Polymer electrolyte membranes having sulfoalkyl grafts into ETFE film prepared by radiation-induced copolymerization of methyl acrylate and methyl methacrylate

アクリル酸メチルとメタクリル酸メチルの放射線共グラフト重合によるアルキルスルホン酸グラフト鎖からなる電解質膜の合成

Hanh, T. T.*; 高橋 周一; Chen, J.; 澤田 真一; 前川 康成

Hanh, T. T.*; Takahashi, Shuichi; Chen, J.; Sawada, Shinichi; Maekawa, Yasunari

燃料電池用電解質膜の高温作動時の耐久性向上を目的に、アクリル酸メチルとメタクリル酸メチルの放射線共重合によるアルキルスルホン酸グラフト鎖からなる電解質膜の合成を試みた。アクリル酸メチルを33-79%含むグラフト膜をクロロスルホン酸とジオキサンの当量錯体で処理することでイオン交換容量が0.36-0.81mmol/gで導電率が0.04-0.065S/cmを示す電解質膜が合成できた。これらの値はアクリル酸メチルの含量により制御できた。得られた電解質膜は、分解の引き金となるカルボニルの水素を含まないメタクリル酸メチルの効果により、高い熱水耐性と耐酸化性を示すことが確認できた。

Polymer electrolyte membranes (PEMs) containing alkylsulfonic acid grafts can be prepared by radiation-induced graft copolymerization of methyl acrylate (MA) and methyl methacrylate (MMA) into a poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) film followed by sulfonation of the MA units in the copolymer grafts using an equimolar complex of chlorosulfonic acid and 1,4-dioxane (ClSOH-Complex). The grafted films with 33-79 % MA units are treated with ClSOH-Complex to obtain PEMs with IEC of 0.36-0.81 mmol/g and proton conductivity of 0.04-0.065 S/cm. The PEMs with higher MMA content showed higher durability in water (80 C) and under oxidative conditions (3% HO) at 60 C. This is because the PMMA grafts in the PEMs have no proton at an -carbonyl carbon, which is considered to be a trigger of the degradation of grafting polymers.