Development of Fast Proton Conductors Using the Cooperative Effects of Hetero-functional Groups on Polymer Nanofibers
| Project/Area Number |
21K05201
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
田中 学 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 准教授 (00531831)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
|
|---|
| Keywords | 高分子電解質 / ナノファイバー / プロトン伝導 / 有機ナノイオニクス / 膜 / プロトン / 燃料電池 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
燃料電池などに利用されてきたプロトン伝導性を有する高分子膜は、多くはスルホン化高分子から成り、スルホン酸基から解離したプロトンが多数の水和水を伴って伝導する機構が利用されている。これまでプロトン伝導膜研究は大きな進歩を遂げてきたものの、従来のプロトン伝導機構では、水和水を伴うため生体膜に匹敵する高速プロトン伝導は困難であり、さらに十分な水和水が存在しない低湿度あるいは無加湿条件でプロトン伝導度が著しく低下する課題がある。これら課題の解決は、高効率化・低コスト化に繋がる高温無加湿条件下での燃料電池発電や、新型二次電池や高効率な電解合成に繋がるため、産業界からの期待も大変大きい。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高分子膜において生体膜に類似する効率的なプロトンホッピング伝導を実現し、その従来とは異なるプロトン伝導機構を利用することで、次世代型燃料電池などの課題解決に繋がる革新的な高速プロトン伝導体を創製することを目的としている。
我々のこれまでの研究において、ナノファイバー表面に効率的なプロトン伝導経路を構築することで、ナノファイバー複合膜のプロトン伝導性を向上させることに成功している。
今年度は、昨年度に引き続き、「超強酸」「塩基性高分子」「双性イオン高分子」などをナノファイバー表面に選択的に修飾した新規表面修飾ナノファイバーを作製した。続いて、高分子電解質マトリクスと組み合わせることでナノファイバー複合膜を得た。新規表面修飾ナノファイバーの複合化により、ナノファイバー界面に効率的な伝導パスが構築され、特に低湿度条件においてプロトン伝導度が向上した。また、ナノファイバー単体の評価として、酸塩基滴定やX線光電子分光測定などにより各種官能基の導入を定量的に評価した。各種官能基間の相互作用は赤外／ラマン分光、示差走査熱量測定などにより、ナノファイバー界面の層構造やプロトン伝導チャネルの存在は透過電子顕微鏡などにより検証した。
一方、実験と並行して計算科学によるシミュレーションにも着手した。モデル分子を用いて各種官能基間のプロトンホッピング現象を再現すべく、各種官能基や距離がプロトンホッピングのしやすさに与える影響を検証した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画に従って研究を進めており、期待通りの成果が得られつつある。大幅な計画変更の予定もなく、おおむね順調に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究計画にほぼ従った形で研究が進捗しており、前年度の成果に基づいて今後も研究計画通り進める。
|
Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
