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ハイブリッド流路による燃料電池内水バランス解析と無加湿運転流路デザイン

使用混合流路和非加湿操作的流路设计对燃料电池进行水平衡分析

基本信息

批准号：
10J02373
负责人：
高園康隼
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子形燃料電池(PEFC)の実用化のためには,スペースのコンパクト化,低コスト化,及び総合効率の観点から供給ガスを加湿する加湿器という装置を必要としない運転が求められている.従ってPEFCの無加湿運転時において高い発電性能を発揮する流路形状に対する設計指針を得ることはPEFCの実用化に対して大きく貢献できるものであると考えられる.本年度はカソード無加湿及び両極無加湿として流路形状が発電性能に及ぼす影響を(1)サーペンタイン流路(2)対向櫛形流路(3)サーペンタインハイブリッド流路の3流路に関してI-V測定により調べ,電気化学インピーダンス分光法により,無加湿運転時における各流路の各抵抗要素の値を解析した.特に電気化学分光法により得られたナイキスト線図は伝送線モデルという等価回路を用いてフィッティングを行うことによりフィッティングの精度を向上させ,抵抗要素の細分化を行った.その結果以下の知見が得られた.(1)カソード無加湿及び両極無加湿運転時の発電性能を比較した結果,幣研究室が開発したサーペンタインハイブリッド流路が最も高い発電性能を示した.次いで対向櫛形流路,サーペンタインハイブリッド流路の順であった.(2)電気化学インピーダンス分光法により抵抗要素を解析すると,発電性能に大きな影響を与える抵抗はオーム抵抗やプロトン伝導抵抗といった膜電極接合体(MEA)の湿潤状態に依存する抵抗要素であることがわかった.すなわち,サーペンタイン流路ではMEAが乾燥し,サーペンタインハイブリッド流路では乾燥が抑制されている.(3)両極無加湿運転時の発電性能の水バランス解析法の結果から,両極無加湿運転時にはカソードからアノードへの水移動が促進されていることが明らかとなった.以上よりカソード無加湿及び両極無加湿運転における発電性能を向上させるセパレータ流路の設計指針を得るという目標は達成された.

Solid polymer fuel cells (PEFC) are used in a variety of applications, such as gas purification, low gas purification, and high integration efficiency. The design guidelines for PEFC's non-humidified operation, high dielectric performance, flow path shape, and large contribution to PEFC's implementation, were obtained. This year, we analyzed the resistance factors of each flow path in the absence of humidification and in the absence of humidification. In particular, the electrochemical spectroscopy method has been used to obtain the Naïkistarte line, the transmission line, the modeur and other circuits. The accuracy of the design has been improved, and the subdivision of resistance elements has been carried out. The following results were obtained. (1)The results show that the highest electrical conductivity is achieved by comparing the electrical conductivity of the two electrodes when they are in operation without humidification. In the middle of the pectinate flow path, the flow path is in the right direction. (2)Electrochemistry spectroscopy is used to analyze the resistance factors affecting the conductivity of the membrane electrode assembly (MEA). The flow path of MEA is dry, and the flow path of MEA is dry and inhibited. (3)The results of water analysis method for the current transmission performance of the electrode without humidification are as follows: When the electrode is not humidified, the water movement of the electrode is promoted. The purpose of the design of the flow path is achieved by improving the electrical performance of the circuit without humidification and high humidity.