2009 Fiscal Year Annual Research Report
固相長寿命ラジカルを利用した低反応性フッ素モノマーの重合と燃料電池膜への応用
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20550117
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
長谷川 伸 Japan Atomic Energy Agency, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (60354940)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榎本 一之 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 博士研究員 (50465978)
前川 康成 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (30354939)
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| Keywords | 放射線 / グラフト重合 / 燃料電池 / 長寿命ラジカル / フッ素モノマー / 電解質膜 / リビングラジカル重合 |
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| Research Abstract |
自動車用や家庭用燃料電池の心臓部である高分子電解質膜の合成法として、放射線グラフト重合は高耐久性のフッ素系高分子膜基材にイオン伝導性グラフト鎖を直接導入できることから有力な手段と考えられている。そこで、放射線照射により固体高分子膜中に生じた長寿命ラジカル及びリビングラジカル重合における安定化ラジカルの利用することで、これまで導入例の無い耐久性に優れた全フッ素系モノマーをグラフト鎖として導入した新規高温高耐久性電解質膜の合成の実現を目指した。
今回、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合(ETFE)膜に全フッ素系モノマーである2-Bromotetrafluoroethyltrifluoro vinylether(BrTFF)を同時照射で導入することで調製したクラフト率34%のグラフト膜に、ATRP法を用いてスチレンのリビングラジカル重合を検討し、グラフト率17%でポリスチレングラフト鎖が導入できた。得られたポリスチレングラフト鎖をスルホン化した膜はσ=0.08Scm^<-1>)とNafionよりも高い導電率を示した。得られた電解質膜はイオン伝導を担うグラフト鎖とフッ素系基材の相分離構造のため、より高い導電性と耐酸化性を示すことがわかった。更に、全フッ素系基材である架橋PTFE(cPTFE)膜へのBrTFFのグラフト重合を検討した。550kGy照射した試料のグラフト率は、20%以上に達し、膜厚方向へ一様に分布していることをSEM-EDSから確認した。これは、全フッ素系基材膜に全フッ素系グラフト鎖を導入した初めての例であるとともに、官能基変換に優れた臭素をグラフト鎖に有することから、今後、全フッ素系電解質膜の開発を進める予定である。
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