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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。

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研究内容Research

固体高分子形燃料電池の電極構造制御による高性能化

PEFC概要写真




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。家庭用コージェネレーションシステムとして商品化され、2014年末には、燃料電池自動車の販売が始まります。今後の普及のためには、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であり、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、のための研究を進めています。


レドックスフロー電池における電極相界面の極限利用

RFB概要写真



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、多孔質電極に電解液を効率的に供給し、電極と電解液で形成される相界面を極限まで利用し、これ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。


車載用クリーンフィルターにおける反応輸送制御とレアメタル削減

Filter概要写真



自動車から大気中へ放出される排気ガスの規制は年々、厳しくなっています。排気ガスのクリーン化は、エンジン後段に設置された各種の浄化フィルターにより行われます。車載用クリーンフィルターには、窒素酸化物(NOx)低減や微小粒子状物質(PM2.5など)捕集・酸化などを目的として、触媒作用を有する希少金属(レアメタル)が多孔質フィルター壁の表面に担持されています。我々の研究室では、フィルター内における流動を制御することにより、フィルター内で十分に活用されていない触媒を削減して、レアメタル使用量を抑制するための研究を行っています。


複雑形状内の反応流動シミュレーション

解析概要写真


燃料電池、フロー電池、クリーンフィルターなどは、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。多孔質物体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。

Tsushima Laboratory津島研究室

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