放射線グラフト重合法と原子移動ラジカル重合法の組み合わせによる新規電解質膜の創製

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25810130
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 澤田 真一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究員 (70414571)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 放射線グラフト重合 / 原子移動ラジカル重合 / 電解質膜 / 燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、放射線グラフト重合法と原子移動ラジカル重合(ATRP)法を駆使し、高温・低加湿下において良好なプロトン伝導性を示す電解質膜の研究開発を進めている。昨年度までに、(i)エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜(50 μm)へのガンマ線照射(15 kGy)によるスチレンとクロロメチルスチレン(CMS)の共グラフト重合、(ii)CMSユニットを起点とするスチレンスルホン酸エチルエステル(ETSS)の原子移動ラジカル重合、(iii)ETSSユニットの加水分解によるエチル基のスルホン酸基への変換(スルホン化)、という手順で新規電解質膜を作製することに成功した。今年度は、まず(iii)において加水分解条件の最適化を行った。これまではETSSグラフト膜を95 ℃の純水に24時間浸漬して加水分解を行っていたが、このときグラフト鎖が時折脱離してしまうという問題があった。そこで加水分解温度を80 ℃に下げたところ、グラフト鎖の脱離の抑制と高いスルホン酸基変換率(80%以上)を達成できることが分かった。次に得られた電解質膜のプロトン伝導度を温度30 ℃、相対湿度80%の環境下において2端子ACインピーダンス法によって測定した。プロトン伝導度はイオン交換容量(IEC)とともに上昇し、IEC = 2.6 meq/gのときに最大値0.011 S/cmに達した。これは従来膜Nafion212に匹敵する高い伝導度である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究代表者は、2013年10月から2014年9月まで海外に留学しており、留学中は科研費の研究とは全く異なる研究に従事していた。そのため当初の計画通りに研究は進捗しなかった。

Strategy for Future Research Activity

放射線グラフト重合法と原子移動ラジカル重合法により作製した電解質膜の特性や構造を調べる。特に、大型サイズの電解質膜を作製し、燃料電池に組み込んで実際に発電試験を行う。

Causes of Carryover

研究代表者は、2013年10月から2014年9月までイタリアに留学し、科研費の研究とは異なるテーマの研究に従事していた。そのため当初の計画どおりに研究費を使用することができなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

電解質膜の作製に必要な試薬類およびガラス器具類を購入する。また発電試験を行うために燃料電池の単セルを購入する。