膜抵抗測定システム　MTS740

特長仕様システム構成

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 Associates社により、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。

株式会社東陽テクニカ　理化学計測部
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Mail：keisoku[at]toyo.co.jp

特長

膜の伝導度測定のニーズと課題

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。

MTS740の特長

膜厚み方向（through-plane）でのイオン伝導度測定

MTS-CellHead
（サンプルホルダ部）

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。

迅速な加湿条件変更

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。

MTS740 ガス供給部

ソフトウェアによる自動測定可能

MTS740付属のMTS4ソフトウェアにより、膜温度、膜周りの湿度を制御可能です。　　
また相対湿度変化のプロファイルを作成することで、指定のRH条件に到達後、ZPlot ソフトで動作するインピーダンスアナライザを連動させ、交流インピーダンス測定を行うことができます。

MTS4ソフトウェア

高い測定精度、再現性

下のグラフはNafion膜 NRE-212をMTS740型（計測はソーラトロン社製1260型）で、3MHz以下周波数範囲で交流インピーダンス測定し、Z実軸との交点から算出した伝導度のデータです。
伝導度の算出には膜乾燥時の厚みを用いています。複数サンプルを交換して測定した際に、同加湿条件での伝導度のバラツキは±5％以内と、高い測定再現性を持っています。
（※膜厚み方向で測定する場合、周波数～1MHzではZ実軸までプロットできません。）

サンプル：Nafion-212

測定条件

サンプル：80℃
相対湿度：90%～20%（10%刻み）
相対湿度変化15分後に測定

仕様

温度範囲	30℃～120℃（加湿器露点温度） 30℃～180℃（サンプル温度）
加湿精度	±2％　＠20～95％RH
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、10mm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	チャンバ雰囲気 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

MTS740-PSM 構成品

MTS740の基本構成　　各１台
PSM1735型　インピーダンスアナライザ　　１台
・測定周波数範囲：10μHz～35MHz
・MTS4制御ソフトで連動可能

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
MTS-Cell110　MTS740用セルヘッド
・サンプル取付部がBT-110型になった膜面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
インピーダンスアナライザ（測定周波数範囲：～3MHz以上推奨）
・上記PSM1735型、または"ZPlot”ソフトウェアにより制御可能なインピーダンスアナライザ（Solartron社製1260型）の使用を推奨