応用機械工学ジャーナル

概要

リン酸ドープポリベンズイミダゾール高分子電解質膜燃料電池における微細孔層の効果

ムハメット・チェリク、ギュルサー・オジシク、ガムゼ・ゲンチ、フセイン・ヤピシ

高温ポリマー電解質燃料
電池 (HT-PEMS) と呼ばれるポリベンズイミダゾール (PBI) ベースのポリマー電解質燃料電池は、従来の PEM 燃料電池よりも高温 (120～200°C) で動作します。HT -PEMSには、膜の加湿が不要であることや、燃料電池内の高温で液体の水が存在しないなど、いくつかの大きな利点があることが知られていますが、酸素還元反応の結果として生成された水がこれらのシステムの劣化を引き起こします。膜側に吸収された生成水は親水性 PBI マトリックスと相互作用し、膜の膨張を引き起こす可能性があるため、膜電極アセンブリ (MEA) 内の水輸送メカニズムを十分に理解し、MEA 内の水バランスを計算する必要があります。したがって、電解質を横切る水の拡散輸送を決定する必要があります。この研究では、まず、微多孔層 (MPL) がある場合とない場合の MEA 内の水分含有量を調査します。次に、MPL の場合、燃料電池内の水管理に対するマイクロポーラス層の厚さの影響を調査します。この目的のために、Comsol Multiphysics 4.2a ソフトウェアを使用して、インターディジットフローフィールドを備えた 2 次元燃料電池をモデル化します。動作温度とドーピングレベルは、それぞれ 180°C と 6.75 RPU H3PO4/PBI に選択されています。
この研究の結果、MPL は MEA の水分含有量に大きな影響を与え、MEA 内の H2O 濃度を低下させることがわかりました。したがって、MEA の浸水を防ぐことができ、セルの耐久性が向上します。