2014 Fiscal Year Research-status Report
デバイス作動条件下における高分子電解質薄膜中の物質輸送現象
| Project/Area Number |
26410224
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
川口 大輔 九州大学, 分子システムデバイス国際リーダー教育センター, 准教授 (70362267)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 薄膜 / 界面 / 高分子電解質 / 固体高分子形燃料電池 / 水 / 拡散 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ナフィオンはプロトン伝導性および耐久性に優れた高分子電解質であり、固体高分子形燃料電池(PEFC)のプロトン交換膜として使用されている。集積化によるPEFCの高出力化、さらには、材料の小型化に向けて、ナフィオンの薄膜化が強く望まれている。薄膜状態にすると、水の収着やプロトン伝導に及ぼす膜表面および基板界面の影響を強く受けることが予想されるが、その詳細は明らかにされていない。本研究では、ナフィオン薄膜に対する収着挙動を評価し、湿度、電極界面、電場などナフィオン薄膜周囲の“場”の効果が担体の拡散に及ぼす影響を明らかにすることを目指す。今年度は膨潤状態におけるナフィオン薄膜のプロトン伝導度について検討を行った。基板として親水性の石英基板を用いた。この石英基板上にナフィオン薄膜を調製した。このナフィオン薄膜を水に十分長い時間浸漬させ、平衡膨潤状態に到達させた。その後、面内方向のプロトン伝導度をインピーダンス測定により評価した。膜厚が100 nm以上の場合、プロトン伝導度はバルクのそれとほぼ同程度であった。一方、膜厚が100 nm以下の場合、膜厚の減少ととともにプロトン伝導度が増加した。また、中性子反射率測定によりナフィオン薄膜の凝集状態を評価した結果、基板界面近傍で多層の水和構造が形成されていた。以上の結果は、ナフィオン薄膜における面内方向のプロトン伝導度の増加に基板界面の凝集構造が強く影響することを示唆している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電圧印加時のナフィオン薄膜のプロトン伝導度の測定が可能になったが、水蒸気収着挙動の評価が遅れている。湿度制御された空気を流すことのできる環境を整えたが、加熱制御可能なセルの作製が遅れているためである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
まず、調湿加熱セルの開発を急ぎ、今年度の前半のうちにナフィオン薄膜における収着挙動の湿度および温度依存性を明らかにする。水の収着によるナフィオンの膜厚の時間発展より、水の拡散係数を算出する。また、平衡収着量より相互作用パラメーターを明らかにする。次に、燃料電池の作動環境下に近づけるため、電圧印加時の水蒸気収着挙動を評価する。ナフィオン薄膜を電極で挟み込み、電圧を印加し、水蒸気雰囲気下における水収着挙動を光学反射測定により評価する。同条件下でのプロトン伝導度を評価し、水分子の運動とプロトン伝導との相関について議論する。
|
Research Products
(10 results)
