放射線を利用して作製したアニオン交換型電解質膜の四級アンモニウム塩構造の含水率抑制効果

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; 浅野 雅春; 八巻 徹也; 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; Asano, Masaharu; Yamaki, Tetsuya; Yoshimura, Kimio; Maekawa, Yasunari; Yamamoto, Kazuya*; Shishitani, Hideyuki*; Asazawa, Koichiro*; Yamaguchi, Susumu*; Tanaka, Hirohisa*

アニオン交換型電解質膜の耐久性向上のため、おもに分解が起こるアンモニウム塩に種々の長鎖アルキル基を導入することで、膜劣化に及ぼす疎水性の効果を調べた。線を照射したエチレン・テトラフルオロエチレン共重合膜にクロロメチルスチレンをグラフト重合させ、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)の4種類のアミンと反応により四級化膜を作製後、1M水酸化カリウム水溶液中のイオン交換反応によりアニオン交換型電解質膜を作製した。耐久性の加速試験として硫酸鉄を4ppm含む3wt%過酸化水素溶液に80C, 2時間浸漬させるフェントン試験を用いた。アルキル基の炭素数nが長いほど、耐久試験後のOHイオン伝導率の維持率は増加した。このことからアニオン交換型電解質膜のアルキル基の疎水性効果により、アンモニウム塩の分解が制御できることが確認できた。

We investigated the effect of a linear carbon chain length (n) in quaternary ammonium ions, on the durability of ion conductivity of anion exchange membrane. The poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) grafted chloromethylstyrene film was 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 ion conductivity and chemical durability, which was represented by a residual percentage of the conductivity after treatment with a Fenton solution (3% hydrogen peroxide+ 4 ppm iron sulfate) at 80 C for 2 h. When n increased from 1 to 6, the ion conductivity decreased slightly, but it still stayed 20 mS/cm for n = 6. Interestingly, 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.