Alkaline durable 2-methyl-1-vinylimidazolium-based anion exchange membranes prepared by radiation-induced grafting for hydrazine hydrate fuel cells

水加ヒドラジン燃料電池に用いるアルカリ耐性2-メチル-1-ビニルイミダゾリウム型の放射線グラフト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

高エネルギー密度の水加ヒドラジンなどの液体燃料が使用可能なアルカリ形非白金燃料電池において、アニオン伝導電解質膜のアルカリ耐性の向上が求められている。本研究では、アルカリ分解反応の起点となるイミダゾリウム環の2位炭素をメチル基で保護するため、2-メチル-1-ビニルイミダゾールのグラフト重合により新規アニオン膜を作製した。得られたアニオン膜の60Cにおける導電率は123mS cm、含水率は110%、IECは1.80meq gとなり、燃料電池動作に十分な物性を有していた。耐アルカリ性を評価した結果、2位をメチル基で保護することで、80Cの1M KOH中での長期耐久性が大幅に向上したことから、イミダゾリウム環の2位炭素のメチル基保護が、開環分解反応を抑制し、アルカリ耐性を改善することがわかった。

Since anion-conducting electrolyte membrane fuel cells (AEMFCs) such as direct hydrazine fuel cells operated under high temperature and highly basic condition, it is required to develop alkaline durable AEMs. In this work, we synthesized AEM with poly 2-methyl-1-vinylimidazolium grafts by radiation-induced graft coplymerizaiton to protect 2-position of imidazolium ring from alkaline hydroxide ion attack. The AEM with an ion-exchange capacity (IEC) of 1.80 mmol g exhibited ionic conductivity of 123 mS cm at 60C. The durability of the membrane was evaluated. The excellent long-term alkaline stability of the prepared AEM was confirmed in 1M KOH at 80C. Therefore, the protection of 2-position by methyl group suppresses ring opening degradation reactions, resulting in the improvement of the alkaline durability of imidazolium-type AEMs.