機能性マルチレイヤー型膜・触媒層創成によるPEFC高度化の輸送現象論的展開

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本研究の目的は、PEFC(固体高分子形燃料電池)電解質膜および触媒層内の電位・輸送・反応連成現象に着目し、マルチレイヤー型の膜・触媒層構造を創成することにより、一段の高耐久化、高効率化等が求められるPEFCの高度化に、輸送現象論的な視点からの展開を図ることにある。交付申請書記載の通り、今年度はマルチレイヤー型MEA作成方法の確立と基礎実験推進、検討本格化を行った。具体的には、昨年度その作成方法の検討を行った膜、触媒層の製法を確立し、電解質膜については金属プローブ層の挿入により、膜中厚さ方向の電位分布計測を行った。これにより、膜中の電位が混成電位で決定されることを理論モデルとの比較から示し、白金、金プローブの使い分けなどにより、この解釈を裏付けした。触媒層については、二層の触媒層制作を実現し、発電条件、触媒層設計パラメータの違いにより、発電特性が変化する様子を明らかにしている。また、GDLについては、パルスレーザ加工により厚さ方向にスルーホールの径が有意に変化するタイプのGDLを製作可能とするとともに、液水モデルにより、GDL表面での液水の離脱限界を示すことを可能とした。さらに、今年度の検討から触媒層、GDLでの輸送特性について、それぞれの内部での拡散係数の圧力依存性を利用して実験的に分離検討するため、試験装置の加圧化を行い、来年度以降の検討開始に備えた。また、輸送・反応モデルについては、セルレベル、GDL表面のチャンネル内、触媒層内部のそれぞれのレイヤーで構築を始めており、GDL表面のチャンネル内では流動解析用フリーソフトの援用により液水挙動をシミュレートする準備を行った。