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超臨界二酸化炭素プロセッシングを利用した高性能高分子固体イオニクス複合型新材料

采用超临界二氧化碳加工的新型高性能聚合物固态离子复合材料

基本信息

批准号：
18750186
负责人：
富永洋一
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology (2007)Tokyo Institute of Technology (2006)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、固体状態で解離イオンを効果的に生成し速く輸送できるポリエーテル系電解質材料を超臨界二酸化炭素(scCO_2)を溶媒とした反応プロセス中で作製し、室温で10^<-4> S/cm以上の高いイオン伝導度を与える系の設計指針を提案することを目的としている。前年度までの成果は、高分子論文集(総合論文)などに纏めた。一方で本年度は、前年度に明らかとなったイオン伝導度の改善が更に期待されるメソポーラスシリカを充填した高分子複合系について検討を進めた。これまでに、耐熱性ポリイミド系電解質膜などの高いプロトン伝導性が多数報告されているが、同時に低湿度下における高い伝導度の達成は困難であり、既存の系では実現不可能である。そこで、プロトン伝導性高分子中に規則的な周期構造を有するメソ多孔体を分散させた、新しいハイブリッド電解質膜を提案した。このメソ多孔体は、界面活性剤を鋳型とするゾルゲル反応によって容易に合成され、周期構造や孔径を10 nm前後で自由に制御できる、新しい無機材料である。プロトン移動に最適なクラスター構造を耐熱性のメソ多孔体内部に構築できれば、高温・低湿下でも安定した水分の保持と高いプロトン伝導度の発現が可能な電解質膜の作製が期待される。将来的には、使用環境に左右されない次世代PEM-FCの開発にも繋がる可能性がある。試料作製として、市販のNafion膜に未修飾MPSおよび表面スルホン酸基修飾体(Su-MPS)を充填したハイブリッド電解質膜を新規に作製し、プロトン伝導挙動について測定した。その結果、Nafion膜単体と比較して複合膜のプロトン伝導度は約1.5倍から2倍高く、80℃・95%RHにおいて9.4×10^<-2> S/ccm(Nafion + 5wt% Su-MPS)を達成した。合成されたSu-MPSの酸性度は極めて高く、水の保持とプロトン移動の促進がメソ孔内部で実現したため、イオン伝導性の向上に繋がったものと推察されている。

In this study, we propose design guidelines for the preparation of electrolyte materials such as supercritical carbon dioxide (scCO2), solvents, and solvents for high thermal conductivity above 10^<-4>S/cm at room temperature. The results of the previous year were collected in polymer papers (comprehensive papers). The improvement of conductivity in this year and the previous year is expected to be further improved. The high conductivity of electrolyte membranes with high heat resistance and low humidity is difficult to achieve, and it is impossible to achieve high conductivity of existing systems. A new type of electrolyte membrane is proposed, which has a regular periodic structure in conductive polymers. The porous materials, interfacial active agents, and inorganic materials are easy to synthesize, periodic structures, and pore sizes around 10 nm. The optimum structure for heat resistance, stability, moisture retention and high conductivity of porous materials under high temperature and low humidity are expected to be achieved. The possibility of the development of the next generation PEM-FC in the future depends on the environment in which it is used. Sample preparation and measurement of Nafion membrane unmodified MPS and surface acid-based modifier (Su-MPS) filled electrolyte membrane As a result, the conductivity of Nafion membrane was about 1.5 times higher than that of Nafion membrane, and the conductivity of Nafion membrane was about 9.4×10^<-2>S/ccm(Nafion + 5wt% Su-MPS) at 80℃·95%RH. The acidity of the synthetic acid is extremely high, and the water is maintained. The movement of the synthetic acid is promoted. The pore interior is realized, and the conductivity is increased.