多様なドナー分子からなる電荷移動錯体高分子複合膜の作製と構造、機能評価

• 研究課題/領域番号: 26410223
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西原 正通 九州大学, 次世代燃料電池産学連携研究センター, 准教授 (40415972)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 高分子電解質膜 / 燃料電池 / 超分子構造 / 電荷移動錯体 / 電荷移動錯体高分子複合膜 / スルホン化ポリイミド / スルホン化ポリエーテル / 高温形固体高分子形燃料電池 / 固体高分子形燃料電池 / PEFC

研究成果の概要

本研究では、電子アクセプターユニットと電子ドナーユニットにより形成される３つのパターンの電荷移動（CT）錯体複合膜を作製し、構造と機能の関係を明らかにした。3種類の複合膜の結果から、ドナー性とアクセプター性を持つ分子同士であれば、低分子-高分子、高分子-高分子、組み合わせによらずCT錯体膜を形成することを明らかにした。これらのCT錯体膜は、分子の立体障害、サイズの問題を考慮すれば、多様なCT錯体膜を簡単に作製可能であり、ドナー、アクセプターの組成比を調整する事で、同じロットの高分子から異なる機能を持つ複合膜を複数作製可能な方法であることを実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Sulfonation Level on Sulfonated Aromatic Poly (Ether Sulfone)Membranes as Polymer Electrolyte for High-Temperature Polymer ElectrolyteMembrane Fuel Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiyan Feng, Kazunari Sasaki, Masamichi Nishihara,
  • 雑誌名: Macromolecular Chemistry and Physics 巻: 217 号: 24 ページ: 2692-2699
  • DOI: 10.1002/macp.201600397
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of Charge-Transfer Complex Hybrid Films as Polymer Electrolyte Membrane for High Temperature PEFC Operation (2016)
  • 著者名/発表者名: Liana Christiani, Kazunari Sasaki, Masamichi Nishihara
  • 雑誌名: Macromolecular Chemistry and Physics 巻: 217 号: 5 ページ: 654-663
  • DOI: 10.1002/macp.201500320
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Development of interpenetrating polymer network charge-transfer complex polymer films as polymer electrolyte membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: PRiME 2016
  • 発表場所: the Hilton Hawaiian Village and Hawaii Convention Center
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 脂肪族高分子を用いた電荷移動錯体複合膜の高温形燃料電池への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 第65回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Alternative polymer electrolyte membranes consisting with supramolecular charge-transfer complex structure for high temperature operation (2016)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 15th International Symposium on Polymer Electrolytes
  • 発表場所: Uppsala Consert & Congress
  • 年月日: 2016-08-14
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Charge-Transfer Complex Hybrid Films As Alternative PEM For High-Temp PEFC (2016)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Feng Shiyan, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 5th European PEFC and H2 Forum 2015
  • 発表場所: Lucerne, Switzerland,
  • 年月日: 2016-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] PEFC高温形PEFCへの応用を目指したスルホン化ポリエーテルスルホン高分子電解質膜 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiyan Feng, Masamichi Nishihara, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 第65回高分子年次大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] Charge-transfer complex hybrid films consisting of proton conductive donor molecules for high temperature PEM (2015)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Feng Shiyan, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 228th ECS meeting, Phoenix, US, 11 Oct. – 15 Oct. 2015.
  • 発表場所: Phoenix, US
  • 年月日: 2015-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] 新たな高分子材料製法 ― 電荷移動錯体高分子複合膜の 燃料電池用電解質膜としての応用 ― (2015)
  • 著者名/発表者名: 西原正通
  • 学会等名: Organic materials as the building blocks for future devices and technology, 未来のデバイスを切り拓く有機材料技術
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2015-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] Novel polymeric materials functionalized by charge-transfer complex formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara
  • 学会等名: Carbon nanomaterial workshop 2 Setp. 2015.
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2015-09-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 相互侵入高分子網目構造を持つ電荷移動錯体複合膜の高分子電解質膜としての応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西原 正通, 馮世演, リアーナ クリスティアニ、佐々木一成
  • 学会等名: 第64回高分子年次大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2015-05-27
• [学会発表] Development of Modified Sulfonated Polyimide Charge-Transfer Film for High Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cell Application (2014)
  • 著者名/発表者名: Liana Christiani, Masamichi Nishihara, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: IPC2014, 10th SPSJ International Polymer Conference
  • 発表場所: International Congress center, 茨城県つくば市
  • 年月日: 2014-12-02 – 2014-12-05
• [学会発表] Evaluation of novel polymer electrolyte functionalized by charge-transfer complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 第55回電池討論会
  • 発表場所: 京都国際会議場，京都府京都市
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-21
• [学会発表] Development and Evaluation of Modified Sulfonated Polyimide Charge-Transfer Complex Membrane for PEFC Application (2014)
  • 著者名/発表者名: Liana Christiani, Masamichi Nishihara, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 15th IUMRS-ICA (MRS-J)
  • 発表場所: 福岡大学、福岡県福岡市
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-28
• [学会発表] Proton conductivity evaluation of charge-transfer complex hybrid films (2014)
  • 著者名/発表者名: Liana Christiani, Masamichi Nishihara, Kazunari Sasaki
  • 学会等名: 第51回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、福岡市北九州市
  • 年月日: 2014-06-28
• [備考] L. ChristianiがYoung Scientist Poster Awardを受賞
  • URL: http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~hup/hup/gallery.html#141007
• [産業財産権] ブロック共重合体、多層構造体、固体高分子膜、燃料電池、多層構造体の製造方法、及び無機ナノ粒子を含む多層構造体の製造方法 (2016)
  • 発明者名: 馮世演、佐々木一成、西原正通、近藤章一
  • 権利者名: 馮世演、佐々木一成、西原正通、近藤章一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-196739
  • 出願年月日: 2016-10-03