2021 Fiscal Year Annual Research Report
高温で高性能・高安定なプロトン伝導性高分子に関する研究
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21H01650
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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, 准教授 (30581409)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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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、メタフェニレン、パラフェニレン、スルホパラフェニレンのみから成るプロトン伝導性高分子（SPP-QP）を合成し、その薄膜が高いプロトン導電性、化学的安定性を有するだけでなく、ポリフェニレンアイオノマーとしては異例の柔軟性を有することを見出してきた。これは、疎水部ポリフェニレン骨格の持続長（lp、直線性の尺度であり、小さければより屈曲していることを意味する）が、メタフェニレンの導入により著しく低下し、薄膜形成時にポリマー鎖同士がよく絡み合った結果であると推察している。本年度は、主鎖をよりシンプルなポリパラフェニレンへと拡張し、側鎖に嵩高い置換基（トリフルオロメチル基）を導入することで、SPP-QPと同様に低い持続長、ならびに、薄膜形成能を付与できるか検討を行った。合成したSPP-BP-CF3は、高い分子量（Mn = 49-149 kDa、Mw = 161-316 kDa）および溶解性（DMSO、エタノール）を有し、柔軟な薄膜を形成した。SPP-BP-CF3膜は、高い機械強度（最大でタフネス = 1.36 MJ/m3）、プロトン導電性（80 °C、95% RHで最大338 mS/cm）、化学的安定性（フェントン試験前後で膜物性がほとんど変化せず）を有することが確認された。
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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、性能と耐久性を両立する高分子電解質薄膜の分子設計指針をさらに拡張（ポリメタパラフェニレン→ポリパラフェニレン）することができたため。
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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、QP（キンケフェニレン、ここではパラフェニレンの両側をメタビフェニレンでキャップした構造のこと）のベンゼン環上の水素をフッ素で置換した様々な疎水部構造を網羅的に検討し、機械強度を最も向上させる疎水部構造を特定する。同時に、現在の高分子電解質合成法（高価なNi(COD)2を化学量論量必要とするため高コスト）以外の新しい合成法（例えば、触媒量のPdで重合が進行する鈴木・宮浦カップリングなど）を検討し、十分な薄膜強度が期待できる高分子量体を生成する重合条件を特定する。
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