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固体高分子形燃料電池の電極拡散層内におけるマイクロナノ水輸送現象の解明

阐明聚合物电解质燃料电池电极扩散层的微纳水传输现象

基本信息

批准号：
14J01599
负责人：
青山祐介
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01599/
关键词：
燃料電池水輸送現象 Cryo-SEM 濡れ性固体高分子 PEFC

项目摘要

本研究では、固体高分子形燃料電池（PEFC）の構成部材である微細多孔質層（MPL）内におけるマイクロナノスケールの水分挙動を観察し、得られた知見を用いて高出力運転に適したMPL構造を検討する。当該年度では、高出力運転に適したMPL構造の一つと考えられる親水性カーボンファイバー(CF)MPLを用いて、電池性能の高出力化においてMPLに求められる要素を検討した。得られた成果を以下にまとめる。1．I-V性能測定と酸素ゲインで構成される発電性能試験により、親水性CFMPLは高電流密度域における濃度過電圧の増大を抑制することでセル性能向上に寄与することが示された。また、カソード（空気極）側MPLの濡れ性、空孔径、厚さを変えた4種類のMPLを用いて発電性能を取得および比較した結果、親水性CFMPLによる濃度過電圧の増大抑制は、上記の三要素を適切に設計することで実現し、どれか一つでも欠けると発電性能が向上しないことが示された。2．凍結固定化法を用いたCryo-SEM断面観察と酸素ゲインの比較より、親水性CFMPLはMPLの親水化によりカソード触媒層（CL）からの液水輸送を促進し、空孔径の拡大により輸送した液水を液膜として表面積を広げ、十分な厚さによりMPL内で液水を蒸発させる機能を有することが考察された。この液水吸収、蒸発メカニズムが濃度過電圧の増大を抑制し、発電性能を向上させると考えられる。3．発電性能の向上にカソードCL内の酸素拡散が与える影響を、限界電流密度法を応用して解析した。その結果、親水性CFMPLはカソードCL内の酸素輸送抵抗を軽減してフラッディング（生成水の過剰なセル内滞留による酸素供給阻害がもたらす性能低下）を改善することが考察された。

In this study, solid polymer fuel cell (PEFC) is composed of micro-porous fuel cell (MPL), which is composed of micro-porous fuel cell (MPL). In this study, the solid polymer fuel cell (MPL) is composed of solid polymer fuel cell (SOFC) and solid polymer fuel cell (SOFC). During this year's high-performance training program, the first-class MPL is designed to improve the performance of the battery, such as the high performance of the battery, the high performance of the The following is the result of the survey. The 1.I-V performance test results show that the performance of the water-based CFMPL is very high in the range of high density. The performance of the battery is suppressed by the high temperature of the power supply. For example, the performance of MPL, empty aperture and thick aperture of MPL has been compared with the results of the performance test of MPL. The results show that the performance of water-based CFMPL has been greatly suppressed by the power supply, the three elements of the device, the design, and the performance of the device, and the performance of the device has been improved. 2. In the method of immobilization, Cryo-SEM cross-section was used to observe the temperature of acid, water, MPL, hydration, catalyst (CL), liquid-water catalyst (CL), empty pore diameter, liquid-water, liquid film, surface active surface, very thick liquid-water vapor, liquid-water vapor, liquid-water, acid, acid, acid The absorption of liquid water and the temperature of steam have passed the suppression of the power supply, and the performance of the steam has been improved. 3. Improve the performance of the CL and determine the difference between the concentration of the acid and the concentration of the acid. the limit current density method is used for the analysis of the current density. The results showed that water-based CFMPL was used to improve the performance of CL. The results showed that the concentration of sulfamic acid in CL was not effective.