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高性能燃料電池のためのポリエーテル系電解質膜に関する研究

高性能燃料电池用聚醚电解质膜的研究

基本信息

批准号：
16750160
负责人：
宮武健治
金额：
$ 2.43万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16750160/
关键词：
燃料電池高分子電解質膜プロトン伝導ポリエーテル

项目摘要

平成17年度はポリエーテル電解質(SPE-1)の改良と膜電極接合体の作成および燃料電池運転試験を行った。低加湿条件下でのプロトン伝導度の向上を目的として、イオン交換容量(IEC)を増大させ分岐または架橋点を導入して安定化した新型のSPE-1膜を合成した。これら分岐・架橋SPE-1膜のプロトン伝導度は未架橋膜に比べて高い値を示した。特に、高いIEC(2.50meq/g)を有する架橋膜ではその効果が顕著であり、100、120℃いずれの温度でも低加湿条件下でのプロトン伝導度を1桁程度向上させることに成功した。SPE-1電解質を用いてコロイド沈着法により触媒層を調製し、燃料電池運転試験を実施した。電解質とカーボンブラックの組成比(SPE-1/CB)を変化させてカソード特性を調べたところ、電流密度900mA/cm^2におけるSPE/CB=1.0電極の白金質量活性は27A/gであり、ペースト法で調製した同じ組成の電極の約2倍高い活性が得られた。この値は、フッ素系電解質(Nafion)で最適化した電極の質量活性20A/gをも上回っている。また、Tafel勾配は理論値の70mV/decにほぼ一致した値が得られていることから、プロトンと酸素が十分に供給されていることが確認できた。実用電位0.7Vにおける電流密度はペースト法電極の2倍(320mA/cm^2)に達した。コロイド沈着法により物質供給を阻害することなく触媒利用率が高められた結果、総合的な性能が大幅に向上したものと考えられる。さらに、濃度過電圧はコロイド沈着法のSPE/CB=0.5の電極が、最も低い値を示しており、高電流密度運転が要求される場合には、0.5≦SPE/CB<1.0の範囲が適していることを見出した。以上の成果から、新型ポリエーテル電解質を用いることにより燃料電池の高性能化が達成できることが明らかとなった。

In 2017, the improvement of SPE-1 and the preparation of membrane electrode assembly and fuel cell operation test were carried out. Under the condition of low humidity, the conductivity of SPE-1 increased, the exchange capacity increased, and the bridging point was introduced to stabilize SPE-1 membrane. The high conductivity of SPE-1 membrane is shown in the comparison of SPE-1 membrane with SPE-1 membrane. In particular, high IEC(2.50meq/g) can be used to bridge the membrane to achieve high temperature, low humidity conditions at temperatures of 100 ℃ and 120℃. SPE-1 Electrolyte Preparation Method for Catalyst Layer and Fuel Cell Operation Test Electrolyte composition ratio (SPE-1/CB) is changed to adjust the characteristics, current density 900mA/cm^2, SPE/CB=1.0 Platinum mass activity of electrode is 27A/g, and the activity of electrode of the same composition is about 2 times higher. The mass activity of the electrode is optimized to 20A/g. The theoretical value of Tafel is 70mV/dec. The current density is twice as high as that of the electrode (320mA/cm^2) when the potential is 0.7V. The catalyst utilization rate is high, and the overall performance is greatly improved. In addition, if SPE/CB=0.5 in the electrode of the concentration overvoltage method, the lowest value is indicated, and if SPE/CB<1.0 in the electrode of the concentration overvoltage method, the highest current density is indicated. The above achievements, new electrolyte use, fuel cell high performance to achieve