放射線によるPEEKフィルムをベースにした電解質膜の合成とその特性

PEEK-based polymer electrolyte membrane prepared using irradiation technology

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝

Chen, J.; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Yoshida, Masaru

PEEKフィルムに電子線照射し、架橋構造を付与した。架橋線量の増加とともに架橋密度は増加し、67MGyの架橋線量で85%のゲル化率に達することがわかった。架橋PEEK膜はクロロスルホン酸溶液、又は濃硫酸に不溶となり、形状を維持することができた。そのため、これらのスルホン化剤を用いて直接PEEK電解質膜を得ることができた。一方、未照射PEEK膜は、上述のスルホン化溶液中に瞬間に溶解してしまった。架橋PEEK電解質膜の含水率は架橋線量に大きく依存し、14MGy線量架橋電解質膜の含水率が1476%であるのに対し、100MGy線量で架橋した電解質膜の含水率は102%まで抑制することがわかった。

Novel one step preparation of polymer electrolyte membranes without a membrane casting process is achieved by radiation crosslinking of a polyetheretherketone (PEEK) film to prevent dissolution and deformation of the original film in sulfonating solutions. The films crosslinked with doses more than 14 MGy can be effectively sulfonated at 0 degree in a 0.2 M solution of ClSO3H in dichloroethane, resulting in a crosslinked and sulfonated PEEK (sPEEK) electrolyte membrane with high proton conductivity (0.038 - 0.069 S/cm) comparable to Nafion. Nevertheless, its lowest water uptake is slightly high for application in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). The heat-treatment was effective for further crosslinking of the membrane; as a result, the water uptake drastically decreased, compensating for a slight decrease of proton conductivity (from 0.069 to 0.057 S/cm). In addition, the double crosslinked sPEEK electrolyte membrane exhibited mechanical and thermal properties superior to those of Nafion.