Preparation of anhydrous polymer electrolyte membrane composed of chemically-crosslinked polymer having strongly acidic functional groups

具有强酸性官能团的化学交联聚合物无水聚合物电解质膜的制备

基本信息

批准号：
21K05197
负责人：
野呂篤史
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2021年度において、脱保護法を利用することでスルホン酸含有率の高いポリスチレンスルホン酸架橋物（CL-sSA）を合成していた。膜調製、伝導率測定の再現性に十分に注意をし、調製、測定を進めた。なお、膜のイオン交換容量（IEC）は滴定により決定し、5.0 mequiv/g以上であることを確認した。このCL-sSA膜の80℃、90%RHでの伝導率は0.93 S/cmであった。一般的に燃料電池用電解質膜として利用されるChemours のNR212（ナフィオン）の伝導率は0.15 S/cmであるため、CL-sSA膜は同条件で極めて高い高伝導率を示すことが分かった。化学架橋のために用いられるジビニルベンゼンを混ぜ込まずに、アルキル保護基で保護したスルホン酸エステルモノマー（スチレンスルホン酸n-ブチル）のみを重合させ、さらに脱保護することで得られる未架橋のポリスチレンスルホン酸は、加湿下では水分によって溶解するため膜としての形状を維持できず、CL-sSAでは化学架橋の有効性を見出すことができた。これらの成果をまとめてACS Applied Polymer Materials誌に論文を投稿し、受理がなされた。プレスリリース（科研費への謝辞記載）を発表したところ、国内外で大きな反響があり、日経電子版、日経産業新聞9面などで関連記事が取り上げられた。さらに、酸性官能基を有する架橋ポリマーにリン酸を浸み込ませた電解質膜も作製、無加湿下で伝導率を測定し、学会発表も行った。そのほか、酸性官能基を有する架橋ポリマーの合成、評価実験と並行して、塩基性官能基を有するポリマーに強酸性液体を浸み込ませて得られる電解質膜の作製及び評価、イオン性のポリマーの調製及び力学特性に関しても一部実験を実施した。

在2021财年，使用脱旋触触法合成了具有高磺酸含量的聚苯乙烯磺酸交联产物（CL-SSA）。进行准备和测量，以仔细注意膜制备和电导率测量的可重复性。膜的离子交换能力（IEC）由滴定确定，并确认为5.0 mequiv/g或更多。该Cl-SSA膜在80°C和90％RH的电导率为0.93 s/cm。由于通常用作燃料电池的电解质膜的NR212（Nafion）的电导率为0.15 s/cm，因此发现Cl-SSA膜在相同条件下表现出极高的电导率。 The uncrosslinked polystyrene sulfonic acid obtained by polymerizing only the sulfonic acid ester monomer (n-butyl styrene sulfonate) protected with an alkyl protecting group without mixing it with divinylbenzene used for chemical crosslinking, and deprotection is further dissolved by moisture under humidification, so the film cannot be maintained, and CL-sSA was able to find effectiveness of chemical交联。收集这些结果并提交给ACS应用的聚合物材料，并接受。当发布新闻稿（科学研究基金的致谢）时，它在国内和国际上都收到了巨大的反应，并且在Nikkei Electronic Edition和Nikkei Sangyo Shimbun的第9页上介绍了相关文章。此外，还产生了一种电解质膜，其中将磷酸注入具有酸性官能团的交联聚合物，并且在不加湿的情况下测量了电导率，并在学术会议上进行了演示。此外，与具有酸性官能基团的交联聚合物的合成和评估实验并行，对通过用基本官能团渗入具有强酸性液体，制备和机械特性的基本官能团获得的电解质膜的制备和评估进行了一些实验。