固体高分子電解質膜内に分布する水分子の磁気共鳴イメージングによる測定

使用磁共振成像测量固体聚合物电解质膜内分布的水分子

基本信息

  • 批准号:
    12750158
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

固体高分子電解質(SPE)膜を応用した燃料電池などの電気化学機器の性能は、SPE膜内の湿潤状態に著しく左右される。しかしこれまでに、SPE膜内の水分子の分布やその輸送機構は明らかにされていない。そこで、核磁気共鳴イメージング法(MRI)を使い、SPE膜内の水分子分布を実測し、得られた結果から膜内水分子の輸送機構を考察し、輸送モデルを構築することを目標に研究を進め、以下の成果を得た。平成12年度は、電極のない簡単なセルを製作し、流路に空気や水を流し、膜厚方向に生じる水分子の濃度分布の測定をMRIにより試みた。水の変わりに、水(軽水)と性質が同等で、磁気共鳴信号を生じない重水を流路に流し、S/Nが高くなるよう工夫した。その結果、SPE膜の各断面のH-NMRスペクトルが精度良く得られ、SPE膜内の水分子の濃度分布を100μm空間、15s時間分解能で観測できた。さらに、実験条件に対応させた数値解析結果と比較検討し、湿潤膜では水分子と重水分子の相互拡散が生じる、拡散係数がおよそ0.8×10^<-10>m^2/sになる、と考察できた。乾燥膜では、移流的な水分子輸送が見られ、等価的な拡散係数が5×10^<-10>m^2/sになると考察できた。平成13年度は、SPE膜に電極を取り付け、通電時の膜内水分子分布を測ってみた。核磁気共鳴周波数域の信号は、SPE膜を囲む金属、すなわちインターコネクターやガス拡散層に吸収されてしまう。そこで、SPE膜の表面の触媒層を吸着還元プロセスで製作して5μm以下と薄く作る、ガス拡散層を取り除く、膜の周囲から電流を取り出すなどの工夫を施した。その結果、SPE膜の両面、すなわちアノード、カソードの両面が触媒電極に覆われていても、SPE膜内の水分子のNMR信号を観測できることがわかった。また、定性的ながら、水分子の濃度分布を見ることができた。
The performance of solid polymer electrolysis (SPE) film is affected by the performance of fuel cell, the performance of chemical machinery and the state of moisture in SPE film. The distribution of water molecules in the SPE membrane and the distribution of water molecules in the membrane were determined by the transmission mechanism. Nuclear magnetic resonance (MRI) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (MRI) were used to determine the distribution of water molecules in the membrane. The results showed that the distribution of water molecules in the membrane was investigated, and the following results were obtained. In Pingcheng 12, the MRI test was carried out by measuring the molecular temperature distribution of raw water in the direction of film thickness, the temperature distribution of molecules in the flow path, the flow path and the thickness of the film. Water (water), water (water), water (water), The results showed that the precision of H-NMR in each cross section of SPE membrane was good, the molecular density distribution of water in SPE film was 100 μ m space, and the decomposition energy of SPE membrane was 15 s. The results were compared with those of wet membrane, water molecules, heavy water molecules, lt;-10> m ^ 2

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
伊藤衡平: "高分子内の水分子の輸送"第6回 NMRマイクロイメージング研究会. 15-1* (2001)
Kohei Ito:“聚合物中水分子的传输”第 6 届 NMR 显微成像研究组 15-1* (2001)。
  • DOI:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
伊藤衡平, 小川邦康: "CSI法による固体高分子電解質膜内水分子の濃度分布測定と輸送係数の算出"第5回 NMRマイクロイメージング研究会. 28-31 (2000)
伊藤晃平、小川国康:“通过CSI法测量固体聚合物电解质膜中水分子的浓度分布并计算传输系数”第5届NMR显微成像研究组28-31(2000)。
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  • 通讯作者:
伊藤衡平,小川邦康: "CSI法による固体高分子電解質膜内水分子の濃度分布測定と輸送係数の算出"第5回 NMRマイクロイメージング研究会. 28-31 (2000)
伊藤晃平、小川国康:“通过CSI法测量固体聚合物电解质膜中水分子的浓度分布并计算传输系数”第5届NMR显微成像研究组28-31(2000)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
伊藤衡平, 小川邦康: "D20に浸した固体高分子膜内を移動する水分子のMRI計測"第37回 日本伝熱シンポジウム講演論文集. 937-938 (2000)
Kohei Ito、Kuniyasu Okawa:“MRI 测量浸入 D20 中的固体聚合物膜中移动的水分子”第 37 届日本传热研讨会论文集 937-938 (2000)。
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伊藤衡平,小川邦康: "D20に浸した固体高分子膜内を移動する水分子のMRI計測"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 937-938 (2000)
Kohei Ito、Kuniyasu Okawa:“MRI 测量浸入 D20 中的固体聚合物膜中移动的水分子”第 37 届日本传热研讨会论文集 937-938 (2000)。
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  • 作者:
    村松 謙;中島 裕典;西藤 知子;狩俣 貴大;李 林軍;石川 泰史;伊藤 衡平
  • 通讯作者:
    伊藤 衡平

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