Development of Fast Proton Conductors Using the Cooperative Effects of Hetero-functional Groups on Polymer Nanofibers

利用聚合物纳米纤维上异官能团的协同作用开发快速质子导体

• 批准号: 21K05201
• 负责人: 田中 学
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05201/
• 关键词: 高分子電解質; ナノファイバー; プロトン伝導; 有機ナノイオニクス; 膜; プロトン; 燃料電池

本研究では、高分子膜において生体膜に類似する効率的なプロトンホッピング伝導を実現し、その従来とは異なるプロトン伝導機構を利用することで、次世代型燃料電池などの課題解決に繋がる革新的な高速プロトン伝導体を創製することを目的としている。我々のこれまでの研究において、ナノファイバー表面に効率的なプロトン伝導経路を構築することで、ナノファイバー複合膜のプロトン伝導性を向上させることに成功している。今年度はあらたに、塩基性高分子や双性イオン高分子によるナノファイバー修飾を検討した。酸官能基を有するナノファイバー表面に新規高分子を選択的に修飾し、その修飾状態を各種分光測定などで評価した。新規表面修飾ナノファイバーを高分子電解質マトリクスと複合し、ナノファイバー複合膜を得た。新規ナノファイバー複合膜では、ナノファイバーを含まない単独膜や従来のナノファイバー複合膜よりも高いプロトン伝導性を示した。特に低湿度において伝導度の向上は顕著であり、過度な水の存在を必要としない、新しいプロトン伝導機構の存在が示唆された。ナノファイバー表面に異種官能基を高密度に集積させることが、効率的なプロトン伝導の実現に効果的であることが示された。また、プロトン伝導性以外の特性、例えばガスバリア性や力学特性、化学的安定性などもあわせて評価し、新規ナノファイバー複合電解質膜が燃料電池応用に向けて優れた各種特性を有することを明らかにした。

This research aims to realize the development of a novel high speed conductive material for polymer membrane with similar efficiency to that of biofilms, and to utilize a novel conductive material for the next generation fuel cells. We have successfully constructed a conductive pathway for the surface properties of composite films. This year, the basic polymer and the bisexual polymer are discussed. Acid functional groups are present on the surface of the polymer, and the modified state of the polymer is evaluated by various spectroscopic methods. New surface modification: polymer electrolyte composite film The new regulation shows that the conductivity of composite films is higher than that of single films. In particular, the presence of low humidity, high conductivity and excessive water is necessary to indicate the presence of new conductivity mechanisms. A high density of heterogeneous functional groups on the surface of a polymer can be achieved by increasing the efficiency of the polymer. Characteristics other than conductivity, such as mechanical properties, chemical stability, etc., of the composite electrolyte membrane for fuel cell applications

项目成果

Fabrication and Characterizations of Polymer Electrolyte Composite Membranes Consisted of Polymer Nanofiber Framework Bearing Connected Proton Conductive Pathways

具有连接质子传导通道的聚合物纳米纤维骨架聚合物电解质复合膜的制备及表征

• DOI: 10.2494/photopolymer.34.463
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Photopolymer Science and Technology
• 影响因子: 0.8
• 作者: Ogura Takahiro;Suzuki Kazuto;Tanaka Manabu;Kawakami Hiroyoshi
• 通讯作者: Kawakami Hiroyoshi

幅広い温度と低加湿での燃料電池作動を目指した高分子ブレンドナノファイバー複合電解質膜の作製と評価

用于燃料电池在宽温度和低湿度范围内运行的聚合物共混物纳米纤维复合电解质膜的制备和评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木千翔;田中学;川上浩良
• 通讯作者: 川上浩良

高温低加湿での燃料電池作動を目指した酸ドープ型ブレンドナノファイバー複合電解質膜の作製と評価

高温低湿燃料电池用酸掺杂共混纳米纤维复合电解质膜的制备与评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木千翔;田中学;川上浩良
• 通讯作者: 川上浩良

高温低湿下でプロトン輸送をアシストする機能性ナノファイバー補強層

高温低湿条件下辅助质子传输的功能性纳米纤维增强层

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木千翔;田中学;倉持政宏，山内俊，宮口典子;川上浩良
• 通讯作者: 川上浩良

高温低加湿燃料電池作動を志向した酸/塩基ブレンド高分子ナノファイバー複合電解質膜の作製と評価

高温低湿燃料电池酸碱共混聚合物纳米纤维复合电解质膜的制备及评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木千翔;田中学;川上浩良
• 通讯作者: 川上浩良