固体高分子型燃料電池における水分濃度勾配生成現象とプロトン移動機構の解明

阐明聚合物电解质燃料电池中水浓度梯度产生现象和质子转移机制

• 批准号: 14750131
• 负责人: 津島 将司
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750131/
• 关键词: 燃料電池; 磁気共鳴イメージング; 水分輸送; 固体高分子電解質膜

固体高分子型燃料電池は,出力電流密度が高く,低温作動が可能であるため,次世代の自動車用動力源として,現在,注目されている.しかしながら,固体高分子電解質膜のプロトン伝導性は膜の乾燥に伴い大きく減少するため,膜の湿潤状態の管理が重要である.本研究課題においては,磁気共鳴イメージング(MRI)による発電中におけ多燃料電池膜内の水分布を直接計測する手法を開発し,膜内の水分輸送機構を基礎的に明らかにすることを目的としている.本年度は,電解質膜内におけるカソード側からアノード側への生成水の拡散流束に着目し,従来,報告されている電解質膜の薄膜化による拡散流束の増大,すなわち電解質膜の含水促進に関する実験を行った.具体的には,膜厚の異なる電解質膜を用いて燃料電池セルによる発電実験を行い,電解質膜の薄膜化がもたらす導電抵抗低減効果は,従来,考えられているよりも小さいことが電気化学インピーダンス計測により明らかになった.この要因を昨年度,開発したMRI計測技術を適用することにより調べたところ,電解質膜の含水量は,薄膜化とともに減少するという新たな知見を得た.さらに,薄膜化によって実現できる高出力電流密度域においても,電解質膜の含水量は増加せず,出力電流密度の増大とともに電解質膜の含水量が低下する傾向があることが明らかになり,電解質膜内の水分輸送において,電気浸透が大きく影響を与えていることが明らかになった.

Solid polymer fuel cell は, high output current density が く, low actuation が may で あ る た め, next generation の automatic vehicle power supply と し て, now, striking さ れ て い る. し か し な が ら, solid polymer electrolyte membrane の プ ロ ト ン 伝 conductivity は dry membrane の に with large い き く reduce す る た め, membrane の wetted の management important で が あ る. This research topic に お い て は, magnetic 気 resonance イ メ ー ジ ン グ (MRI) に よ る 発 electricity in に お け を の water distribution in fuel cell membrane more directly measuring す る gimmick を open 発 し, membrane based に Ming を の moisture transportation agencies in ら か に す る こ と を purpose と し て い る. Within this year は electrolyte membrane に お け る カ ソ ー ド side か ら ア ノ ー ド side へ の generate water の company, diffuser に mesh し, beam 従 to report さ れ て い る の film electrolyte membrane change に よ る company, diffuser の raised large beam, す な わ ち の aqueous electrolyte membrane promote に masato す る be 験 を line っ た. Specific に は, film thickness の different な を る electrolyte membrane with い て fuel cell セ ル に よ る 発 electricity be 験 を い, electrolyte membrane の film change が も た ら す conductive resistance low cut sharper fruit は, 従, take an examination of え ら れ て い る よ り も small さ い こ と が electric chemical イ 気 ン ピ ー ダ ン ス measuring に よ り Ming ら か に な っ た. こ の by を yesterday annual, open 発 し た MRI Measurement techniques を applicable す る こ と に よ り adjustable べ た と こ ろ, electrolyte membrane は の water content, film change と と も に reduce す る と い う new た な knowledge を た. さ ら に, film change に よ っ て be presently で き る force higher current density domain に お い て も, は raised の electrolyte membrane water content and せ ず, large output current density の raised と と も が の に electrolyte membrane water content is low Under す る tendency が あ る こ と が Ming ら か に な り, electrolyte membrane is の moisturetransport に お い て, bigger 気 saturate が き く influence を and え て い る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Teranishi, K., Tsushima, S., Hirai, S.: "Membrane Thickness Effect on PEFC's Performance by Measurement of Water Distribution"Thermal Science and Engineering. 11・5. 35-36 (2003)

Teranishi, K.、Tsushima, S.、Hirai, S.：“通过测量水分布来测量膜厚度对 PEFC 性能的影响”热科学与工程 11・5 (2003)。

Teranishi, K., Tsushima, S., Hirai, S.: "Measurement of water distribution in polymer electrolyte fuel cell membrane by MRI"Thermal Science and Engineering. 10・4. 59-60 (2002)

寺西K.、津岛S.、平井S.：“通过MRI测量聚合物电解质燃料电池膜中的水分布”《热科学与工程》10・4（2002年）。