| 研究概要 |
酸二無水物として1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTDA)を、スルホン酸ジアミンとして4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル-3,3'-ジスルホン酸(BAPBDS)、ビス(4-スルホフェノキシ)ベンジジン(BSPOB)および新規に合成した2,2'-(4-スルホフェニル)ベンジジン(BSPhB)と2,2'-(4-スルホフェニル)-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(SPhODA)を、そして非スルホン酸ジアミンとして4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)などを用い、共重合スルホン化ポリイミド(SPI)を合成した。SPI膜を130℃の加圧水に浸漬し、膜の重量損失、膜の機械的強度、そしてプロトン伝導度の変化を調べ、又、浸漬水を分析し分解生成物を調べ、膜の耐水性を評価した。耐水性は、スルホン化ジアミンに大きく依存し、BSPOB>BSPhB>BAPBDS>SPhODAの順であった。スルホン化ジアミン残基のイミド環が加水分解し、切断されてオリゴマーが生成し、高温水中に溶出する。SPhODA系SPIでは、オリゴマーの溶解性が高いため、膜重量損失が大きく耐水性に劣った。BSPOB系SPI膜は、130℃水中で500h以上の耐水性を有した。これらのSPI膜を五酸化リン/メタンスルホン酸溶液に浸漬してスルホン基架橋膜を作製した。架橋膜はさらに高い耐水性を示した。BSPOB系架橋SPI膜を用いたPEFCは、90℃、85%RH加湿の水素/空気0.3MPaの操作条件下で、0.5A/cm^2の定負荷電流で1600h連続運転した結果、電位と膜抵抗は全く変化せず、高い耐久性を有することを確認した。
SPIを触媒被覆イオノマーとして用い、Pt/CおよびPt-Ru/C電極の作製法とMEA作製条件を検討した。DMFC発電で、アノード触媒電極は、ナフィオンイオノマーを用いる触媒電極とほぼ同等の性能を有するものを作製できたが、カソード電極では、ナフィオンの70%の性能であり、しかもカソードガスを酸素から空気に替えると性能が大きく低下した。酸素ガスの拡散を改善する必要がある。
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