量子ビームの複合利用によるグラフト型電解質膜の構造・機能解析

Structure-property analysis of graft-type polymer electrolyte membranes using quantum beams

前川 康成

Maekawa, Yasunari

種々の量子ビームの特徴を有効に利用することで、燃料電池自動車に適用できる高性能の燃料電池用高分子電解質膜の開発を進めた。フッ素系樹脂膜への放射線グラフト重合法によるイオン伝導高分子の付与により、プロトン伝導及びアニオン伝導電解質膜(PEM及びAEM)を作製した。PEMでは、イオン交換容量(IEC)の高い電解質膜が合成できたことで、低湿度条件での出力特性向上と高温湿潤状態での高耐久性化に成功した。AEMでは、新たなアニオン交換基を放射線グラフト重合によって導入することで、白金フリーアルカリ燃料電池に必要な出力特性と高温アルカリ耐性が従来膜よりも大幅に向上することを実証できた。更に、複数のX線小角散乱測定によってPEMの階層構造が解析できた結果、高いIEC領域で、ラメラ構造を含む微結晶領域と独立したイオン伝導領域の存在が、それぞれ高い機械特性と導電特性の発現に重要であることを明らかにした。

Taking advantage of various quantum beams, we have developed polymer electrolyte membranes (PEMs) for fuel cell hybrid vehicles. By radiation-induced graft polymerization, fluorinated-polymer-based PEM, which showed high power generation and mechanical properties under low and high humidity conditions, were successfully prepared. The anion-type PEMs having high alkaline-durability, which can be applied for platinum free alkaline fuel cells, can be prepared by the same methodology. Furthermore, several X-ray scattering measurements revealed the hierarchical structures which originated the superior mechanical and conducting properties of the PEMs.