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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。

High temperature and low humidity environment above 100℃, high temperature operation type electrolyte membrane for solid polymer fuel cell (HT-PEFC) The development and evaluation of the conductivity of the polymer coated particles were carried out in the implementation of the contents of the fourth year of this report. The polymer coating method of particle surface is applied to the preparation of electrolyte membrane for HT-PEFC. PIL-coated particles are prepared by mixing (1-VIM) with TFSI in an equal amount and mixing with liquid. PIL-coated particles are prepared by mixing (1-VIM) with TFSI in an equal amount and mixing with liquid. The development of PIL-coated particles with different concentrations and particle sizes was successful. PIL-coated particles are prepared from dry powder, and the conductivity of the powder is evaluated. The PIL coated particles have a thermal conductivity of 8.5×10^-5 [S cm^-1] at 160 ° C in the absence of humidity. The thermal conductivity of the coated particles in the vertical and horizontal directions is similar to that of the coated particles. PIL-coated particles were successfully accumulated and equal-sized channels were successfully constructed. In addition, temperature variable solid state NMR measurements were used to confirm the presence or absence of P1VIm N-H molecules. As a result, the mobility of the PIL particles was measured at the position of the PIL particles, the coating of the PIL particles on the surface of the PIL particles, the accumulation of the PIL particles, and the promotion of the PIL particles in the liquid phase.

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