グラフト型アニオン伝導電解質膜の作製とその電池特性; 四級アンモニウム塩構造の含水抑制効果

Preparation of anion-exchange membranes for fuel cell applications by -ray pre-irradiation grafting; Effect of the structure of quaternary ammonium ions

越川 博; 八巻 徹也; 浅野 雅春; 吉村 公男; 前川 康成; 山本 和矢*; 猪谷 秀幸*; 朝澤 浩一郎*; 山口 進*; 田中 裕久*

Koshikawa, Hiroshi; Yamaki, Tetsuya; Asano, Masaharu; Yoshimura, Kimio; Maekawa, Yasunari; Yamamoto, Kazuya*; Shishitani, Hideyuki*; Asazawa, Koichiro*; Yamaguchi, Susumu*; Tanaka, Hirohisa*

アンモニウム塩のアルキル基の1つを長鎖アルキル基にして疎水性を高くすることで耐久性の向上を検討した。エチレン・テトラフルオロエチレン共重合膜に線を30kGy照射し、クロロメチルスチレンをグラフト重合させた。グラフト膜をトリメチルアミン(炭素鎖数n=1)、エチルジメチルアミン(n=2)、ブチルジメチルアミン(n=4)、ヘキシルジメチルアミン(n=6)溶液中に室温で浸漬させ四級化した。1M水酸化カリウム水溶液にOH置換させてアニオン交換型電解質膜を作製した。4ppm硫酸鉄含有3w%過酸化水素溶液に80C、2時間浸漬させるフェントン試験で耐久性を評価した。アルキル基の炭素数nが長くなるにつれ、OHイオン伝導率はわずかに減少したが、耐久試験前後のOHイオン伝導率の割合である電解質基の残存率はnが長くなるにつれ増加し、ヘキシル基ではメチル基より8倍増加したことから、アルキル基の疎水性と立体障害により水酸ラジカルがアンモニウム塩に近づきにくくなるため分解を制御できることが確認できた。

We investigated the effect of the length of the linear chain on the structure of quaternary ammonium ions on the membrane properties such as durability of ion conductivity. Graft polymerization was performed by immersing the pre-irradiated ETFE film in the CMS solution. The ETFE-g-CMS film was then quaternized in four different tertiary amines, that is, trimethylamine (n = 1), dimethylethylamine (n = 2), n-butyldimethylamine (n = 4) and n-hexyldimethylamine (n = 6) solutions. The n dependence of the OH conductivity and chemical durability, which was represented by a residual percentage of the conductivity after treatment with a Fenton solution. When n increased from 1 to 6, the OH conductivity decreased slightly, but it still stayed 20 mS/cm for n = 6. The chemical durability seemed to increase eight-fold at the same time. The chemical attack by hydroxyl radicals on the quaternary ammonium ions would be controlled by hydrophobicity and steric hindrance of the alkyl group.