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Preparation of proton exchange membranes based on crosslinked polytetrafluoroethylene for fuel cell applications

架橋ポリテトラフルオロエチレンを基材とする燃料電池用プロトン交換膜の作製

八巻 徹也; 小林 和博; 浅野 雅春; 久保田 仁*; 吉田 勝

Yamaki, Tetsuya; Kobayashi, Kazuhiro; Asano, Masaharu; Kubota, Hitoshi*; Yoshida, Masaru

架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)にスチレンを$$gamma$$線グラフトした後、スルホン化することによって、プロトン交換膜を合成した。グラフト率は、PTFE基材膜の架橋密度とグラフト反応の条件により7$$sim$$75%の範囲で制御された。今回の作製条件において、膜内部まで均一にスルホン酸基を導入するためには30%以上のグラフト率が必要であることがわかった。得られたプロトン交換膜は、ナフィオンのような市販のパーフルオロスルホン酸膜を大きく上回る2.9meq g$$^{-1}$$という大きなイオン交換容量を有するとともに、含水時における高い寸法安定性も兼ね備えている。これらの優れた特性は、言うまでもなく架橋PTFEをグラフト基材に用いたことに起因し、われわれのプロトン交換膜が燃料電池に応用可能であることを強く示唆している。

We prepared proton exchange membranes by the $$gamma$$-ray-induced post grafting of styrene into crosslinked polytetrafluoroethylene (PTFE) films and subsequent sulfonation. The degree of grafting was controlled in the range of 7-75% by the crosslinking density of the PTFE matrix as well as the grafting conditions. Under our preparation conditions, the films at the grafting yield of $$geq$$30% were found to produce ion exchange membranes with a homogeneous distribution of sulfonic acid groups. The resulting membranes showed a large ion exchange capacity up to 2.9 meq g$$^{-1}$$, which exceeded the performance of commercially-available perfluorosulfonic acid films such as Nafion; nevertheless, they appeared to be dimensionally stable in water. These should undoubtedly result from the use of the crosslinked PTFE films as graft substrates and make our ion exchange membranes promising for applications to polymer electrolyte fuel cells.

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パーセンタイル:82.83

分野:Polymer Science

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