先進レーザ計測と極微量成分リアルタイム分析に基づく燃料電池の水分制御と高耐久化

基于先进激光测量和超痕量成分实时分析的燃料电池湿度控制和提高耐用性

基本信息

批准号：
08J09495
负责人：
藤井義喜
金额：
$ 0.77万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子形燃料電池(PEFC)の実用化へ強く求められている低加湿運転下における高性能化へ向け,水分制御技術の確立が必要不可欠となっている.PEFCは,電解質膜を含水させることで高性能化を図ることが出来るため,電解質膜内への水分輸送を促進させることが重要であると考えられる.そこで本研究では,その方策の一つとして期待されている微細孔層(MPL)の電解質膜内水分輸送現象へ及ぼす影響について,核ラベリング磁気共鳴画像法(NL-MRI)を用いて解明を進めた.核ラベリング磁気共鳴画像法によって水分輸送現象を定量的に評価するためには,白金触媒上における水素核の同位体交換反応割合の定量化が必要であったが,ダイレクト質量分析装置(DGMS)を用いた実験によって定量化に成功した.その上で,NL-MRIによるPEFC電解質膜内含水分布計測を行った結果,酸素極側に挿入したMPLによって,低加湿運転下における膜含水量が向上し,その向上の要因が,発電生成水による電解質膜含水が促進されることであることを明らかにした.ここで,PEFC低加湿運転下においては,外部から供給する加湿水量が減少するため,発電生成水による電解質膜含水が重要となってくる.つまり,本研究において明らかになったMPLによって発電生成水による電解質膜含水が促進されるという知見は,低加湿運転における水分制御へ向けて,MPLが有効であることを示しており重要な知見である.

水分控制技术的建立对于在低湿度运行下实现高性能至关重要，这对于聚合物电解质燃料电池（PEFC）的实际应用来说是非常必要的，因此，促进水传输到电解质膜中被认为是重要的。因此，在本研究中，我们将考虑其中一项措施。我们使用核标记磁共振成像（NL-MRI）来阐明微孔层（MPL）对电解质膜内水传输现象的影响，这有望成为定量评估水传输的一项有前途的新技术。现象，有必要量化铂催化剂上氢核的同位素交换反应速率。我们通过使用定量分析仪（DGMS）的实验成功地定量了水含量。我们还使用NL-MRI测量了PEFC电解质膜中的水含量分布，结果表明膜底部的膜水含量是改善，这种改善的原因是电解质膜的含水量被生成的水促进。这里，PEF C 在低加湿运转下，从外部供给的加湿水量减少，因此通过产生的水来保持电解质膜的水合变得重要。含水率提高的发现是一个重要的发现，因为它表明MPL是有效的。用于低加湿操作期间的湿度控制。