2015 Fiscal Year Annual Research Report
アニオン交換膜表面のイオン伝導パスの電流検出AFM測定に関する研究
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26870235
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
原 正則 山梨大学, 総合研究部, 助教 (40457825)
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2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電流検出原子間力顕微鏡 / アニオン交換膜 / アニオン導電パス / 燃料電池 / 相分離構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アニオン交換膜型燃料電池(AEMFC)の実用化を目的として、AEMFCの作動条件を模擬した環境下において、電解質膜表面のアニオン伝導パスの反応挙動について電流検出原子間力顕微鏡(CS-AFM)を用いたin-situ測定法により解明すること目的としている。この研究のために、実作動のAEMFCを模擬した環境（温度：室温～60℃、供給ガス加湿度：40～100%RH）にて、電解質膜の表面形状とアニオン伝導パスを同時に測定し、電解質膜の相分離構造やイオン交換容量(IEC)およびアニオン伝導パスの反応挙動がセル発電性能に与える影響について検討を行った。さらに、AEMの前処理が与える影響についても調査を行った。
CS-AFM測定においては、CO2を除去した精製空気中を加湿した環境チャンバー内において、Pt被覆したAFMチップを用いて電解質膜表面上での空気中の酸素からの水酸化物イオンの生成反応（もしくは水酸化物イオンからの水素発生反応）を検出することでアニオン伝導パス分布をin-situ測定した。電解質膜のIECや親水―疎水部の相分離構造、および化学構造の変化に伴い、アニオン伝導パス分布や検出される電流値の値が変化することが分かった。特に高IECの膜においては、水の生成が同時に起きる水素発生反応測定においては探針‐試料間に水が付着し長期の安定な測定は困難であり、酸素還元反応の測定がより適していることが分かった。また、連続したAFM測定により、日数経過ともにアニオン伝導パスの面積及び検出される電流値が減少し、電解質膜表面が再構成されていることが推察された。
今回得られたAFM測定結果より、電解質膜のアニオン伝導挙動の最適化には、AEMの化学構造だけでなく、前処理の最適化も重要であることが示された。
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