PEFC用細孔フィリング電解質膜の構造解明およびプロトン伝導機構の解明

阐明PEFC用孔隙填充电解质膜的结构和质子传导机制

• 批准号: 08J10686
• 负责人: 原 伸生
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2009)The University of Tokyo (2008)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10686/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; アニオン交換膜; カチオン交換膜; イオン伝導性; 耐熱・耐酸化安定性; イオン伝導機構; ミクロ相分離構造; ガス・物質透過特性; 高分子電解質膜; プロトン; 水素; メタノール; 伝導機構; 物質透過性; スルホン酸基

固体高分子形燃料電池は、携帯型定置型自動車型として実用化が期待されている。これは、電解質膜に陽イオン交換膜を用いるものであるが、近年、陰イオン交換膜を用いるアルカリ燃料電池も、触媒と利用可能な燃料が多様であること等から注目されているが、既存の電解質膜の耐久性が乏しいため実用化に至っていない。そこで本研究では、新規なアルカリ固体高分子形燃料電池用の電解質膜の開発を行った。電解質高分子の骨格としては、耐熱性・耐酸化安定性に優れるポリエーテルスルホンを用い、官能基には四級アンモニウム基を用いた。モノマー構造には、かさ高く大きな自由体積を有するフェノールフタレインを用い、縮合重合により電解質ポリマーを重合した。電解質ポリマーは合成時に組成を調節することで、イオン交換容量を調節した。得られたポリマー溶液からキャスト膜を作製した後、四級アンモニウム基を導入し、0.5-1Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いてイオン交換を行った。作製した電解質膜の定性分析と熱分析を行い、イオン伝導特性を測定した。縮合重合により、十分に高い高分子量の電解質ポリマーの合成に成功した。作製した電解質膜は、30℃において9mS/cm、60℃において13mS/cmのイオン伝導度を示した。さらに、80℃のRO水中で48hr洗浄した後も、イオン伝導性はほとんど低下せず、高い耐久性を示した。本研究においては、全芳香族の主査構造を持つ新規なアニオン交換ポリマーの合成に成功し、イオン導電特性と耐久性の検討を行った。得られた新規なアニオン交換ポリマーは、分子構造の検討やミクロ相分離構造の制御によりさらに高い性能を得られると予想され、今後の電解質ポリマーの開発への方向性が示された。

聚合物电解质燃料电池有望在便携式和固定式汽车中得到实际应用。它使用阳离子交换膜作为电解质膜，但近年来，使用阴离子交换膜的碱性燃料电池也由于催化剂和可用燃料的多样性而受到关注，但尚未投入实际应用。电解质膜的耐久性差。因此，在本研究中，我们开发了一种用于碱性聚合物电解质燃料电池的新型电解质膜。采用具有优异耐热性和抗氧化性的聚醚砜作为电解质聚合物的主链，并使用季铵基团作为官能团。采用体积大、自由体积大的酚酞作为单体结构，通过缩聚法聚合电解质聚合物。通过调节合成过程中的组成来调节电解质聚合物的离子交换容量。由得到的聚合物溶液制作流延膜后，导入季铵基，使用0.5～1M氢氧化钠水溶液进行离子交换。对制造的电解质膜进行定性分析和热分析，并测量离子传导性能。我们通过缩聚成功合成了具有足够高分子量的电解质聚合物。所制备的电解质膜的离子电导率在30℃下为9mS/cm，在60℃下为13mS/cm。另外，即使在80℃的RO水中洗涤48小时后，离子传导率也几乎没有降低，显示出高耐久性。在本研究中，我们成功合成了一种具有全芳香族主结构的新型阴离子交换聚合物，并研究了其离子导电性能和耐久性。预计通过考察分子结构和控制微相分离结构，所获得的新型阴离子交换聚合物将能够获得更高的性能，为电解质聚合物的未来发展指明了方向。

项目成果

Development, Microstructure and Properties of Novel Wholly Aromatic Pore-Filling Electrolyte Membranes for PEFCs and DMFCs

PEFC和DMFC新型全芳香族孔填充电解质膜的开发、微观结构和性能

• 发表时间: 2008
• 作者: Nobuo Hara;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi
• 通讯作者: Takeo Yamaguchi

Reverse Response of an Ion-Recognition Polyampholyte to Specific Ion Signals at Different pHs

• DOI: 10.1021/ma801936t
• 发表时间: 2009-01
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: Nobuo Hara;H. Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi

微細細孔内充填電解質ポリマー中の特異なプロトン伝導の特性と解析

微孔电解质聚合物中独特质子传导的表征和分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 原伸生;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央

微細細孔内充填電解質ポリマー中の特異なプロトン伝導機構

微孔填充电解质聚合物独特的质子传导机制

• 发表时间: 2009
• 作者: 原伸生;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央

Rapid Proton Conduction Through Structured Water of Pore-filling Electrolyte Membranes for PEFCs and DMFCs

通过用于 PEFC 和 DMFC 的孔隙填充电解质膜的结构化水进行快速质子传导

• 发表时间: 2009
• 作者: Nobuo Hara;Hidenori Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi
• 通讯作者: Takeo Yamaguchi