In-situ observation inside an operating fuel cell by a combined method of small-angle neutron scattering and neutron radiography

作動状態下の燃料電池内部の中性子小角散乱及び中性子ラジオグラフィによるその場観察

Putra, A.; 小泉 智; 山口 大輔; 岩瀬 裕希*; 前川 康成; 松林 政仁  ; 橋本 竹治

Putra, A.; Koizumi, Satoshi; Yamaguchi, Daisuke; Iwase, Hiroki*; Maekawa, Yasunari; Matsubayashi, Masahito; Hashimoto, Takeji

小角中性子散乱(SANS)と中性子ラジオグラフィ(NR)の結合技術の開発により、作動状態下にある固体高分子形燃料電池(PEFC)をその場観察し、内部において発生する水をナノメートルからミリメートルまでの広範な空間スケールにおいて可視化することを行った。中性子ラジオグラフィ装置は、シンチレータ,光学ミラー,CCDカメラによって構成され、研究用原子炉(JRR-3)にあるSANS分光器(SANS-J-II)の試料位置に搭載された。この新しい手法によって、燃料電池単セルの個々の構成要素において生成した水の空間分布を検出することに成功した。すなわち、NRはガス拡散層とセパレータ内の水を検出し、SANSはMEA内の含水量を定量的に決定した。

In-situ observation to visualize water generated inside an operating polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in a wide length scale from nanometer to millimeter has been done by a combined method of small-angle neutron scattering (SANS) and neutron radiography (NR). The NR apparatus composed of a scintillator, optical mirrors and a CCD camera, was installed at a sample position of the focusing and SANS spectrometer (SANS-J-II) at research reactor JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Japan. This new method succeeded in detecting a spatial distribution of the water generated in individual cell elements; NR detected the water in a gas diffusion layer and a flow-field, whereas SANS quantitatively determines the water content in a membrane electrode assembly (MEA).