Development of highly proton conductive membranes by controlling microstructures using quantum and molecular analysis

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K14600
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Mabuchi Takuya 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10795610)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 燃料電池 / プロトン輸送 / 高分子

Outline of Final Research Achievements

Using the simulator based on the coarse-grained MD method that enables to evaluate proton transport in high-order microstructures, the simulations with a variety of molecular structure parameters (e.g., molecular weight, block ratio, length, etc.) have been carried out, and the conditions that can stabilize the specific water structure such as cylinder and lamellar have been clarified. In particular, the combination of different kinds of backbone and sidechain polymer affects the water cluster structure, which results in changes in proton transport.

Free Research Field

分子熱流体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で構築する粗視化MDシミュレータにより，高解像度の時空間スケールを有した大規模なマルチスケール解析が可能となる．本計算で得られた数百nmの高次ナノ構造特性を実験値と直接比較することで，計算結果の妥当性検証だけでなく，計算結果の可視化による実験結果の物理的解釈も容易にする．このように，ナノスケールからメゾスケールまでの各時空間スケールで起こる化学反応，物質輸送，高次ナノ構造というマルチフィッジクス現象の本質をモデル化して上位シミュレーション手法に組み込むことで数理的に物質輸送を精度よく再現・予測する解析技術は国内外でも見当たらず，非常に重要かつ意義のある研究である．