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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18750167/
• 关键词: 燃料電池; 高分子電解質; プロトン伝導; ポリエーテル; 膜; 膜電極接合体

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。

The molecular structure of SPE-3 was optimized and its properties were evaluated. SPE-3 is a highly dispersed carrier of platinum particles in the market. The solution was evaporated and dried. SPE-3 was prepared. Electron microscopy confirmed that SPE-3 electrolyte was uniformly coated on the catalyst with a thickness of 2-3nm. The mercury content of the catalyst is determined by the electrolyte filling method. Preparation of SPE-3 coated Pt/CB catalyst by water/2-phase solution SPE-3/CB= 0.5, 0.8, 1.1. Nafion NRE212 membrane is used for electrode manufacturing. When the temperature is below 80℃, the fuel is humidified and acidified. Resistance of electrolyte membrane (0.05Ωcm^2) is higher than the resistance of electrolyte membrane (0.05Ωcm^2). SPE-3/CB ratio is suitable for humidification under different conditions. On the one hand, the characteristics of low current density are better than those of high current density. On the other hand, high current density is better than those of high humidity. Under high humidity conditions, SPE-3 expands greatly, and acid disperses to prevent damage. The temperature of the humidity is low, and the generated water is dispersed, and the performance is improved.

项目成果

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

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

• 发表时间: 2006
• 期刊: Electrochem. Commun. 8
• 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

• 发表时间: 2007
• 期刊: Angew.Chem.Int.Ed 46
• 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

• DOI: 10.1016/j.memsci.2007.10.037
• 发表时间: 2008-03-05
• 期刊: JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
• 影响因子: 9.5
• 作者: Bae, Byungchan;Miyatake, Kenji;Watanabe, Masahiro
• 通讯作者: Watanabe, Masahiro

Emerging membrane materials for high temperature polymer electrolyte fuel cells: durable hydrocarbon ionomers

• DOI: 10.1039/b612153e
• 发表时间: 2006-11
• 期刊: Journal of Materials Chemistry
• 作者: K. Miyatake;Masahiro Watanabe