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高分子電解質膜中でのプロトンダイナミックスと水輸送機構の解明

阐明聚合物电解质膜中的质子动力学和水传输机制

基本信息

批准号：
20038050
负责人：
崔隆基
金额：
$ 1.15万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子型燃料電池の構成要素である、電解質膜中でのフロトン伝導機構及ひ水輸送過程の詳を分子シミュレーションによりらかにした。従来用いられてきたプロトン伝導のモデルでは、電気浸透係数のような物理量がうまく説明できなかった。電気浸透係数が大きいと燃料電池の性能が低下するため、この物理量の本質を理解することが燃料電池の性能の向上のため重要である。我々がシミュレーションから得たプロトン伝導メカニズムは従来のモデルと異なり、高分子電解質膜中でのプロトンの拡散計数、水の拡散計数及びプロトンとカップリングした水輸送(電気浸透係数)の含水率依存性をうまく説明することができ、これらの現象の背景にある物理と化学の本質を理解するさいに役に立つと思われる。また、現在注目されている炭価水素系高子電解質膜の計算を行い、特にこの系で問題となっている低元水率でのプロトン伝導度の低下の原因を明らかにした。我々のシミュレーションの結果、高分子の主鎖に含まれている親水性の官能基が、水の水素結合ネットワークを壊しグロータス機構でプロトンが伝導される可能性を低くさせていることが分かった。また、高分子電解質膜の末端についているスルフォン酸の酸性度の影響をしらべ、プロトン伝導に及ぼす影響が文献などで報告されているよりも大きくないことを確認した。このような一連の分子シミュレーションの結果から新しい高分子電解質膜をテザインするさいに、どのような官能基を選択すれは優れたプロトン伝導特性を得られるのかを提案することができた。

Solid polymer fuel cell components, electrolyte membrane in the transfer mechanism and water transport process in detail For example, the electric permeability coefficient of the gas is calculated by using the following physical quantities: Electric permeability coefficient is very important for fuel cell performance. A description of the water content dependence of water transport (electrical permeability coefficient) in polymer electrolyte membranes is given to understand the physical and chemical nature of the phenomenon. This paper focuses on the calculation of carbon-based electrolyte membrane, especially on the problem of low elemental water ratio and the reason of low conductivity. As a result, the main chain of polymers contains hydrophilic functional groups, and the water binding mechanism of polymers has a low possibility of transmission. The influence of acid on polymer electrolyte membrane terminal structure was confirmed. The results show that the polymer electrolyte membrane has excellent conductivity and functional groups.