Poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE)-based graft-type polymer electrolyte membranes with different ion exchange capacities; Relative humidity dependence for fuel cell applications

異なるイオン交換容量を有するETFE基材のグラフト型電解質膜; 燃料電池への応用に向けた膜特性の相対湿度依存性

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 勝村 庸介*; 前川 康成

Tran, D. T.; Sawada, Shinichi; Hasegawa, Shin; Katsumura, Yosuke*; Maekawa, Yasunari

燃料電池に用いられる電解質膜は、異なる加湿条件下で良好な膜特性を発現する必要がある。そこで本研究では、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト型電解質膜(ETFE電解質膜)のプロトン伝導性及び機械的特性の相対湿度(RH)依存性を調べた。温度80Cにおいて、イオン交換容量1.3-2.9mmol/gをもつ電解質膜のプロトン伝導度は、RH30%において0.001-0.013S/cm、RH98%において0.16-0.52S/cmであった。芳香族炭化水素高分子を基材とする電解質膜と比較して、ETFE電解質膜のプロトン伝導性の相対湿度に対する依存性は小さかった。これは、低湿度下においても親水性領域(ポリスチレンスルホン酸グラフト鎖と水)と疎水性領域(ETFE主鎖)が明確に相分離し、プロトン伝導経路が維持されるからであると考えられる。機械的特性に関しては、温度80C、RH100%において、ETFE電解質膜は全てのIECにおいてNafionと同等もしくはそれ以上の破断強度を有することがわかった。

Relative humidity (RH) dependence of the proton conduction and mechanical properties of poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE)-based radiation grafted polymer electrolyte membranes (PEMs) were investigated in a wide ion exchange capacity (IEC) range at 80 C. The proton conductivities of the ETFE-based PEMs for IECs of 1.3-2.9 mmol/g were 0.001-0.013 S/cm at 30% RH. These PEMs have conductivities that are less dependent on RH than aromatic-hydrocarbon-polymer based PEMs. The ETFE PEM (IEC 2.4 mmol/g) showed higher tensile strength than Nafion at 100% RH. It was revealed that the mechanical strength and proton conductivity were clearly related to PEM crystallinities.