Long-term performance of polyetheretherketone-based polymer electrolyte membrane in fuel cells at 95C

ポリエーテルエーテルケトンフィルムをベースにとした高分子電解質膜とその燃料電池の高温における長期発電特性

Chen, J.; Zhai, M.*; 浅野 雅春; Huang, L.*; 前川 康成

Chen, J.; Zhai, M.*; Asano, Masaharu; Huang, L.*; Maekawa, Yasunari

放射線グラフト後加水分解することにより、ポリエーテルエーテルケトン高分子電解質膜を合成した。合成した電解質膜を燃料電池に組み込み、高温で長期耐久性を評価した。その結果、0.3A/cmの燃料電池密度で1000時間以上の耐久性があることが確認できた。同時に、そのセル電圧の劣化率も時間あたりわずかに18マイクロボルトであることがわかった。耐久性実験後、電解質膜と触媒層の劣化メカニズムを調べたところ、炭化水素系電解質膜では、高濃度酸素の環境で熱劣化が起こり、これが電圧低下につながることがわかった。また、触媒層では、白金微粒子の粗大化が起こり、これが電圧低下につながることもわかった。

A poly(styrenesulfonic acid)-grafted polyetheretherketone (ssPEEK) polymer electrolyte membrane was developed by radiation grafting of ethyl styrenesulfonate (ETSS) onto PEEK film and subsequent hydrolysis. The long-term durability of the ssPEEK membrane was tested in a fuel cell, and it exhibited a lifetime of more than 1,000 h and a slow voltage degradation. After durability test, the catalyst layers were analyzed by XRD and TEM; the membrane was investigated by determining the change in thickness, proton conductivity and amounts of sulfonic acid groups. It was concluded that the degradation of performance in fuel cell was due to the thermal aging of the hydrocarbon membrane exposed to the electrochemical environment using the pure oxygen as the oxidant gas, as well as the Nafion-based catalyst layer being subject to high temperature for a long time, where the Pt catalyst was aggregated and sintered.