2019 Fiscal Year Research-status Report
高安定プロトン伝導性芳香族高分子電解質膜の高性能化・高靱性化に関する研究
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18K04746
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
三宅 純平 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (30581409)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高分子合成 / 燃料電池 / 高分子電解質 / 膜 / プロトン伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者はこれまでに、フェニレン環とスルホン酸基のみから成るスルホン酸化ポリフェニレン（SPP-QP）膜が、高いプロトン導電性と化学的安定性を併せ持つことを見出している。昨年度は、スルホン酸化ポリフェニレン主鎖の分子配列（親水部や疎水部の連続性）が、膜のモルフォロジー、プロトン導電性、化学的安定性等の物性に及ぼす影響を明らかにした。
本年度は、更なる高性能化・高耐久化のための分子設計指針を得ることを目的に、部分フッ素化されたスルホン酸化ポリフェニレンについて検討を行った。具体的には、スルホン酸化ポリフェニレン主鎖に、パーフルオロアルキル基を導入したSPAF、ならびに、ヘキサフルオロイソプロピリデン基を導入したSBAFについて、主鎖配列のランダム性が異なる高分子を合成し、膜物性を比較した。なお、合成した高分子の主鎖配列ランダム性については、溶液NMRにより決定した。また、膜のモルフォロジーについては、透過型電子顕微鏡（TEM）、ならびに、温度湿度が制御された環境下、小角X線散乱（SAXS）により解析した。さらに、含水率やプロトン導電率、引張特性等の物性についても、温度湿度が制御された環境下において測定した。その結果、主鎖配列のランダム性が低い（つまり、親水部や疎水部の連続性が高い）電解質膜の方が、イオンチャネルがより発達し、プロトン導電率が向上するだけでなく、疎水部の高い連続性ゆえに、破断伸びも格段に向上することが明らかとなった。
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| 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、高分子電解質膜の性能と耐久性を両立するための分子設計指針（親水部・疎水部連続性の効果）を見出すことができたため。
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| 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、
①高性能化・高耐久化を目指した高分子主鎖の更なる最適化
②架橋、補強による高靱性化についての研究を推進する。最終的には、
③燃料電池発電環境下において、ナフィオン膜を凌駕する性能と耐久性を併せ持つ新型電解質膜の開発、および、その設計指針を提案する。
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