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2016 Fiscal Year Research-status Report

主鎖にヘテロ原子を含まない高安定・高性能プロトン伝導性芳香族高分子に関する研究

Research Project

Project/Area Number 16K18258
Research InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

三宅 純平  山梨大学, 総合研究部, 助教 (30581409)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords高分子合成 / 燃料電池 / 高分子電解質 / 膜 / プロトン伝導
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者はこれまでに、高分子主鎖にヘテロ原子を含まない分子設計指針により、芳香族系高分子電解質膜の諸物性が大きく向上することを見出している。本年度は、芳香族系高分子電解質膜の諸物性を更に向上させることを目的として、①疎水部構造、②イオン交換容量(IEC)、の効果について検討を行った。
①に関しては、フェニレン基、アルキル基、パーフルオロアルキル基を高分子主鎖に含む芳香族系高分子電解質を合成し、これら構成成分が膜の諸物性に及ぼす影響を評価した。その結果、フェニレン基のみから成る電解質膜(SPP-QP)が最も高い化学安定性を示すとともに、他の電解質膜と同等以上の機械的安定性、ガスバリア性を示すことも明らかにした。
②に関しては、①で最適化した疎水部構造を有する電解質膜(SPP-QP)について、IECが膜の諸物性に及ぼす影響を評価した。その結果、膜の高IEC化(2.4 → 3.0 meq/g)に伴いプロトン導電率は向上し、幅広い湿度範囲においてNafionを上回る値を示した。また、SPP-QP膜の高い化学安定性、機械的安定性は高IEC体(3.0 meq/g)においても認められ、加速劣化(フェントン)試験後も膜の重量、形状、機械強度、プロトン導電率などの諸物性は変化せず、極めて高い安定性を示した。さらに、開回路電圧(OCV)保持試験の結果、保持時間の経過とともにOCVはわずかに低下したものの、1000時間経過後においても高いOCVを維持した。以上の結果からSPP-QP膜は、燃料電池実作動条件においても非常に高い安定性を示すことが実証された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、安定性とプロトン導電性を両立する芳香族系高分子電解質膜の疎水部構成成分を明らかにし、この結果を基に分子構造を最適化することにより、プロトン導電性と安定性を飛躍的に向上させた電解質膜を開発することができたため。

Strategy for Future Research Activity

本年度は研究計画通り進展しているため、今後も当初の研究計画通り、以下について研究を推進する。
①安定性とプロトン導電性を両立する親水部構成成分を明らかにする。
②共に最適化した親疎水部構造を有する新型電解質膜を中心に燃料電池発電試験を行い、性能と耐久性に及ぼす親疎水部構成成分の効果を明らかにする。
③これら評価項目を分子構造にフィードバックしながら改善を行うことで、本分子設計指針の可能性を検証する。

  • Research Products

    (16 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Partially Fluorinated and Ammonium-Functionalized Terpolymers: Effect of Aliphatic Groups on the Properties of Anion Conductive Membranes2017

    • Author(s)
      Hideaki Ono, Junpei Miyake, Kenji Miyatake
    • Journal Title

      J. Polym. Sci. A: Polym. Chem.

      Volume: 55 Pages: 1442-1450

    • DOI

      10.1002/pola.28513

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Anion Conductive Polymers Containing Aliphatic and Ammonium-functionalized Fluorene Groups2017

    • Author(s)
      Manai Shimada, Ryo Akiyama, Hideaki Ono, Junpei Miyake, Kenji Miyatake
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 46 Pages: 374-377

    • DOI

      10.1246/cl.161073

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Fluorine-free Sulfonated Aromatic Polymers as Proton Exchange Membranes2017

    • Author(s)
      Junpei Miyake, Kenji Miyatake
    • Journal Title

      Polym. J.

      Volume: 49 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1038/pj.2017.11

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Anion Conductive Aromatic Polymers Containing Fluorenyl Groups: Effect of the Position and Number of Ammonium Groups2016

    • Author(s)
      Manai Shimada, Shigefumi Shimada, Junpei Miyake, Makoto Uchida, Kenji Miyatake
    • Journal Title

      J. Polym. Sci. A: Polym. Chem.

      Volume: 54 Pages: 935-944

    • DOI

      10.1002/pola.27928

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anion-exchange Membranes Containing Fluorinated Poly(arylene ether)s: Properties and Application in Pt-free Hydrazine Fuel Cell2016

    • Author(s)
      Eriko Nishino, Junko Yamada, Koichiro Asazawa, Susumu Yamaguchi, Manai Shimada, Junpei Miyake, Kenji Miyatake
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 45 Pages: 664-666

    • DOI

      10.1246/cl.160161

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ionomer Layer Design of the Electrode Using PGM-free Electrocatalysts for Anion Exchange Membrane Fuel Cells2016

    • Author(s)
      Koichiro Asazawa, Aoi Takano, Eriko Nishino, Susumu Yamaguchi, Junpei Miyake, Makoto Uchida, Kenji Miyatake
    • Organizer
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science 2016 (PRiME 2016)
    • Place of Presentation
      ハワイコンベンションセンター(アメリカ)
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Properties of Partially Fluorinated Anion Exchange Membranes Containing Ammonium-Functionalized Fluorenyl Groups2016

    • Author(s)
      Mizuki Ozawa, Junpei Miyake, Kenji Miyatake
    • Organizer
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science 2016 (PRiME 2016)
    • Place of Presentation
      ハワイコンベンションセンター(アメリカ)
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規スルホン酸化ポリフェニレンの合成と物性評価2016

    • Author(s)
      三宅純平、滝隆之介、秋山良、清水瞭、宮武健治
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] フッ化アルキルとオリゴフェニレン骨格からなる新規アニオン交換膜の合成と物性2016

    • Author(s)
      小野英明、三宅純平、島田盛史、内田誠、宮武健治
    • Organizer
      平成28年度繊維学会年次大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都)
    • Year and Date
      2016-06-08 – 2016-06-10
  • [Presentation] キンケフェニレン構造を有する芳香族系プロトン導電性高分子の合成と物性評価2016

    • Author(s)
      三宅純平、滝隆之介、秋山良、望月崇史、宮武健治
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場・展示場(兵庫県)
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Presentation] 親水部にオリゴフェニレン構造を有するアニオン導電性高分子の合成と物性評価2016

    • Author(s)
      横田尚樹、秋山良、三宅純平、宮武健治
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場・展示場(兵庫県)
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Presentation] 新規アニオン交換膜を用いたダイレクトヒドラジン燃料電池2016

    • Author(s)
      西野英里子、山田純子、朝澤浩一郎、横田尚樹、秋山良、三宅純平、宮武健治
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場・展示場(兵庫県)
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Presentation] 芳香族高分子電解質膜の合成と物性評価2016

    • Author(s)
      三宅純平、宮武健治
    • Organizer
      日本膜学会第38年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2016-05-10 – 2016-05-11
  • [Remarks] 山梨大学研究者総覧

    • URL

      http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_Index.Main

  • [Remarks] 山梨大学クリーンエネルギー研究センター燃料電池研究部門

    • URL

      http://www.fcgroup.yamanashi.ac.jp/

  • [Remarks] 山梨大学燃料電池ナノ材料研究センター

    • URL

      http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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