2021 Fiscal Year Annual Research Report
弱酸性高分子被覆フィラー充填による固体高分子電解質膜作製プロセスの開発
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21J10587
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
野原 智裕 山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面改質 / 粒子共存制御ラジカル重合法 / フィラー充填膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フィラーのプロトン伝導度の更なる向上を目指し、セルロースナノ結晶（ＣＮＣ）表面上へ弱酸性高分子（ポリビニルホスホン酸（ＰＶＰＡ））を均質に被覆することで達成できると着想し、ＣＮＣのリン酸エステル化を実施した。リン酸エステル化ＣＮＣ（ＣＮＣ－Ｐ）は、ＣＮＣを尿素触媒存在下、リン酸水溶液中で熱攪拌するだけの簡便な手法で得られる。得られたＣＮＣ－Ｐを真空乾燥で表面水を完全に除去し、その粒子表面上にＰＶＰＡを粒子共存制御ラジカル重合法（ＲＡＦＴ ＰｗＰ）にて被覆した。未処理のＣＮＣのプロトン伝導度は１０＾（－６） Ｓ／ｃｍ桁と極めて小さかった一方で、ＣＮＣ－Ｐは１０＾（－２） Ｓ／ｃｍ桁であり、リン酸エステル化処理をするだけで４桁のプロトン伝導度が向上することを見出した。これは、ＣＮＣ表面のＯＨ基数が大幅に増加し、プロトンがそのＯＨ基を介して表面伝導したからであると考えられる。得られたＣＮＣ－ＰにＰＶＰＡを被覆したところ、１０＾（－１） Ｓ／ｃｍ桁のプロトン伝導度であり、ＣＮＣ－Ｐと比較してプロトン伝導度が向上することを見出した。
また現在、作製した機能化フィラーを吸水率の異なるバインダー樹脂（ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）：２．６２％， ポリカーボネート（ＰＣ）：０．５４％， ＰＳ：０．０６％）に充填した電解質膜を製膜し、吸水率とプロトン伝導性能や機械的強度等の関係性解明を実施・検討中である。
また本年度の研究報告として、ＡＣＳ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓに、ＲＡＦＴ ＰｗＰを援用し、ＣＮＣ表面へＰＶＰＡとＰＳとのブロック共重合体を被覆した、機能化粒子の作製及び、ＰＣバインダー中へ充填した、新規フィラー充填膜に関する論文を報告し、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌｌｙ ｃｏｖｅｒ ａｒｔへ選出された。
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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
予定通り、セルロースナノ結晶表面のリン酸エステル化し、その表面に弱酸のプロトン伝導性高分子を被覆することに成功した。本年度で作製した機能化粒子を用いることで、既存電解質膜に匹敵し得るプロトン伝導度を有する電解質膜の作製が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製した機能化粒子を充填したフィラー充填膜を作製し、単セルを構築した発電特性の評価を行う。また、吸水率や酸化還元耐性の指標から選んだ種々のバインダーを用いたフィラー充填膜を作製し、それらのプロトン伝導性評価・機械的強度等の評価を実施する予定である。
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