Synthesis of copolymer grafts containing sulfoalkyl and hydrophilic groups in polymer electrolyte membranes

親水性水酸基を有するグラフト型高分子電解質膜の合成

榎本 一之; 高橋 周一; Rohani, R.; 前川 康成

Enomoto, Kazuyuki; Takahashi, Shuichi; Rohani, R.; Maekawa, Yasunari

次世代燃料電池に不可欠な高温低加湿下でも高イオン伝導性と機械強度を併せ持つグラフト型電解質膜の合成を目的に、イオン伝導を担うスルホン酸と低加湿下での保水性が期待できる親水性水酸基を有するアルキルグラフト鎖を導入した電解質膜を作製し、その導電率の相対湿度依存性を評価した。VAcモノマーのETFE基材への放射線グラフト重合とその鹸化反応により得られたグラフト鎖の水酸基の1,3-プロパンスルトンへの求核開環付加反応で、スルホン化率が39%で目的のグラフト型電解質膜が得られた。同じイオン交換容量(IEC)のグラフト型電解質膜について、低加湿下(30%RH, 80C)での導電率を比較したところ、これまで報告してきた従来型のポリスチレンスルホン酸電解質膜を凌ぐ1.210 S/cmを示した。さらに、ナフィオンや芳香族炭化水素電解質膜の機械強度を凌ぐことから、水酸基を有するグラフト型電解質膜は、低膨潤(機械強度)を維持したまま、低加湿下での高導電性を実現することを明らかにした。

Polymer electrolyte membranes (PEM) consisting of ion conducting alkylsulfonic acid and hydroxyl groups were successfully synthesized by radiation-induced graft polymerization of vinyl acetate (VAc) into a poly(ethylene--tetrafluoroethylene) (ETFE) film, followed by alkylsulfonation with 1,3-propanesulfone. The prepared PEM showed higher conductivity under 30% relative humidity at 80C than that of the conventional poly(styrenesulfonic acid)-grafted ETFE. Furthermore, the prepared PEM also showed better mechanical properties than those of Nafion. Thus, the PEM with hydroxyl groups possesses sufficient mechanical and electrochemical properties, required for a fuel cell, operating at a high temperature and low humidity.