Preparation of fuel cell membranes by photografting in vapor and liquid phases

気相・液相の光グラフト重合による燃料電池用電解質膜の作製

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 坂村 高洋*; 久保田 仁*; 吉田 勝

Chen, J.; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Sakamura, Takahiro*; Kubota, Hitoshi*; Yoshida, Masaru

光グラフト重合を利用した燃料電池用電解質膜の作製を試み、得られた膜の特性を評価した。気相系の光グラフトの場合、キトサンを塗布したETFE膜をスチレンモノマー蒸気に暴露することにより行った。一方、液相系の光グラフトでは、スチレン-水/アセトン(1/5vol%)溶液中にキトサンを塗布したETFE膜を浸漬することにより行った。それぞれの膜をグラフト後、スルホン化した電解質膜のプロトン導電性を測定したところ、気相系と液相系で得た電解質膜の膜面方向のプロトン導電性には違いが見られなかった。しかしながら、膜厚方向のプロトン導電性では、同じイオン交換容量において違いが生じ、気相系に比べて液相系で得られた電解質膜のプロトン導電性が高くなることがわかった。ちなみに、イオン交換容量が2.0mmol/gでの膜厚方向のプロトン導電性では、気相系の0.036S/cmに対し、液相系では0.072S/cmであった。この原因を明らかにするために、膜断面のEDS分析により、膜中のイオウ(S)成分の分布を調べたところ、液相系では膜表面と膜中央に均一にイオウ成分が分布していることがわかった。それに対し、気相系の場合、イオン成分の分布は膜表面に集中し、膜中心部には少ないことがわかった。これらの結果から、膜中のスルホン酸基の均一・不均一分布が膜厚方向のプロトン導電性の違いに影響を与えたと結論した。

UV radiation-induced photografting of styrene into ETFE films for the preparation of fuel cell membranes was carried out. The proton conductivity in thickness direction of membranes prepared by the vapor- and liquid-phase photografting can reach as high as 0.065 and 0.087 S/cm, respectively. The higher conductivity in the liquid-phase grafting is close to the homogeneity of graft chain distribution in the membrane.