| 研究課題/領域番号 |
16560659
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
化工物性・移動操作・単位操作
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
田中 一宏 山口大学, 工学部, 助教授 (30188289)
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| 研究分担者 |
岡本 健一 山口大学, 工学部, 教授(特命) (20029218)
喜多 英敏 山口大学, 工学部, 教授 (10177826)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| キーワード | 燃料電池 / ポリイミド電解質膜 / メタノール透過性 / プロトン伝導度 / ガス透過性 / クロスオーバー / 発電性能 |
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| 研究概要 |
スルホン酸基が主鎖に直接結合した主鎖型スルホン化ジアミンと側鎖に結合した側鎖型スルホン化ジアミンを開発し、非スルホン化ジアミンとのスルホン化共重合ポリイミド(SPI)を合成、製膜し、プロトン伝導度σやメタノール透過性PMなどを調べた。SPI膜はNafion膜に比べて低いPMを示し、高湿度域でNafion膜と同等の高いσを示した。この結果、直接メタノールを燃料として用いる燃料電池DMFCへの適合性の指標となるσ/PM比はNafionよりも最大4倍近く大きかった。透過型電子顕微鏡観察により、側鎖型SPI膜は、スルホン酸基を含む親水性部分とそれ以外の疎水性部分にミクロ相分離しているのに対して、主鎖型SPI膜ではそれほど明確でないことが分かった。しかし、側鎖型SPI膜は主鎖型SPI膜に比べてメタノールの透過性が約半分と小さかった。量子化学計算で得られる分子表面の電荷分布からSPIのメタノール親和性を推算した。今回調べた化学構造の相違はSPI主鎖とメタノールとの親和性に大きな差を生じないことがわかった。側鎖型SPI膜の低いメタノール透過性には複雑なモルホロジーが関係していると推測される。
いくつかのSPI膜を用いた電解質膜-電極接合体(MEA)を作製し、メタノールを燃料とした時の発電特性を燃料電池評価装置で調べると同時に、実際のメタノールクロスオーバー速度qMを測定した。qMはPMの約半分程度であったが、PMの小さなSPI膜のMEAは小さなqMを示した。SPIのPMは濃度に依存せず、高濃度メタノール水溶液(30〜50%)においても発電可能で、DMFCに適用可能と考えられる。
燃料電池の高分子電解質膜と同様の湿潤状態におけるSPI膜の気体透過性を調べた。二酸化炭素と窒素の透過性は湿度の増加に伴い1桁以上増加することが分かった。増加率はガス種に依存しない可能性があることが分かった。
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