要旨

燃料電池用の高分子電解質膜について，その化学劣化の挙動を運転時間の関数としてモデル化することで，電解質膜の寿命を計算によって予測する技術を開発した．電解質膜の化学劣化は，高分子主鎖の切断と主鎖末端からの分解反応の二つの反応機構に起因して，劣化の挙動が指数関数によって近似できることを実験とモデルの両面から明らかにした．また，指数関数の係数を劣化加速係数として定義することにより，化学劣化を加速または抑制する因子の作用を定量的に評価するとともに，複数の因子の影響度を一つの変数で表現することを可能にした．寿命予測技術の開発によって電解質膜の耐久性を定量的に評価し，FCVの実運用を想定した高分子電解質膜の寿命予測を可能にした結果，燃料電池の性能，効率，コスト，耐久性のトレードオフに関わる電解質膜の設計値を最適化できた．

参考文献

1. （１） Borup, R., et al.: Scientific Aspects of Polymer Electrolyte Fuel Cell Durability and Degradation, Chem. Rev., 107, p. 3904-3951, (2007)
2. （２） Kai, Y., Kitayama, Y., Omiya, M., Uchiyama, T., Kato, M.: Crack Formation in Membrane Electrode Assembly Under Static and Cyclic Loadings, ASME J. Fuel Cell Sci. Technol., 10, p. 021007, (2013)
3. （３） 杉下昌史，大森優：燃料電池用高分子電解質膜の機械劣化に対する寿命予測技術，Honda R&D Technical Review, Vol.28, No.1, p. 54-61
4. （４） Curtin, D. E., Lousenberg, R. D., Henry, T. J., Tangeman, P. C., Tisack, M. E.: Advanced materials for improved PEMFC performance and life, J. Power Sources, 131, p. 41–48, (2004)
5. （５） Liu, W., Ruth, K., Rusch, G.: Membrane Durability in PEM Fuel Cells, J. New Mater. Electrochem. Syst., 4, p. 227–231, (2001)
6. （６） Coms, F.D.: The Chemistry of Fuel Cell Membrane Chemical Degradation, ECS Transactions, 16 (2), p. 235-255, (2008)
7. （７） Hommura, S., Kawahara, K., Shimohira, T., Teraoka, Y.: Development of a Method for Clarifying the Perfluorosulfonated Membrane Degradation Mechanism in a Fuel Cell Environment, J. Electrochem. Soc., 155(1), p. A29-A33, (2008)
8. （８） Endoh, E.: Development of Highly Durable PFSA Membrane and MEA for PEMFC Under High Temperature and Low Humidity Conditions, ECS Trans., 16 (2), p. 1229-1240, (2008)
9. （９） 南雲健司，井ノ上雅次郎：シミュレーションによる燃料電池スタックセル面内CCM含水量分布予測，Honda R&D Technical Review, Vol.28, No.1, p. 24-30

著者(所属)

• 平出 篤志（四輪R&Dセンター）

掲載情報

Honda R&D Technical Review　Vol.28 No.1 収録 (45 - 53)

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