固体高分子形燃料電池の反応工学的カソードモデルの開発

聚合物电解质燃料电池反应工程阴极模型的开发

• 批准号: 22KJ1899
• 负责人: 小川 輝
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1899/
• 关键词: アイオノマー内酸素透過抵抗; 相対湿度依存性; 含水率の指数関数; 物質輸送抵抗の定量化

固体高分子形燃料電池（PEFC）のカソード触媒層（CCL）内の白金担持触媒には導電性高分子のアイオノマーが添加されており、プロトンの輸送経路となっている。一方アイオノマーは白金担持カーボンの表面を被覆しているため、酸素輸送の障害となる。アイオノマー内酸素透過係数が相対湿度や温度、アイオノマー膜厚さにどう依存するかは定式化されていない。本研究では、白金担持触媒の代わりに白金板にスリット状の空隙を設けたスリット触媒を作製し発電を行い、解析を容易にすることで酸素透過抵抗を定量化した。2022年度の研究では、反応温度60 °Cから80 °C、相対湿度0.3から1、アイオノマー膜厚さ240 nm、410 nmでの実験を終えた。酸素透過係数は、相対湿度の関数である含水率の指数関数で表せることを明らかにした。また、透過抵抗はアイオノマー厚さに比例することも確認した。温度依存性について、透過係数は低温ほど小さくなるという予想と反する結果が得られた。白金スリット触媒とは別に、市販の炭素担持白金触媒層を用いて電流電圧曲線を測定した。市販の担持触媒層を用いても、電流電圧曲線の酸素分圧依存性を測定することで、触媒層厚さ方向の物質輸送抵抗を定量化できることを示した。セル温度80 °C、セル湿度79 %、界面電位差0.80 V、酸素分圧66 kPaのとき、セル性能に与える物質輸送抵抗の影響の大きさは、プロトン輸送抵抗の方が酸素輸送抵抗よりも3.2倍大きいことを明らかにした。2023年度は透過係数のアイオノマー厚さ依存性のデータの拡充を行う。また、市販の炭素担持白金触媒を用いた測定から、担体の違いや導電性高分子の違いなど、触媒構造の違いがどの輸送に直結するかを定量的に議論する。

Solid polymer form fuel cell (PEFC) の カ ソ ー ド catalyst layer (CCL) の platinum bear a catalytic に は conductivity polymer の ア イ オ ノ マ ー が add さ れ て お り, プ ロ ト ン の road transport 経 と な っ て い る. One party ア ア <s:1> ノ ノ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> となる るため ボ <e:1> <s:1> <s:1> is covered with <s:1> て るため るため るため and is affected by acid transport となる. ア イ オ ノ マ acid element through the coefficients in ー が phase や temperature and humidity seaborne ア イ オ ノ マ ー film thickness さ に ど う dependent す る か は demean さ れ て い な い. This study で は, platinum bear a catalytic の generation わ り に Bai Jinban に ス リ ッ ト shape を の gap set け た ス リ ッ ト catalyst を cropping し 発 electric line を い, easy parsing を に す る こ と で acid element through resistance を quantitative し た. , 2022 annual の で は 応 temperature 60 ° C か ら 80 ° C, humidity seaborne 0.3 か ら 1, ア イ オ ノ マ ー film thickness さ 240 nm, 410 nm で の be 験 を eventually え た. The acid transmission coefficient, the corresponding humidity <s:1> threshold number である, the moisture content <s:1> index threshold number で table せる とを とを, ら に に た た. Youdaoplaceholder0, confirm the た by resisting the ア ア <s:1> ノ ノ た ノ さに thick さに ratio する と と と と と. Temperature dependency に つ い て, through coefficient は cryogenic ほ ど small さ く な る と い う to think と anti す る results ら が れ た. The platinum スリット catalyst と に and commercially available <s:1> carbon are used to support the platinum catalyst layer を, and the <s:1> て current-voltage curve を is used to determine the た. City dealers の を bear a catalyst layer with い て も, electrical 圧 curve の acid determined points 圧 dependence を す る こ と で, catalyst layer thickness さ direction の material conveying resistance を quantitative で き る こ と を shown し た. セ ル temperature of 80 ° C, セ ル humidity 79%, interfacial potential 0.80 V, acid 圧 66 kPa の と き, セ ル performance に and え る material conveying resistance の の affected き さ は, プ ロ ト ン conveying resistance の party が acid grain conveying resistance よ り も 3.2 times as big as き い こ と を Ming ら か に し た. For the year 2023, the <s:1> transmission coefficient <e:1> ア ノ ノ <s:1> <s:1> thick さ dependence <s:1> デ デ タ 拡 拡 filling を is う. ま た, city vendor の carbon bear a platinum catalyst を with い た determination か ら, bear の violations い い や conductive polymer の spare な ど, catalytic structure の violations い が ど の conveying に straight knot す る か を quantitative に of す る.

项目成果

モデル電極を用いた固体高分子形燃料電池のアイオノマー中酸素透過抵抗の解析

使用模型电极分析聚合物电解质燃料电池离聚物的氧渗透阻力

• 发表时间: 2022
• 作者: Ogawa Hikaru;Kageyama Miho;Gyoten Hisaaki;Kawase Motoaki;小川輝
• 通讯作者: 小川輝

Analysis Method of Oxygen Permeation Resistance of Ionomer in Cathode Catalyst Layer in PEFC

PEFC阴极催化剂层离聚物的透氧性能分析方法

• DOI: 10.1149/10909.0153ecst
• 发表时间: 2022
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Ogawa Hikaru;Kageyama Miho;Gyoten Hisaaki;Kawase Motoaki
• 通讯作者: Kawase Motoaki