Evaluation of water distribution in a small operating fuel cell using neutron color image intensifier

中性子イメージインテンシファイアによる燃料電池内部の水分布評価

安田 良; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; 野島 健大; 林田 洋寿; 飯倉 寛  ; 酒井 卓郎; 松林 政仁  

Yasuda, Ryo; Nitto, Koichi*; Konagai, Chikara*; Shiozawa, Masahiro*; Takenaka, Nobuyuki*; Asano, Hitoshi*; Murakawa, Hideki*; Sugimoto, Katsumi*; Nojima, Takehiro; Hayashida, Hirotoshi; Iikura, Hiroshi; Sakai, Takuro; Matsubayashi, Masahito

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子イメージインテンシファイアを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池中心部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留とともに低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止している。本稿では、こうした結果に加え、発電に伴う生成水の挙動と電圧変化との相関に関する考察したことについて述べる。

Neutron radiography is one of useful tools to visualize water behavior in fuel cells under operation. In order to observe the detailed information about the water distribution in MEA and GDL in fuel cells, a high spatial resolution and high sensitivity neutron imaging system are required. We developed an imaging system using the neutron color imaging intensifier and continuously observed water distribution in operating a fuel cell. By using the system, a small type fuel cell under operation was continuously observed at the TNRF in every 20 sec. In the results, the water area was appeared from GDL and MEA, and expanded to the channel of the cathode side. On the other hand, voltage was gradually reduced with the operation time, and steeply dropped. It is considered that voltage drop was caused by blockage of gas flow due to the piling up water in the channel of the cathode side.