Water transport in polymer electrolyte membranes investigated by dissipative particle dynamics simulation

澤田 真一; 八巻 徹也; 小沢 拓*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 前川 康成

ECS Transactions, 33(1), p.1067 - 1078, 2010/10

https://doi.org/10.1149/1.3484600

燃料電池用電解質膜における水輸送現象を調べるため、散逸粒子動力学(DPD)シミュレーションを用いて膜内水の自己拡散係数Dを求めた。シミュレーションの対象としたのは、市販のNafion膜並びに放射線グラフト電解質膜である。(1)粗視化粒子(適当な原子集団に相当)を用いた分子モデリング,(2)水粒子の自己拡散係数Dの算出,(3)DPDシミュレーションにおける単位時間の決定,(4)DPD単位におけるDからSI単位におけるDへの換算、という手順により電解質膜内のDを得た。グラフト電解質膜はNafionよりも小さなDを示すことがわかった。これは、水分子とスルホン酸基の相互作用がより強く働くからであると考えられる。またいずれの電解質膜においても、拡散時間tが長くなるほど、障害物効果のためにDは低下した。そこでD-tの関係を定量的に解析し、水輸送経路である膜内親水性領域の幾何学形状を検討した。