東原　知哉　助教｜NEDO助成若手研究者

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.の中間目標および最終目標を達成することを目指して研究開発を実施しています。

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、側鎖の長いアクリレート系開発ポリマーでは、比較的低いIEC値でも高プロトン伝導度を有し、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ことを見出しました。しかも、側鎖が長くなる程、プロトン伝導度は向上することが分かってきました。また、本研究で合成した長い側鎖を有するスチレン系開発ポリマーでは、80°C、30％湿度下において高いプロトン伝導度（5.59×10^-3 S/cm）を達成しました。

従来技術との比較

特許出願状況

1件特許出願済み。

特許出願番号: PCT/IB2011/002407
発明の名称: Phosphonic Acid Polymer, Production Method of Same, and Electrolyte Film for Fuel Cell
出願年月日: 2011年10月13日（公開日:2012年4月26日）

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、長い側鎖を有するポリマーでは、明確なプロトン輸送チャンネルを有する傾向にあり、高プロトン伝導度示すことが分かってきました。将来的には、膜強度や耐水性に優れたエンプラ系材料への本技術の展開に期待されます。

参考：

上田研究室: http://www.u.polymer.titech.ac.jp/japanese/study.html

発表論文：