多機能性高分子イオニクス材料の創製とエネルギーデバイスへの応用

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02030
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35020:高分子材料関連
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 宮武 健治 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (50277761)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 高分子イオニクス / イオン伝導 / エネルギーデバイス

研究成果の概要

高分子イオニクス材料として、ベンゼン環が5つ連結したキンケフェニレン構造を疎水部に、側鎖アンモニウム基をもつフルオレン構造を親水部に持つ一連の共重合体(QP-QAF)の設計と合成を行った。重合反応、四級化反応は定量的に進行し、組成とイオン交換容量(IEC)が異なるQP-QAF膜を得ることができた。QP-QAF膜は疎水部と親水部の新疎水差により明確な相分離構造を示し、また、80℃で134mS/cmという高い水酸化物イオン導電率を達成した。QP-QAF膜を用いて水素酸素アルカリ形燃料電池を作製し、最大出力248mW/cm2を得た。

自由記述の分野

機能性高分子

研究成果の学術的意義や社会的意義

芳香族から成る疎水部構造とアンモニウム基などのイオン基を持つ親水部構造を組み合わせる手法で、新規なイオン導電性高分子薄膜の開発に成功した。各成分の組成や配列などを制御することにより、薄膜のモルフォロジーやイオニクス材料としての物性を向上できることを見出した。得られたアニオン導電性薄膜は水中で高い水酸化物イオン導電率を示すとともに、形状安定性、アルカリ安定性にも優れていた。このアニオン導電性薄膜を用いてアルカリ形燃料電池の発電試験に成功し、優れた発電性能を得た。次世代の燃料電池の基盤技術に貢献することが期待できる成果である。