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

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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．