New Energies, new possibilities

Youliang Cheng et al. propose a "2D Topology-Curvature Optimization" progressive design method to optimize the bend area structures of serpentine flow channels in PEMFCs. The method combines topology optimization with curvature optimization to improve the mass transfer and overall performance of the fuel cell. The researchers used numerical simulations to compare the topology-curvature optimization model with algorithm-based optimization models and a validation model. The study analyzed the mass transfer, heat transfer characteristics, and output performance of PEMFCs under different flow fields.

The results indicate that the optimized structures significantly improve convection and diffusion within the flow field, enhancing the transport and distribution of oxygen and water within the PEMFC. The performance improvements, ranked from highest to lowest, are TS-III > MD-G (Model-GA) > MD-P (Model-PSO) > TS-II > TS-I. Among the optimized models, TS-III (Topology Structure-III) exhibits the greatest increases in peak current density and peak power density, with improvements of 4.72% and 3.12%, respectively. When considering the relationship between performance improvement and pressure drop using the efficiency evaluation criterion (EEC), TS-II demonstrates the best overall performance.

This study provides a valuable method for optimizing the design of PEMFCs, which can lead to significant improvements in their performance. The "2D Topology-Curvature Optimization" method offers a quick and accurate way to generate optimized structural models, reducing time and trial-and-error costs in the design process. The findings of this research can help advance the adoption of hydrogen fuel cells in various applications, contributing to the global effort towards carbon neutrality.

Original source: https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-025-0978-4 

Breakthrough Design Boosts Flow in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

もみ殻に含まれる非晶質シリカが構造の安定化に寄与 　東北大学の研究グループは2025年7月、農業廃棄物の「もみ殻」と鉱山副産物の「パイライト（黄鉄鉱）」を原料とする「燃料電池用触媒」を、秋田大学や北海道大学らと共同開発したと発表した。

未利用資源から高性能な機能性材料を生み出した今回の成果は、希少資源である白金（Pt）の代替となるばかりでなく、持続可能な材料を開発する新たな取り組みとして注目される。 今回の取り組みを示す概要図［クリックで拡大］ 出所：東北大学他 　金属空気電池や燃料電池などは、「酸素還元反応（ORR）」を担う触媒材料の役割が重要となる。電池内の酸素反応をこれまで担ってきたのが高価で希少資源のPtである。そこで今回、供給リスクやコストの低減に向けて、安価で持続可能な代替材料の開発に取り組んだ。 　東北大学を中心とする研究グループはまず、パイライトからの鉄イオンを含む水溶液に、もみ殻を一晩浸した。その後、水熱炭化することで鉄を内部に分散させた。次に、窒素雰囲気下で高温炭化を行う工程で尿素を添加し、Fe-N構造の形成を促す窒素ドープを行った。 　こうした2段階プロセスによって、鉄と窒素が効果的に導入され、反応性に優れた構造が形成されたとみている。また、もみ殻に含まれる非晶質シリカが構造の安定化に寄与したことにより、全体として高い耐久性を実現できたとみている。こうして得られた触媒は、酸性・中性・アルカリ性といった全ての条件下で、白金触媒に匹敵する起電力（オンセットポテンシャル）を示した。 　さらに、酸性条件下で14時間の連続運転試験を行ったところ、白金媒体（40wt％ Pt/C）を上回る電流保持率となり、耐久性に優れていることを確認した。 　今回の研究は、東北大学学際科学フロンティア研究所の中安裕太助教と阿部博弥准教授、同大学院工学研究科のEdwin Nyangau Osebe大学院生と渡邉賢教授らによる研究グループおよび、秋田大学や北海道大学、物質・材料研究機構などが共同で行った。

もみ殻と鉱山副産物で「燃料電池用触媒」、白金の代替に（EE Times Japan） - Yahoo!ニュース

本田技研工業（ホンダ）は6月30日、栃木県真岡市で計画していた次世代燃料電池モジュール専用生産工場について、世界的な水素市場の環境変化に伴い、生産能力の下方修正および稼働開始タイミングを後ろ倒しする方向で事業計画を見直すと発表した。

　2024年10月に生産終了した旧パワートレインユニット製造部の敷地・建屋を活用し、自社開発の次世代燃料電池モジュールの専用工場を、年間3万基の生産能力で2027年度に稼働させることを目指し準備を進めていた。今回の見直しにより、生産能力を年間2万台以下に修正し、稼働開始の時期も未定とする。

　ホンダは、燃料電池システムを搭載する製品として、燃料電池車（FCEV）のほか、商用車、定置用発電機、建設機械の4つを想定し、水素事業を新たな事業の柱として成長させるとしてきた。自社開発・生産する次世代燃料電池システムの強みを生かし、燃料電池トラック分野において2030年シェア5%、野心的な目標として2040年頃にシェア30%を目指すと公表している。

　真岡市での燃料電池モジュール工場は、経済産業省の「GXサプライチェーン構築支援事業」に採択され、補助金を受ける予定だった。交付対象は燃料電池・燃料電池システム、交付申請額は最大約147.8億円。今回の見直しに伴い、公募要件である年間2万基および2027年稼働開始に適合しなくなることから、同補助金の採択を辞退する。

　GXサプライチェーン構築支援事業は、カーボンニュートラル（脱炭素）の実現に不可欠となる水電解装置、燃料電池、ペロブスカイト太陽電池、浮体式など洋上風力発電設備を製造する工場で使用する設備機械装置、建物などの取得費、システム購入費などを補助するもの。補助率は、大企業が3分の1、中小企業などが2分の1以内。

　水電解装置・燃料電池を対象とした第1回公募では、ホンダのほか、トヨタ自動車（燃料電池スタック・モジュール、約112.5億円）、東レ（水電解装置部材、約186.7億円）、旭化成（電解セル・電解用膜、約114.3億円）が採択を受けた。第2回公募では、ペロブスカイト太陽電池と浮体式など風力発電設備を対象とし、積水化学工業（フィルム型ペロブスカイト太陽電池、約1572.5億円）、片岡製作所（ペロブスカイト太陽電池のレーザー加工装置、34.3億円）が採択された。

ホンダ、燃料電池工場の計画を見直し、GX補助金を辞退 - ニュース - メガソーラービジネス plus : 日経BP

Torayca ™ Fuel Cell Material Wins Excellence Appreciation Award from Honda – Adopted in Honda Fuel Cell Vehicles

Tokyo, Japan, June 19, 2025– Toray Industries, Inc., announced today that it has received a 2025 Excellence Appreciation Award *1 from Honda Motor Co., Ltd., for the Torayca™ GDL *2 used in the fuel cell stack of the CR-V e:FCEV *3, a hydrogen fuel cell electric vehicle launched in July 2024. The commemorative trophy presentation ceremony was held at Toray’s headquarters in Tokyo on June 19.

Honda was impressed with the Torayca™ GDL’s gas diffusion and strength, which enhances fuel cell stack performance and durability while saving space. Another factor in Toray’s recognition as an outstanding supplier was the Torayca™ GDL’s excellent removal of water generated from redox reactions *4, helping to keep hydrogen and air flow paths clear to boost fuel cell durability and performance. Toray began developing the carbon paper base material for the Torayca™ GDL in 1982, commercializing it in 2000. The company has developed the Torayca™ GDL since 2008, with Honda employing it in the Clarity Fuel Cell model *5, produced from 2016 through 2021. Toray thereafter designed a more durable, higher-performance Torayca™ GDL for the CR-V e:FCEV. Hydrogen fuel cell vehicles produce no carbon dioxide emissions from the tailpipe. The market for these automobiles should expand in coming years as economies transition to hydrogen society. Toray will keep developing materials that support automotive electrification, helping cut carbon dioxide emissions across entire vehicle life cycles. One goal of the Toray Group Sustainability Vision for 2050 is to contribute to a world where resources are sustainably managed. The company will continue pursuing R&D into groundbreaking materials that can drive fundamental change in keeping with its commitment to contributing to society through the creation of new value with innovative ideas, technologies and products.

Torayca ™ Fuel Cell Material Wins Excellence Appreciation Award from Honda - Adopted in Honda Fuel Cell Vehicles - Hydrogen Central

　ホンダ <7267> は30日、次世代燃料電池システムの専用工場の稼働時期を延期すると発表した。2027年度の生産開始を予定していたが、当面未定とする。生産能力も年2万基未満に引き下げる。水素を燃料とする燃料電池車（FCV）は環境負荷が大きいガソリン車やディーゼル車などの代替として期待されているが、水素供給網の構築やFCVへの置き換えが想定通りに進んでいないことを踏まえた。　

ホンダ、次世代燃料電池工場の稼働延期（時事通信） - Yahoo!ニュース