軟X線によるPEFC多孔質内の液水輸送現象の解明

使用软 X 射线阐明 PEFC 多孔材料中的液态水传输现象

基本信息

批准号：
10J09467
负责人：
笹部崇
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J09467/
关键词：
軟X線顕微鏡システムリアルタイム可視化高空間分解能ステレオ撮像高分解能X線CT 数値シミュレーション固体高分子型燃料電池ガス拡散層軟X線イメージング液水輸送現象ナノ・マイクロスケール多孔質マイクロクラック高分解能イメージング

项目摘要

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.

为了实现固体聚合物燃料电池（PEFC），必须阐明微孔层中的两相流动行为，例如气体扩散层（GDL），并且需要对多孔结构和液体水网络有详细的了解。我已经开发了一个软X射线显微镜系统，该系统可以利用低能X射线和高度敏感的检测，并实现了光元素（碳和液态水）的高空间和时间分辨率的可视化，这些可视化以前很难。该系统被用作PEFC中液态水的可视化技术。尽管已经获得了许多知识，但这项研究已使用新开发的梁转向立体成像技术实现了GDL中液态水行为的实时3D可视化。此外，对使用X射线CT进行了对多孔结构和液态水分布的详细可视化分析，并评估了数值模拟这些多孔结构和运输特征对发电性能的影响。◆CT成像用作三维可视化技术用于光束方向的三维可视化技术，用于光束转向刻板成像，并且相同的技术需要大量的图像，因此，将图像量度低下，因此，该技术的量度为“时间”，因此，将其定为dource doutions douncor douncor。在这项研究中，我们开发了一种新的光束转向立体成像技术，该技术通过摆动电子束并从两个具有视差角度的图像中获取3D信息来改变X射线生成位置。这项技术已成功实现了GDL中液态水通透性行为的实时3D可视化，并直接评估了孔隙和液态水渗透性压力的液态水渗透性行为，这对于理解孔中的液体水行为很有用。多孔结构和内部液体水网络，使用X射线CT对微结构进行详细的3D可视化是有效的。在这里，我们评估了将表面压力和用PTFE组装出驱虫处理对可视化结果的多孔结构和液体水分布的影响，并通过在数值模拟中使用获得的传输特性，我们阐明了这些对发电性能的影响。