イオン性液体とポリマーのコンポジットを電解質に用いる無加湿型燃料電池

本年度は昨年度の動作原理の確認に引き続き、新しいコンセプトのイオン液体燃料電池の発電性能の向上にむけた研究に着手した。イオン液体をヒドロキシエチルメタクリレートモノマーと混合し、均一な溶液を作り、これを支持体である多孔質フィルムに含浸させ、重合開始剤を加えて熱重合させることにより、イオン液体とポリマーのコンポジット膜を作成した。組成を変えて重合させることにより、ポリマーのイオン液体保持力および機械的強度について膜組成の最適化を行い、重量比で約50対50を得た。また熱測定により、この膜が120℃でも重量減少がなく、安定であり、フッ化水素などの遊離も起こらないことを確認した。この電解質フィルムと集電体および触媒が一体となったMEAを作成した。これをガス流路付きのセパレータではさんだ試験セルを構成し、発電試験をおこなったところ、無加湿条件(H_2およびO_2 1atm、25℃)において、セル電圧0.5V、電流密度100mA cm^<-2>(出力密度50mW cm^<-2>)の発電性能が得られた(7th International Symposium on Molten Salt Chemistry and Technology, Toulouse, France, 8/29-9/2(2005)にて発表)。この値は、現在までに報告されているプロトン伝導性イオン液体のコンポジット膜による燃料電池と比較した場合、10倍以上である。さらに、100℃の無加湿条件下においても、少なくとも同程度の出力が得られることを確認した。なお本研究申請時に使われていた「イオン性液体」の用語は最近「イオン液体」に変わりつつあり、学術的にもより適切な用語であると考えられるので、当報告ではタイトルは申請時のままにしているが、本文中は新しい用語に改めている。

本年度は昨年度の動作原理の確認に引き続き、新しいコンセプトのイオン液体燃料電池の発電性能の向上にむけた研究に着手した。イオン液体をヒドロキシエチルメタクリレートモノマーと混合し、均一な溶液を作り、これを支持体である多孔質フィルムに含浸させ、重合開始剤を加えて熱重合させることにより、イオン液体とポリマーのコンポジット膜を作成した。組成を変えて重合させることにより、ポリマーのイオン液体保持力および機械的強度について膜組成の最適化を行い、重量比で約50対50を得た。また熱測定により、この膜が120℃でも重量減少がなく、安定であり、フッ化水素などの遊離も起こらないことを確認した。この電解質フィルムと集電体および触媒が一体となったMEAを作成した。これをガス流路付きのセパレータではさんだ試験セルを構成し、発電試験をおこなったところ、無加湿条件(H_2およびO_2 1atm、25℃)において、セル電圧0.5V、電流密度100mA cm^<-2>(出力密度50mW cm^<-2>)の発電性能が得られた(7th International Symposium on Molten Salt Chemistry and Technology, Toulouse, France, 8/29-9/2(2005)にて発表)。この値は、現在までに報告されているプロトン伝導性イオン液体のコンポジット膜による燃料電池と比較した場合、10倍以上である。さらに、100℃の無加湿条件下においても、少なくとも同程度の出力が得られることを確認した。なお本研究申請時に使われていた「イオン性液体」の用語は最近「イオン液体」に変わりつつあり、学術的にもより適切な用語であると考えられるので、当報告ではタイトルは申請時のままにしているが、本文中は新しい用語に改めている。