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アニオン導電性高分子:エネルギーデバイスのための新展開

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0156
補助金の研究課題番号 22F22035 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分外国
審査区分 小区分26040:構造材料および機能材料関連
研究機関山梨大学

研究代表者

宮武 健治  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (50277761)

研究分担者 YADAV VIKRANT  山梨大学, 大学院総合研究部, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2024年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードanion exchange membranes / fuel cells / water electrolyzers
研究開始時の研究の概要

Designing and synthesis of alkali stable imidazolium salts, designing and synthesis of series-connected cycloaliphatic diamine-based tetra-cationic cross-linker, tethering of long alkyl chain on poly(p-phenylene) backbone, controlled cross-linking and quaternization on partially quaternized bromoalkylated poly(p-phenylene) will be carried out to develop robust AEM for anion exchange membrane fuel cell (AEMFC) applications. Other applications such as alkaline water electrolysis cells will also be investigated.

研究実績の概要

In this year,a series of 2,5-dichlorobenzene monomers differed in semi-fluoroalkyl pendant length were synthesized and copolymerized. The terpolymers provided bendable membranes by solution casting. The maximum ion conductivity of 112 mS/cm was achieved for the membrane formulated with C11 pendant. Cx-QPip-n membranes showed good alkaline stability, in particular, C11-QPip-1.86 retained 75% of the original conductivity after 1,056 h in harsh alkaline conditions (8 M KOH aqueous solution at 80 degrees C). C11-QPip-1.86 membrane was subjected to alkaline water electrolysis cell with Co-based platinum group metal-free anode catalyst which showed good performance. The cell was durable for 1000 h with minor voltage change at a constant current density operation.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

According to the research plan, highly conductive and alkaline stable anion exchange membranes were developed and analyzed.

今後の研究の推進方策

The rational design and synthesis of AEM is planned by taking into consideration the loading of maximum number of quaternary ammonium groups on poly(p-phenylene) backbone so that resultant AEMs could avail desired properties. This will accomplish in two steps: i) Partial quaternization (60-80 mol% in relation to available bromine atoms) of bromoalkylated poly(p-phenylene) using imidazolium salt which showed long term alkaline stability using both techniques (NMR investigation and Density Functional Theory), and ii) controlled degree of cross-linking with simultaneous quaternization using series-connected tetra-cationic cross-linker which also showed long term alkaline stability. This approach mitigate trade-off between hydroxide ion conductivity and mechanical stability.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2024 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of Radical-Mediated Cross-Linking on Partially Fluorinated Aromatic Anion Exchange Membranes and their Applications in Alkaline Water Electrolysis Cells2024

    • 著者名/発表者名
      A. M. A. Mahmoud, K. Miyatake, F. Liu, V. Yadav, L. Guo, C. Y. Wong, T. Iwataki, K. Kakinuma, and M. Uchida
    • 雑誌名

      Adv. Energy Sustainability Res.

      巻: 5 号: 3 ページ: 2300236-2300236

    • DOI

      10.1002/aesr.202300236

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [備考] 山梨大学クリーンエネルギー研究センター燃料電池研究部門

    • URL

      http://www.fcgroup.yamanashi.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-09-29   更新日: 2024-12-25  

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