燃料電池用ポリエーテル系電解質と膜電極接合体に関する研究

燃料电池用聚醚电解质及膜电极组件研究

基本信息

批准号：
18750167
负责人：
宮武健治
金额：
$ 2.37万
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度分子構造を最適化したポリエーテル系電解質(SPE-3)をガス拡散電極へ適用し,その物性を評価した。SPE-3をジメチルアセトアミドに溶解し,市販の白金ナノ粒子高分散担持カーボンブラック(Pt-CB)触媒と混合した。ペースト化した溶液をスプレードライヤーを用いて蒸発乾燥させ,SPE-3を被覆したPt-CBを調製した。電子顕微鏡観察から,SPE-3電解質が触媒上に2-3nm程度の厚さで均一に被覆できていることを確認した。また,水銀ポロシメトリー測定により,触媒のナノ空間にも電解質が充填できていることが示唆された。調製したSPE-3被覆Pt/CB触媒を水/2-プロパノール溶液を用いて再度ペースト化し,撥水化処理を施して拡散層を塗布したカーボンペーパー上に塗布してガス拡散電極とした。SPE-3とカーボンの重量混合比が異なる(SPE-3/CB=0.5,0.8,1.1)3種の電極を調製した。作製した電極は,Nafion NRE212膜を用いてホットプレスを行うことによりMEAとした。セル温度を80℃とし,燃料に加湿水素,酸化剤に加湿酸素を用いて燃料電池運転を行った。オーム抵抗は電解質膜の抵抗(0.05Ωcm^2)よりも若干高い値であったが,カソード加湿温度を上げることにより電解質膜抵抗とほぼ同じ値にまで低下した。SPE-3/CB比やカソード加湿条件が異なるいずれの条件においても,アノード分極はほぼ無視できるほど小さい値であった。一方,カソード特性は低電流密度では比較的優れた性能が得られたが,高電流密度においては特に高加湿条件で著しい分極の増大が認められた。高加湿条件ではSPE-3の膨潤が大きく,酸素の拡散が阻害されるためと考察できる。アノード加湿温度を低下することによりカソードからの生成水逆拡散が増大し,性能を向上させることに成功した。

去年，将具有优化分子结构的聚醚基电解质（SPE-3）应用于气体扩散电极，并评估了其物理性能。将SPE-3溶解在二甲基乙酰氨酰胺中，并与市售的铂纳米颗粒混合，高度分散的碳黑（PT-CB）催化剂。使用喷雾烘干机将糊状溶液蒸发至干燥，以制备SPE-3涂层的PT-CB。电子显微镜观察证实，SPE-3电解质在催化剂上均匀地涂在约2-3 nm的厚度上。此外，汞孔隙法测量表明催化剂纳米空间也可以填充电解质。使用水/2-丙醇溶液对制备的SPE-3涂层PT/CB催化剂进行重新塑料，然后经过防水处理，将扩散层施加到碳纸上以形成气体扩散电极。制备了三种类型的电极，具有不同的SPE-3和碳（SPE-3/CB = 0.5、0.8、1.1）的不同重量混合比。通过使用NRE212膜热按热按压，制成了准备的电极。使用加湿的氢作为燃料和加湿的氧作为氧化剂进行燃料电池。欧姆电阻略高于电解质膜的电阻（0.05Ωcm^2），但是通过增加阴极的湿度温度，电解质膜的电阻降低至与电解质膜电阻的值几乎相同。在SPE-3/CB比率和阴极加湿条件不同的任何条件下，阳极极化几乎忽略不计。另一方面，虽然阴极特征在低电流密度下具有相对出色的性能，但在高电流密度下，尤其是在高潮湿条件下，已经观察到极化的显着增加。可以认为SPE-3在高湿化条件下的肿胀很大，并且氧扩散受到抑制。通过降低阳极的加湿温度，从阴极中产生的水的去液增加了，并且性能已成功提高。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Gas diffusion electrodes containing sulfonated polyether ionomers for PEFCs

DOI：
10.1016/j.electacta.2007.08.054
发表时间：
2007-12
期刊：
Electrochimica Acta
影响因子：
6.6
作者：
A. B. Béléké;K. Miyatake;H. Uchida;Masahiro Watanabe
通讯作者：
A. B. Béléké;K. Miyatake;H. Uchida;Masahiro Watanabe

Durability of Novel Sulfonated Poly(arylene ether) Membrane in PEFC Operation

新型磺化聚亚芳基醚膜在 PEFC 运行中的耐久性

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Electrochem. Commun. 8
影响因子：
0
作者：
T. Miyatake;S. Kato;T. Onishi;S. Tanigawa;T. Matsushita and H. Tamiaki;M.Aoki
通讯作者：
M.Aoki

Enhanced Proton Conduction in Polymer Electrolyte Membranes with Acid Functionalized Polyilsesquioxane

用酸官能化聚倍半硅氧烷增强聚合物电解质膜中的质子传导

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Angew.Chem.Int.Ed 46
影响因子：
0
作者：
S. Litvinchuk;H. Tanaka;T. Miyatake;D. Pasini;T;Tanaka;G. Bollot;J. Mareda;S. Matile;A.Beleke;K.Miyatake
通讯作者：
K.Miyatake

Sulfonated poly(arylene ether sulfone) ionomers containing fluorenyl groups for fuel cell applications