4(5)-vinylimidazolium based anion-conducting electrolyte membrane prepared by radiation-induced grafting for hydrazine hydrate fuel cell

水加ヒドラジン燃料電池を指向した4(5)-ビニルイミダゾリウム基を有する放射線グラフト型アニオン伝導電解質膜

吉村 公男; 越川 博; 八巻 徹也; 猪谷 秀幸*; 山口 進*; 田中 裕久*; 前川 康成

Yoshimura, Kimio; Koshikawa, Hiroshi; Yamaki, Tetsuya; Shishitani, Hideyuki*; Yamaguchi, Susumu*; Tanaka, Hirohisa*; Maekawa, Yasunari

水加ヒドラジンを液体燃料としたアニオン伝導形燃料電池の実現には、アニオン伝導電解質膜のアルカリ耐性の革新的な改善が必須となっている。本研究では、4(5)-ビニルイミダゾールのグラフト重合、-アルキル化およびイオン反応を検討することで、アルカリ分解反応が報告されている化学構造を排除した新規アニオン膜の合成ルートを確立した。60C、1M水酸化カリウム水溶液中での導電率減少からアルカリ耐性を評価した結果、本研究のアニオン膜は従来膜に比べ浸漬初期の導電率の急激な減少が明確に抑制されていた。分解の起点となるベンジル位と水素を分子構造中に含まない分子設計が、アルカリ耐性の向上に重要であることが確認できた。

Anion-conducting electrolyte membrane fuel cells (AEMFCs) especially in direct hydrazine fuel cells have recently received considerable attention. Due to high temperature and highly basic operating condition, it is required to develop alkaline durable AEMs. In this work, we synthesized the AEM based on a 4(5)-vinylimidazole (4VIm) monomer by radiation-induced grafting and subsequent -alkylation and ion exchange reactions () because 4VIm does not possess -protons, leading to a Hoffman elimination reaction, which is the main degradation route in 1-vinylimidazolium-grafted AEM (). The alkaline stability of AEMs was estimated by monitoring the change in conductivity of AEMs in 1 M KOH at 60C. As a result, the conductivity of suddenly decreased within few hours, while the initial decrement of conductivity of was clearly suppressed. It clearly showed that the prevention of a Hoffman elimination reaction enhanced the alkaline durability of the imidazolium-type AEM.