全炭化水素系電解質膜のイオンチャンネル構造と電気伝導特性の相関関係の解明

阐明全烃电解质膜离子通道结构与导电性能之间的相关性

• 批准号: 20760479
• 负责人: 岩瀬 裕希
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20760479/
• 关键词: 中性子小角散乱; 炭化水素系電解質膜; 放射線グラフと重合; ポリエーテルエーテルケトン; 燃料電池; 量子ビーム

今年度は、中性子小角散乱と電気伝導の同時計測を実現するための装置の整備を行なうとともに、放射線グラフト重合法で作製した炭化水素系電解質膜の構造解析を進めた。まず電気伝導計を購入し、さらに中性子小角散乱と電気伝導の同時計測用試料セルを独自に設計することで、中性子小角散乱と電気伝導の同時計測を実現した。次に低結晶化度のポリエーテルエーテルケトン(PEEK)基材膜(結晶化度10%)を高温でアニーリング処理を行なうことにより結晶化度をあげ、次いでスチレン鎖をグラフト重合することで炭化水素系電解質膜(PEEK電解質膜)を作製し、このイオンチャンネル構造を明らかにすることを目的に、コントラバリエーションを活用した中性子小角散乱により構造解析を行なった。測定の結果、放射線グラフト重合法で作製したフッ素系電解質膜(架橋ポリテトラフルオロエチレン電解質膜)では、基材とグラフト鎖は明確な界面を示すのに対して、今回作製したPEEK電解質膜では不明瞭な界面であることが明らかとなった。また直径が約14ナノメートルのイオンチャンネル構造を形成していることも明らかとなった。さらにPEEK基材膜の結晶化度を10%から増加させると到達グラフト率も増加するが、結晶化度28%を超えると急激にグラフド率が減少することが示された。この起源を明らかにするために、中性子小角散乱およびX線小角散乱によりPEEK基材膜の構造を測定した結果、結晶化度が28%を超えると、PEEK基材内の結晶相はラメラ構造を形成し、この構造は低結晶化度のPEEK基材を作製する際の合成プロセスに依存することが明らかとなった。PEEK電解質膜の高性能化を計る上でグラフト率の最適化は最も重要な因子であることから、今回得られた結果はPEEK電解質膜の作製プロセスを最適化する上で極めて有効な情報となった。

This year, the equipment for the simultaneous measurement of small angle scattering and electric conduction of neutral particles is developed. The structure analysis of carbonized water-based electrolyte membrane is also improved. The sample for simultaneous measurement of electric conduction was designed independently and the simultaneous measurement of electric conduction was realized. The second is low crystallization degree, the second is low crystallization degree, the third is high crystallization degree, the fourth is high crystallization (PEEK electrolyte membrane) to make, to make As a result of the measurement, the PEEK electrolyte membrane (bridging electrolyte membrane) was prepared by the radiation recombination method, and the interface between the substrate and the PEEK electrolyte membrane was clearly defined. The diameter of the tube is about 14 mm, and the structure of the tube is formed. The crystallization degree of PEEK substrate film increased from 10% to 28% and decreased from 10% to 28%. The origin of this phenomenon is clearly shown in the measurement results of the structure of PEEK substrate film, the crystallization degree is 28%, the crystal phase in PEEK substrate is formed, and the structure depends on the synthesis of PEEK substrate with low crystallization degree. The optimization of PEEK electrolyte ratio is an important factor in the design of high performance PEEK electrolyte membrane. The optimization of PEEK electrolyte ratio is an important factor in the design of PEEK electrolyte membrane.

项目成果

A Combined Method of Small-Angle Neutron Scattering and Neutron Radiography to Visualize Water in an Operating Fuel Cell Covering a Wide Range of Length Scales from Nano to Millimeter

小角中子散射和中子射线照相相结合的方法，可对运行中的燃料电池中的水进行可视化，覆盖从纳米到毫米的各种长度尺度

• 发表时间: 2009
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A (In Press)
• 作者: 横山賢一;冨田美穂;酒井潤一;Hiroki Iwase
• 通讯作者: Hiroki Iwase

中性子小角散乱と中性子ラジオグラフィの同時計測による実作動状態下燃料電池内部の水分布のその場観察

通过同时测量小角中子散射和中子射线照相，现场观察实际运行条件下燃料电池内部的水分布

• 发表时间: 2008
• 作者: 横山賢一;冨田美穂;酒井潤一;Hiroki Iwase;岩瀬裕希
• 通讯作者: 岩瀬裕希

中性子超小角散乱とラジオグラフィ同時計測による作動状態燃料電池の観察

使用同步超小角度中子散射和射线照相测量来观察运行的燃料电池

• 发表时间: 2008
• 作者: Y.Yan;H.-W.Li;T.Sato;N.Umeda;K.Miwa;S.Towata;S.Orimo;岩瀬裕希
• 通讯作者: 岩瀬裕希

Novel Method to Visualize Water Distribution from Micro to Macro Length Scales -Combination of Ultra-Small-Angle Neutron Scattering and Neutron Imaging-

从微观到宏观尺度可视化水分布的新方法-超小角中子散射和中子成像的结合-

• 发表时间: 2008
• 作者: T.Sato;K.Ikeda;K.Ohoyama;N.Watanabe;S.Orimo;Hiroki Iwase
• 通讯作者: Hiroki Iwase