Fuel cell performance of polyetheretherketone-based polymer electrolyte membranes prepared by a two-step grafting method

二段階グラフト法によるポリエーテルエーテルケトン電解質膜の合成とその燃料電池性能

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝

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

高温低加湿高分子型燃料電池に適用する電解質膜を開発するため、スーパーエンジニアリングプラスチックであるポリエーテルエーテルケトン芳香族炭化水素系高分子フィルム(PEEK)を基材として、二段階のグラフト重合を経由して高分子電解質膜を合成した。すなわち、PEEK基材フィルムにジビニルベンゼンを足場高分子として熱グラフト重合し、次いで、スルホン酸基へ変換できる官能基を有するETSSモノマーを放射線グラフト重合し、加水分解処理により高分子電解質膜を合成した。合成した高分子電解質膜はナフィオン膜より優れた導電性,機械的強度があり、高温低加湿の条件における高い電池性能を示した。

Polyetheretherketone (PEEK)-based polymer electrolyte membrane (ssPEEK) was prepared by successive grafting of divinylbenzene and ethyl styrenesulfonate onto PEEK film, followed by hydrolysis of the graft chains to form styrenesulfonate graft chains. In comparison with the commercial Nafion membrane, the obtained ssPEEK membrane possesses superior proton conductivity and mechanical property, comparable fuel cell performance at a lower temperature and higher relative humidity, and substantially better fuel cell performance at a higher temperature and lower relative humidity. Furthermore, the ssPEEK membrane maintains good performance in a fuel cell after operation for more than 250 h, while the Nafion membrane deteriorated under such conditions.