Quantum beam technology; Nanostructured proton-conductive membranes prepared by swift heavy ion irradiation for fuel cell applications

量子ビームテクノロジー; 高速重イオン照射によるナノ構造制御型燃料電池用プロトン伝導膜の作製

八巻 徹也; 小林 美咲*; 浅野 雅春; 野村 久美子*; 高木 繁治*; 前川 康成; 吉田 勝*

Yamaki, Tetsuya; Kobayashi, Misaki*; Asano, Masaharu; Nomura, Kumiko*; Takagi, Shigeharu*; Maekawa, Yasunari; Yoshida, Masaru*

日本原子力研究開発機構では、独自の量子ビーム技術を駆使して、燃料電池に応用可能な高分子電解質膜の開発を進めている。本講演では、発表者らによるその活動のうち、高エネルギー重イオンビーム照射によるグラフト重合を利用したナノ構造制御電解質膜の開発について報告する。今回は、膜中に形成されるプロトン伝導部のナノ構造や、プロトン伝導度など各種物性を線グラフト電解質膜と比較しながら議論する。

My presentation deals with the application of high-energy heavy ion beams from the cyclotron accelerator of Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application (TIARA), JAEA. Our strategic focus is centered on using nano-scale controllability of the ion-beam processing; the membrane preparation involves (1) the irradiation of commercially-available base polymer films with hundreds of MeV ions, (2) graft polymerization of vinyl monomers into electronically-excited parts along the ion trajectory, called latent tracks, and (3) sulfonation of the graft polymers. Interestingly, the resulting membranes exhibited anisotropic proton transport, i.e., higher conductivity in the thickness direction. According to microscopic observations, this is probably because the columnar electrolyte phase extended, with a width of tens-to-hundreds nanometers, through the membrane.