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メタノールなどの含水素燃料のもつ電気化学エネルギーは従来の電池系に比べて極めて高く、電源の軽量化が期待できる。燃料電池の中でも常温で作動が可能で小型軽量が可能であるのは電解質としてフッ素系イオン交換膜を用いる固体高分子燃料電池である。本研究では、非平衡プラズマを励起源とする重合法であるプラズマ重合法を用いて、それまでは困難とされてきた架橋したパーフルオロカーボンポリマーにスルホン酸基を導入することに初めて成功した。また、非平衡プラズマを用いた分子設計された傾斜機能性有機薄膜材料の作製法を確立した。プラズマ重合膜の特性に与えるプラズマパラメータの影響を記述するパラメータとしてW/FMというパラメータが提案されている。ここで、Wは印加電力、Fは出発物質の流量、Mは出発物質の分子量である。すなわち、W/FMは出発物質単位質量あたりに投入された印加電力を表している。ESCA、IR等の測定を行った結果、低印加電力条件下ではW/FMが小さく、スルホン酸基は分解されにくいのに対し、高印加電力条件下ではW/FMが大きく、スルホン酸基が分解されることが明らかとなった。このフッ素系のイオン交換性の薄膜で電極を被覆することによって、有効電極面積の大幅な増大が可能であることがわかった。さらに、電極表面を酸素の溶解度の大きいフッ素の含有量の大きい超薄膜で被覆し、さらにその上にイオン導電率の大きな薄膜層を形成する、傾斜機能性薄膜を作製し、有効電極面積の増大のみならず、電極界面での酸素の溶解度の増加による活性化過電圧の低減に成功した。
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