架橋フッ素系高分子電解質膜における構造とプロトン伝導性の関係; ナノマイクロメートルスケール階層構造からの検討

Relationship between structural and proton conductive properties of crosslinked-fluoropolymer-based electrolyte membranes; Consideration based on nanometer-to-micrometer hierarchical structures

八巻 徹也; 元川 竜平   ; 岩瀬 裕希*; 澤田 真一; 浅野 雅春; 小泉 智; 前川 康成

Yamaki, Tetsuya; Motokawa, Ryuhei; Iwase, Hiroki*; Sawada, Shinichi; Asano, Masaharu; Koizumi, Satoshi; Maekawa, Yasunari

われわれは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜を放射線架橋した後、それにスチレンを放射線グラフト重合することで、パーフルオロ主鎖に架橋構造を有する新規の高分子電解質膜を開発している。本研究では、中性子やX線を用いた小角散乱(それぞれSANS, SAXS)分析や散逸粒子動力学(DPD)シミュレーション,透過型電子顕微鏡(TEM)による観察などを行うことにより、架橋PTFE電解質膜のナノマイクロメートル階層構造を調べた。また、この結果をもとに、本電解質膜におけるプロトン伝導性と構造の関係について検討した。

The nanometer-to-micrometer hierarchical structure of cPTFE-based electrolyte membranes was investigated by SANS or SAXS analysis, DPD simulation and transmission electron microscopy observation. The grafting reaction was found to occur in a PTFE amorphous layer between rigid lamellar crystals and, however, a main reaction field was the outside of the lamellae, which would determine proton conductivity of the membranes. The ionic clusters basically appeared smaller than that of Nafion, and the phase-separated domain including them grew large by connecting with each other towards high ion exchange capacities. This morphological change was accompanied by an increase in the self-diffusion coefficient of protons representing proton conductivity.