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膜導電率測定システム(MEMBRANE CONDUCTIVITY TESTI SYSTEMS


740 膜抵抗測定システム

温度、湿度、ガス組成、圧力を精密に制御した環境下で、膜のイオン抵抗およびイオン伝導率を迅速かつ高精度に測定できる統合試験プラットフォームです。燃料電池の触媒化やセル組み立てを行うことなく、膜性能を評価できます。

主な用途
  • ポリマー膜単体の評価
  • アイオノマー/電解質材料の迅速なスクリーニング
  • 温度・湿度・圧力条件の影響評価
  • MEA(膜電極接合体)作製前のベンチマーク評価
  • 高分解能な研究開発(R&D)および品質管理(QC)データの取得
主な特長・メリット
  • 相対湿度(RH)、温度、露点を高精度に制御
  • ソフトウェアによる自動測定・データ収集
  • サンプルのセットが容易で、高い再現性を実現
  • 安全機能を搭載し、自動N?(窒素)パージに対応
  • 少量の試料で測定可能(6 mm × 30 mm)

MTS740型は、米国の燃料電池計測システム開発の パイオニアであるScribnerにより、米国 エネルギー省の高温加湿膜開発プロジェクトの一環として技術開発が行われ、開発された製品です。  
PEMFC用の高温低加湿膜の開発にあたり、実用時と 同じ厚み方向(through-plane)のイオン伝導度を早く正確に測定可能です。


特長

 

740 Membrane Test System(740 MTS) は、高分子電解質膜(Polymer Electrolyte Membrane:PEM)のイオン伝導率および面内(In-plane)/厚み方向(Through-plane)抵抗を、高い精度と再現性で測定するための統合型試験システムです。

ガス組成、湿度、温度、圧力を精密に制御した環境下で測定を行うため、燃料電池を実際に組み立てることなく、膜そのものの輸送特性(Transport Properties)を高精度に評価できます

研究開発ワークフローにおける活用

研究開発ワークフローにおける活用 740 MTSは、高分解能の膜輸送特性データを取得し、以下のような研究開発に活用できます。 燃料電池および水電解装置向け材料の最適化アイオノマー組成・配合の比較評価耐久性・含水状態(Hydration)の評価MEA(膜電極接合体)およびセル/スタック試験に向けた基礎データ取得Scribner社の燃料電池試験システム、ポテンショスタット、インピーダンス解析装置と組み合わせることで、材料評価からデバイス評価まで一貫した解析環境を構築できます。

主な先進機能(Advanced Features)

精密な測定と高い再現性を実現するため、740 Membrane Test Systemは、環境制御機能、測定ハードウェア、自動化ソフトウェアを統合し、高分子電解質膜の信頼性の高い伝導率・抵抗データを提供します。

温度・湿度を精密に制御した測定環境

  • 露点(Dew Point)
  • 相対湿度(RH)
  • 試料温度
  • を高精度に制御し、実際の電気化学デバイス動作環境に近い条件で評価できます。

ガス供給・混合システム

  • 湿潤ガス/乾燥ガスの混合制御
  • N?(窒素)パージ機能
  • により、反応雰囲気を精密に制御するとともに、安全な運転を実現します。

四電極法による伝導率測定

面内方向(In-plane)の四電極法を採用。
電極界面の影響を最小限に抑え、膜本来のイオン輸送抵抗を高精度に測定します。

ソフトウェアによる自動測定

CorrWareR ソフトウェアにより
試験シーケンスの自動実行
データ収集の自動化
標準的なインピーダンス解析ツールとの連携が可能です。

再現性に優れたサンプルセットアップ

最大400 PSIまで対応するスプリングロード式圧縮機構を採用。
試料の組み立てが簡単で、試料調製の手間を最小限に抑えながら、高い再現性を確保します。

安全機能

セルロック機能
アラーム発生時の自動シャットダウン
自動N?パージを備え、安全かつ無人での長時間試験をサポートします。

研究開発ワークフローにおける位置付け

740 MTSで取得した高精度な膜輸送特性データは、以下の用途に活用できます。
燃料電池・水電解材料の性能最適化
アイオノマー配合の比較・評価
耐久性および含水率の研究
MEA・セル・スタック試験への入力データ
Scribner社の燃料電池試験システム、ポテンショスタット、インピーダンス測定システムと組み合わせることで、材料レベルからセル・デバイスレベルまでを包括的に評価できる研究開発環境を実現します。

膜厚み方向(through-plane)でのイオン伝導度測定

燃料電池用の電解質膜の伝導度測定をする場合、発電時と同じ膜の厚み方向(through- plane)でのイオン伝導を測定することが望ましいですが、これまでは測定が困難でした。  
厚み方向でのイオン伝導率測定は、電極で挟みこんで恒温恒湿槽内で測定する方法が 従来から行われてきましたが、電極で挟み込まれた膜の湿度状態の制御は難しいことや、 加湿による膜の厚み変動等の問題、またセル(MEA)に組んでの測定では膜以外の要素も影響するといった問題で、単純に膜だけの比較を行うのは困難でした。   
そこで代用として行われていたのが面方向(in-plane)での測定です。 面方向での測 定は膜の加湿状態などを管理しやすいですが、実際の厚み方向でイオン伝導を測定して いないため、異方性がないとされる膜でしか代用となりません。近年は意図的に異方性を持たせた膜も登場しており、実用時と同じ厚み方向での評価が求められています。   
MTS740は確立した測定手法と加湿条件制御を組み合わせることにより、このような 課題を解決した計測システムです。

サンプル膜をサンプルホルダ部の電極間に指定電極押圧で 挟み込み、ホルダ部を本体にセットするだけで、サンプル膜への加湿ガス導入を確保し、4端子交流インピーダンス測定が行えます。

オプションのMTS-Cell110型を使用することで、膜の面方向(in-plane)でもイオン伝導度を測定することができます。

 

サンプル膜をサンプルホルダ部の電極間に指定電極押圧で 挟み込み、ホルダ部を本体にセットするだけで、サンプル膜への加湿ガス導入を確保し、4端子交流インピーダンス測定が行えます。

専用ソフトウェアにより、MTS740に付属するMTS4ソフトウェアと電気化学測定装置を連動させ、イオン交換膜の環境(温度や湿度など)を制御しながら、インピーダンス測定を行うことができます。

仕様
温度範囲 サンプル・チャンバー温度:最大180℃
加湿器温度(露点):最大120℃
(100℃以上は昇圧)
ガス経路温度:最大130℃
加湿精度 ±2% @20〜95%RH(各部温度条件の組み合わせで範囲制限あり)
加湿度計測 静電容量型湿度センサー(Vaisala)
圧力範囲 1〜3気圧
試料寸法 10μm〜200μm厚、6mm幅×30mm長
使用ガス 水素、窒素、空気など(2種切り替え可能)
湿度変更時間 雰囲気ガス 3分、サンプル 7分
使用電源 100−120VAC、50/60Hz
PC接続 USB
本体寸法 450mm(H)× 275mm(W) ×475mm(D)
システム構成
MTS740 構成品
  • MTS740(本体)  1台
  • MTS-CellHead MTS740用セルヘッド  1個
  • MTS4制御ソフトウェア  1式
  • MTSGDL MTS740用GDL  1組(10ペア)
  • MTSCPS MTS740用カーボンペイント  1ビン(30g)
  • 測定用ケーブル、セルヘッド用断熱材
測定システム構成品
  • MTS740の基本構成  各1台
  • 電気化学測定システム
オプション
  • MTS-CellHead  MTS740用セルヘッド
    ・MTS740本体に付属している物と同じ予備用のセルヘッド
    ・MTS740本体のユーザーのみ追加購入可能
  • BT-710 BT-110型搭載型セルヘッド
    ・膜方向での抵抗測定用セルヘッド
  • MTSGDL  MTS740用GDL(10ペア)
    ・サンプル測定時に使用するガス拡散電極
    ・1サンプル当たり2個ずつ使用
  • MTSCPS  MTS740用カーボンペイント(30g)
    ・セルヘッドにMTSGDLを仮留めする際に使用
  • MTS-TANK  MTS740加湿器給水用タンク
    ・ガス圧をかけることでMTS740本体内の加湿器水位を一定に保持可能
  • インピーダンス計測装置

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