高性能燃料電池を目指した炭化水素系膜電極接合体に関する研究

• 研究課題/領域番号: 20350086
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 宮武 健治 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 教授 (50277761)
• 連携研究者: 裴 柄贊 山梨大学, 燃料電池ナノ材料研究センター, 講師 (10432163)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2010年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2009年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2008年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
• キーワード: 燃料電池 / 高分子電解質 / 膜電極接合体

研究概要

固体高分子形燃料電池の高性能化を目指した新規高分子電解質材料とそれを用いた膜電極接合体(MEA)の創製が本研究の目的である。芳香族系高分子電解質において、安定性や気体透過性を損なうことなくプロトン導電性を大幅に向上させる分子構造を明らかにした。酸性基を高密度に集積した親水部を有するブロック型のポリアリーレンエーテルが、従来の高分子電解質膜に比べて著しく高いプロトン導電率を示すことを見出した。この電解質材料を用いて、100℃、30%RH(相対湿度)という厳しい条件においても高い燃料電池特性を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Anion Conductive Tonomers Containing Fluorenyl Groups for Alkaline Fuel Cell Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, M.Koike, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Polym.Chem. 2 ページ: 99-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Multiblock Copoly(arylene ether)s Containing Superacid Groups for Fuel Cell Membranes (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Mikami, K.Miyatake M.Watanabe
  • 雑誌名: J.Polym.Sci.A : Polym.Chem. 49 ページ: 452-464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Block Poly(arylene ether sulfone) Membranes for fuel Cell Applications via 0ligomeric Sulonation (2011)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, T.Hoshi, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 44 ページ: 3884-3892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-Conductive Aromatic Ionomers Having Highly Sulfonated Blocks for High-Temperature-Operable Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, T.Yoda, K.Miyatake, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: Angew.chem.Int.Ed. 49 ページ: 317-320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas Diffusion Electrodes Containing Sulfonated Poly(arylene ether) Ionomer for PEFCs Part 2. Improvement of the Cathode Performance (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yoda, T.Shimura, B.Bae, K.Miyatake, M.Uchida, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: Electrochim.Acta 55 ページ: 3464-3470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anion Conductive Aromatic lonomers Containing Fluorenyl Groups (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, M.Koike, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 43 ページ: 2657-2659
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether sulfone ketone) Multiblock Copolymers with Highly Sulfonated Block. Synthesis and Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 43 ページ: 2684-2691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton Conductive Polyimide Ionomer Membranes : Effect of NH, OH, and COON Groups (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Saito, M.Tanaka, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: JPolym.Scl.A polym.Chem. 48 ページ: 2846-2854
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poly(arylene ether)s Containing Superacid Groups as Proton Exchange Membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Mikami, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: ACS Appl.Mater.Interfaces 2 ページ: 1714-1721
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Properties, and Fuel Cell Performance of Perfluorosulfonated Poly(arylene ether)s (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Shimura, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 83 ページ: 960-968
  • NAID: 10026510674
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether sulfone ketone) Multiblock Copolymers with Highly Sulfonated Block. Fuel Cell Performance (2010)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, T.Yoda, K.Miyatake, M.Uchida, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 114 ページ: 10481-10487
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-Conductive Aromatic Ionomers Having Highly Sulfonated Blocks for High-Temperature-Operable Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 49 ページ: 317-320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether sulfone ketone)Multiblock Copolymers with Highly Sulfonated Block.Synthesis and Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 43 ページ: 2684-2691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether sulFone ketone)Multiblock Copolymers with Highly Sulfonated Block.Fuel Cell Performance (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 114 ページ: 10481-10487
  • 査読あり
• [雑誌論文] Durability of a Novel Sulfonated Polyimide Membrane in Polymer Electrolyte Fuel Cell Operation (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Kabasawa, J.Saito, H.Yano, K.Miyatake, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: Electrochlm.Acta 54 ページ: 1076-1082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the Decomposition Products of Sulfonated Polyimide and Nation Membranes on the Degradation and Recovery of Electrode Performance in PEFCs (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Kabasawa, J.Saito, K.Miyatake H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: Electrochlm.Acta 54 ページ: 2754-2760
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Hydrophobic Component on the Properties of Sulfonated Poly(arylene ether sulfone)s (2009)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 42 ページ: 1873-1880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen Reduction at the Pt/Carbon Black-Polyimide Ionomer Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, T.Omata, D.A.Tryk, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 113 ページ: 7772-7778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Sulfonated Block Copolymers Having Fluorenyl Groups for Fuel-Cell Applications (2009)
  • 著者名/発表者名: B.Bae, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: ACS Appl.Mater.Interfaces 1 ページ: 1279-1286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas Diffusion Electrodes Containing Sulfonated Poly(arylene ether) lonomer for PEFCs Part 1. Effect of Humidity on the Cathode Performance (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yoda, T.Shimura, B.Bae, K.Miyatake, M.Uchida, H.Uchida, M.Watanabe
  • 雑誌名: Electrochim.Acta 54 ページ: 4328-4333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aromatic lonomers with Superacid Groups (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, T.Shimura, T.Mikami, M.Watanabe
  • 雑誌名: Chem.Commun. ページ: 6403-6405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen Reduction at the Pt/Carbon Black-Polyimide Ionomer Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 113 ページ: 7772-7778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Hydrophobic Component on the Properties of Sulfonated Poly (arylene ether sulfone) s (2009)
  • 著者名/発表者名: B.Bae
  • 雑誌名: Macromolecules 42 ページ: 1873-1880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas Diffusion Electrodes Containing Sulfonated Poly (arylene ether) Iono-mer for PEFCs Part 1. Effect of Humidity on the Cathode Performance (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yoda
  • 雑誌名: Electrochim.Acta 54 ページ: 4328-4333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poly(arylene ether) Ionomers Containing Sulfofluorenyl Groups: Effect of Electron-withdrawing Groups on the Properties (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Shimura, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Eur.Polym.J. 44 ページ: 4054-4062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Polyimide Ionomers Containing 1H-1, 2, 4-Triazole Groups (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Saito, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 41 ページ: 2415-2420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substituents Effect on the Properties of Sulfonated Polyimide Copolymers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, T. Yasuda, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Polym. Sci. A : Polym. Chem. 46 ページ: 4469-4478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poly (arylene ether) Ionomers Containing Sulfofluorenyl Groups : Effect of Electron-withdrawing Groups on the Properties (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: Eur. Polym. J. 44 ページ: 4054-4062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyimide lonomer Containing Superacid Groups
  • 著者名/発表者名: J.Saito, M.Tanaka, M.llirai, M.Nanasawa, K.Miyatake, M.Watanabe
  • 雑誌名: Polym.Adv.Tech. DOT : 10. 1002/pat. ページ: 1924-1924
  • 査読あり
• [学会発表] 燃料電池用高分子電解質膜:芳香族系高分子の展開と可能性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会東海支部第85回東海懇談会
  • 発表場所: 名古屋(依頼講演)
  • 年月日: 2011-03-10
• [学会発表] 高温・低加湿対応の新規電解質材料に関する研究開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 第7回国際燃料電池展(FC EXPO2011)
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2011-03-03
• [学会発表] 山梨大学における燃料電池教育研究活動の取り組み-高分子電解質膜の開発研究を一例として- (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 早稲田応用化学会第17回交流会講演会
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2010-11-27
• [学会発表] 高性能燃料電池を目指した芳香族高分子電解質膜の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会関東支部第73回武蔵野地区高分子懇話会
  • 発表場所: 山梨(依頼講演)
  • 年月日: 2010-11-05
• [学会発表] Novel Hydrocarbon Ionomer Membranes for High Temperature/Low Humidity Operable Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 学会等名: 2nd CARISMA International Conference
  • 発表場所: La Grande Motte, France
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 非フッ素系高分子電解質膜の最近の進展 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 化学技術戦略推進機構第7回機能性材料分科会講演会
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2010-08-23
• [学会発表] Novel Hydrocarbon lonomer Membranes for High Temperature/Low Humidity Operable Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, B.Bae, M.Watanabe
  • 学会等名: 2nd CARISMA International Conference on Progress in MEA Materials for Medium and High Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cells
  • 発表場所: La Grande Motte, France(Invited lecture)
• [学会発表] Superacidic Poly(arylene ether) Membranes for Fuel Cell Applications (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, T.Shimura, T.Mikami, M.Watanabe
  • 学会等名: European Materials Research Society 2010 Fall Meeting
  • 発表場所: Warsaw, Poland(Invited lecture)
• [学会発表] Poly (arylene ether) Block Copolymer Membranes : Synthesis, Properties and Durability (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake
  • 学会等名: 216th Meeting of the Electrochemical Society
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2009-10-06
• [学会発表] 燃料電池用高分子電解質膜の最近の進展 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 平成21年度繊維学会年次大会
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2009-06-11
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池用電解質膜の現状と展望 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 電気化学会電気化学セミナー1最先端電池技術-2009
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2009-01-21
• [学会発表] The Oxygen Reduction Reaction at the Ionomer-Platinum Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: D.A.Tryk, K.Miyatake, H.Uchida, M.Watanabe
  • 学会等名: 4th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS-4)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(Invited lecture)
• [学会発表] Poly(arylene ether) Block Copolymer Membranes: Synthesis, Properties and Durability (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, B.Bae, T.Yoda, H.Uchida, M.Watanabe
  • 学会等名: 216th Meeting of the Electrochemical Society
  • 発表場所: Vienna, Austria(Invited lecture)
• [学会発表] Molecular Consideration on Sulfonated Poly(arylene ether) lonomers for PEFC Applications (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, B.Bae, T.Mikami, T.Shimura, M.Watanabe
  • 学会等名: 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells
  • 発表場所: Yokohama, Japan(Invited lecture)
• [学会発表] 燃料電池用電解質膜の最近の動向 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: ナノテクノロジービジネス推進協議会燃料電池分科会
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2008-11-27
• [学会発表] 次世代燃料電池を目指した炭化水素系電解質膜の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 電気化学会第101回燃料電池研究会セミナー
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2008-09-17
• [学会発表] 燃料電池用電解質膜:非フッ素系材料でどこまでできるか? (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 関東高分子若手研究会2008春の講演会
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2008-06-14
• [学会発表] Polyimide Ionomer Membranes for Fuel Cell Applications (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, M. Watanabe
  • 学会等名: 6th Asian Conference on Electrochemistry
  • 発表場所: 台北
  • 年月日: 2008-05-12
• [学会発表] 炭化水素系電解質膜の開発とMEA化:現状と課題(燃料電池開発最前線～高分子材料への期待) (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会08-1ポリマーフロンティア21
  • 発表場所: 東京(依頼講演)
  • 年月日: 2008-04-17
• [学会発表] Polyimide lonomer Membranes for Fuel Cell Applications (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Miyatake, M.Watanabe
  • 学会等名: 6th Asian Conference on Electrochemistry
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(Invited lecture)
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.clean.yamanashi.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.abll.yamanashi.ac.jp/~watan_ab/indexl.html
• [備考]
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispInfo.Scholar/8/B2D169872D1B3FE3.html
• [備考]
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispInfo.Scholar/8/B2D169872DlB3FE3.html
• [備考]
  • URL: http://www.abll.yamanashi.ac.jp/~mwatanab/index.html
• [備考]
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispInfo.Scholar/8/B2D169872D1B3FE3.html
• [備考]
  • URL: http://www.abll.yamanashi.ac.jp/~mwatanab/index.html
• [産業財産権] 高分子電解質およびその利用 (2010)
  • 発明者名: 宮原崇泰、渡辺政廣、宮武健治
  • 権利者名: 山梨大学、カネカ
  • 産業財産権番号: 2010-181657
  • 出願年月日: 2010-08-16
• [産業財産権] 高分子電解質、高分子電解質膜、およびその利用 (2009)
  • 発明者名: 宮原崇泰、渡辺政廣、宮武健治
  • 権利者名: 山梨大学、カネカ
  • 産業財産権番号: 2009-216280
  • 出願年月日: 2009-09-17
• [産業財産権] 高分子電解質、および該電解質を含む燃料電池用電解質 (2009)
  • 発明者名: 松野宗一、黒松秀一、渡辺政廣、宮武健治
  • 権利者名: 山梨大学、カネカ
  • 産業財産権番号: 2009-173335
  • 出願年月日: 2009-07-24