多重架橋型高分子電解質膜の燃料電池特性; 放射線架橋と化学架橋の効果

Fuel cell performance of multiply-crosslinked polymer electrolyte membranes; Effect of radiation and chemical crosslinking

八巻 徹也; 澤田 真一; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝; Gubler, L.*; Guersel, S. A.*; Scherer, G.*

Yamaki, Tetsuya; Sawada, Shinichi; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Yoshida, Masaru; Gubler, L.*; Guersel, S. A.*; Scherer, G.*

最近われわれは、高温での放射線照射で得られる架橋ポリテトラフルオロエチレン(cPTFE)を基材とし、スチレンとビス(ビニルフェニル)エタン(BVPE)をグラフト共重合することにより新規の多重架橋型電解質膜を作製した。BVPEは膜全体のグラフト側鎖を均一かつ高密度に架橋することが可能であるため、従来のDVB架橋を凌駕する耐酸化性だけでなく、優れた寸法安定性,機械的特性(強度と柔軟性)をもたらすことを明らかにしている。そこで今回は、cPTFE主鎖とBVPE架橋グラフト鎖とからなる本電解質膜のPEFC特性を放射線架橋,化学架橋による効果に着目して調べた。放射線分解型高分子のPTFEではグラフト重合のためのわずかな照射でも膜性能に大きな影響を及ぼすことが示唆され、PTFE主鎖の架橋により放射線耐性を向上させることが電解質膜としての特性維持に不可欠であると考えられた。一方、BVPEによるグラフト側鎖の架橋は、電極との間の接触性だけでなく耐久性向上にも効果的であることがわかった。多重架橋型電解質膜は、80C, 95Cの開回路電圧保持による劣化加速試験において非常に安定であり、劣化は性能に影響を与えるほど大きくないことが明らかになった。

Multiply-crosslinked polymer electrolyte membranes were prepared by radiation-induced co-grafting of styrene and a bis(vinyl phenyl)ethane (BVPE) crosslinker into radiation-crosslinked polytetrafluoroethylene (cPTFE) films. We then investigated their hydrogen-oxygen PEFC performance at 60 and 80C in terms of the effect of radiation and chemical crosslinking. At 60C, all the membranes initially exhibited similar performance, but only the cPTFE-based membranes were durable at 80C, indicating necessity of radiation crosslinking in the PTFE main chains. Importantly, cell performance of the multiply-crosslinked membranes was found high enough to reach that of Nafion112. This is probably because the BVPE crosslinks in graft components improved the membrane-electrode interface in addition to membrane durability. After severe OCV hold tests at 80 and 95C, the performance deteriorated, while no significant change was observed in ohmic resistivity. Accordingly, our membranes seemed so stable that they could not have any serious influence on overall performance.