超安定型アニオン交換膜の創製とアルカリ形燃料電池の高性能化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23350089
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 宮武 健治 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 教授 (50277761)
• 連携研究者: 裴 柄贊 山梨大学, 燃料電池ナノ材料研究センタ ー, 講師 (10432163)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 燃料電池 / アニオン伝導 / 高分子電解質 / ブロック共重合体

研究概要

アルカリ形燃料電池の高性能化および高耐久化を目指して、新型のアニオン交換膜の設計および合成を行った。芳香族ポリエーテルブロック共重合体に着目し、剛直な主鎖から成る疎水部ブロックとアンモニウム基を高密度で置換した親水部ブロックからなるアニオン交換膜を合成した。得られたアニオン交換膜は水中で高いアニオン導電性と優れた安定性を示した。ヒドラジンを燃料に用いたアルカリ形燃料電池では、高い性能を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature- and Humidity-Controlled SAXS Analysis of Proton-Conductive Ionomer Membranes for Fuel Cells", T. Mochizuki, K. Kakinuma, M. Uchida, S. Deki, M. Watanabe, K. Miyatake (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Mochizuki, K. Kakinuma, M. Uchida, S. Deki, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 7 ページ: 729-733
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible/irreversible Increase in Protonconductive Areas on Proton-exchange-membrane Surface by Applying Voltage Using Current- sensing Atomic Force Microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hara, D. Hattori, J. Inukai, M. Hara, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Electroanal. Chem. 巻: 716 ページ: 158-163
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Ammonium Groups on the Properties and Alkaline Stability of Poly(arylene ether)-based Anion Exchange Membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Miyake, K. Fukasawa, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: J. Polym. Sci. A : Polym. Chem. 巻: 52 ページ: 383-389
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] 燃料電池の高性能化を目指したイオン伝導膜の開発-芳香族高分子からのアプローチ- (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 雑誌名: 現代化学 巻: 514, 1 ページ: 48-52
  • URL: http://tkd-pbl.hondana.jp/book/b147661.html
• [雑誌論文] Proton Conductive Aromatic Block Copolymers from A New Bistriazole Monomer (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, D. Hirayama, M. Saito, J. Miyake, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 3 ページ: 20202-20208
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether phosphine oxide ketone) Block Copolymers as Oxidatively Stable Proton Conductive Membranes (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Miyake, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 5 ページ: 5903-5907
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging Individual Proton-Conducting Spots on Sulfonated Multiblock-Copolymer Membrane under Controlled Hydrogen Atmosphere by Current-Sensing Atomic Force Microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hara, D. Hattori, J. Inukai, B. Bae, T. Hoshi, M. Hara, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 117 ページ: 3892-3899
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Partially Fluorinated Poly(arylene ether) Block Copolymers Containing Ammonium Groups as Anion Conductive Membranes (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ono, J. Miyake, B. Bae, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 663-670
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATR-FTIR Analysis of State of Water in Sulfonated Block Poly(arylene ether sulfone ketone) Membrane and Proton Conductivity Measurement During Hydration/Dehydration Cycle (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kunimatsu, K. Yagi, B. Bae, K. Miyatake, H. Uchida, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 3762-3771
  • DOI: 10.1021/jp310258u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Platinum Loading on Fuel Cell Cathode Performance Using Hydrocarbon Ionomers as Binder (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Omata, H. Uchida, M. Uchida, H. Uchida, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 16713-16718
  • DOI: 10.1039/c2cp42997g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Durability of an Aromatic Block Copolymer Membrane in Practical PEFC Operation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Okanishi, T. Yoda, Y. Sakiyama, T. Miyahara, K. Miyatake, M. Uchida, M. Watanabe
  • 雑誌名: Electrochem. Commun. 巻: 24 ページ: 47-49
  • DOI: 10.1016/j.elecom.2012.08.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Polybenzophenone/Poly(arylene ether) Block Copolymer Membranes for Fuel Cell Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Miyahara, T. Hayano, S. Matsuno, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 4 ページ: 2881-2884
  • DOI: 10.1021/am300821v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Block Poly(arylene ether sulfone ketone)s Containing Densely Sulfonated Linear Hydrophilic Segments as Proton Conductive Membranes (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, D. Hirayama, B. Bae, M. Watanabe
  • 雑誌名: Polym. Chem. 巻: 3 ページ: 2517-2522
  • DOI: 10.1039/c2py20318a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-Raman Study on Water Distribution inside a Nafion Membrane during Operation of Polymer Electrolyte Fuel Cell (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hara, J. Inukai, B. Bae, T. Hoshi, K. Miyatake, M. Uchida, H. Uchida, M. Watanabe
  • 雑誌名: Electrochim. Acta 巻: 82 ページ: 277-283
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2012.04.099
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Fuel Cell Performance of Catalyst Layers Using Sulfonated Polyimide Ionomers (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Omata, M. Tanaka, K. Miyatake, M. Uchida, H. Uchida, M. Watanabe
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 4 ページ: 730-737
  • DOI: 10.1021/am201360j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Durability of Sulfonated Polyimide Membrane in Humidity Cycling for Fuel Cell Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, H. Furuya, M. Tanaka, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 204 ページ: 74-78
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2011.12.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Sulfonated Poly(arylene ether) Block Copolymers as Proton Conductive Membranes (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, B. Bae, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 85 ページ: 389-396
  • DOI: 10.1246/bcsj.20110305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonated Poly(arylene ether sulfone ketone) Multiblock Copolymers with Highly Sulfonated Blocks. Long-Term Fuel Cell Operation and Post-Test Analyses (2011)
  • 著者名/発表者名: B. Bae, K. Miyatake, M. Uchida, H. Uchida, Y. Sakiyama, T. Okanashi, M. Watanabe
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 3 ページ: 2786-2793
  • DOI: 10.1021/am200579z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of Sulfonated Poly(arylene ether)s Containing Azole Groups (2011)
  • 著者名/発表者名: B. Bae, S. Kawamura, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Polym. Sci. A : Polym. Chem. 巻: 49 ページ: 3863-3873
  • DOI: 10.1002/pola.24824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polybenzimidazole Block Sulfonated Poly(arylene ether sulfone) Ionomers (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Ng, B. Bae, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Commun. ページ: 8895-8897
  • DOI: 10.1039/c1cc12266e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anion Conductive Block Poly(arylene ether)s : Synthesis, Properties, and Application in Alkaline Fuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, K. Fukasawa, E. Nishino, S. Yamaguchi, K. Yamada, H. Tanaka, B. Bae, K. Miyatake, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 133 ページ: 10646-10654
  • DOI: 10.1021/ja204166e
  • 査読あり
• [学会発表] 電流検出原子間力顕微鏡によるアニオン交換固体高分子電解質膜の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村拓哉, 原正則, 犬飼潤治, 原雅也, 島田愛生, 宮武健治, 渡辺政廣
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2014-03-30
• [学会発表] Proton and Anion Conductive Aromatic Polymers for Fuel Cell Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake
  • 学会等名: Rensselaer Polytechnic Institute Chemistry and Chemical Biology Department Seminar
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2013-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and Properties of Proton and Anion Conductive Aromatic Polymers for Fuel Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake
  • 学会等名: 9th World Congress of Chemical Engineering (WCCE9)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2013-08-20
  • 招待講演
• [学会発表] 高性能電池を実現する高分子材料 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会第58回高分子夏季大学
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2013-07-18
  • 招待講演
• [学会発表] 燃料電池と高分子電解質膜 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 電気化学会関西支部第53回電気化学セミ ナー
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2013-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] ジフェニルエーテルを親水部に含むアニオン導電性芳香族高分子電解質膜 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横田尚樹, 西野英里子, 小野英明, 朝澤浩一郎, 田中裕久, 三宅純平, 渡辺政廣, 宮武健治
  • 学会等名: 第62回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2013-05-30
• [学会発表] フルオレニル基を親水部に含むアニオン導電性芳香族高分子電解質膜 (2013)
  • 著者名/発表者名: 島田愛生, 西野英里子, 朝澤浩一郎, 田中裕久, 三宅純平, 渡辺政廣, 宮武健治
  • 学会等名: 第62回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2013-05-30
• [学会発表] Anion Conductive Aromatic Block Copolymer Membranes Containing Diphenyl Ether or Diphenyl Sulfide Moieties (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ono, N. Yokota, J. Miyake, M. Watanabe, K. Miyatake
  • 学会等名: 223rd Meeting of the Electrochemical Society
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] Performance and Durability of MEAs with Hydrocarbon Membranes and Binders (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake
  • 学会等名: Gordon Research Conference : Fuel Cells
  • 発表場所: Rose Island, USA
  • 年月日: 20120805-10
  • 招待講演
• [学会発表] 芳香族系高分子電解質膜の最近の進展 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会12-2燃料電池材料研究会
  • 発表場所: 甲府湯村ホテル
  • 年月日: 2012-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] 新規なアニオン導電性ブロック共重合体膜の合成と物性析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野英明, 宮武健治, 渡辺政廣
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーフォーク
  • 年月日: 2012-11-16
• [学会発表] 燃料電池の高性能化を目指した高分子電解質膜の展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 高分子学会第7回超分子研究会講座
  • 発表場所: 上智大学
  • 年月日: 2012-11-09
  • 招待講演
• [学会発表] 炭化水素系電解質 : プロ トンおよびアニオン伝導膜としての展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 電気化学会燃料電池研究会第117回セミナー
  • 発表場所: 電気化学会
  • 年月日: 2012-11-02
  • 招待講演
• [学会発表] Emerging Hydrocarbon Membranes for PEMFCs and AEMFCs (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake
  • 学会等名: The fuel cell 12th Forum for Producers and Users
  • 発表場所: Stuttgart, Germany
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] 燃料電池用プロトン導電性芳香族ブロック共重合体膜 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 第22回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜ワールドポーターズ
  • 年月日: 2012-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] 燃料電池への応用を目指した縮合系高分子の設計と合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮武健治
  • 学会等名: 第61回高分子学会年次大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2012-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] 主鎖にフッ素を含有したアニオン導電性ブロック共重合体膜の合成と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野英明, ベ ビョンチャン, 宮武健治, 渡辺政廣
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Ion Conductive Aromatic Polymers for Fuel Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, M. Watanabe
  • 学会等名: 12th International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-12)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2012-01-26
  • 招待講演
• [学会発表] Aromatic Ionomers as Proton and Anion Exchange Membranes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Miyatake, M. Watanabe
  • 学会等名: Hydrogen and Fuel Cells Conference
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2011-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] 貴金属フリーヒドラジン燃料電池用の芳香族アニオン交換膜 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野英理子, 深澤啓太, ベビョンチャン, 宮武健治, 渡辺政廣, 山口進, 山田浩次, 田中裕久
  • 学会等名: 高分子学会第60回討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Aromatic Anion Exchange Membranes for Precious Metal Free Hydrazine Fuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: E. Nishino, K. Fukasawa, B. Bae, K. Miyatake, M. Watanabe, S. Yamaguchi, K. Yamada, H. Tanaka
  • 学会等名: 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] アニオン交換ポリエーテルブロック共重合体膜の合成と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 深澤啓太, ベビョンチャン, 宮武健治, 渡辺政廣
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2011-05-26
• [備考]
  • URL: http://www.clean.yamanashi.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.fcgroup.yamanashi.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispDetail.Scholar?fid=0&id=B2D169872D1B3FE3