燃料電池の電極反応ナノシミュレーション
Nano-simulation of electrode reaction in fuel cells
池庄司 民夫
Tamio Ikeshoji
高度に並列化・チューニング第一原理分子動力学法プログラムSTATE-Senriを用いることにより、固液界面での電極反応をできる限り現実に近いモデルでシミュレーションを行い、実験的には解明しにくい固液界面のナノスケールでの構造や反応過程を明らかにする。
H20には、水素発生の第2段階の水素分子生成の過程をシミュレーションする。このことで水素極の全貌があきらかになるであろう。H20には本研究で確立した電位制御をしたシミュレーションを行うと共に、白金以外の材料を電極に用いる可能性についても検討する
燃料電池反応の微視的機構を解明するためには電極界面における水の性質を理解することが重要である。我々は第一原理分子動力学計算コードSTATE (Simulation Tool for Atom TEchnology)と有効遮蔽媒質 (effective screening medium, ESM) 法を用いて、電圧印可した白金電極／水界面の分子動力学シミュレーションを実行した。界面における水の構造を詳細に解析することにより、バルク状態とは異なる電位に依存した界面での水の構造を明らかにし、極めて大きな負電位を与えると界面の水は疎水性を示すことを予言した。界面の水の構造に加えて振動状態の解析を行うことにより実験との比較を行った。さらに、低電位においては電極表面に水素が吸着していると考えられることから、水素吸着白金／水界面についてもシミュレーションを実行し、界面における水の構造を解析した。
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