************第４１回尾張コンプレックスセミナー*************


題　目：　固体高分子形燃料電池のイオノマー中の酸素輸送
　　　　　メカニズムの理論的解明

Title　：　Theoretical Elucidation of Oxygen Transport Mechanism
            though Ionomer of Polymer Electrolyte Fuel Cell

発 表 者：　鈴木　昭也
Speaker ：　Akiya Suzuki

所　  属：   大同大学　燃料電池研究センター
Affiliation：　Fuel Cell Research Center, Daido University

日　時：　１月２８日（金）午後１時３０分〜
Date　：　Fri. Jan. 28th, 1:30 pm (Almost one hour)

場　所：　情報科学研究科４階演習室
         （４Ｆエレベータを降りてすぐ右の部屋）

Place　：　Seminar Room (4F),
            Graduate School of Information Science

内　容：
　固体高分子形燃料電池（PEFC）に用いられるイオノマー（高分子
電解質）の用途としては、電極触媒層のバインダーとして用いら
れるもの、および電解質膜として用いられるものの二通りが存在
する。カソードの触媒層に用いられるイオノマーには白金触媒の
利用率を向上させて拡散過電圧を抑制するため高い酸素輸送
性能が求められる。一方、電解質膜に用いられるイオノマーには
酸素のクロスリークを抑制するため高い酸素遮蔽性能が求められる。
イオノマー中の酸素輸送性能を自由自在に制御してイオノマーの
分子設計を行うためには、イオノマー中の酸素輸送メカニズムの
分子レベルでの解明が不可欠である。
　本研究ではパーフルオロスルホン酸（PFSA）系イオノマーの一種
であるNafionを例に取り、Nafion・水・酸素からなる系のモデルを
構築し、分子動力学シミュレーションを行い、イオノマー中の
酸素輸送メカニズムについて考察を行った。具体的には、親水性
である水クラスター中、あるいは疎水性であるフッ化炭素主鎖骨格
マトリクス中のどちらを主に酸素分子が移動するのか検討を行った。
さらに、炭化水素系イオノマー中の酸素輸送性能についても考察を
行った結果、PFSA系イオノマーよりも酸素輸送性能が低いという
ことが導かれ、良く知られている実験的事実を理論的に説明すること
が出来た。

Abstract：
 For polymer electrolyte fuel cell (PEFC), perfluorosulfonate acid
(PFSA) ionomer is mainly utilized as binder of Pt/C catalysts in the
electrode catalyst layer, and as polymer electrolyte membrane.
On the one hand, higher oxygen transport ability is required to the ionomer
used in the cathode catalyst layer in order to increase the utilization of
Pt catalyst and to restrain the diffusion overpotential.
On the other hand, lower oxygen transport ability is required to the ionomer
used in the polymer electrolyte membrane in order to prevent oxygen cross
leakage. It is necessary to investigate oxygen transport mechanism through
the ionomer at the molecular-level, in order to make a molecular design of
ionomer with oxygen transport ability under our perfect control.
 In this study, Nafion was taken for example, which was a kind of PFSA
ionomer, and the model including ionomer, water, and oxygen was constructed.
And molecular dynamics simulations were performed and discussions about
oxygen transport mechanism through the ionomer were conducted. Moreover, as
a result of discussions about oxygen transport ability through hydrocarbon
(HC) ionomer, it was found that oxygen transport ability of HC ionomer was
lower than that of PSFA ionomer. So that the well-known experimental fact
was able to explain theoretically.

***********************************************************