Radiation degradation of graft-type polymer electrolyte membranes

グラフト型高分子電解質膜における放射線劣化挙動

澤田 真一; 岩井 保則; 山西 敏彦; 前川 康成

Sawada, Shinichi; Iwai, Yasunori; Yamanishi, Toshihiko; Maekawa, Yasunari

国際熱核融合実験炉(ITER)の固体高分子型水電解システムでは、耐放射線性に優れた電解質膜が要求される。そこで本研究では、放射線グラフト法で作製した電解質膜の耐放射線性を調べた。エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)とポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を基材とするグラフト電解質膜に対し、500kGyの線を照射した後、膜の重量残存率,イオン交換容量(IEC),プロトン伝導度,機械的強度を測定した。ETFE電解質膜の場合、すべての膜特性が著しく低下してしまった。一方、PEEK基材電解質膜はそれほど膜特性を失わず、優れた耐放射線性を有することが明らかとなった。この結果は、PEEK電解質膜はITER内水電解システムの膜材料として有望であることを示唆する。

In the polymer-electrolyte-membrane (PEM) water electrolysis system in the international thermonuclear experimental reactor (ITER), the PEM material with high radiation resistivity is required. In this study, we investigated the radiation degradation behavior of the PEMs synthesized by radiation grafting method based on poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) and poly(etheretherketone) (PEEK) films. The PEMs were irradiated by 500-kGy -ray at 300 K, and then characterized in terms of their remaining weight, ion exchange capacity (IEC), proton conductivity, and breaking tensile strength (BTS). The ETFE-based PEM was significantly degraded in all the properties. Contrary to the ETFE PEMs, the PEEK PEM after irradiation did not lose their properties, probably because its aromatic hydrocarbon backbones were very resistant against irradiation. This result makes us expect that the PEEK PEM can be employed in the practical electrolyzer in ITER.