Polymer electrolyte membranes consisting of alkyl sulfonic acid for fuel cells, synthesized by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical transformation

アクリル酸誘導体のグラフト重合と高分子変換反応によるアルキルスルホン酸グラフト電解質膜の合成と特性評価

前川 康成; 高橋 周一; Hanh, T. T.*; 小此木 裕行*; 萩原 時男*

Maekawa, Yasunari; Takahashi, Shuichi; Hanh, T. T.*; Okonogi, Hiroyuki*; Hagiwara, Tokio*

燃料電池用電解質膜の高温作動時の耐久性向上を目的に、アルキルスルホン酸をグラフト鎖に有する電解質膜の合成を試みた。ETFEにアクリル酸メチル(MA)をグラフト重合後、クロロスルホン酸とジオキサンの当量錯体で処理することで、副反応なしにスルホン化が進行し、低含水率で高いイオン伝導性を示す電解質膜が合成できた。さらに、グラフト鎖のMAを一部メタクリル酸メチル(MMA)に置き換えた共重合グラフト型電解質膜も作製可能であること、及び、MMA比率の増加により、電解質膜の高温での安定性が向上することを明らかにした。

Polymer electrolyte membranes (PEMs) consisting of alkylsulfonic acid in grafting chains can be prepared by radiation-induced graft polymerization of methyl acrylate (MA) onto a poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) film, followed by the sulfonation of MA units in the grafting chains using an equimolar complex of chlorosulfonic acid and dioxane. The sulfonation reaction accompanied equimolar decarboxylation of the MA unit (substitution of carboxylic acid with sulfonic acid) to give the PEMs with conductivity of 0.01-0.11 S/cm. Furthermore, the replacement of the MA unit with methyl metacrylate (MMA) as a comonomer in grafting chains enhances the stability of the PEM at higher temperatures.