| 研究概要 |
固体高分子電解質型燃料電池で電解質として用いられているパーフルオロスルホン酸膜は強酸性であり,腐食性が高く,この膜と接する環境で事実上使用可能な材料は炭素材料に限られている.本研究では複合めっき法を用いて,めっき液中にグラファイト粒子を分散させ,金属析出と同時進行で微粒子の配列を制御して析出皮膜に取り込むことによりグラファイト微粒子と金属からなる複合材料を作成し,燃料電池構成材料の創製を試みた.以下,検討の概要を示す.
(1)グラファイトedgeと金属イオンの相互作用の検討
グラファイトedgeにはカルボキシル基などの弱酸性を示す官能基が存在する.めっき浴のpHを適切に制御すれば,金属イオンがこれらの官能基に配位することができ,その結果陰極との間の強い相互作用が期待できる.
あらかじめ酸性側にpHをシフトさせためっき浴にグラファイトを添加し,この中に無機アルカリを滴下して滴定曲線を得る.粒子無添加の溶液で得た滴定曲線と交差する点のpHから,金属イオンがedge官能基と相互作用するpH領域を決定した.このとき,界面活性剤を使用してbasal planeを修飾すると,界面活性剤の持つ親水基がアルカリと反応するので,アルコール類を使い粒子を溶液に分散させた.
(2)グラファイトedgeへの金属イオンの配位によるコンポジット膜内での粒子配向状態の制御
グラファイト粒子の表面の大部分は官能基をもたないbasal planeで占められているので,edgeに金属イオンを配位させたままで複合めっきを行うことにより,析出状態を制御した皮膜が得られる可能性がある.edgeに配位した金属イオンが陰極と強く相互作用すれば,グラファイト面が析出面に対して垂直に配列した析出皮膜の生成が期待される.銅めっき浴中にグラファイトを添加した浴から電析を行った結果,グラファイトが配向していることが確認できた.
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