プロトン輸送チャンネルを有する燃料電池用スルホン化炭化水素系高分子電解質の開発
現在、燃料電池に用いられているパーフルオロ系高分子電解質膜は高温低湿度では性能が極端に低下することが知られています。この問題を解決するため、明確なプロトン輸送チャンネルを有するスルホン化炭化水素系高分子電解質膜を開発します。
| 研究機関・所属 | 東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 |
|---|---|
| 氏名・職名 | 東原 知哉 助教 |
| 研究テーマ名 | 明確なプロトン輸送チャンネルを有する燃料電池用スルホン化炭化水素系高分子電解質膜の開発 |
| 応用想定分野 | 燃料電池 |
技術紹介
現在、燃料電池において用いられているパーフルオロ系高分子電解質膜（Nafion膜）は、100°C～120°Cの高温低湿度においては、性能が極端に低下することが知られています。
そこで、スルホン化炭化水素高分子電解質膜において、2.の技術の特徴を用いて、3.の1年後の中間目標および2年後の最終目標を達成することを目指して研究開発を実施します。
技術の特徴
燃料電池用スルホン化炭化水素系高分子電解質膜においては、高いイオン交換容量（IEC）を求めてスルホン酸基の導入量の増加に主眼が置かれましたが、トレードオフの関係で高い含水率および膜強度の低下を招きました。そこで、ある種のエステル結合ポリマーでは、低いIECでも高プロトン伝導度を有し、STEM（走査透過型電子顕微鏡）像において、数nm幅のラメラ構造を発現し、明確なプロトン輸送チャンネルを有するものを見出しています。しかも、側鎖が長くなる程、IECは低下し、プロトン伝導度は向上することが解っています。
従来技術との比較
特許出願状況
5件特許出願済み。未公開。
研究者からのメッセージ
燃料電池用スルホン化炭化水素系高分子電解質において、ある種のエステル結合ポリマーでは、低いイオン交換容量でも高プロトン伝導度を有し、ラメラ構造のような明確なプロトン輸送チャンネルを有するものを見出しており、有望です。
参考：
発表論文：
- １．
- Fukuzaki, N.; Nakabayashi, K.; Nakazawa, S.; Murata, S.; Higashihara, T.; Ueda, M. Highly phosphonated poly(N-phenylacrylamide) for proton exchange membranes. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2011, 49, 93.
- ２．
- Nakabayashi, K.; Higashihara, T.; Ueda, M. Polymer electrolyte membranes based on poly(phenylene ether)s with pendant perfluoroalkyl sulfonic acids. Macromolecules 2011, 44, 1603.
- ３．
- Nakagawa, T.; Nakabayashi, K.; Higashihara, T.; Ueda, M. A high performance polymer electrolyte membrane based on sulfonated poly(ether sulfone) with binaphthyl units. J. Mater. Chem. 2010, 20, 6662.
- ４．
- Nakabayashi, K.; Higashihara, T.; Ueda, M. Polymer electrolyte membranes based on cross-linked highly sulfonated multiblock copoly(ether sulfone)s. Macromolecules 2010, 43, 5756.
- ５．
- Higashihara, T.; Matsumoto, K.; Ueda, M. Sulfonated aromatic hydrocarbon polymers as proton exchange membranes for fuel cells. Polymer 2009, 50, 5341.
