相分離製膜法を用いた新規空気電池用高分子膜の開発

采用相分离膜生产方法开发新型空气电池聚合物膜

• 批准号: 13878111
• 负责人: 川上 浩良
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13878111/
• 关键词: 含フッ素ポリイミド; 非対称膜; 空気電池; 酸素透過性; 相分離; 水蒸気バリヤー; 相分離法; 高酸素透過性; 水蒸気バリヤー性; 高分子膜

次世代のクリーンエネルギーの1つに空気電池がある。空気電池の特徴はエネルギー密度が極めて高いことである。正極活性物質として空気中の酸素を用いるため軽量化が可能で、リチウムイオン二次電池の重量エネルギー密度(約150Wh/kg)に対し、亜鉛-空気電池の理論エネルギー密度は1,330Wh/kgと極めて大きなエネルギーが期待できる。さらに、空気を活性物質として用いるため環境低負荷型の電池である。しかし、現在は多孔質テフロン膜の孔を酸素が透過してくるため、水蒸気も同時に正極に侵入し触媒劣化が引き起こされている(作動寿命は極めて低い)。また、孔からの電解質の蒸発や漏液性の問題も指摘されている。従って、表面が完全無欠陥で電解質の蒸発や漏液性の問題を起こさず、しかも高い酸素透過性を保ち、かつ水蒸気バリヤー性を示す新しい高分子膜が求められている。本年度は、昨年度新しく開発した超薄膜スキン層を有する含フッ素ポリイミド非対称膜の表面のみを配向させることにより、酸素選択性を飛躍的に向上させることに成功し、優れた酸素透過特性を実現した。表面特性はATR-IR、固体NMRを用い評価した。また、その気体透過安定性も検討し、超薄膜スキン層を有する含フッ素ポリイミド非対称膜に酸素をくり返し透過させても、長時間その透過性が保たれることが明らかになった。さらに、水収着実験より膜内の水の状態を解析した結果、疎水性高分子内で水クラスターが形成され、水の透過性を抑制することが明かとなり目的とした空気電池の可能性が示された。

The next generation of air batteries The characteristics of the air battery are as follows: the density of the air battery is extremely high. It is possible to quantify the amount of acid in the electrode active material and air, and the weight and density of the secondary battery (about 150Wh/kg) are expected to be 1,330 Wh/kg for the theoretical density of the lead-air battery. The battery is of low environmental load type. The porous membrane is now porous and porous, and the electrode is invaded by water vapor and catalyst degradation. Evaporation and leakage of electrolyte from pores and pores are the main problems. In addition, the surface is completely free of electrolyte vapor leakage problems, such as high acid permeability, high water vapor permeability, and high polymer film. This year, new developments have been made in the field of ultra-thin films, including the formation and alignment of non-symmetrical films. Surface properties are evaluated by ATR-IR and solid-state NMR. For example, if a film has a high permeability, it will be transparent for a long time. The analysis results of the water state in the film show that the water state in the polymer is formed and the water permeability is suppressed.

项目成果

H.Kawakami, S.Nagaoka: "Gas Permeation Stability of Asymmetric Polyimide Membrane with Thin Skin Layer ; Effect of Polyimide Structure"Journal of Membrane Science. 212. 195-203 (2003)

H.Kawakami、S.Nagaoka：“薄皮层不对称聚酰亚胺膜的气体渗透稳定性；聚酰亚胺结构的影响”膜科学杂志。

H.Kawakami, S.Nagaoka: "Gas Permeation Stability of Asymmetric Polyimide Membrane with Thin Skin Layer : Effect of Molecular Weight of Polyimide"Journal of Membrane Science. 208. 405-414 (2002)

H.Kawakami、S.Nagaoka：“薄皮层不对称聚酰亚胺膜的气体渗透稳定性：聚酰亚胺分子量的影响”膜科学杂志。

H.Kawakami, S.Nagaoka: "Gas Separation characteristics of isomeric polyimide membrane prepared under shear stress"Journal of Membrane Science. 211. 291-298 (2003)

H.Kawakami，S.Nagaoka：“剪切应力下制备的异构聚酰亚胺膜的气体分离特性”膜科学杂志。