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燃料電池用高分子電解質膜を開発している。本研究では、この架橋フッ素系高分子電解質膜に対し、中性子・X線小角散乱分析,電子顕微鏡観察などによってナノマイクロメートル領域における階層構造を調べた。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 and SAXS 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 toward high ion exchange capacities. This morphological change was accompanied by an increase in the self-diffusion coefficient of protons representing proton conductivity.