高分子化イオン液体被覆シリカナノ粒子による電解質膜作製プロセスの開発

使用聚合离子液体涂覆二氧化硅纳米粒子开发电解质膜制造工艺

基本信息

批准号：
22KJ0329
负责人：
田端恵介
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

100℃以上の高温・低湿度環境化で作動する、高温作動型固体高分子形燃料電池（HT-PEFC）用電解質膜の作製を目的とした。令和4年度の実施内容として、フィラー充填膜の構成部材となる高分子化イオン液体（PIL）被覆粒子の作製プロセスの開発及び、プロトン伝導性評価を実施した。ナノ粒子表面への高分子被覆手法である粒子共存重合法を援用し、HT-PEFC用電解質膜の作製に着手した。PIL被覆粒子の作製に向けて、重合性カチオン：ポリ（1-ビニルイミダゾール）（P1VIm）とアニオン：TFSIの等量の混合物であるイオン液体モノマーを作製し、このイオン液体モノマーと真球状シリカナノ粒子を共存状態で重合させ、シリカナノ粒子表面にPILであるP1VIm/TFSIを被覆したPIL被覆粒子を作製した。実施内容として、様々なイオン液液体モノマー濃度、粒径の異なるシリカナノ粒子を用いたPIL被覆粒子の作製プロセスの開発に成功した。PIL被覆粒子は乾燥粉体で得られ、これを圧着ペレット状態へと加工し、交流インピーダンス法を用いて圧着ペレットのプロトン伝導性を評価した。PIL被覆粒子は、160℃, 無加湿環境下で8.5×10^-5 [S cm^-1] のプロトン伝導度を達成し、圧着ペレットの垂直方向及び水平方向で同程度のプロトン伝導性を示すことも見出した。つまり、PIL被覆粒子を集積するのみで、等方的なプロトン伝導経路の構築に成功した。さらに、温度可変固体NMR測定を用い、P1VImのN-Hプロトンのシグナル位置より、プロトン伝導に有利な可動性プロトンの有無を確認した。その結果、可動性プロトンに割り当てられる位置にシグナルが観測され、ナノ粒子表面へのPILの被覆とPIL被覆粒子の集積によってプロトン伝導経路が構築され、PIL中のイオン液体部同士のプロトン伝導が促進されたことが示唆された。

目的是为高温和低湿度环境的高温固体聚合物燃料电池（HT-PEFC）制造电解质膜，该膜在100°C或更高的情况下进行。作为实施2022财年的一部分，我们开发了一种准备聚合离子液体（PIL）涂层颗粒的过程，这些颗粒是充满填充膜的组成部分，并进行了质子电导率评估。使用粒子共聚合法，纳米颗粒表面上的聚合物涂层方法，我们开始为HT-PEFC制造电解质膜。 To prepare PIL-coated particles, an ionic liquid monomer was prepared, which is a mixture of an equal amount of polymerizable cation: poly(1-vinylimidazole) (P1VIm) and anion:TFSI, and the ionic liquid monomer and the spherical silica nanoparticles were polymerized in the coexistence of the ionic liquid monomer, and PIL-coated particles were prepared in which将二氧化硅纳米颗粒的表面涂有PIL的P1VIM/TFSI。作为实施的一部分，我们成功地开发了一种使用具有不同浓度的离子液体液体单体和颗粒尺寸的二氧化硅纳米颗粒制造pil涂层颗粒的过程。涂层颗粒作为干粉末获得，将其加工成压接的颗粒状态，并使用AC阻抗方法评估了压接颗粒的质子电导率。还发现，在160°C的加湿环境中，涂有涂层的质子颗粒的质子电导率为8.5×10^-5 [s cm^-1]，并在犯罪颗粒的垂直和水平方向上表现出相似的质子电导率。换句话说，各向同性质子传导路径的构建仅通过简单地积聚pil涂层颗粒而成功。此外，使用可变温度固态NMR测量值来确认是否有任何可从p1vim中N-H质子的信号位置进行质子传导有利的移动质子。结果，在分配给移动质子的位置上观察到一个信号，并建议通过覆盖纳米颗粒表面并积累桩涂层颗粒，从而构建质子传导路径，从而促进PIL中离子液体部分之间的质子传导。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

粒子共存重合法による高分子化イオン液体被覆ナノ粒子を基材とした HT-PEFC 用高分子電解質膜の作製

以聚合离子液体包覆纳米粒子为基材，采用粒子共聚法制备HT-PEFC用聚合物电解质膜

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
田端恵介;中崎晴稀;牧野勉;有田稔彦;増原陽人
通讯作者：
増原陽人

Relationship between the Proton Conductive Performance and Water Uptake Ratio on a Filler-Filled Polymer Electrolyte Membrane

DOI：
10.1021/acs.energyfuels.2c02527
发表时间：
2022-10-26
期刊：
ENERGY & FUELS
影响因子：
5.3
作者：
Saito, Takaaki;Nohara, Tomohiro;Masuhara, Akito
通讯作者：
Masuhara, Akito

Proton conductive polymeric ionic liquids block copolymer of poly(vinylphosphonic acid)/1-propylimidazole-<i>b</i>-polystyrene for polymer electrolyte membrane fuel cell

用于聚合物电解质膜燃料电池的质子传导聚合物离子液体聚(乙烯基膦酸)/1-丙基咪唑-<i>b</i>-聚苯乙烯嵌段共聚物

DOI：
10.35848/1347-4065/ac51c2
发表时间：
2022
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Suzuki Yukina;Nohara Tomohiro;Tabata Keisuke;Yamakado Ryohei;Shimada Ryuichiro;Nakazaki Haruki;Saito Takaaki;Makino Tsutomu;Arita Toshihiko;MASUHARA Akito
通讯作者：
MASUHARA Akito

Polymeric Ionic Liquid-Coated Core-Shell Type Nanoparticles for Nanoparticles-Filled Type Polymer Electrolyte Membrane

用于纳米颗粒填充型聚合物电解质膜的聚合物离子液体包覆核壳型纳米颗粒