2004 Fiscal Year Annual Research Report
ナノおよびミクロ構造制御による新規イオン伝導膜の創製
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13134204
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
金村 聖志 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (30169552)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
門間 聰之 早稲田大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10277840)
山口 猛央 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30272363)
武井 孝 東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (00197253)
濱上 寿一 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (30285100)
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| Keywords | 燃料電池 / メタノール / コンポジット膜 / 規則配列シリカ多孔体 / 規則配列ポリイミド多孔体 / スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン / AMPSゲル / 電気泳動法 |
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| Research Abstract |
直接型メタノール燃料電池に使用する新規プロトン伝導性膜としてポーラスセラミックスあるいはポーラスポリマーにプロトン伝導性材料を充填(埋め込む)したコンポジット膜の開発を行ってきた。セラミックス系多孔体としてシリカ多孔体を使用してきたが、数cm大の比較的高い柔軟性を有する100μm厚みの多孔体膜を安定的に作製することができるようになった。高分子系の材料としてはポリイミド多孔体膜を作製することに成功した。これらの、ポーラス膜にプロトン伝導性ゲル(AMPSゲル)やポリマー(スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン)などを充填し、Nafion^<【○!R】>よりも高いイオン伝導性を有する膜を作製することに成功した。メタノール透過性についても半分以下に抑制することができた。シリカ多孔体については、さらに細孔表面をシランカップリング剤を用いてスルホン化しプロトン伝導を界面に付加することに成功した。これにより、Nafion^<【○!R】>よりも高いイオン伝導性を示す膜の作製に成功した。これらの膜を用いて燃料電池を作製しメタノールあるいは水素を用いて発電特性を評価した結果、目標としている0.1Wcm^<-2>の約1/3程度の性能を達成することができた。次に、性能の向上について電気化学的インピーダンス測定などの基礎的な立場からの研究を行った結果、膜と電極の接合方法が重要であることがわかった。本研究により開発された膜は、Nafion^<【○!R】>などのポリマーに比較して機械的強度が非常に高いため通常の方法では膜と電極の接合を十分に確保することが出来ないためである。この点を改良するために電気泳動法を用いた電極作製について検討を行った。本年度は、シリカ多孔体を用いたコンポジット電解質膜について検討を行い、電気泳動法により膜・電極接合体を作製できることがわかった。現在、電気泳動法のプロセス諸条件について最適化を行っている。
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