発電中アニオン交換膜型燃料電池膜内部の水分子化学組成分布解析と新規電解質膜合成

阴离子交换膜燃料电池膜发电过程中水分子化学成分分布分析及新型电解质膜合成

基本信息

批准号：
21H02044
负责人：
犬飼潤治
金额：
$ 11.23万
依托单位：
University of Yamanashi
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-21H02044/
关键词：
AEMFC CARS 発電水分子時間・空間分布水の定量水の同定 AEM 振動分光 Raman

项目摘要

非白金系触媒を利用する次世代の燃料電池として、アニオン交換膜型燃料電池（AEMFC）の開発が進んでいる。アニオン交換膜（AEM）内部に存在する異なった水素結合をもつそれぞれの水分子を、申請者が開発した顕微光学系を備えたコヒーレントアンチストークスラマン散乱（CARS）分光装置（深さ分解能 1 um、時間分解能 0.5 s）を用いて解析することを目的とする。この情報を用いて、新しい膜の開発につなげる。初年度は、レーザーを新たに選択し、光路系や燃料電池セルなどの装置の改良後、AEMFC定常発電中のAEMおよび水の分子振動をCARS分光によって測定した。空間分解能、時間分解能は、計画通りの値が得られている。本装置の改造により、当初の問題であったAEMの破損はなくなった。放射光X線散乱や中性子凖弾性散乱、量子化学計算の結果もあわせて、CARSスペクトルより得られる水分子の伸縮振動ピークをデコンボリューションすることにより、AEM内部の水分子同定・定量を、世界で初めて可能とした。さらに、中性子線イメージングで得られた定常発電中AEMFC内部の液体水の分布を、CARS分光で得られたAEM内部の水分子の分布と合わせて解析した。なお、CARSとともに、通常のRaman測定を並行して行っている。Raman測定は、電解質液の測定等、既存のデータとその解析結果が存在するために、当初計画より進んだデータ解析を行っている。本研究の一部は、すでに、学会での口頭発表や、原著論文として公表している。

阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）被开发为使用非白金催化剂的下一代燃料电池。目的是使用一个连贯的反stokes拉曼散射（CARS）光谱系统（深度分辨率：1 UM，时间分辨率：0.5 s）在阴离子交换膜（AEM）内分析每个水分子，该水分子是在阴离子交换膜（AEM）内分析的。这些信息可用于导致新膜的发展。在第一年，选择了新的激光器，在对光路系统和燃料电池等设备进行了改进之后，通过汽车光谱法测量了AEMFC稳定发电过程中AEM和水的分子振动。按计划获得空间和时间分辨率。该设备的修改消除了对AEM的损害，这最初是一个问题。通过对从汽车光谱获得的水分子的拉伸振动峰进行反卷积，以及同步辐射X射线散射的结果，中子弹性散射以及AEM内部水分子的数量定量，世界上首先可以使用AEM内部的水分子来识别和量化AEM内部的水分子。此外，通过中子束成像获得的稳定发电过程中AEMFC内部的液体水的分布与汽车光谱法获得的AEM内水分子的分布进行了分析。另外，正常的拉曼测量与汽车并行进行。拉曼测量值涉及数据分析，该数据分析从原始计划中进行，因为存在现有数据及其分析结果，例如电解质溶液测量值。这项研究中的一些已经在学术会议和原始论文中作为口头演讲发表。