直接水分供給によるPEFC膜の含水促進とMRI計測に基づく水分浸透現象の解明

固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は次世代の自動車用動力源として注目されている.しかしながら,電解質であるPEFC(固体高分子形燃料電池)膜のプロトン導電性は,乾燥すると大きく減少するため,PEFC膜を常に含水状態に保つ必要がある.本研究課題では,我々が提案している,従来までの加湿ではなく,膜表面から直接,液体水を供給する手法について,直接水分供給時におけるPEFC膜内への水分浸透過程を磁気共鳴イメージング(MRI)を用いて計測し,基礎的に明らかにする.本年度は,電解質膜内の水分輸送機構の解明を試みた.具体的には,電解質膜内の水分輸送は,(1)水素イオンの移動に伴う随伴水,(2)酸素極での電気化学反応による水の生成,(3)濃度拡散,(4)膜表面からの水分の流入・流出,などが関係し,複雑な現象であることから,特に,膜表面から供給する液体水の流入流束を評価するための数値解析コードを新たに開発した.その際,電解質膜のアノード側の一部から液体水を供給した実験結果との比較検討を行うために,アノード側においては,電解質膜への液体水の流入とガス供給チャネルからの水分の流入・流出を考慮した解析モデルの構築を行った.その上で,実験結果との比較・検討を行うことで,液体水供給時の水分浸透現象に関して明らかにし,電解質膜内で供給水がどのように拡散していくのかについても検討を加えた.

固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は次世代の自動車用動力源として注目されている.しかしながら,電解質であるPEFC(固体高分子形燃料電池)膜のプロトン導電性は,乾燥すると大きく減少するため,PEFC膜を常に含水状態に保つ必要がある.本研究課題では,我々が提案している,従来までの加湿ではなく,膜表面から直接,液体水を供給する手法について,直接水分供給時におけるPEFC膜内への水分浸透過程を磁気共鳴イメージング(MRI)を用いて計測し,基礎的に明らかにする.本年度は,電解質膜内の水分輸送機構の解明を試みた.具体的には,電解質膜内の水分輸送は,(1)水素イオンの移動に伴う随伴水,(2)酸素極での電気化学反応による水の生成,(3)濃度拡散,(4)膜表面からの水分の流入・流出,などが関係し,複雑な現象であることから,特に,膜表面から供給する液体水の流入流束を評価するための数値解析コードを新たに開発した.その際,電解質膜のアノード側の一部から液体水を供給した実験結果との比較検討を行うために,アノード側においては,電解質膜への液体水の流入とガス供給チャネルからの水分の流入・流出を考慮した解析モデルの構築を行った.その上で,実験結果との比較・検討を行うことで,液体水供給時の水分浸透現象に関して明らかにし,電解質膜内で供給水がどのように拡散していくのかについても検討を加えた.