Development of Fast Proton Conductors Using the Cooperative Effects of Hetero-functional Groups on Polymer Nanofibers

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: TANAKA MANABU 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 准教授 (00531831)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 高分子電解質 / ナノファイバー / プロトン伝導 / 有機ナノイオニクス

Outline of Final Research Achievements

This study aims to realize efficient proton hopping conduction in polymer membranes and to develop innovative high-speed proton conductors that can solve problems in next-generation fuel cells and other applications by utilizing their unconventional proton conduction mechanism. Novel surface-modified nanofiber composite electrolyte membranes were fabricated by modifying polymer nanofibers with "super-strong acid" or "zwitter ionic polymers," to show enhanced proton conductivity, especially under low humidity conditions.This study demonstrated that high-speed proton conductors can be fabricated by utilizing the cooperative effects of different functional groups inside or on the surface of polymeric nanofibers.

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Free Research Field

高分子化学、機能性高分子材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高分子ナノファイバーに着目し、その内部あるいは表面における異種官能基の協働的効果により、高速プロトン伝導を実現できることを明らかにした。本研究成果は、高温低湿作動が求められる次世代固体高分子形燃料電池をはじめ、各種エネルギー変換デバイスの高性能化、小型・軽量化、コストダウンに繋がることが期待され、社会的な意義は大きい。さらに、分光測定や計算化学シミュレーションなどを用いて新たなプロトン伝導メカニズムを検証するなど、学術的にも多数の新しい知見が得られ、当該分野の発展に貢献している。