Crosslinking and grafting of polyetheretherketone film by radiation techniques for application in fuel cells

放射線架橋・グラフト重合による芳香族高分子フィルムから燃料電池用電解質膜の作製

Chen, J.; Li, D.; 越川 博; 浅野 雅春; 前川 康成

Chen, J.; Li, D.; Koshikawa, Hiroshi; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari

高導電性と高機械強度を両立するため、スーパーエンプラ芳香族炭化水素高分子であるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルムを用い、放射線架橋・グラフト重合、及びスルホン化反応の手法を組合せた技術により高性能な架橋PEEK電解質膜を合成し、その合成条件と燃料電池特性を調べた。その結果、電子線照射により架橋したPEEKフィルムは、グラフト溶液やスルホン化溶液に対して、溶解性が抑制された。また、ジビニルベンゼンを熱グラフトしたことで、その後のスチレン放射線グラフト重合性が大幅に促進した。これは、反応の足場として導入したジビニルベンゼンが、放射線照射により多くのラジカルを生成し、結果的に重合を促進したと考えた。グラフトした架橋PEEKフィルムをスルホン化することで強靭な電解質膜を合成できた。

An aromatic hydrocarbon polymer electrolyte membrane (PEM) was prepared by direct modification of polyetheretherketone (PEEK) film using the radiation-induced crosslinking and grafting techniques. The crosslinking structure induced by the electron-beam irradiation enhanced the insolubility of the PEEK base film. The film shape of the crosslinked PEEK (cPEEK) was well maintained under sulfonation. A small amount of divinylbenzene was introduced into the cPEEK film to enhance the radiation-induced styrene-grafting. The styrene-grafted film was sulfonated under a mild sulfonation condition to obtain the PEM. The PEM with different ion exchange capacity was prepared by changing the grafting yield of styrene. The new PEM exhibited lower methanol permeability and higher mechanical properties, and was proven to be durable in a direct methanol fuel cell at high temperature, reaching a high maximum power density.