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イオントラックを利用したPEFC用電解質膜の作製,2; プロトン伝導経路のナノスケール化の効果

Synthesis of ion-exchange membranes for polyelectrolyte fuel cells on the basis of fluoropolymers bombarded with swift heavy ions, 2; Effect of nano-scale structuring of proton conducting pathways

廣木 章博; 八巻 徹也; 浅野 雅春; 吉田 勝

Hiroki, Akihiro; Yamaki, Tetsuya; Asano, Masaharu; Yoshida, Masaru

二種類のフッ素系高分子膜(ポリテトラフルオロエチレン膜とエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜)にイオンビームを照射し、形成されたイオントラック内にスチレンをグラフト重合、次いでスルホン化することにより、固体高分子型燃料電池用電解質膜を作製した。ここで、照射するイオンビームの核種(Ar, Xe)を変えることでナノスケールのプロトン伝導経路の大きさを制御した。ArイオンとXeイオン照射時の線エネルギー付与とフルエンスにより算出した吸収線量に対してグラフト率をプロットした結果、グラフト率は、イオンビームの核種には依存せず、吸収線量の増加に伴い増加した。また、電解質膜のプロトン伝導度は、イオン交換容量の増加に伴い増加し、プロトン伝導経路の小さいArイオン照射膜の方が高い値を示すことがわかった。

Films of various fluoropolymers such as ETFE and PTFE were bombarded with swift heavy ions to produce a cylindrical damage zone along the incident axis. The active species generated in this so-called ion track were used to initiate the grafting of styrene, and subsequently the graft chains were sulfonated to produce nano-scaled electrolyte regions. According to a theoretical calculation, the diameter of the ion track in a PTFE film irradiated with 40Ar (3.8MeV/n) and 129Xe (3.5MeV/n) ions was estimated to be about 120 and 215nm, respectively. As the ion track was small, the proton conductivity of the resulting polyelectrolyte membranes became large.

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