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

通过创建控制孔隙特性的多孔电极来提高 DFAFC 的功率密度

基本信息

批准号：
22H01858
负责人：
辻口拓也
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01858/
关键词：
直接形燃料電池多孔質電極物質移動気液2相流物質輸送

项目摘要

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。

这项研究旨在通过创建可以控制甲酸向直接甲酸型燃料电池（DFAFC）的阳极电极供应以及抑制电极反应产生的反应的反应的排放来大大提高发电效率。将甲酸（液体）提供给DFAFC的阳极，该阳极促进电极反应并产生CO2（气），从而抑制甲酸向电极供应，这是降低发电效率的一个因素。因此，在这项研究中，我们将开发一种多孔电极，该电极可以控制由甲酸和CO2组成的复杂气体液体两相流量，并且可以以高效率向阳极提供甲酸。在2022财年，我们首先致力于建立一种控制和制造基本多孔层特性的方法，例如孔隙度，润湿性和平均孔径。通过电子循环缝纫机给予扩散层，具有控制孔的大小和螺距，催化剂层的直径最高，量和孔材料（例如聚苯乙烯珠）。这证实，在比较没有孔隙的孔隙时，在扩散层和催化剂层中，输出都增加了约10％。另一方面，还可以确定在涂孔时不一定会增加质量运输速率。这被认为是由于催化剂层的厚度增加，或者毛细管力和抗运输电阻之间的关系根据孔径而逆转。此外，Haruki的研究人员通过将聚合物材料与磁场中添加的磁性材料合成，并在将来准备在催化剂层中的孔径进行准备，从而成功地将聚合物材料中的磁性材料定向。