2005 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 首都大学東京, 都市環境学部, 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 首都大学東京, 都市環境学部, 助教授 (00197253)
濱上 寿一 首都大学東京, 都市環境学部, 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 / AMPSゲル電解質 / スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン / 電気泳動法 |
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| Research Abstract |
直接メタノール形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について検討し、470nmと200nmの孔を有する多孔質膜を安定的に作製できるようになった。また、ポリマー系多孔体としてポリイミド多孔体について検討を行い、550nmおよび280nmの孔を有する多孔質膜を作製することに成功した。これらの多孔質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】>と同程度の高いプロトン伝導性を有する電解質膜を作製することに成功した。また、コンポジット化したことで電解質の膨潤が抑制され、膜の形態安定性が大幅に向上した。その結果、メタノール透過性をNafion^<【○!R】>の半分以下に抑制することができた。さらに、シランカップリング剤を用いてシリカ多孔体の細孔表面へスルホン酸基を導入することに成功し、界面に新規なプロトン伝導パスを付加できることを明らかにした。その結果、Nafion^<【○!R】>よりも高いプロト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。性能の向上については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い、膜と電極の接合方法が重要であることがわかった。接合性を向上させる一つの方法として、シリカ多孔質膜のスルホン化処理が有効であることを見出し、発電特性を向上させることに成功した。別の方法として、電気泳動法を用いた電極作製について検討を行い、コンポジット電解質膜上に触媒層を形成することに成功した。現在、発電特性を向上させるために、電気泳動方法の諸条件について最適化を行っている。
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