燃料電池触媒層内の閉じ込め水分布の定量評価

Quantitative evaluation of confined water distribution in ionomers within catalyst layers of fuel cells

岩瀬 裕希*; 有馬 寛*; 原田 雅史*; 熊田 高之   

Iwase, Hiroki*; Arima-Osonoi, Hiroshi*; Harada, Masashi*; Kumada, Takayuki

触媒層(CL)における水管理は固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能向上に重要であるが、CL内部の水を直接観察することは困難である。本研究では、小角中性子散乱(SANS)データから得られる構造パラメータに基づき、触媒層中のアイオノマー内の水体積を定量する新しい解析手法を提案した。その結果、アイオノマー中の水体積は中湿度以上で湿度に対してほぼ線形に増加し、高湿度で高分子電解質膜(PEM)中の水量と同程度に達することが分かった。さらに、軽水重水交換を用いた時間分解SANS測定により、CL中の水はPEMよりも強く束縛され、交換ダイナミクスが遅いことが明らかになった。これらの結果は、CL中の水が主としてアイオノマー相に強く結合し、炭素担体を被覆するナノメートル厚のアイオノマー薄膜における閉じ込め効果が重要であることを示している。

no abstracts in English