水素利用固体高分子型燃料電池におけるミクロ輸送機構の解明
阐明氢聚合物电解质燃料电池的微传输机制
基本信息
- 批准号:00J10218
- 负责人:
- 金额:$ 1.92万
- 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:2000
- 资助国家:日本
- 起止时间:2000 至 2002
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
次世代自動車用動力源として期待の高まる固体高分子型燃料電池であるが,その大量導入を達成するためには高性能化・低コスト化の実現が必須となる.本研究では燃料電池内での根本的な現象である原子スケールでの物質輸送現象を解明し,それらの知見に立脚した設計指針を提案することを目的として研究を遂行した.昨年度では,電池性能に多大な影響を与えるカソード側Pt触媒のCu, Ni, Co, Feによる合金化により,触媒の高活性化が実現できることを発見した.しかし合金化による高活性化のメカニズムに関しては不明であった.本年度では,触媒能の本質となる電子構造まで定量的に解析することが可能な第一原理分子動力学法を適用し,カソード触媒反応機構と合金効果の解明を行った.有限温度での第一原理分子動力学法を用い,原子スケ-ルでの界面反応経路は,O_2→O_2(ad)→HO_2(ad)→H_2O_2(ad)→H_2O(ad)+OH(ad)→2H_2O(ad)→2H_2Oとなることが明かとなった.さらにこれらの反応経路に対してポテンシャルエネルギーを算出したところ,Pt上においては最終過程のH_2O(ad)の脱離過程が0.73eV(実験値0.65eV)という最大のポテンシャル障壁を有することが判明し,OH(ad)等に代表される酸化種による被覆率の増大が反応速度を低減させる可能性が指摘された.また,Pt-X(X=Cu, Ni, Co, Fe)合金上においてはH_2O(ad)の脱離過程のポテンシャル障壁が0.15eV程度も低下する現象が発見され,これらの合金上においてカソード反応速度が増大する要因が,H_2O(ad)の脱離促進による被覆率の低下によるものであることが判明した.以上から,合金化による反応活性の増大のメカニズムが明らかになると共に,高活性カソード触媒の開発にとってH_2O(ad)・触媒間相互作用の低下が重要であると言う設計指針を得た.
The next generation of automatic vehicle power source is expected to be high performance and low performance. This study aims to clarify the fundamental phenomena of atomic transport in fuel cells and to develop new design guidelines. Last year, how much influence on battery performance and how good the Pt catalyst Cu, Ni, Co, Fe alloying, catalyst high activity to achieve this. The alloy is highly active, and the alloy is highly reactive. This year, the nature of catalyst energy, electronic structure, quantitative analysis, possible application of first-principles molecular dynamics method, good catalyst reaction mechanism and alloy effect are studied. In the application of first-principles molecular dynamics method at finite temperature, the interfacial reaction path of atoms is O_2 →O_2(ad)→HO_2 (ad) → H_2O_2 (ad) → H_2O(ad)+OH(ad)→ 2H_2O (ad) → 2H_2O(ad). In this case, the separation process of H_2O(ad) in the final process is 0.73eV(actual value 0.65eV), and the maximum concentration of H_2O(ad) is 0.73eV(actual value 0.65eV). In addition, the phenomenon that the barrier of H_2O(ad) detachment process decreases to 0.15 eV on Pt-X(X=Cu, Ni, Co, Fe) alloys is observed. The reason why the velocity of H_2O (ad) detachment increases is that the coverage of H_2O (ad) detachment promotion decreases. In addition, the design guidelines for the development of H_2O(ad)·catalyst interaction are obtained.
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
陣内亮典, 岡崎健: "第一原理分子動力学法によるPEFC用高活性合金触媒の探索"第43回電池討論会. 508-509 (2002)
Akinori Jinnai、Ken Okazaki:“使用第一原理分子动力学方法寻找 PEFC 的高活性合金催化剂”第 43 届电池研讨会 508-509 (2002)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
Ryosuke Jinnouchi, Ken Okazaki: "Molecular Dynamics Study of Transport Phenomena in Perfluorosulfonate Ionomer Membranes for Polymer Electrolyte Fuel Cells"Journal of The Electrochemical Society. 150・1. (2003)
阵之内凉介、冈崎健:“聚合物电解质燃料电池用全氟磺酸盐离聚物膜中传输现象的分子动力学研究”电化学会杂志150・1。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
陣内亮典, 岡崎健: "第一原理分子動力学法によるPEFCカソード界面反応素過程の解明と高活性合金触媒の探索"水素エネルギー協会大会予稿集. 89-92 (2002)
Akinori Jinnai、Ken Okazaki:“通过第一原理分子动力学方法阐明 PEFC 阴极界面反应的基本过程并寻找高活性合金催化剂”氢能协会会议记录 89-92 (2002)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
Ryosuke Jinnouchi, Ken Okazaki: "Molecular Simulati6n Study of Microscale Transport Phenomena in Polymer Electrolyte Fuel Cell"Proceedings of the Twelfth International Heat Transfer Conference. 489-494 (2002)
Ryosuke Jinnouchi、Ken Okazaki:“聚合物电解质燃料电池中微尺度输运现象的分子模拟研究”第十二届国际传热会议论文集。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
陣内亮典, 岡崎健: "固体高分子形燃料電池用カソード触媒の物理-酸素還元反応機構-"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 327-328 (2002)
Akinori Jinnai,Ken Okazaki:“聚合物电解质燃料电池阴极催化剂的物理-氧还原反应机理”第39届日本传热研讨会论文集327-328(2002)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
陣内 亮典其他文献
陣内 亮典的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
相似海外基金
Analysis of multi-scale mass transport phenomena in catalyst layer for the development of the efficiency of polymer electrolyte fuel cell
分析催化剂层中的多尺度传质现象以提高聚合物电解质燃料电池的效率
- 批准号:
18H01364 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Investigation of the mass transport phenomena in the energy device supplying the liquid fuel
供应液体燃料的能源装置中质量传输现象的研究
- 批准号:
18H01774 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Clarification of heat and mass transport phenomena of heat cluster type geothermal heat pump
澄清热团簇式地源热泵的传热传质现象
- 批准号:
17K07035 - 财政年份:2017
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Mass Transport Phenomena in Cement-Based Materials Using Magnetic Resonance Imaging
使用磁共振成像研究水泥基材料中的质量传递现象
- 批准号:
426992-2012 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Master's
Integrative Understanding of Mass Transport Phenomena in a PEMFC by Laser Ablation Tagging Visualization and Oxygen Absorption Spectroscopy
通过激光烧蚀标记可视化和氧吸收光谱综合理解质子交换膜燃料电池中的传质现象
- 批准号:
22246024 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Mass transport phenomena in cement-based materials
水泥基材料中的传质现象
- 批准号:
155972-2005 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Discovery Grants Program - Individual
Mass transport phenomena in cement-based materials
水泥基材料中的传质现象
- 批准号:
155972-2005 - 财政年份:2008
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Discovery Grants Program - Individual
Understanding Interfacial Mass Transport Phenomena in Biphasic Ionic Liquid Systems with Organic Solvents and Compressed CO2
了解有机溶剂和压缩 CO2 的双相离子液体系统中的界面传质现象
- 批准号:
0731244 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Standard Grant
Mass transport phenomena in cement-based materials
水泥基材料中的传质现象
- 批准号:
155972-2005 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Discovery Grants Program - Individual
Tailored regional gravity field models for mass distribution and mass transport phenomena in the Earth system.
针对地球系统中质量分布和质量传输现象定制的区域重力场模型。
- 批准号:
30061016 - 财政年份:2006
- 资助金额:
$ 1.92万 - 项目类别:
Priority Programmes