直接水分供給によるPEFC膜の含水促進とMRI計測に基づく水分浸透現象の解明

通过直接供水促进 PEFC 膜的吸水性并基于 MRI 测量阐明水渗透现象

基本信息

批准号：
16760150
负责人：
津島将司
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は次世代の自動車用動力源として注目されている.しかしながら,電解質であるPEFC(固体高分子形燃料電池)膜のプロトン導電性は,乾燥すると大きく減少するため,PEFC膜を常に含水状態に保つ必要がある.本研究課題では,我々が提案している,従来までの加湿ではなく,膜表面から直接,液体水を供給する手法について,直接水分供給時におけるPEFC膜内への水分浸透過程を磁気共鳴イメージング(MRI)を用いて計測し,基礎的に明らかにする.本年度は,電解質膜内の水分輸送機構の解明を試みた.具体的には,電解質膜内の水分輸送は,(1)水素イオンの移動に伴う随伴水,(2)酸素極での電気化学反応による水の生成,(3)濃度拡散,(4)膜表面からの水分の流入・流出,などが関係し,複雑な現象であることから,特に,膜表面から供給する液体水の流入流束を評価するための数値解析コードを新たに開発した.その際,電解質膜のアノード側の一部から液体水を供給した実験結果との比較検討を行うために,アノード側においては,電解質膜への液体水の流入とガス供給チャネルからの水分の流入・流出を考慮した解析モデルの構築を行った.その上で,実験結果との比較・検討を行うことで,液体水供給時の水分浸透現象に関して明らかにし,電解質膜内で供給水がどのように拡散していくのかについても検討を加えた.

聚合物电解质燃料电池， PEFC）作为下一代汽车动力源而受到关注，但是，作为电解质的PEFC（聚合物电解质燃料电池）膜的质子传导性在干燥时会大大降低，因此PEFC膜始终保持在水合状态。在这个研究项目中，我们将直接将液体施加到膜表面，而不是我们提出的传统加湿方法。关于供水方法，我们将使用磁共振成像（MRI）来测量和阐明直接供水过程中水渗透到PEFC膜的过程。今年，我们将重点研究电解质膜内的水传输机制，具体来说，水在电解质膜内的传输。电解质膜是由(1)伴随氢离子移动的伴生水和(2)氧电极上的电引起的。这是一个复杂的现象，涉及通过化学反应生成水，(3)浓度扩散，以及(4)水从膜表面的流入和流出，特别是从膜表面供应的液态水的流入。我们开发了一种新的数值分析代码来评估通量，此时，我们将与从电解质膜阳极侧的一部分供应液态水的实验结果进行比较研究。在阳极侧，我们构建了一个考虑了液态水流入电解质膜以及水从供气通道流入和流出的分析模型。然后我们将结果与实验结果进行了比较和讨论。结果，我们阐明了供应液态水时的水渗透现象，并研究了供应的水如何在电解质膜内扩散。