Proton conduction properties of crosslinked PTFE electrolyte membranes with different graft-chain structures

グラフト鎖の構造の異なる架橋PTFE電解質膜のプロトン伝導特性

澤田 真一; 八巻 徹也; 浅野 雅春; 寺井 隆幸*; 吉田 勝

Sawada, Shinichi; Yamaki, Tetsuya; Asano, Masaharu; Terai, Takayuki*; Yoshida, Masaru

グラフト鎖の構造の異なる架橋PTFE電解質膜を合成し、それらの温湿度制御下におけるプロトン伝導特性をACインピーダンス法によって評価した。前照射線量を15kGy(一定)としてグラフト反応を行い、鎖の密度を等しくした膜では、イオン交換容量とともにプロトン伝導度が増大した。伝導度の最大値としては、イオン交換容量2.8meq/gの膜が温度80C,相対湿度95%の環境下において0.20S/cmを示した。イオン交換容量が同程度のときは、グラフト鎖の密度が高く長さが短い方が、長い鎖が低密度に存在するときよりも、高い伝導度を示した。この結果は、プロトンの伝導経路である親水性領域の構造の違いに起因すると考えられる。

We synthesized crosslinked-polytetrafluoroethylene (PTFE) electrolyte membranes by a radiation grafting technique under different conditions, and then investigated their proton conduction properties at controlled temperatures and relative humidities (R.H.) by an AC impedance method. The density and length of graft chains were controlled by varying the pre-irradiation dose and grafting time, respectively. When the pre-irradiation dose was fixed at 15 kGy to make the graft chains an uniform density, the elongation of the graft chain increased the ion exchange capacity (IEC), there by enhancing their proton conductivity. The membrane with an IEC of 2.8 meq/g possessed the maximum conductivity reaching 0.20 S/cm at 80 C and R.H. 95%. At almost the same IEC, membranes with more and shorter graft chains showed higher conductivity than those with less and longer chains. This result was probably related to the different structures of hydrophilic domains as proton-conducting pathways.