Improvement of power density of DFAFC by creating the porous electrode controlling the pore properties

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本研究では直接ギ酸型燃料電池（DFAFC）のアノード電極へのギ酸供給と電極反応で発生する反応阻害気体排出を制御可能な多孔質電極を創製し、発電効率を飛躍的に向上させることを目的とする。DFAFCのアノードではギ酸（液）が供給され、電極反応が増進するとともにCO2(気体)が生成するため、ギ酸の電極への供給阻害が起こり、発電効率低下の一因となっている。そのため、本研究ではギ酸とCO2からなる複雑な気液2混相流を制御し、アノードへギ酸のみを高効率で供給可能な多孔質電極を開発する。2022年度は、まず空隙率・濡れ性・平均細孔径といった基本的な多孔質層物性の制御・作製方法の確立に取り組んだ。拡散層に関しては電子サイクルミシンで細孔径とピッチを制御した細孔を付与し、触媒層ではポリスチレンビーズなどの造孔材によって径と量の制御された最高の付与に成功した。これにより、細孔を付与しないものとしたものを比較すると、拡散層・触媒層いずれの場合においても出力が1-2割程度増加することが確認できた。一方、細孔を付与した場合に必ずしも物質輸送速度が増加しないことも確認された。これは、触媒層の厚さが増加することなどによるもの、細孔径に応じて毛管力の大小と輸送抵抗の関係が逆転することなどによるものと考えられる。さらに、研究分担者の春木は磁性材料を添加した高分子材料を磁場中で合成することにより、高分子材料内の磁性材料を配向させることに成功しおり、今後の触媒層での細孔配向の準備を進めている。