量子・分子論的解析に基づいた膜構造制御による高プロトン伝導性電解質膜の開発

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14600
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 馬渕 拓哉 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10795610)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 燃料電池 / プロトン輸送 / 高分子

研究成果の概要

本課題で構築した「粗視化MD法によるメゾスケール高次ナノ構造内プロトン輸送評価シミュレータ」を用いて，異なる分子量やブロック比を有した様々な分子構造ポリマーのシミュレーションを実施し，安定したシリンダーやラメラ形状の水チャンネルを形成できる構造条件を明らかにした．具体的には，共重合体を構成する各モノマーの主鎖骨格および側鎖長さを様々に変化させた分子構造のモノマーモデルの組合せを変化せることで，高プロトン輸送特性を有する水クラスター構造特性の条件を明らかにした．

自由記述の分野

分子熱流体工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で構築する粗視化MDシミュレータにより，高解像度の時空間スケールを有した大規模なマルチスケール解析が可能となる．本計算で得られた数百nmの高次ナノ構造特性を実験値と直接比較することで，計算結果の妥当性検証だけでなく，計算結果の可視化による実験結果の物理的解釈も容易にする．このように，ナノスケールからメゾスケールまでの各時空間スケールで起こる化学反応，物質輸送，高次ナノ構造というマルチフィッジクス現象の本質をモデル化して上位シミュレーション手法に組み込むことで数理的に物質輸送を精度よく再現・予測する解析技術は国内外でも見当たらず，非常に重要かつ意義のある研究である．