Enhancement of robustness and detection of abnormal operation conditions for marine fuel cells

船用燃料电池的鲁棒性增强和异常运行条件检测

基本信息

批准号：
21H01549
负责人：
北原辰巳
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01549/
关键词：
船舶海洋工学燃料電池ロバスト性安全性異常診断

项目摘要

固体高分子形燃料電池（PEFC）は膜電極接合体（MEA）をガス拡散層およびセパレータで挟んだ構造になっており，発電性能を向上させるためには電解質膜を適正な湿潤状態に保ちドライアップを防ぐとともに，電極触媒層で生成した過剰な水分を速やかに排出してフラッディングによる酸素供給の阻害を防ぐことが重要である．舶用燃料電池は長時間の高負荷運転が要求されるため過剰な生成水に起因するフラッディング，並びに局所的発熱による電解質膜のドライアップを防止することが不可欠であり，耐フラッディングと耐ドライアップの両特性を向上させることが重要課題である．撥水性マイクロポーラス層（MPL）を塗布したガス拡散層を適用すると燃料電池の水管理性が向上し，高い発電性能が得られることを示した研究結果は従来から多く報告されている．しかし耐ドライアップ性と耐フラッディング性を向上させるためのMPLに関する設計指針が異なっており，耐ドライアップ性を高めたMPL付き拡散層は，一般に耐フラッディング性に劣ることが問題である．そこで本研究では撥水MPLの表面に薄い親水層を塗布した親水・撥水Double MPL，並びに撥水MPL中に親水細孔を分散させた親水・撥水複合MPLを開発した．いずれのMPLの場合も親水性を付与したことにより電極触媒層における保湿性が高まるため耐ドライアップ性が向上することがわかった．一方，適正なDouble MPLおよび分散MPLを用いると排水性が高まり，高負荷（高電流密度）条件で電極触媒層の過剰な生成水が排出できるため，従来の撥水MPL付き拡散層の場合と比較して耐フラッディング性が大幅に向上できることが明らかになった．

固体聚合物燃料电池（PEFC）具有一个结构，在该结构中，将膜电极连接（MEA）夹在气体扩散层和分离器之间，并且电解膜保持在适当的水分状态，以改善发电性能为了防止上传，并迅速排出电极催化层中产生的过多的水，以防止弹性抑制氧气供应。由于海洋燃料电池需要长时间的载荷驱动，因此必须防止因局部发烧而导致的过多的水以及电解质的干燥，并且没有洪水和干燥是提高这两个特征的重要问题。过去的研究结果据报道，水 - 固定的微量多孔层（MPL）已应用于施加的气体扩散层，以改善燃料电池的水管理并获得高发电性能。但是，MPL的设计指南改善了干燥抗性和耐燃势的耐药性，并且具有增加干燥耐药性的MPL的植物层通常不如挥舞着耐药性。因此，在这项研究中，我们开发了一种水酚，依赖水的双MPL，该双MPL应用于水 - 固定剂MPL的表面，以及一个在水 - 替代物MPL中分布的水和水 - 固定酚和水的MPL。在每个MPL的情况下，发现授予了氢化剂以改善电极催化剂层中的保湿性能，从而改善了干燥抗性。另一方面，使用适当的双MPL和分布式MPL会增加排水特性，并且可以在高负载（高电流密度）条件下排出电极催化剂层中的过量水，因此它是带有水的常规铺设层 - 依赖的MPL。