2021 Fiscal Year Research-status Report
Preparation of anhydrous polymer electrolyte membrane composed of chemically-crosslinked polymer having strongly acidic functional groups
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21K05197
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
野呂 篤史 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (90377896)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 固体高分子形燃料電池 / 高分子電解質膜 / プロトン伝導率 / 無加湿 / 強酸性官能基 / 架橋ポリマー / 架橋点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スルホン酸含有率の高いポリスチレンスルホン酸架橋物を合成するため、スルホン酸にアルキル保護基を修飾したスルホン酸エステルモノマー（たとえばスチレンスルホン酸n-ブチル）を合成し、このモノマーとジビニルベンゼンとを共重合することでポリ（スチレンスルホン酸エステル）の架橋物を合成した。さらに脱保護することによってポリスチレンスルホン酸架橋物（CL-SA）を合成した。1H NMR測定を行ったところ、n-ブチル基に帰属されるシグナルが消失していたことから、脱保護はほぼ定量的に進んでおり、スルホン酸含有率がほぼ100 mol%のCL-SAであることを確認した。
合成したCL-SAの膜を80℃、90%RHの条件でプロトン伝導率を測定したところ、非常に高い伝導率（580 mS/cm）を示すことが確認された。比較試料として、AGC社のSelemion（スルホン化ポリスチレンの架橋物、スルホン化率約10%）についても同条件でプロトン伝導率を測定したところ48 mS/cmであり、同条件においてCL-SAはSelemionの約12倍高い伝導率を示すことが分かった。CL-SAのスルホン酸含有率がほぼ100mol％で、膜中にはプロトン源となるスルホン酸及び水分子がより多く含まれていたためと考えられる。
また、酸性官能基の一つであるカルボン酸を有する架橋ポリマーも合成し、これに硫酸を浸み込ませた電解質膜も作製し、無加湿下で伝導率を測定した。硫酸を80wt%浸み込ませた膜は、140℃、無加湿下で210 mS/cmの高伝導率を示すことが明らかとなり、この成果について学会発表を行った。
そのほか、強酸性官能基を有する架橋ポリマーの合成、評価実験と並行して、塩基性官能基を有するポリマーに強酸性液体を浸み込ませて得られる電解質膜の作製及び評価、イオン性のポリマーの調製及び力学特性に関しても一部実験を実施した。
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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
2021年度に目標としていた強酸性官能基を有する架橋ポリマーの合成、及び電解質膜の作製をおおよそ達成できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
無加湿下で高プロトン伝導率を示す高分子電解質膜を得るための条件を明らかにするために、架橋ポリマー合成、電解質膜作製、伝導率評価に関して、より一層実験、研究を推進していく。
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| Causes of Carryover |
1年目に購入予定であった消耗品、設備備品などの物品は、2年目以降で購入することとしたため。
またコロナ禍が続いたことで、出張の機会が減り、旅費がかからなかったため。
2年目以降でも研究の進展、コロナ禍の状況に合わせて物品購入や出張を進めていく。
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