軟X線によるPEFC多孔質内の液水輸送現象の解明

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固体高分子型燃料電池(PEFC)の実用化に向けては,ガス拡散層(GDL)などのミクロ多孔質層における二相流挙動解明が不可欠であり,多孔質構造と液水ネットワークの詳細な理解が求められている.私は低エネルギーX線の利用と高感度検出が可能な軟X線顕微鏡システムを開発し,従来は困難であった軽元素(カーボン・液水)の高空間・時間分解能可視化を実現した.同システムをPEFC内液水の可視化技術として応用し,これまでに多くの知見を得たが,本研究では新規に開発したビームステアリングステレオ撮像技術によりGDL内液水挙動のリアルタイム3次元可視化を実現した.更に,X線CTによる多孔質構造および液水分布の詳細な可視化解析を行うと共に,数値シミュレーションによりこれらの多孔質構造および輸送特性が発電性能に及ぼす影響を評価した.◆ビームステアリングステレオ撮像3次元可視化技術としてCT撮像が用いられているが,同技術は多くの撮像枚数を要するため時間分解能が低い問題を有している.本研究では,電子ビームのスイングによりX線発生位置を変更し,視差角のついた2つの画像から3次元情報を取得するビームステアリングステレオ撮像技術を新規に開発した.同技術によりGDL内液水透過挙動のリアルタイム3次元可視化に成功すると共に,ポア内液水挙動と液水透過圧力の直接評価を実現し,多孔質内液水挙動の理解に役立てた.◆X線CTによる微細構造可視化と数値解析技術の開発(米国コネチカット大学にて実施)多孔質構造と内部液水ネットワークの詳細な理解に向けては,X線CTによる微細構造の詳細な3次元可視化が有効である.ここでは,組付け面圧,PTFEによる撥水処理が多孔質構造ならびに液水分布に及ぼす影響について,可視化結果より評価を行うと共に,得られた輸送特性を数値シミュレーションに用いることでこれらが発電性能に及ぼす影響を明らかにした.