Theoretical elucidation of optimal structure for PEMFC catalyst layer based on non-equilibrium thermodynamics

基于非平衡热力学的质子交换膜燃料电池催化剂层优化结构的理论阐释

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2198
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 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 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

本研究は,燃料電池や二次電池などの電気化学デバイスの電極における「不可逆損失の最小化」のための理論の確立を目指す.そのため,「エントロピー生成最小化」に着目し,数値解析に基づき局所エントロピー生成率の空間分布を考察する.今年度は,化学多孔質反応器と電気化学多孔質反応器の2つのシステムにおいて,材料分布の最適化を行った.その目的は,システムの性能を高めることであった.どちらのシステムも,複数の速度・輸送過程を伴い,最適化されたレイアウトを得るため,トポロジー最適化法が使用された.トポロジー最適化は,アドジョイント変数法に基づいており,性能向上は,速度現象と輸送現象の間の妥協点を得ることで達成される.さらに,非平衡熱力学の概念に基づいてエントロピー生成モデルを導出し,エントロピー生成のローカル・グローバルレートを解析した.様々な不可逆性の原因を特定し,個別に定量化する.エントロピー生成の観点から2つの異なる最適化アプローチを比較し,物理化学的な差異を明らかにした.実際の実用例として,固体高分子形燃料電池(PEFC)の非等温二相流モデルを開発した.PEFC電極の構造を最適化し,セル全体の性能を向上させることを目的としている.研究成果は,ジャーナル論文や複数の国内外の会議で発表した.
This study は, fuel cell や secondary battery な ど の electric chemical デ 気 バ イ ス の electrode に お け る の "irreversible loss minimization" の た め の established を mesh refers to す の theory. そ の た め, "エ ン ト ロ ピ ー generation minimization" に mesh し, the numerical analytical に base づ き bureau エ ン ト ロ ピ ー formation rate の spatial distribution を investigation す る. Our は, chemical porous anti 応 と electric chemical porous 気 anti 応 の 2 つ の シ ス テ ム に お い て, optimal material distribution の を line っ た. Youdaoplaceholder0 そ objective, システム そ performance を high める とであった. ど ち ら の シ ス テ ム も, plural の を with い speed, transportation process, optimization さ れ た レ イ ア ウ ト を have る た め, ト ポ ロ ジ ー が optimization method using さ れ た. Optimal ト ポ ロ ジ ー は, ア ド ジ ョ イ ン ト - number method に base づ い て お り, performance は upwards, speed phenomenon と conveying の を の compromise between o 'clock る こ と で reached さ れ る. さ ら に, non-equilibrium thermodynamics の concept に base づ い て エ ン ト ロ ピ ー generated モ デ ル を export し, エ ン ト ロ ピ ー generated の ロ ー カ ル · グ ロ ー バ ル レ ー ト を parsing し た. The 々な irreversibility is similar to the を specific を, and the individual に quantified する. エ ン ト ロ ピ ー generated の 観 point か ら 2 つ の different な る optimization ア プ ロ ー チ を し, physical and chemical な difference を Ming ら か に し た. Practical <s:1> practical application cases と て て, solid polymer fuel cell (PEFC) <s:1> non-isothermal two-phase flow モデ を, development <s:1> た. The <s:1> structure of the PEFC electrode is を optimized <s:1>, セ て the overall <s:1> performance is を upward させる を とを とを objective と て て る る る Research results: ジャ, ジャ, ナ, ナ, や, multiple <s:1>, domestic and international <s:1> conferences: で, publication schedule: た.

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Investigation of irreversibilities in an electrochemical reaction-diffusion system with a topologically optimal layout
研究具有拓扑优化布局的电化学反应扩散系统中的不可逆性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Alizadeh;P. Charoen-amornkitt;T. Suzuki;S. Tsushima
  • 通讯作者:
    S. Tsushima
Entropy generation analysis during adjoint variable-based topology optimization of porous reaction-diffusion systems under various design dimensionalities
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123725
  • 发表时间:
    2022-12-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Charoen-amornkitt, Patcharawat;Alizadeh, Mehrzad;Tsushima, Shohji
  • 通讯作者:
    Tsushima, Shohji
Toward next-generation electrochemical devices: A second law of thermodynamics approach
迈向下一代电化学装置:热力学第二定律方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    P. Charoen-amornkitt;M. Alizadeh;T. Suzuki;S. Tsushima;Mehrzad Alizadeh
  • 通讯作者:
    Mehrzad Alizadeh
Numerical modeling and simulation of polymer electrolyte fuel cells with different ionomer to carbon ratios in catalyst layers
催化剂层中不同离聚物与碳比率的聚合物电解质燃料电池的数值建模和模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Alizadeh;T. Suzuki;S. Tsushima
  • 通讯作者:
    S. Tsushima
Numerical analysis on optimization of porosity distribution in a reaction- diffusion system using an adjoint method
使用伴随法优化反应扩散系统孔隙率分布的数值分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    山本宜季,宮嵜哲郎,曽我部舞奈,川嶋健嗣;澄川貴志;矢代航;P. Charoen-amornkitt,鈴木崇弘,津島将司
  • 通讯作者:
    P. Charoen-amornkitt,鈴木崇弘,津島将司
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Alizadehkolagar Seyedmehrzad其他文献

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    $ 1.6万
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