プロトン伝導性高分子電解質膜中における水輸送に関する研究

今年度はおもに固体高分子形燃料電池の触媒層に着目し,研究を行った.触媒層構造と電池の性能について,(1)発電実験,(2)触媒層厚さの計測,(3)AFMによる触媒層表面形状の計測を行い,以下の知見を得た.発電実験からは,固体高分子形燃料電池における触媒層の量には出力に対する最適値があることを明らかにし,触媒層の量に関わらず,固体高分子形燃料電池の性能に対する,触媒層内における電解質の含有量の最適値は,およそ30wt%であることを実験により示した.触媒層の厚さ計測からは,触媒層の重量を増やすと触媒層が厚くなることを確認した.さらに触媒層の構成成分を変化させると,触媒層内の電解質の含有量を増やした場合に,30wt%までは触媒層厚さへの影響がないが,40wt%以降は厚さに与える影響が顕著になることを明らかにした.AFMによる触媒層表面形状の計測からは,触媒層内の電解質の含有量が増えると,カーボンパーティクルによる起伏が減り,電解質による起伏が増えることから,電解質の含有量が多いと,触媒層内の構造が変化する可能性が大きいことを明らかにした.以上から,触媒層内の電解質の含有量が30wt%の時は,触媒層内の空隙に電解質が満たされており反応サイトが十分確保されているために,出力が最適となると結論づけた.本研究を通してその他に得られた知見としては,触媒層内の電解質は反応サイトの三相界面を増加させる好影響と,触媒層内のガス拡散の抵抗となる悪影響の両方の面があること,発電性能と加湿との関係として,触媒層が厚いと逆拡散が起きにくいこと,固体高分子膜のホットプレスによる変化は,加圧によるものではなく,加温によるものであり,加温により高分子膜と触媒層の接合がよくなることがあげられる.

今年度はおもに固体高分子形燃料電池の触媒層に着目し,研究を行った.触媒層構造と電池の性能について,(1)発電実験,(2)触媒層厚さの計測,(3)AFMによる触媒層表面形状の計測を行い,以下の知見を得た.発電実験からは,固体高分子形燃料電池における触媒層の量には出力に対する最適値があることを明らかにし,触媒層の量に関わらず,固体高分子形燃料電池の性能に対する,触媒層内における電解質の含有量の最適値は,およそ30wt%であることを実験により示した.触媒層の厚さ計測からは,触媒層の重量を増やすと触媒層が厚くなることを確認した.さらに触媒層の構成成分を変化させると,触媒層内の電解質の含有量を増やした場合に,30wt%までは触媒層厚さへの影響がないが,40wt%以降は厚さに与える影響が顕著になることを明らかにした.AFMによる触媒層表面形状の計測からは,触媒層内の電解質の含有量が増えると,カーボンパーティクルによる起伏が減り,電解質による起伏が増えることから,電解質の含有量が多いと,触媒層内の構造が変化する可能性が大きいことを明らかにした.以上から,触媒層内の電解質の含有量が30wt%の時は,触媒層内の空隙に電解質が満たされており反応サイトが十分確保されているために,出力が最適となると結論づけた.本研究を通してその他に得られた知見としては,触媒層内の電解質は反応サイトの三相界面を増加させる好影響と,触媒層内のガス拡散の抵抗となる悪影響の両方の面があること,発電性能と加湿との関係として,触媒層が厚いと逆拡散が起きにくいこと,固体高分子膜のホットプレスによる変化は,加圧によるものではなく,加温によるものであり,加温により高分子膜と触媒層の接合がよくなることがあげられる.