Polyetheretherketone-based polymer electrolyte membranes for fuel cells prepared by radiation techniques

放射線グラフトによるポリエーテルエーテル系高分子燃料電池膜の創製

Chen, J.; Zhai, M.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝

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

高分子型燃料電池は自動車の動力源として有力視されている。特に、高温低湿度において高い性能を持つ燃料電池が望まれている。これまで使用されてきたナフィオンは、高いコストとともに、高温低湿度下での電池作動において性能が著しく低下することが指摘されている。そこで、本研究では、燃料電池実用化を目的として、放射線による低コスト化、かつ高性能化したポリエーテルエーテル系高分子電解質膜を開発した。具体的には、ジビニルベンゼンの熱グラフト重合とエチルスチレンスルホンファイドエステルの放射線グラフト重合からなる二段階グラフト重合により、スルホン酸基へ変換できる官能基を高密度でポリエーテルエーテル基材にグラフトし、それを加水分解処理することにより高分子電解質膜を合成した。得られた高分子電解質膜はナフィオンより優れた導電性,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。

Polymer electrolyte membrane fuel cells are very promising as power sources for automotive applications, where stability and durability at a high temperature and low humidity are demanded. The currently used expensive Nafion membranes are not appropriated for application in high temperature fuel cells. For this reason, an inexpensive polyetheretherketone (PEEK)-based polymer electrolyte membrane (ssPEEK) was prepared by successive two-step grafting of divinylbenzene and ethyl styrenesulfonate onto PEEK film, followed by hydrolysis of the ETSS graft chains to form styrenesulfonate graft chains. The results of the fuel cell test showed that ssPEEK has a performance comparable to Nafion at lower temperature and higher humidify, and much better performance at higher temperature and lower humidify. In addition, at the latter, the ssPEEK-based cell could be operated with stable performance for more than 250 h without any substantial voltage drop, whereas the voltage of the Nafion-based cell continuously dropped over the same duration.