量子・分子論の融合解析に基づいた膜構造制御による高プロトン伝導性電解質膜の開発

基于量子和分子理论综合分析的膜结构控制开发高质子传导电解质膜

• 批准号: 16J04651
• 负责人: 馬渕 拓哉
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J04651/
• 关键词: 燃料電池

今年度は，「散逸粒子動力学法によるメゾスケール水チャンネル構造内プロトン輸送評価シミュレータ」の構築に取り組んできた．これまでの分子動力学法による計算結果を利用してボトムアップ的に散逸粒子動力学モデルを構築する独自に開発した手法を用いることで，メゾスケールの空間スケールにおいてナノスケール流動現象を正確に扱うことを実現した高解像度のメゾスケール水チャンネル構造内プロトン輸送評価シミュレータの構築を目指している．これまでの成果は，学術誌および国内・国際会議で発表した．散乱実験において電解質膜内には水チャンネル構造の数十nm～数百nmの特徴的な周期構造長さに由来する散乱ピークが示されており，水チャンネル構造に関して実験的な観点から，シリンダー構造やラメラ構造など様々な水クラスターモデルが提唱されている．これら分子スケールと連続体スケールの中間的な空間スケールであるメゾスケール現象の解析に有効な手法として散逸粒子動力学法が挙げられる．本研究では，これまでのMD法による計算結果を利用してボトムアップ的に散逸粒子動力学モデルを構築する申請者の受入先研究室で独自に開発した手法を用いることで，メゾスケールの空間スケールにおいてナノスケール流動現象を正確に扱うことを実現した高解像度のメゾスケール水チャンネル構造内プロトン輸送評価シミュレータの構築に取り組んできた．これにより，電解質膜内部に形成されたメゾスケール水チャンネル形状を明確にし，プロトン伝導特性との相関を評価することが可能となる．また，水チャンネル構造特性を静的構造因子として評価することで，本シミュレータによって得られた計算結果を共同研究先によるSANS実験結果と比較を行い，妥当性の検証を行うとともに，シミュレータの改善を行ってきた．

This year, the "fugitive particle dynamics method" is used to evaluate the transport process in the structure of the water transport system. The results of molecular dynamics calculation are used to construct the structure of fugitive particle dynamics, and the method of independent development is used to realize the accurate realization of high-resolution spatial flow phenomenon. The achievements of the conference were published in academic journals and domestic and international conferences. The periodic structure length characteristic of several tens nm to several hundreds nm in the water generation structure in the electrolyte membrane is characterized by scattering and scattering. The analysis of molecular phenomena in the intermediate space is based on the method of particle dynamics. In this study, the MD method was used to construct the particle dynamics model. The applicant's research laboratory developed the model independently. The spatial distribution of flow phenomena in the structure of the structure is correct, and high resolution of flow phenomena in the structure of the structure is realized. In this case, the shape of the electrolyte formed inside the electrolyte membrane is clearly defined, and the correlation between the conductivity characteristics and the conductivity is evaluated. The structural factors of water quality are evaluated. The results of calculation are studied together. The results of comparison are carried out. The results of evaluation are improved.

项目成果

分子動力学法を用いた高分子電解質膜内におけるプロトン輸送および水クラスター構造特性の解析

利用分子动力学方法分析聚合物电解质膜中的质子输运和水簇结构特征

• 发表时间: 2016
• 作者: J. Aochi;T. Mabuchi;and T. Tokumasu;萩生翔大;萩生翔大，神崎素樹;Takuya Mabuchi;馬渕拓哉
• 通讯作者: 馬渕拓哉

Molecular dynamics study of the effect of wettability of the carbon support on proton transport in Nafion ionomer thin films

• DOI: 10.1299/jtst.2016jtst0045
• 发表时间: 2016-01-01
• 期刊: JOURNAL OF THERMAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 影响因子: 1.2
• 作者: Aochi, Joji;Mabuchi, Takuya;Tokumasu, Takashi
• 通讯作者: Tokumasu, Takashi

PEFCカソード触媒層のプロトン輸送に関する分子論的研究

PEFC阴极催化剂层质子输运的分子研究

• 发表时间: 2016
• 期刊: The Journal of Fuel Cell Technology
• 作者: Benio Kibushi;Shota Hagio;Motoki Kouzaki;林 由貴;木伏紅緒，萩生翔大，神崎素樹;Khayasi Yuki;木伏紅緒，萩生翔大，神崎素樹;中里真，萩生翔大，木伏紅緒，森谷敏夫，神﨑素樹;青地成二，馬渕拓哉，徳増崇
• 通讯作者: 青地成二，馬渕拓哉，徳増崇

Effect of Water Cluster Structure on Proton Transport in Proton-Exchange Membranes Using Reactive Molecular Dynamics Simulations

使用反应分子动力学模拟水簇结构对质子交换膜中质子传输的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: J. Aochi;T. Mabuchi;and T. Tokumasu;萩生翔大;萩生翔大，神崎素樹;Takuya Mabuchi
• 通讯作者: Takuya Mabuchi