Counter-anion effect on the properties of anion-conducting polymer electrolyte membranes prepared by radiation-induced graft polymerization

放射線グラフト重合により作製したアニオン伝導高分子電解質膜特性に及ぼす対アニオン効果

越川 博; 吉村 公男; Sinnananchi, W.; 八巻 徹也; 浅野 雅春; 山本 和矢*; 山口 進*; 田中 裕久*; 前川 康成

Koshikawa, Hiroshi; Yoshimura, Kimio; Sinnananchi, W.; Yamaki, Tetsuya; Asano, Masaharu; Yamamoto, Kazuya*; Yamaguchi, Susumu*; Tanaka, Hirohisa*; Maekawa, Yasunari

貴金属フリー液体燃料電池用自動車に適用できるアニオン伝導電解質膜(AEM)の開発において、電解質膜の耐熱性や高い含水率に起因する燃料透過が問題になっている。そこで、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合膜(ETFE)にクロロメチルスチレン(CMS)を放射線グラフト重合後、グラフト鎖をトリメチルアミンにより4級化することでAEMを作製し、含水性,安定性に及ぼす電解質膜の対アニオンの効果を調べた。4級化によって得られた塩化物塩の膜(塩化物膜)は、炭酸水素ナトリウム水溶液に浸漬することで重炭酸膜に変換した。また、1M KOH水溶液でアニオン交換後、窒素ガスで飽和させた水で洗浄することで、重炭酸化物塩の生成なしに水酸化物膜に変換できた。塩化物膜及び重炭酸膜に対して、水酸化物膜は4倍の伝導率及び2倍の含水率を示した。また、熱分析測定より、水酸化物膜が他の二つの膜よりも安定であることがわかった。以上の結果から、水酸化物膜の水酸化アルキルアンモニウムが化学的に不安定であること、安定化するために高い含水率を示すことを明らかにした。

Graft-type anion-conducting polymer electrolyte membranes were prepared by the radiation-induced graft polymerization of chloromethylstyrene into poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) films and subsequent quaternization with trimethylamine to evaluate the counter anion effects on fuel cell properties. The hydroxide form was maintained in -saturated water to prevent the bicarbonate formation. The hydroxide form showed conductivity and water uptake four and two times higher than the chloride and bicarbonate forms. The hydroxide form is thermally and chemically less stable, resulting in the tendency to absorb water and to convert to the bicarbonate form.