脂環式ポリイミドの放射線グラフト重合による燃料電池用電解質膜の合成

Synthesis of PEMs based on alicyclic polyimide by radiation-graft polymerization

Park, J.*; 榎本 一之; 山下 俊*; 前川 康成

Park, J.*; Enomoto, Kazuyuki; Yamashita, Takashi*; Maekawa, Yasunari

高温作動形燃料電池用電解質膜の作製を目的に、シクロヘキシル環を有する脂環式ポリイミドのグラフト型電解質膜の合成を行った。脂環式ポリイミド膜に線を220kGy照射後、スチレングラフト重合をAr中、60Cで行い、反応時間によるグラフト率(GD)がGD=80%の範囲で制御できた。グラフト鎖のスルホン化反応は30C, 0.05Mクロロスルホン酸中で行い、GD43%でスルホン化がグラフト鎖へ選択的に進行し、スルホン化反応4時間でスルホン化率(SD)が100%に達成できることがわかった。得られたSD=73%, GD43%の電解質膜は、41%の低含水率でナフィオンに匹敵する0.07S/cmのイオン伝導度を示した。本研究により、脂環式ポリイミドはGDとSDの制御で簡便に電解質膜の作製ができることが確認され、今後シクロヘキシル官能基を用いるグラフト型電解質膜への応用が期待できる。

We prepared the polymer electrolyte membranes (PEMs) consisting of poly(styrenesulfonic acid) graft chains onto alicyclic polyimide (PI) films using radiation induced-graft polymerization and subsequent sulfonation with a chloro-sulfonic acid solution. The graft polymerization were proceeded with grafting degrees of 070%. Sulfonation degrees gradually increased and reached at near a quantitative yeild, indicating the selective sulfonation to the polystyrene graft chains. The PI-based PEMs showed the highest proton conductivity of 0.26 S/cm with water uptake lower than 100%. We could clearly demonstrate that a series of sulfonated polyimide ionomers for PEMs can be synthesized by radiation-graft polymerization of alicyclic polyimide.