発電特性

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2.3 発電特性

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2.3.2 セルの作製

評価セルの概略図をFig.2.4に示す。作製したMEAを直線型の流路を設けた金 属セパレータにて挟持し，セルとした。ガスシールは，シリコンゴム製のガスケ ットを用いた。セル組み付け時の面圧は感圧紙（プレスケール，富士フィルム製）

を用いて，いずれのセルにおいても，ほぼ一定圧力（1MPa程度）となるように 固定した。運転中，セパレータに設けられた熱電対の温度が，評価時の温度であ る80℃となるように，プレッシャープレートに設置したラバーヒータで加熱し た。

Fig.2.4 Schematic diagram of cell.

2.3.3 測定装置及び評価条件

測定装置の概略図をFig.2.5に示す。供給されるアノードガス（H2）とカソード ガス（窒素で希釈した酸素）は，マスフローコントローラ（MFC）により制御し た。各電極に供給するガスは，ともにバブラー式の加湿器を介し加湿し，セル温 度に対してバブラー内の純水温度を管理することで相対湿度を制御した。加湿 されたガス中の水分が凝縮しないように配管にはリボンヒータを設置し，ガス 温度を管理した。セルから取り出す電流は，外部負荷装置により制御した。プロ トン輸送抵抗を測定する際には，ポテンショガルバノスタット（電圧・電流制御 装置，Hz-5000，北斗電工製）を介し，周波数応答解析機（FRA 5020A，エヌエ フ回路設計ブロック製）とセルとを接続する構成とした。

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Fig.2.5 Schematic diagram of the evaluation device.

2.3.4 I-V性能

電流値を変化させたときの電圧値を測定した。電圧値が十分安定する出力と なるまで，各電流値にて電流を300s保持後，電圧の出力値とした。電流値を電極

面積10cm²（2cm×5cm）で除して電流密度を算出し，電圧値との関係（I-V曲線）

を取得した。測定は，相対湿度40%，セル温度80℃にて，アノード側へはH2ガス を流量6.7×10^-5 Nm³/sで，カソード側へはO2ガス（ガス中のO2濃度10%）を流量

2.5×10^-4 Nm³/s，ガス圧力200kPaにて供給し，実施した。スタックを見越した場

合，MEAのカソード面内では，O2ガスの濃度勾配が生じるため，供給する大気 中のAir（O2濃度20%）の1/2とした。

2.3.5 酸素輸送抵抗R

1.3.4にて，概要を記載したように限界電流密度法により，カソード触媒層の酸 素輸送抵抗Rotherを評価した[16，17]。限界電流密度の測定は，相対湿度90 %，セ ル温度80 ℃の条件で，アノード側へはH2ガスを流量6.7×10^-5 Nm³/sで，カソード 側へはO2ガスを流量2.5×10^-4 Nm³/sで供給し行った。ガス圧力は125，154，202 kPa と変化させた。各ガス圧力条件にて，カソード側のO2ガス濃度は，1.0，1.3，1.8，

2.6 mass % となるようN2ガスで希釈し，電圧値を変化させたときの電流値Ilimを

測定した。得られたIlimから1.3.4節に示した(1.6)式によってRtotalを算出した。

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2.3.6 プロトン輸送抵抗R

1.3.4にて、概要を記載したように交流インピーダンス測定により，カソード触

媒層のプロトン輸送抵抗Rionを評価した[22，23]。相対湿度40 %，セル温度80 ℃ の条件で，アノード側へはH2ガスを，カソード側へはN2ガスをいずれも流量 8.3×10^-6 Nm³/s，ガス圧力100 kPaにて供給し行った。MEAに印加する交流電位変 調は，振幅 15 mV，周波数15000-0.1 Hzとし，得られた信号はFRAで解析し，ナ イキスト線図を作成した。得られたナイキスト線図より，線図を線形外挿し実数 成分と交わる点を3倍した値を，カソード触媒層のプロトン輸送抵抗Rionとした。

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第 3 章

触媒層スラリーの粒子及びアイオノマ分散状態

と発電特性の関係

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