大阪大学大学院工学研究科 機械工学専攻 複合メカニクス部門 エネルギー反応輸送学領域　津島研究室です。

高効率・高出力の固体高分子形燃料電池を実現する新規電極構造の解明と制御

固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC）はエネルギー変換効率に優れた発電デバイスです。次世代自動車として期待される燃料電池自動車の普及のためには、燃料電池の一層の高性能化と低コストが求められます。その鍵となるのが、電気化学反応が進行する多孔質電極や、電極に水素と空気を供給し、生成物である水の排出を担う多孔質材料です。我々の研究室では、固体高分子形燃料電池における反応生成物輸送促進に向けた多孔質電極構造の形成機構解明と制御について、材料の創製からデバイスの性能評価・解析までを一貫した研究を進めています。現在、複数の大学ならびに企業が進める国のプロジェクトにも参画し、研究開発を進めています。

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再生可能エネルギー大量導入に向けたレドックスフロー電池の高性能化

レドックスフロー電池（Redox Flow Battery）は、大規模電力貯蔵デバイスとして注目が集まっています。太陽光や風力などの再生可能エネルギー源は時間変動が大きく、二次電池と連携することで安定した電力供給が可能となります。レドックスフロー電池は、通常の二次電池とは異なり、電解液中のイオンが反応して、充電と放電を行います。そのため、大規模化が容易であるなど、様々な利点があります。一方、電池デバイス自体の高性能化、が求められており、我々の研究室では、多孔質電極の創製に加えて、電極と流路を統合した最適構造を解明することにより、レドックスフロー電池の性能を飛躍的に向上させるための研究を行っています。

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マイクロスケール反応輸送場を対象とした新たな計測・解析技術の開発

研究の対象とするのは、燃料電池やレドックスフロー電池などの反応輸送場であり、電極構造の形成過程から発電中の電池内部状態の可視化、そして損失要因の分離解析にまで及びます。X線顕微鏡による燃料電池計測、および、マイクロデバイスを駆使した計測手法を独自に開発することで、我々だからこそ成し得るオリジナルな実験結果と知見の創出に取り組んでいます。

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複雑形状内の反応流動シミュレーション

燃料電池、フロー電池、などは、いずれも多孔質構造を有する複雑な反応流動場です。これらのデバイスの高性能化のためには、実験では観察することが困難なデバイス内部における反応分布と流動分布の詳細な理解とそれに基づく最適構造の探索が不可欠です。我々の研究室では、エネルギーデバイスの実験的研究に加えて、複雑形状を有する反応流動場の解析手法の開発を進めています。多孔質材料内での気相および液相の流れ、固気または気液の混相流、イオンを含む化学種の輸送、電気化学反応と電位分布、などが連成した解析を行っています。解析対象は、空間平均化が施されたマクロスケールから細孔構造を解像するミクロスケールにまで至ります。