Chemically stable hybrid polymer electrolyte membranes prepared by radiation grafting, sulfonation, and silane-crosslinking techniques

放射線グラフト,スルホン化及びシラン架橋技術によるハイブリッド高分子電解質膜の合成

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝

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

固体高分子型燃料電池は、環境負荷が小さく高効率な次世代エネルギー変換システムとして期待されており、その性能を左右するプロトン伝導性電解質膜の研究が盛んに行われている。本研究では、モノマーにp-スチリルトリメトキシシランを用いて、グラフト鎖に直接シリカを結合させることで、抜けにくいシラン架橋構造を持つ電解質膜を合成した。具体的には、ETFE膜にアルゴンガス雰囲気下で、放射線を1530kGy前照射した後、モノマー溶液中で60Cにて後グラフト重合することでグラフト膜を合成した。次に、このグラフト膜を塩酸溶液中シラン架橋処理及びクロロスルホン酸溶液中でスルホン化処理することで、ハイブリッド電解質膜を合成した。さらに、架橋処理及びスルホン化のタイミングが電解質膜の性能に及ぼす影響を調べた。これらの結果をもとに最適化したハイブリッド電解質膜が、高温作動の高分子型燃料電池へ適用できることを明らかにした。

To prepare a crosslinked hybrid polymer electrolyte membrane (PEM) with high chemical stability, -styryltrimethoxysilane (StSi) was first grafted to ETFE film by preirradiation. Hydrolysis-condensation and sulfonation were then performed on the StSi-grafted ETFE films to give them crosslinks and proton conductibility, respectively. The crosslinks enhance the chemical and thermal stability of the PEM. The effect of the timing of the hydrolysis-condensation and the sulfonation method on the properties of the resulting hybrid PEMs such as ion exchange capacity, proton conductivity, water uptake, chemical stability, and methanol permeability were investigated to confirm their applicability in fuel cells.