成果報告書詳細
管理番号20100000000016
タイトル平成20年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/ナノインプリントを用いた携帯用フレキシブル高効率燃料電池システムの開発
公開日2010/3/25
報告書年度2008 - 2008
委託先名ナノクラフトテクノロジーズ株式会社、独立行政法人産業技術総合研究所、独立行政法人物質・材料研究機構
プロジェクト番号P07015
部署名研究開発推進部 技術革新・基盤技術グループ
和文要約本開発では、燃料電池のイオン交換膜の両面にナノインプリントを利用して微細凹凸構造の領域を形成し、この微細凹凸構造に触媒を塗布し触媒の微粒子を主成分とする膜を作成する新しい燃料電池システムを提案した。凹凸構造のある触媒層でカーボンペーパの拡散層を代用する本提案により、部品点数の削減による画期的なコストダウン、触媒の高効率化およびフレキシブル燃料電池の実用化が期待できる。1)「カーボンペーパを使用しない燃料電池技術の確立」凹凸の間隔、大きさを変えた凹凸微細構造をナノインプリント技術で電解質膜に転写し、触媒利用率の異なる燃料電池の出力を測定した結果、直径2μm、高さ0.8μm、間隔1μm の凹凸微細構造で触媒利用率0.10mg/cm2の時に、燃料電池の出力は一番良いことが分かった。2)「フレキシブル燃料電池技術の確立」電解質膜に触媒利用率の違う触媒を塗布し、曲げ回数5,000回、10,000回の繰り返し曲げ疲労の実験を行った。予想に反し、繰り返し曲げ回数が大きいほど出力が増加するという結果を得た。3)「触媒の新担持体による触媒利用率向上評価 」
非晶質フラーレンナノファイバーを触媒の新担持体として、白金系触媒を担持させ、触媒の効率を市販標準のカーボン粒子に担持した触媒の効率と比較した。触媒の使用量が同じ場合、新担持体による触媒利用率は市販標準のカーボン担持触媒より大きくは向上せず、ほぼ同じレベルの触媒利用率であることを確認した。
英文要約A new fuel cell system without using traditional carbon papers that were replaced by micro-patterns on the surface of proton exchange membrane was proposed in this project. With this proposed new fuel cell system, the carbon papers used in traditional fuel cell system are not necessary anymore, leading to the low cost fabrication process by decreasing the necessary parts in a fuel cell system. The commercialization of this new fuel cell system is highly expected, because this new system may provide a flexible fuel cell production with a higher catalyst utilization rate.1.「New Fuel Cell System without Using Carbon Papers」To increase the surface reaction area of catalyst, nanoimprint was used to fabricate micro-patterns on the proton exchange membrane. Fuel cell system using different spacing and size of the micro-patterns coated with Platinum was measured and the most effective micro-pattern fabricated by nanoimprint was found at the Pt loading 0.10mg/cm2.2.「Flexible Fuel Cell System with good durability」Fatigue experiments were carried out for proton exchange membrane coated with different catalyst loadings. It is found that proton exchange membrane with micro-patterns fabricated by imprint had very good durability and the fuel cell power increased with the number of fatigue cycles.3.「Fullerene Nanofiber Electrodes used in Direct Methanol Fuel Cells 」Platinum supported on fullerene nanofibers as possible electrodes was applied to direct methanol fuel cells. With passively feeding of 1M methanol solution and air at room temperature, the as-prepared fuel cell had the open circuit voltage of 0.34V and the maximum power density of 0.30 mW/cm2. Compared with the traditional Platinum supported on carbon particles, almost the same level of fuel cell power was verified.
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