Enhancement of robustness and detection of abnormal operation conditions for marine fuel cells

船用燃料电池的鲁棒性增强和异常运行条件检测

• 批准号: 21H01549
• 负责人: 北原 辰巳
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kyushu 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-21H01549/
• 关键词: 船舶海洋工学; 燃料電池; ロバスト性; 安全性; 異常診断

固体高分子形燃料電池（PEFC）は膜電極接合体（MEA）をガス拡散層およびセパレータで挟んだ構造になっており，発電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ドライアップを防ぐとともに，電極触媒層で生成した過剰な水分を速やかに排出してフラッディングによる酸素供給の阻害を防ぐことが重要である．舶用燃料電池は長時間の高負荷運転が要求されるため過剰な生成水に起因するフラッディング，並びに局所的発熱による電解質膜のドライアップを防止することが不可欠であり，耐フラッディングと耐ドライアップの両特性を向上させることが重要課題である．撥水性マイクロポーラス層（MPL）を塗布したガス拡散層を適用すると燃料電池の水管理性が向上し，高い発電性能が得られることを示した研究結果は従来から多く報告されている．しかし耐ドライアップ性と耐フラッディング性を向上させるためのMPLに関する設計指針が異なっており，耐ドライアップ性を高めたMPL付き拡散層は，一般に耐フラッディング性に劣ることが問題である．そこで本研究では撥水MPLの表面に薄い親水層を塗布した親水・撥水Double MPL，並びに撥水MPL中に親水細孔を分散させた親水・撥水複合MPLを開発した．いずれのMPLの場合も親水性を付与したことにより電極触媒層における保湿性が高まるため耐ドライアップ性が向上することがわかった．一方，適正なDouble MPLおよび分散MPLを用いると排水性が高まり，高負荷（高電流密度）条件で電極触媒層の過剰な生成水が排出できるため，従来の撥水MPL付き拡散層の場合と比較して耐フラッディング性が大幅に向上できることが明らかになった．

Solid polymer form fuel cell (PEFC) は membrane electrode gametes (MEA) を ガ ス company, loose layer お よ び セ パ レ ー タ で carry ん だ tectonic に な っ て お り, 発 electrical を upward さ せ る た め に は electrolyte membrane を optimum is な wetted に bartender ち ド ラ イ ア ッ プ を anti ぐ と と も に, Catalyst layer electrode で generated し た before turning な moisture を speed や か に discharge し て フ ラ ッ デ ィ ン グ に よ grain supply の る acid resistance against を ぐ prevention こ と が important で あ る. Persons with fuel cell は の high load for a long time planning が requirements さ れ る た め before turning な generate water に cause す る フ ラ ッ デ ィ ン グ, and び に bureau 発 hot に よ る electrolyte membrane の ド ラ イ ア ッ プ を prevent す る こ と が not owe で あ り, resistance to フ ラ ッ デ ィ ン グ と ド resistant ラ イ ア ッ プ の struck features を upward さ せ る こ と が important topic で あ る. Dial the water-based マ イ ク ロ ポ ー ラ ス layer (MPL) を coated し た ガ ス company, loose layer を applicable す る と fuel cell の conduit rational が し upwards, high い 発 electrical が must ら れ る こ と を shown し た results は 従 to か ら く report more さ れ て い る. し か し ド resistant ラ イ ア ッ プ sex と フ resistant ラ ッ デ ィ ン グ sex を upward さ せ る た め の MPL に masato す pointer が る design different な っ て お り, resistance to ド ラ イ ア ッ プ を high め た MPL pay き company, come loose layer は, general に フ resistant ラ ッ デ ィ ン グ sex に substandard る こ と が problem で あ る. そ こ で this study で は water MPL に thin い の surface layer を affinity coating し た, water splashing water, Double MPL, and び に water in MPL に hydrophilic pores scattered を さ せ た hydrophilic, water composite MPL を open 発 し た. い ず れ の MPL も hydrophilic を の occasions give し た こ と に よ り catalyst layer electrode に お け が high ま る moisturizing sex る た め ド resistant ラ イ ア ッ プ sex が upward す る こ と が わ か っ た. Side, seal is な Double MPL お よ び scattered MPL を with い る と drainage が high ま り, high load conditions (high current density) で catalyst layer electrode の through turning な generate water が discharge で き る た め, 従 to の water MPL pay き company, loose layer の occasions と compare し て フ resistant ラ ッ デ ィ ン グ sex が に sharply upward で き る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Mass Transfer in Microporous Layers for Polymer Electrolyte Fuel Cells Analyzed with Pore Network Modeling

使用孔隙网络建模分析聚合物电解质燃料电池微孔层中的传质

• DOI: 10.1149/10408.0129ecst
• 发表时间: 2021
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Hironori Nakajima;Shintaro Iwasaki;Tatsumi Kitahara
• 通讯作者: Tatsumi Kitahara

Marine Solid Oxide Fuel Cells Having Honeycomb Structures

具有蜂窝结构的船用固体氧化物燃料电池

• DOI: 10.5988/jime.56.762
• 发表时间: 2021
• 期刊: Marine Engineering
• 作者: 林悠太;曽根田健輔;横関智弘;永田修一;中島裕典，北原辰巳
• 通讯作者: 中島裕典，北原辰巳

Effect of the Hydrophilic Layer in Double Microporous Layer Coated Gas Diffusion Layer on PEFC Performance

双微孔层涂覆气体扩散层亲水层对PEFC性能的影响

• 发表时间: 2022
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Peng WANG;Hironori Nakajima;Tatsumi Kitahara
• 通讯作者: Tatsumi Kitahara

Pore Network Modeling of a Microporous Layer for Polymer Electrolyte Fuel Cells under Wet Conditions

潮湿条件下聚合物电解质燃料电池微孔层的孔网络建模

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.232677
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: Hironori Nakajima;Shintaro Iwasaki;Tatsumi Kitahara
• 通讯作者: Tatsumi Kitahara

Hydrophilic and Hydrophobic Microporous Layer Coated Gas Diffusion Layer for Enhancing PEFC Performance

亲水和疏水微孔层涂覆的气体扩散层可增强 PEFC 性能

• DOI: 10.1149/10408.0117ecst
• 发表时间: 2021
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Peng WANG;Hironori Nakajima;Tatsumi Kitahara
• 通讯作者: Tatsumi Kitahara