Modification of ultrathin polyetheretherketone film for application in direct methanol fuel cells

超薄膜ポリエーテルエーテルケトンフィルムから直接メタノール燃料電池用電解質膜の創製

Chen, J.; Li, D.; 越川 博; Zhai, M.*; 浅野 雅春; 奥 浩之*; 前川 康成

Chen, J.; Li, D.; Koshikawa, Hiroshi; Zhai, M.*; Asano, Masaharu; Oku, Hiroyuki*; Maekawa, Yasunari

直接メタノール燃料電池(DMFC)用電解質膜を開発するために、超薄膜フィルムポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を用い、モノマーであるジビニルベンゼン(DVB)及びエチルスチレンスルホンファイド(ETSS)をそれぞれ熱重合及び放射線重合によるグラフトを行った。DVBグラフト率は7%未満にもかかわらず、その後のETSSグラフトを大幅に促進させることがわかった。熱水による加水分解により超薄膜電解質膜を得た。得られた電解質膜は、フーリエ変換型赤外分光(FT-IR),熱重量(TG)分析又はイオン交換容量,含水率,導電性,機械強度及びメタノール透過性の測定により評価した。さらに、得られた電解質膜は燃料電池評価により、優れた電池性能を有することがわかった。したがって、このように作製した電解質膜はDMFCへ適用できることがわかった。

An ultrathin polyetheretherketone (PEEK) film was modified by thermal grafting of divinylbenzene (DVB) followed by radiation grafting of ethyl styrenesulfonate (ETSS), to develop a polymer electrolyte membrane (PEM) for use in direct methanol fuel cells (DMFCs). The DVB-grafting yield by thermal polymerization was less than 7%, but was sufficient to enhance the subsequent ETSS-grafting. The ETSS units were converted to styrenesulfonic acid (SS) units by hydrolysis in hot water, resulting in an ultrathin PEEK-g-DVB-g-SS PEM. FT-IR and TG analysis as well as measurements for the ion exchange capacity, water uptake, proton conductivity, mechanical strength, and methanol permeability were performed. Furthermore, this new PEM was tested in a DMFC, and a high maximum power density was confirmed. Therefore, we conclude that this modified PEEK film can be used as the PEM for the application in DMFCs.