超臨界含浸法を用いたNafion 膜の改質 研究背景 燃料電池の研究開発が進む中、直接メタノール燃料電池は ポータブル機器用の電源として実用化が期待されている 利点 ・低コストなメタノールがエネルギー ・高いエネルギー密度 ・燃料の直接反応で改質器が不要 問題 ・メタノールクロスオーバー(MCO) による混成電位 MCOを抑制する電解質膜の開発が必要不可欠 研究目的 拡散性と溶解性を併せ持つ超臨界二酸化炭素を用いる 超臨界含浸法でPdを添加することでMCOを抑制する膜を作製 操作因子の検討をすることでプロセスの確立を目指す 実験方法 操作因子 実験条件 基板電解質膜 膜面積 セル体積 処理時間 Nafion117 4×7cm2 80ml 4hour 錯体種 錯体導入量 処理温度 処理圧力 還元剤濃度 3種類 0.01g-0.05g 40°C-80°C 10MPa-20MPa 1mM-100mM 評価 ・メタノール浸透率 ・プロトン伝導率 ・DMFC単セル電池特性 ・選択性パラメータ 結果 Pd(hfac)2-Nafion composite membrane Power density[mWcm-2] 25 錯体量 ○ 0.01g △ 0.03g □ 0.05g × Nafion 20 15 10 5 測定条件 ・メタノール濃度：3wt% ・測定温度：25℃ ・アノード側触媒付電極 : Pt/Ru 3.0mg/cm2 ・カソード側触媒付電極 : Pt 1.0mg/cm2 0 0 50 Pd-Nafion複合膜はNafion膜より 良好な電池性能を示した 100 Current density[mAcm-2] Fig.2 電池特性測定結果 処理圧力20MPa Power density[mWcm-2] 20 15 処理温度 □ 40C ○ 60C △ 80C × Nafion 10 測定条件 ・錯体なし ・メタノール濃度：3wt% ・測定温度：25℃ ・アノード側触媒付電極 : Pt/Ru 3.0mg/cm2 ・カソード側触媒付電極 : Pt 1.0mg/cm2 5 0 0 50 100 Current density[mAcm-2] Fig.3 電池特性測定結果 150 超臨界二酸化炭素中にNafion膜を さらすだけでも電池性能が少し上がった
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