Preparation and characterization of anion exchange membranes for fuel cell applications by ion-track grafting polymerization

イオン飛跡グラフト重合による燃料電池用アニオン交換膜の作製と評価

Nuryanthi, N.*; 八巻 徹也; 喜多村 茜; 越川 博; 澤田 真一; 吉村 公男; 寺井 隆幸*

Nuryanthi, N.*; Yamaki, Tetsuya; Kitamura, Akane; Koshikawa, Hiroshi; Sawada, Shinichi; Yoshimura, Kimio; Terai, Takayuki*

高エネルギーイオンの潜在飛跡内に形成される励起活性種(ラジカルや過酸化物)によるグラフト重合を利用して、アルカリ燃料電池用アニオン交換膜の開発を進めている。今回、このいわゆるナノ構造制御アニオン交換膜が有するOH伝導性について調べたので報告する。アニオン交換膜の作製は、(1)エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜(25m厚)のイオンビーム照射、(2)照射膜への塩化ビニルベンジルモノマーのグラフト重合、(3)グラフト高分子鎖の四級化の順で行った。膜厚方向のOH伝導率をイオン交換容量に対してプロットすると、線グラフト重合で作製された従来のアニオン交換膜と比べて高伝導化の傾向が確認され、イオンビーム潜在飛跡への高密度導入による効果が示唆された。

Swift heavy ions with kinetic energies of MeV to GeV will create cylindrical tracks along their trajectories in a polymer film. These tracks of tens to hundreds nanometers in diameter contain free radicals; they can be used as initiators for graft polymerization. The so-called ion-track grafting technique was used for the development of anion exchange membranes (AEMs). The OH conductivities at 60C in the fully-hydrated state were higher for ion-track-grafted membranes than for the conventional -ray-grafted ones at the certain same IEC. Due to a lower diffusion coefficient of OH, improving the conductivity has been one of the most challenging problems in AEM studies. In this sense, we found the ion-track grafting to be very promising.