新規プロトン伝導性電解質膜の開発

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本研究では、高イオン交換容量(IEC)をもつスルホン化マルチブロックコポリマーを基盤とした高性能炭化水素系高分子電解質膜の開発に取り組んだ。電解質膜の高IEC化、マルチブロック構造はそれぞれ電解質膜の性能改善に有効な手段であるが、これらの手法を単独で用いるだけでは電解質膜の高性能化、とりわけプロトン伝導性と膜耐性との間での二律背反性を打開することは現状困難である。そこで、マルチブロック構造と高IEC化の融合(高IECスルホン化マルチブロックコポリマー)を本研究では提案した。これらの融合によりマルチブロック構造由来の高膜耐性と高IEC化由来の高プロトン伝導性の両立が期待できる。IECが2.70 mequiv/gを超えるスルホン化マルチブロックコポリマーの電解質膜材料への応用例は本研究が初めてであり、高IECスルホン化マルチブロックコポリマー電解質膜(IEC=2.75 mequiv/g)および高IEC値をもつ架橋型電解質膜(IEC=2.99-3.40 mequiv/g)によって炭化水素系高分子電解質膜開発の前進が達成されれば、そのインパクトは大きい。研究成果として、高IECスルホン化マルチブロックコポリマー電解質膜(IEC=2.75 mequiv/g)においてフッ素系高分子電解質膜(Nafion 117膜)に匹敵する高プロトン伝導性と高膜耐性(乾燥状態における高機械的強度、高耐水性)の達成に成功した。さらに、架橋型電解質膜(IEC=2.99-3.40 mequiv/g)においては、相対湿度30-95%全域でNafion 117膜の2倍以上という非常に優れたプロトン伝導性と高膜耐性の両立に成功した。