Graft-type anion conducting membranes consisting of iminium cation for alkaline durable fuel cells

放射線グラフト重合により作製したアルカリ耐性アニオン交換形電解質膜

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

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

ダイハツ工業との共同研究で進めている貴金属フリー液体燃料電池用のアニオン交換形電解質膜の実用化では、その低アルカリ耐性が最も大きな問題になっている。本研究では、イオン伝導率と含水率のバランスに優れたイオン交換基として選定した水酸化イミダゾリウム塩を、低アルカリ耐性の原因となるベンジル構造を介さずに直接基材膜にグラフトしたアニオン膜を作製し、アルカリ耐性の向上を試みた。放射線グラフト重合により、フッ素系基材膜にビニルイミダゾールグラフト鎖又は、ビニルイミダゾール-スチレン共重合グラフト鎖を導入することで水酸化イミダゾリウムをグラフト鎖に含む単重合及び共重合アニオン膜を得た。1M水酸化カリウム中80Cの導電率の減少速度からアルカリ耐性を評価した結果、ベンジル型のアニオン膜が浸漬3時間で導電率が消失したことに対し、単重合アニオン膜では150時間維持されていた。さらに共重合アニオン膜では、浸漬250時間後も10mS/cmの導電率を維持しており、高いアルカリ耐性を有することを実証できた。

Anion-exchange membranes (AEM) for hydrazine fuel cells, in which non precious metals are used as an electrode catalyst, have been developing by radiation techniques. AEMs having polyvinylimidazolium grafts were synthesized by radiation-induced graft polymerization of N-vinylimidazole or the copolymerizaiton with styrene onto ETFE film, followed by N-alkylation and ion exchange reactions. The alkaline durability of the membranes was evaluated in 1M KOH at 80 C. The AEM consisting of the homopolymer grafts showed alkaline stability at 80 C for ca. 150 hours. In contrast, the copolymer (1:1 molar ratio) grafts type AEM kept its ion conductivity above 10 mS/cm in 1M KOH at 80 C for 250 h. The alkylimidazolium group in the copolymer grafts is a promising anion exchange group in AEMs for highly alkaline durable fuel cells.