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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

基本信息

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

项目摘要

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。

The platinum-supported catalyst in the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) catalytic layer (CCL)はConductive polymer のアイオノマーがadded されており, プロトンのtransportation 経路となっている. One side of the アイオノマーは platinum supports the カーボンのsurface を coating しているため and the acid transport のとなる. The acid transmittance coefficient of acrylic acid is relative to humidity and temperature, and the thickness of acrylic acid film depends on the formula. In this study, the platinum plate was used as a catalyst, and the platinum plate was in the shape of a gap. The catalyst can be produced easily, the analysis can be easily carried out, and the acid permeation resistance can be quantified. The research results for 2022 include a reaction temperature of 60 °C and a temperature of 80 °C, a relative humidity of 0.3から1, a film thickness of 240 nm, and a final thickness of 410 nm. The acid transmittance coefficient and relative humidity index are shown in the table.また, through resistance はアイオノマー thick さに proportion することもconfirmation した. Temperature dependence, transmission coefficient, low temperature, small temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, low temperature, etc. The platinum スリットcatalyst was measured using the current and voltage curve of the commercially available carbon-supported platinum catalyst layer. Commercially available catalytic layer support equipment, measurement of acid element pressure dependence of current and voltage curves, quantification of material transport resistance in the direction of catalyst layer thickness, and quantification of catalytic layer thickness are shown. The temperature of the room is 80 °C, the humidity of the room is 79%, the interface potential difference is 0.80 V, and the acid separation pressure is 66 kPaのとき、セルperformanceに、えるMaterial transport resistanceの大きさは、プロトきいことを明らかにしたきいことを明らかにしたIn 2023, the coefficient of penetration is the thickness of the dependence. The conductivity of commercially available carbon-supported platinum catalysts was measured with high scores. Submission of violation, catalyst structure of violation of transmission and direct connection of quantitative discussion.