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低圧サーペンタイン流路の影響

ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 91-94)

5.3 結果と考察

5.3.1 低圧サーペンタイン流路の影響

対向櫛形流路の低圧流路をサーペンタイン形構造とすることで大幅な性能向上を実 現することができた.本節では図5.5に示す低圧流路構造可変セルを用いて低圧流路の 影響を検討した.

低圧流路構造可変セルには低圧サーペンタイン流路の折り返し部分にセパレータを 貫通する穴が開いており,その穴からカソードガスを外部に放出することができる.こ の穴をすべて封止ボルトで塞ぐとサーペンタインハイブリッド流路と同じ流路形状で あり,開放する穴の数を変えることにより低圧流路の構造を変化させることができる.

開放する穴と低圧流路の構造の関係を表5.2に示す.

本節では低圧サーペンタイン流路の影響を調べるため,穴をすべて塞ぎ前節と同様の 低圧流路構造の場合,⑥の封止ボルトを開放して低圧サーペンタイン流路を不完全な形 にした場合,並びにすべての封止ボルトを開放して低圧サーペンタイン流路をパラレル 構造とした場合の発電性能を比較した.空気利用率は30%でその他の実験条件は表5.1 に従う.

図5.6にサーペンタインハイブリッド低圧流路構造可変セルを運転した時のI-V特性 とIR過電圧を示す.低圧流路をパラレル形からサーペンタイン形に近づけると限界電 流密度が大きくなり,発電性能が向上することがわかる.

また,開放する穴の数を増やすほど電流密度 1.5A/cm2以上における IR 過電圧の急上 昇が顕著である.このIR 過電圧の上昇がI-V特性に大きな影響を及ぼしているものと 考える.このように低圧流路の封止ボルトを開放する数を多くするほどIR 過電圧が上 昇する原因としては,開放する封止ボルトの個数を増やすほど低圧流路を流れる,生成 水を十分に含んだ既反応ガスが開放した穴からMEAを潤すことなく速やかに大気中に 排気されてしまうからであると考えられる.

第5章 サーペンタインハイブリッド流路の発電性能

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Open bolt No. Low pressure flow channel configuration

None Serpentine

⑥ Partial serpentine

All (①~⑧) Parallel

Fig.5.5 Serpentine hybrid flow channel with variable configuration of low pressure flow channel using exhaust holes.

Table 5.2 The relationship between open bolt numbers and low pressure channel configurations.

Exhaust hole

Internal thread for sealing bolt

第5章 サーペンタインハイブリッド流路の発電性能

Fig.5.6 Changes of (a) I-V characteristics and (b) IR overpotentials with various configuration of low pressure flow channel.

(a) I-V characteristics

(b) IR overpotentials 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

i (A/cm2)

Veff (V)

Serpentine Partial serpentine Parallel

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

i (A/cm2)

ηIR (V)

Serpentine Partial serpentine Parallel

第5章 サーペンタインハイブリッド流路の発電性能

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