In-situ small and wide angle neutron scattering study on ion exchange membranes using a humidity cell at BL15 TAIKAN

BL15大観の湿度セルを使用したイオン交換膜のその場小角広角中性子散乱研究

高田 慎一  ; 廣井 孝介  ; 森川 利明*; 有馬 寛*; 山田 武*

Takata, Shinichi; Hiroi, Kosuke; Morikawa, Toshiaki*; Arima, Hiroshi*; Yamada, Takeshi*

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設に設置されている中性子小角・広角散乱装置(大観)は、サブナノからミクロンスケールの幅広い構造を観測できることから様々な研究分野において利用されている。近年、製品使用環境に近い高温・高湿度条件下における燃料電池膜のモルホロジーの解析が盛んに行われている。本研究では、大観で開発した調湿セルを用いて80CにおけるNafion膜構造の湿度依存性の測定を実施した。その結果、広q範囲測定により膜構造内の骨格、アイオノマー、及び結晶相の湿度依存性を測定することができ、アイオノマー由来のピークが吸着水の増加により低q側にシフトする結果が得られた。本発表では、それらの結果の詳細を報告すると共に、大観の装置性能の近況についても報告する。

The small- and wide-angle neutron scattering instrument (TAIKAN) was installed in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC, which was designed for efficient measurement in the range from sub-nanometre to micrometre scale. Therefor, TAIKAN is used in various research fields. Recently, the morphology of ion exchange membranes for fuel cells have been much studied using SAXS and WAXS techniques under high-temperature and high-humidity conditions close to the product usage environment. In this study, we measured the humidity dependence of the Nafion film structure at 80C using a Humidity Cell at BL15 TAIKAN. As a result, it was possible to measure the humidity dependence of the matrix, ionomer, and crystal phase in the film. In this presentation, we will report the details of those results, and also report on the development status of TAIKAN.