固体高分子形燃料電池における触媒層構造の設計

聚合物电解质燃料电池催化剂层结构设计

• 批准号: 07J04455
• 负责人: 千坂 光陽
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J04455/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; 膜電極接合体; 触媒層; 細孔分布; 厚み

本研究では固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の製作工程及び触媒インク溶媒が触媒層構造に与える影響を解明した。イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコールの三種類の有機溶媒を触媒インクに用いてデカル法により触媒層を作成した。作成した触媒層の構造を水銀圧入式ポロシメータによる細孔分布測定、レーザー変位計による厚み測定及び電流-電圧特性の測定により評価した。電流一電圧特性の測定時には白金使用量を0.08mg/cm^2から0.3mg/cm^2の範囲とした。得られた主な知見は以下の4点である。1.触媒層におけるカーボンのアグリゲート間隙に起因する細孔直径は、プロトン導電性ポリマーが混合されることにより約20nm増加する。2.触媒層の直径約107nm以下の細孔容積は触媒インク溶媒により制御され、イソプロピルアルコールに比べ沸点が高いエチレングリコール、プロピレングリコールを用いることで増加させることが可能である。3.触媒層と固体高分子膜をホットプレスすることにより、細孔直径が約30nm程度小さくなる。プロトン導電性ポリマーが直径約107nm以下の細孔内に浸入したと推定される。4.エチレングリコールを触媒インク溶媒に使用して製作した触媒層はプロピレングリコールを触媒インク溶媒に使用して製作した触媒層に比べ(1)細孔容積が小さく、三相界面が大きいため0.1A/cm^2以下の低電流密度域においてはいかなる白金使用量でも高い電圧が得られる。(2)しかしながら0.94A/cm^2以上の高電流密度域において白金使用量を0.3mg/cm^2とした場合には低い電圧を示した。前者は後者に比べその厚みが1/1.3であり、空隙率が小さいため、より小さい白金使用量において物質移動が性能を決定したと推定される。

This study aims to clarify the engineering of membrane electrode assembly fabrication and the influence of catalyst solvent on the structure of catalyst layer in polymer fuel cells. Three kinds of organic solvents are used to prepare catalyst layers. The structure of the catalyst layer was evaluated by measuring the pore distribution, thickness and current-voltage characteristics of the catalyst layer. When measuring current-voltage characteristics, the platinum consumption is 0.08mg/cm^2 to 0.3mg/cm^2. The following is a list of four points. 1. The pore diameter of the catalyst layer is increased by about 20nm due to the dispersion of the catalyst layer. 2. The pore volume of the catalyst layer with a diameter of about 107nm or less increases with the catalyst solvent, solvent, solvent and boiling point. 3. The catalyst layer has a pore diameter of about 30nm. Immersion into pores with a diameter of about 107nm or less is presumed. 4. The catalyst layer is prepared by using the catalyst solvent. The catalyst layer is prepared by using the catalyst solvent. The pore capacity is smaller than that of the catalyst layer. The three-phase interface is larger than that of the catalyst layer. The low current density range below 0.1A/cm^2 is larger than that of the catalyst layer. The platinum consumption is higher. (2)For high current density ranges above 0.94A/cm^2, platinum consumption is 0.3mg/cm^2, and for low voltage ranges, platinum consumption is 0.94A/cm^2. The former is thicker than the latter by 1/1.3, the void ratio is smaller, the platinum usage is smaller, and the material movement performance is determined.

项目成果

固体高分子形燃料電池における触蝶インク溶媒が触媒層構造に与える影響

触觉墨水溶剂对聚合物电解质燃料电池催化剂层结构的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: 日高聡太;永井聖剛;行場次朗;日高聡太;Kosuke Soda;Kosuke Soda;曽田公輔;曽田公輔;曽田 公輔;Kosuke Soda;安部博之;檜垣徹太郎;檜垣 徹太郎;檜垣 徹太郎;千坂 光陽
• 通讯作者: 千坂 光陽