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Putra, A.; 山口 大輔; 小泉 智
no journal, ,
Small-Angle Neutron Scattering (SANS) method was used to study the distribution and accumulation of water in the polymer electrolyte fuel cell (PEFC). It was found that SANS method was capable to detect and visualize movement of water microscopically in a membrane electrode assembly (MEA) of an operational fuel cell. Further, the SANS method was to be a strong tool to make a rather precise analysis on the water content inside of ion conducting channels of polymer electrolyte membrane.
Zhao, Y.; 小泉 智; 陸川 政弘*; 吉田 実留*
no journal, ,
Hydrocarbonic block copolymer electrolyte membranes are highly considered to be protential material for fuel cell applications. In this study, small-angle neutron scattering method is employed to observe structures of the polymer membranes. We found two scattering maximums, corresponding to the microphase separation of hydrophilic domains from hydrophobic matrix, and the ion clusters. We introduced a random sphere model to analyze the scattering profiles and estimated the possible morphologies of the membranes, and the water distributions.
小泉 智; Putra, A.; 能田 洋平; 山口 大輔; 徳増 崇*; 川勝 年洋*
no journal, ,
固体高分子形燃料電池用の膜電極接合体(MEA)の構造評価法を中性子小角散乱法を基軸として開発した。従来のピンホール型中性子小角散乱法(SANS)に集光レンズを用いてピンホール法を補強し集光型超小角散乱法を実現した。また完全結晶を活用した ボンゼ・ハート法を活用し測定範囲を10
mへ拡張した。これらが観察する空間サイズはMEAのカーボン担体及びそこにおける水分布に相当する。またm以上の観察は、低真空走査電子顕微鏡で補足し、画像をフーリエ変換して散乱との比較を行った。他方、局所構造に関して偏極解析法を併用することで非干渉性散乱を定量化して除去し、ナフィオンのイオンクラスター構造の内部を観察することに成功した。この結果を分子動力学法や粒子散逸法などのマルチスケール計算機シミュレーションの結果と比較し、イオンクラスターの内部構造を実画像化することを試みた。以上のように実空間観察、計算機シミュレーション等を組合せた先端的中性子小角散乱法は、燃料電池の運転性能を向上させるためのMEA材料の設計指針を与える新手法として有用である。
Putra, A.; 山口 大輔; 小泉 智
no journal, ,
Small-Angle Neutron Scattering (SANS) method was used to study the ionomer and water adsorption in the polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Instead of nafion 212, Polytetra fluoroethylene, PTFE membrane was used as based membrane in the Membrane electrode assemble (MEA) to study the ion cluster and adsorption of water at the carbon support catalyst layer. In order to vary a contrast variation in the electrolyte, the MEA was immersed in deuterated water (D
O) and HO/DO mixture prior to SANS measurement. It was found that SANS method was capable to detect and visualize movement of water microscopically in a membrane electrode assembly (MEA).
小泉 智; 山口 大輔; Putra, A.
no journal, ,
先端的中性子小角散乱法を用いて膜電極接合体をオングストロームからマイクロメートルのマルチスケールで観察した。モデルMEAにおけるアイオノマー相分離構造(水クラスター)の存在を確認した。炭化水素系共重合体(PEEK)膜の階層構造(ミクロ相分離とイオンクラスター構造)を確認した。また、平成22年度途中から新規に着手した課題について現状を述べる。(1)触媒層における水分量を反射電子像の輝度から決定する試みで、低真空SEMを用いて触媒層の観察を行っているが、現在までに触媒層から水が蒸発する過程で、像の輝度が有為に増大することを確認した。(2)中性子小角散乱で得られた結果をマルチスケールシミュレーションによる計算結果と比較し、作動状態下の燃料電池内部の構造・物質移動の包括的な理解を深めるため東北大学の計算機シミュレーショングループとの連携を進行中である。