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プロトン伝導性ポリマーとシリカ微粒子からなる新規高分子電解質膜の開発

开发由质子传导聚合物和二氧化硅颗粒组成的新型聚合物电解质膜

基本信息

批准号：
18J10346
负责人：
志藤慶治
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

総合性能でNafion®に替わる電解質膜の開発を目的として実施した。実施内容として、表面に2次元プロトン伝導経路を付与した機能性フィラーの作製を試み、これらを多点接触させ、3次元プロトン伝導チャンネルを構築し、より安価で大量生産可能な固体高分子電解質膜の設計・実証に取り組んだ。これまで、粒子共存制御ラジカル重合法を用いて、シリカナノ粒子表面にPAA-b-PS (polyacrylic acid-block-polystyrene)を被覆したコア-シェル型ハイブリッドナノ粒子の作製・評価を行い、目的のコア-シェル型ハイブリッドナノ粒子の作製に成功してきた。より高温域での稼働とプロトン伝導度向上を目的として、高耐熱性と高プロトン伝導性の発現に着手した。Poly(1-vinylimidazole)とPolyvinylphosphonic acid (PVPA)を目的化合物として、精密ラジカル(RAFT)重合を行い、それぞれdithiocarbamates型とxanthate型でのRAFT重合が可能であることを見出した。特にPVPAの系では、これまで水系での重合が一般的であったが、RAFT試薬の構造を見直すことで、有機溶媒中でのRAFT重合を可能とした点で意義深い。さらに、xanthates型RAFT試薬を用いて、粒子共存制御ラジカル重合法によりsilica@X1-PVPAを作製した。作製後、Imidazoleを吸着させ、PAA-b-PS を被覆したsilica@X1-PVPA/Im/PAA-b-PSの系では、最表面にブロッキング層が存在するにも関わらず、プロトン伝導性の著しい低下を抑制し、高プロトン伝導性(3.14×10-2 S/cm, 60℃, 98% RH)を発現した。また、180℃程度までの耐熱性が確認できている。以上、高プロトン伝導性の発現と耐熱性の向上を達成した。

The purpose of electrolyte membrane development for Nafion replacement is to realize the integration performance. Design and implementation of solid polymer electrolyte membrane with content, surface, 2-D conductivity, functional performance, multi-point contact, 3-D conductivity, construction, safety and mass production. The particle blue shift control method was successfully used to coat PAA-b-PS (acrylic acid-block-polystyrene) particles on the surface of particles. High temperature range, high conductivity, high heat resistance, high conductivity Poly(1-vinylimidazole) and Polyvinylphosphonic acid (PVPA) are the target compounds, and the RAFT coincidence of dithiocarbamates and xanthates is possible. In particular, PVPA system, water system, RAFT test structure, RAFT test structure, organic solvent, RAFT overlap point, deep significance. In this paper, the Xanths RAFT test is used, and the particle blue shift control method is used to control silica@X1-PVPA. After preparation, the adsorption of Imidazole, PAA-b-PS coating, silica@X1-PVPA/Im/PAA-b-PS system, the existence of a coating layer on the outermost surface, the presence of low conductivity, low inhibition, and high conductivity (3.14×10-2 S/cm, 60℃, 98% RH) were observed. Heat resistance at 180℃ was confirmed. The development of high conductivity and the improvement of heat resistance are achieved.