非水系プロトン伝導体としての酸-塩基型イオン性液体とイオンゲル

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非水条件下100℃以上の温度域で安定なプロトン伝導性を与える有機材料創製の方法論を確立することは、新しい物質・材料を創出する基礎科学として極めて重要なだけでなく、次世代クリーンエネルギーシステムの創出を強力に推進する。本研究ではイオン性液体に注目し、(1)超強酸と有機アミン類との中和反応から得られるプロトン伝導性イオン性液体の諸特性を評価する。ここから(2)プロトン伝導性高分子膜を合成、特性を検討すると共に、100℃以上で動作可能な非水系燃料電池としての評価を行う。昨年度までに、様々な有機アミンと超強プロトン酸との反応により得られるイオン性液体が燃料電池用電解質として機能することを実証してきた。そこで本年度は(2)に示した研究を展開、以下に示す成果を得た。イミダゾールとトリアゾールを塩基として用いたプロトン伝導性イオン性液体中に、モノマーであるメチルメタクリラート、架橋剤および重合開始剤を加えてその場重合することにより、高分子薄膜を得ることに成功した。これは本イオン性液体のプロトン伝導性を損なうことなく固体化した、"プロトン伝導性イオンゲル"とも呼ぶべき新しい材料である。また異なるアプローチ法として、耐熱性と機械的強度に優れるポリ(フッ化ビニリデン)(PVdF)を用いたプロトン伝導性ゲル電解質を作成することを着想した。ここで、この高分子媒体を用いた固体電解質が実際に燃料電池用高分子隔膜として機能するかを予測することを目的として、市販品のPVdF製ポーラスメンブランフィルターにプロトン伝導性イオン性液体を含浸させて評価した。この固体高分子電解質薄膜を用いて燃料電池試験を行ったところ、白金電極上での水素酸化・酸素還元活性があり、100℃以上の非水条件下で作動することを見出した。以上は、燃料電池へ適用可能なプロトン伝導性高分子固体電解質の新しいコンセプトと位置付けることができる。