Creation of innovative process of porous structure by applying electric potential

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各種電池や分離システムで用いられる粒子堆積状多孔質層の形成方法である湿式作製過程を対象にし、電場印加による気泡発生と輸送挙動、そして多孔質構造の形成に関する基礎現象に注目しその機構解明を進めた。昨年度に引き続き、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell: PEFC）の緻密カーボン層（MicroPorous Layer:MPL）の材料となるカーボンブラックを用い、その混合スラリー液を、プレート電極とニッケルメッシュ電極の間に流しこみ、下部面から加熱し乾燥させて堆積層を製膜した。昨年度感度評価を行った印加電位、スラリー中のpH調整、水アルコール比の最適化により、粒子体積構造における二次細孔径を任意に可変できることを確認した。これを次に燃料電池触媒層を想定した混合スラリーにも応用した。その際にPt/C粒子を流し込んだ後に電場印加することができないため、予め粒子を含まない溶媒のみで電場印加し、その後電極触媒スラリーを流し込み、細孔制御を試みた。MPLほどの明確な差異は確認できなかったが、気泡が鋳型として残存する表層においては、わずかに粒子凝集性が異なることを確認した。そこで次に、このような触媒層の二次細孔径が異なる場合を対象に数値シミュレーションで、カソード酸素還元反応の計算を行った。Pt担持量を変えた２種類の触媒層を対象に、細孔径を100nm～500nmまで変えて計算した。計算には当研究室独自開発のマルチブロック法を用いたコードを用いた。二次細孔が酸素輸送性として有利になることを仮説として考えていたが、細孔径が大きくなることで、相対的に凝集部が拡大し、かえって酸素輸送性の低下、発電特性の低下を引き起こした。計算プログラムに課題があると考え、その改良を今後行う必要がある。