高エネルギー重イオンビームによる燃料電池用ナノ構造制御電解質膜の開発; 寸法安定性の照射イオン依存性

Development of nano-structure controlled polymer electrolyte fuel-cell membranes using high-energy heavy-ion beams; Irradiating-ion dependence of their dimensional stability

八巻 徹也; 関根 敏彦*; 澤田 真一; 越川 博; 浅野 雅春; 前川 康成; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Yamaki, Tetsuya; Sekine, Toshihiko*; Sawada, Shinichi; Koshikawa, Hiroshi; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Suzuki, Akihiro*; Terai, Takayuki*

高速重イオンの潜在飛跡に直接グラフト重合を施すことで、その円柱状領域にスルホン酸基を集積させたナノ構造制御電解質膜が作製できる。今回われわれは、この電解質膜の特性に対する照射イオン依存性に着目し、特に寸法安定性の観点から詳細を検討したので報告する。実験では、照射イオンビームを56MeV N, 150MeV Ar, 450MeV Xeの3種に変化させ、潜在飛跡ができる限り重ならず互いに孤立するよう、それぞれ3.010, 3.010, 3.010ions/cmのフルエンスで照射した。既報に従い、イオン交換容量(IEC)が0.8-1.4meq/gの電解質膜を作製し、それらの面積変化率を調べたところ、同じIECの下でも照射イオンによって大きく異なるという興味深い結果が得られた。潜在飛跡の直径と照射フルエンスから計算されるプロトン伝導性部が膜全体に占める割合によって、この結果を説明することができた。

We developed nano-struvture controlled polymer electrolyte membranes using high-energy heavy-ion irradiation for fuel cell applications. The investigation was performed in terms of the irradiating-ion dependence of the membrane dimensional stability. Poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) films were irradiated with 56 MeV N, 150 MeV Ar, and 450 MeV Xe from the TIARA cyclotron at fluences of 3.010, 3.010, and 3.010 ions/cm, respectively. The membranes at ion-exchange capacities (IECs) of 0.8 to 1.4 meq/g were prepared by our established method. Interestingly, the dimensional change was largely dependent on the irradiating ions in spite of the fixed IEC. This property was determined by the volume percentages of the tracks, which were estimated from the fluence and the track radii.