

固体高分子形燃料電池内のナノからサブミリスケールまで、触媒層からガス拡散層までの一貫したマルチスケール水・酸素輸送促進を実現する電池構造、運転手法を明らかにすることを目的とし、酸素輸送抵抗の分離手法の確立およびそれぞれのスケールの輸送抵抗低減のための検討を行った。主な成果を以下にまとめる。１．前年度に確立した電池内のマルチスケールの凝縮水がそれぞれ酸素輸送損失に及ぼす影響を分離して評価できる手法を用い、セル温度および供給ガス湿度が、凝縮水滞留と酸素輸送抵抗の増大に及ぼす影響を定量的に明らかにした。２．ガス拡散層内のリブ下から流路への凝縮水排出を促進するために、ナフィオンのスプレー塗布をリブ下ガス拡散層表面のみに限定する手法を確立した。さらに、ガス拡散層内から表面への排出とガス拡散層表面からのセル外への排水の両者をバランスよく効率的に実現する重要性を明らかにした。３．触媒層とマイクロポーラス層の界面からの滞留水排出を期待し、マイクロポーラス層に大細孔を付与する構造を検討した。マルチスケール酸素輸送抵抗の分離評価、および凍結固定化法とクライオSEM観察の結果、大細孔付与は界面の凝縮水排出ではなく、マイクロポーラス層内の凝縮水分布の改善に主に効果があることを明らかにした。これにより、低温・高湿度条件でのフラッディングの影響を軽減することが可能であることを示した。また、親水性と疎水性のハイブリッドマイクロポーラス層を試作し、その改善効果を確認した。４．グラフェンを用いた電解質を使用しないアイオノマーフリーの触媒層をエレクトロスプレー法により作製し、超低白金でも高い発電性能が達成できることを示した。さらに、白金量を増やして性能向上を実現するために、触媒層厚み方向のプロトン伝導を賄うナフィオン骨格構造の試作もエレクトロスピニング法を用いて行った。

In the solid polymer fuel cell, in the solid polymer fuel cell, there is a high concentration of water and acid in the solid polymer fuel cell. In the solid polymer fuel cell, in the solid polymer fuel cell. The main results are listed below. 1. In the previous year, it is necessary to ensure that the condensate in the battery is used for the transport and separation of condensate. The temperature is used to supply the humidity, and the retention of acids in the condensate is used to determine the temperature of the condensate. 2. To remove the condensate from the bottom of the flow path, to facilitate the discharge of condensed water, to facilitate the discharge of condensate, to facilitate the discharge of condensed water. There is a clear indication of the importance of the rate of internal and external drainage of the surface. 3. The interface of the catalyst is to discharge the stagnant water and pay for the large hole. The method of immobilization was used to observe the results of SEM observation, the results of the discharge of condensate from the interface, the distribution of condensate in the interface, the distribution of condensate and the distribution of condensate were improved. Low temperature and high humidity conditions, low temperature and high humidity, low temperature, high humidity, low temperature and high humidity. Make sure that you can improve the quality of the water. 4. In the case of ultra-low platinum, the performance of the ultra-low platinum alloy and the high temperature performance of the ultra-low platinum alloy will be verified by the use of the thermal decomposition method, which can be used as an indicator of the performance of the ultra-low platinum alloy. The performance of platinum and platinum has been improved, and the thickness of the catalyst has led to the formation of a bone lattice.