京都大学ELCAS(エルキャス)

実施レポート

[専修コース]燃料電池の反応工学

工学研究科 化学工学専攻 反応工学研究室

2017年8月1日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    これまでの実験結果のデータ整理を行った。カーボン集電板に刻まれた気体流路が、アノード側とカソード側で平行に並んでいる並流流路、アノード側とカソード側では出入り口を逆にした向流流路ならびにもっともよく採用されている蛇行流路で各列は向流、列の並び方は並流のJARI流路、そして蛇行流路で各列は並流、列の並びは向流となるJARI流路のアノード側の出入り口を入れ替えた流路の4種類でセル入口と出口のガスに含まれる水の量の差および電気化学反応によって生成する水の量から膜を透過する水の量の計算を行った。
    成果発表会用のスライドの作成を行った。

  • 燃料0801-1成果発表用のストーリー確認作業
  • 燃料0801-2流路の違いによるIVカーブの特性の検討

活動を通して学んだこと

  • 発表資料を実際に作っていくなかで、実践的な技術を学ぶことができた。

2017年7月29日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    カーボン集電板に刻まれた気体流路が、アノード側とカソード側では出入り口を逆にした向流流路を用いてセルの運転を行い、セル入口と出口のガスに含まれる水の量を測定し、電気化学反応で発生する水の量を求め、膜を透過する水の量の計算を行った。
    成果発表会に使うデータの整理および図の作製を行った。

  • 燃料0729-1ミクロ天秤によるコールドトラップ重量測定
  • 燃料0729-2流路の違いが流路内湿度分布に与える影響の考察

活動を通して学んだこと

  • パワーポイント発表資料の作成方法について学んだ。また、実験方法について改めて学び、ほとんど自分で作業を行うことができた。

2017年7月26日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    これまでの実験結果の考察を行った。カーボン集電板に刻まれた気体流路が、アノード側とカソード側で平行に並んでいる並流流路、アノード側とカソード側では出入り口を逆にした向流流路ならびにもっともよく採用されている蛇行流路で各列は向流、列の並び方は並流のJARI流路、そして蛇行流路で各列は並流、列の並びは向流となるJARI流路のアノード側の出入り口を入れ替えた流路の4種類でセル性能を比較した。
    並流流路使用時の流路内の湿度分布の計算を行った。また、成果発表会用のスライドの作成を始めた。

活動を通して学んだこと

  • パワーポイントの作り方やエクセルによるデータのまとめ方。そして、並流流路の湿度分布の計算方法。

2017年7月17日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    これまでの実験と今後の実験計画について議論し、カーボン集電板に刻まれた気体流路が、アノード側とカソード側で平行に並んでいる並流流路、アノード側とカソード側では出入り口を逆にした向流流路ならびにもっともよく採用されている蛇行流路で各列は向流、列の並び方は並流のJARI流路、そして蛇行流路で各列は並流、列の並びは向流となるJARI流路のアノード側の出入り口を入れ替えた流路の4種類でセル性能を比較することとした。
    実験では、並流流路パターンのセルに、水素 600㎤/minを60℃で加湿し、酸素 300㎤/minを70℃で加湿して供給し、80℃で発電実験を行った。分極曲線と電気化学インピーダンス測定を行い、電流-電圧曲線と高周波抵抗を求めた。

活動を通して学んだこと

  • 実験の待ち時間はとても長いということ。そして、ひとりでセルの評価を行う方法について改めて学んだ。

2017年7月1日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    流路、ガス拡散層(カーボンペーパー)、触媒層のCCD光学顕微鏡観察を行った。また、通常流路(前回と水素供給口と排出口を交換した流路)パターンのセルを用いて、2種類の湿度条件で気体供給を行っての発電実験を行った。セル出口の水蒸気流量をコールドトラップで水を凝縮させる方法で測定した。実測した結果のデータ整理を行い、電解質膜を透過する水分流束を求めた。アノード側の水収支から計算した水透過流束とカソード側の水収支から計算した水透過流束はアノード側がカソード側より180~200%大きい結果となり、精度よく測定できなかった。透過流束の流路による違いは比較できなかった。

  • 燃料0701-1CCD光学顕微鏡でのガス拡散層の観察
  • 燃料0701-2燃料電池評価装置出口のコールドトラップ交換作業
  • 燃料0701-3ミクロ天秤によるコールドトラップ重量測定

活動を通して学んだこと

  • 前回にひきつづき、湿度差による水の移動を調べる実験を、前回とは回路を変えて行った。この実験で、回路を変えると、水の移動が変化するということが分かった。

2017年6月17日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    前回用いた通常と水素供給口と排出口を交換した流路パターンのセルを用いて、2種類の湿度条件で気体供給を行っての発電実験を行った。セル出口の水蒸気流量をコールドトラップで水を凝縮させる方法で測定した。実測した結果のデータ整理を行い、アノード側とカソード側の湿度が同じ条件に比べて、アノード側のみ低湿度にした条件の方が、カソード側からアノード側に電解質膜を透過する水分流束が大きくなる測定結果を得た。気体混合物中の水蒸気流量を測る方法に鏡面露店計、高分子型湿度センサー、アネモメーター、コールドトラップがあり、コールドトラップ法がもっとも精度が高いことを学び、コールドトラップで測定する場合の誤差要因と高精度に測定するための実験法について考察した。

  • 燃料0617-1燃料電池評価装置からのコールドトラップ取り外し作業
  • 燃料0617-2ミクロ天秤によるコールドトラップ重量測定
  • 燃料0617-3データ解析

活動を通して学んだこと

  • アノード、カソードの温度を変えることで湿度差を生み出し、どのように水が動くのかについての実験を行った。その結果、確かにアノード側への水の流れがあることが分かった。また、この実習では多くの数字を扱い、実験を行う上での記録の仕方や、計算する方法を学んだ。

2017年6月3日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    燃料電池の集電板内水素流路パターンと酸素流路パターンとがセル内部の水分移動流束に与える影響を調べることを研究テーマに選び、セル内流路の違いがセル内部の湿度分布に及ぼす影響について、理論的に考察した。また実験的に検証するために、まず、通常のセルの水素供給口と排出口を交換した流路パターンで発電実験を行った。具体的には、恒温槽、水素加湿器、酸素加湿器の温度をそれぞれ80 ℃、60 ℃、70 ℃に設定して、水素と酸素をそれぞれ300㎤/min、600㎤/minの流量で供給した。分極曲線の測定と流出水蒸気量の測定を行った。

  • 燃料0603-1ディスカッション1
  • 燃料0603-2ディスカッション2
  • 燃料0603-3燃料電池評価装置での出力電圧の測定

活動を通して学んだこと

  • 高周波抵抗測定の仕組み、分極曲線の読み方、電流と電子数の関係と導出方法、これからの研究テーマの概要

2017年5月20日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-232

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太、村瀬叶多

  • ボランティア

    影山 美帆

  • 実習の内容

    燃料電池の構造を知り、セルの組み立てからエイジングまでを行う。
    (具体的な手順)
    燃料電池のセルを組み立て、恒温槽の中に設置する。
    恒温槽、加湿器および配管の温度をそれぞれ80 ℃、75 ℃、100 ℃に設定し、窒素と酸素をそれぞれ200㎤/min、100㎤/min流す。
    定常状態に達したら水素と酸素に切り替える。
    OCVの測定を行ったのち、0.6 Vにてエイジングを行う。

  • 燃料0520-1燃料電池の組み立て1
  • 燃料0520-2燃料電池の組み立て2
  • 燃料0520-3燃料電池評価装置の説明

活動を通して学んだこと

  • 燃料電池セルの実験装置の起動方法やMEAのエイジングの必要性の理解と実習。また、カソードにおける対流の仕組み、PEMの構造の理解。

2017年4月15日

  • 実施場所

    桂キャンパス A4-229コミュニティースペース

  • 当日の講師

    河瀬 元明 教授

  • チューター

    飯島 悠太

  • ボランティア

    影山 美帆、山口 和宏、村瀬 叶多

  • 実習の内容

    第一回として、電池とは何か、電位とは何か、電解質溶液を用いる液相電池と固体電解質を用いる気相電池の違い、電池内部の電位分布、電池の内部抵抗、ガス拡散電極内の電位分布などを基礎から説明し、実験で用いる燃料電池の装置を分解し、その構造を説明した。

  • 燃料電池の反応工学_実習風景受講者への説明

活動を通して学んだこと

  • ボルタ電池、燃料電池などの電池の構造や、電位や内部抵抗などによる電池についての仕組み。

平成29年度 実施レポート

年度別の実施レポート