PEFC用細孔フィリング電解質膜の構造解明およびプロトン伝導機構の解明

阐明PEFC用孔隙填充电解质膜的结构和质子传导机制

• 批准号: 08J10686
• 负责人: 原 伸生
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2009)The University of Tokyo (2008)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10686/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; アニオン交換膜; カチオン交換膜; イオン伝導性; 耐熱・耐酸化安定性; イオン伝導機構; ミクロ相分離構造; ガス・物質透過特性; 高分子電解質膜; プロトン; 水素; メタノール; 伝導機構; 物質透過性; スルホン酸基

固体高分子形燃料電池は、携帯型定置型自動車型として実用化が期待されている。これは、電解質膜に陽イオン交換膜を用いるものであるが、近年、陰イオン交換膜を用いるアルカリ燃料電池も、触媒と利用可能な燃料が多様であること等から注目されているが、既存の電解質膜の耐久性が乏しいため実用化に至っていない。そこで本研究では、新規なアルカリ固体高分子形燃料電池用の電解質膜の開発を行った。電解質高分子の骨格としては、耐熱性・耐酸化安定性に優れるポリエーテルスルホンを用い、官能基には四級アンモニウム基を用いた。モノマー構造には、かさ高く大きな自由体積を有するフェノールフタレインを用い、縮合重合により電解質ポリマーを重合した。電解質ポリマーは合成時に組成を調節することで、イオン交換容量を調節した。得られたポリマー溶液からキャスト膜を作製した後、四級アンモニウム基を導入し、0.5-1Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いてイオン交換を行った。作製した電解質膜の定性分析と熱分析を行い、イオン伝導特性を測定した。縮合重合により、十分に高い高分子量の電解質ポリマーの合成に成功した。作製した電解質膜は、30℃において9mS/cm、60℃において13mS/cmのイオン伝導度を示した。さらに、80℃のRO水中で48hr洗浄した後も、イオン伝導性はほとんど低下せず、高い耐久性を示した。本研究においては、全芳香族の主査構造を持つ新規なアニオン交換ポリマーの合成に成功し、イオン導電特性と耐久性の検討を行った。得られた新規なアニオン交換ポリマーは、分子構造の検討やミクロ相分離構造の制御によりさらに高い性能を得られると予想され、今後の電解質ポリマーの開発への方向性が示された。

It is expected that solid polymer fuel cells and portable fixed-type automatic vehicles will be put into use.これは, electrolyte membrane にイオン exchange membrane を いるものであるが, in recent years, yin イオン exchange membrane を use いるアルカリ fuel cell も, catalyst とThere are a lot of possible fuels that can be used, and there is a lot of attention to it, and the durability of the existing electrolyte membrane is limited, so the chemical can be used.そこでThis research is carried out and the new regulations of なアルカリelectrolyte membranes for solid polymer fuel cells are developed. The structure of the electrolyte polymer is excellent, and the heat resistance and acid resistance stability are excellent.エーテルスルホンを用い, functional group には 4th grade アンモニウムbase いた.モノマーstructureには、かさ高く大きなfree volumeを有するフェノールフタレインを い, condensation overlap により electrolyte ポリマーを overlap した. The composition of the electrolyte is adjusted during synthesis and the exchange capacity of the electrolyte is adjusted. After obtaining the られたポリマー solution からキャストfilm を production system, the fourth-level アンモニウムbase を guide Enter the 0.5-1M water to acidify the ナトリウム aqueous solution and replace the いてイオン with the を行った. Qualitative analysis and thermal analysis of the electrolyte membrane were carried out, and the conductive properties of the electrolyte membrane were measured. The condensation and superposition of the electrolyte and the very high and high molecular weight electrolyte were successfully synthesized. The conductivity of the electrolyte membrane produced is 9mS/cm at 30℃ and 13mS/cm at 60℃. It can be washed in RO water at 80℃ for 48 hours, and it can be washed in 80℃ RO water for 48 hours. It has low conductivity and high durability. This study focused on the success of the new structure of the fully aromatic structure, the new regulation of the exchange of ポリマーのsynthesis, and the conductive properties of the イオン and the durability of the materials.られた新码なアニオン Exchange ポリマーは, Molecular Structure の検question やミクロphase separation structure のcontrol によりIt has high performance and high performance, and the directionality of the electrolyte in the future is high.

项目成果

Rapid proton conduction through unfreezable and bound water in a wholly aromatic pore-filling electrolyte membrane.

• DOI: 10.1021/jp810575u
• 发表时间: 2009-03
• 期刊: The journal of physical chemistry. B
• 作者: Nobuo Hara;H. Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi

Development, Microstructure and Properties of Novel Wholly Aromatic Pore-Filling Electrolyte Membranes for PEFCs and DMFCs

PEFC和DMFC新型全芳香族孔填充电解质膜的开发、微观结构和性能

• 发表时间: 2008
• 作者: Nobuo Hara;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi
• 通讯作者: Takeo Yamaguchi

Reverse Response of an Ion-Recognition Polyampholyte to Specific Ion Signals at Different pHs

• DOI: 10.1021/ma801936t
• 发表时间: 2009-01
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: Nobuo Hara;H. Ohashi;Taichi Ito;Takeo Yamaguchi

微細細孔内充填電解質ポリマー中の特異なプロトン伝導の特性と解析

微孔电解质聚合物中独特质子传导的表征和分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 原伸生;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央

微細細孔内充填電解質ポリマー中の特異なプロトン伝導機構

微孔填充电解质聚合物独特的质子传导机制

• 发表时间: 2009
• 作者: 原伸生;大橋秀伯;伊藤大知;山口猛央
• 通讯作者: 山口猛央