機能性マルチレイヤー型膜・触媒層創成によるPEFC高度化の輸送現象論的展開

通过创建功能性多层膜/催化剂层实现 PEFC 进步的传输现象学发展

基本信息

批准号：
22360086
负责人：
伏信一慶
金额：
$ 8.4万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、PEFC(固体高分子形燃料電池)電解質膜および触媒層内の電位・輸送・反応連成現象に着目し、マルチレイヤー型の膜・触媒層構造を創成することにより、一段の高耐久化、高効率化等が求められるPEFCの高度化に、輸送現象論的な視点からの展開を図ることにある。交付申請書記載の通り、今年度はマルチレイヤー型MEA作成方法の確立と基礎実験推進、検討本格化を行った。具体的には、昨年度その作成方法の検討を行った膜、触媒層の製法を確立し、電解質膜については金属プローブ層の挿入により、膜中厚さ方向の電位分布計測を行った。これにより、膜中の電位が混成電位で決定されることを理論モデルとの比較から示し、白金、金プローブの使い分けなどにより、この解釈を裏付けした。触媒層については、二層の触媒層制作を実現し、発電条件、触媒層設計パラメータの違いにより、発電特性が変化する様子を明らかにしている。また、GDLについては、パルスレーザ加工により厚さ方向にスルーホールの径が有意に変化するタイプのGDLを製作可能とするとともに、液水モデルにより、GDL表面での液水の離脱限界を示すことを可能とした。さらに、今年度の検討から触媒層、GDLでの輸送特性について、それぞれの内部での拡散係数の圧力依存性を利用して実験的に分離検討するため、試験装置の加圧化を行い、来年度以降の検討開始に備えた。また、輸送・反応モデルについては、セルレベル、GDL表面のチャンネル内、触媒層内部のそれぞれのレイヤーで構築を始めており、GDL表面のチャンネル内では流動解析用フリーソフトの援用により液水挙動をシミュレートする準備を行った。

本研究的目的是关注PEFC（聚合物电解质燃料电池）电解质膜和催化剂层内的耦合电势、传输和反应现象，并创建多层膜/催化剂层结构。从交通现象学的角度开发PEFC，以提高PEFC的复杂程度，这需要更高的耐用性和更高的效率。正如资助申请中所述，今年我们建立了多层MEA创建方法，推进基础实验，并开始全面研究。具体来说，我们建立了去年研究的膜和催化剂层的制造方法，并通过插入金属探针层来测量电解质膜厚度方向上的电位分布。通过将其与理论模型进行比较，我们表明膜中的电势是由混合电势决定的，并通过使用铂和金探针支持了这一解释。关于催化剂层，我们实现了两层催化剂层的生产，并阐明了发电特性如何根据发电条件和催化剂层设计参数而变化。关于GDL，我们已经可以通过脉冲激光加工来制造一种通孔直径在厚度方向上显着变化的GDL，并且我们还使用以下方法证明了液态水从GDL表面分离的极限：液态水模型成为可能。此外，在今年的研究中，我们将对测试设备进行加压，以便利用各自内部扩散系数的压力依赖性来实验分离和研究催化剂层和GDL中的传输特性，我们为开始进一步的考虑做好了准备。此外，我们已经开始构建细胞水平、GDL表面通道和催化剂层的传输和反应模型。在GDL表面通道中，我们使用自由流动分析软件模拟液态水的行为我做好了开始的准备。