相分離製膜法を用いた新規空気電池用高分子膜の開発

Research Project

Project/Area Number	13878111
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	環境保全
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	川上浩良東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (10221897)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長岡昭二東京都立大学, 工学研究科, 教授 (30254147)
Project Period (FY)	2001 – 2002
Project Status	Completed (Fiscal Year 2002)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2001: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywords	含フッ素ポリイミド / 非対称膜 / 空気電池 / 酸素透過性 / 相分離 / 水蒸気バリヤー / 相分離法 / 高酸素透過性 / 水蒸気バリヤー性 / 高分子膜
Research Abstract	次世代のクリーンエネルギーの1つに空気電池がある。空気電池の特徴はエネルギー密度が極めて高いことである。正極活性物質として空気中の酸素を用いるため軽量化が可能で、リチウムイオン二次電池の重量エネルギー密度(約150Wh/kg)に対し、亜鉛-空気電池の理論エネルギー密度は1,330Wh/kgと極めて大きなエネルギーが期待できる。さらに、空気を活性物質として用いるため環境低負荷型の電池である。しかし、現在は多孔質テフロン膜の孔を酸素が透過してくるため、水蒸気も同時に正極に侵入し触媒劣化が引き起こされている(作動寿命は極めて低い)。また、孔からの電解質の蒸発や漏液性の問題も指摘されている。従って、表面が完全無欠陥で電解質の蒸発や漏液性の問題を起こさず、しかも高い酸素透過性を保ち、かつ水蒸気バリヤー性を示す新しい高分子膜が求められている。本年度は、昨年度新しく開発した超薄膜スキン層を有する含フッ素ポリイミド非対称膜の表面のみを配向させることにより、酸素選択性を飛躍的に向上させることに成功し、優れた酸素透過特性を実現した。表面特性はATR-IR、固体NMRを用い評価した。また、その気体透過安定性も検討し、超薄膜スキン層を有する含フッ素ポリイミド非対称膜に酸素をくり返し透過させても、長時間その透過性が保たれることが明らかになった。さらに、水収着実験より膜内の水の状態を解析した結果、疎水性高分子内で水クラスターが形成され、水の透過性を抑制することが明かとなり目的とした空気電池の可能性が示された。