放射線グラフト法で作製したフッ素系高分子電解質膜の高温水中での劣化挙動

Degradation behavior of graft-type polymer electrolyte membranes consisting of fluorinated base polymers

前川 康成; 高橋 周一; 岩瀬 崇典*; 榎本 一之; 山下 俊*

Maekawa, Yasunari; Takahashi, Shuichi; Iwase, Takanori*; Enomoto, Kazuyuki; Yamashita, Takashi*

燃料電池開発において、その心臓部分にあたる電解質膜の高温耐久性が自動車用電源への適用に必要不可欠である。現在、高温での機械特性やイオン伝導性に優れた電解質膜は、その合成の難しさから実現していない。その中で、高温耐久性の高分子基材膜に電解質をグラフト鎖として導入できる放射線グラフト重合は有力な合成手法の一つである。本研究では、3種類のフッ素系基材膜にスチレンスルホン酸を導入したグラフト型電解質膜を作製し、燃料電池の高温作動を考慮した熱水(85C)中におけるフッ素系基材膜とグラフト鎖の化学構造及び高次構造を解析することで分解機構を検討した。熱水中の電解質膜重量とスルホ基(-SOH)濃度の変化及び脱離したグラフト鎖の構造解析により、グラフト型電解質膜の劣化は、これまで考えられてきたスルホ基のスチレンスルホン酸単位からの熱的脱離やグラフト鎖主鎖の分解ではなく、グラフト鎖が基材から直接脱離していることが明らかになった。グラフト鎖脱離による劣化は、電解質膜の高次構造(相分離)が支配因子となる新たな分解機構を見いだした。

Degradation mechanism of the graft-type polymer electrolyte membranes prepared by radiation techniques in the hot water have been studied in detail using UV-vis, GPC, NMR, and wide-angle X-ray scattering. The hydrothermal stability is found to be strongly related to the phase separation of the ion-containing hydrophilic grafts and hydrophobic polymers.