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2013 年度 実績報告書

プロトン伝導性イオン液体ポリマーを用いた新規固体高分子形燃料電池の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23685051
研究機関鶴岡工業高等専門学校

研究代表者

森永 隆志  鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, その他 (30467435)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード複合材料・物性 / 高分子合成 / 高分子構造・物性 / 燃料電池 / ナノ材料
研究概要

昨年度までの研究開発において、当初の目的通りに高いイオン伝導性を有するプロトン伝導性微粒子積層型固体電解質の創製に成功し、無加湿条件下で発電可能であることを確認した。それに伴い、高温条件下における電解質の物理的強度の低下による開回路電圧の
低下(ガスクロスオーバー)、および電極-電解質間において三相界面を有効に形成していない可能性が高いことなど、本研究における課題が明確となった。今年度はこれらの問題解決に焦点を当て、この固体電解質を搭載したPEFCの性能向上に関する研究開発を推進した。
第一に、膜電解質複合体(MEA)設計の最適化による発電特性の向上に取り組んだ。具体的には電極と電解質膜の圧着条件を最適化し、ブレークイン過程の導入などの実用化を見据えたPEFCセルの発電試験を行ったところ、無加湿条件下(80℃)において1平方cmあたり20 mWを超える出力密度を達成した。
併せて、現状のMEA設計において支持体として用いているPTFE不繊布を必要としない新規電解質設計として、イオン液体型ポリマーを主成分とするバインダーポリマーの合成による微粒子間への架橋構造の導入による電解質設計の改良を行った。その結果、高いイオン伝導性を損なうことなく機械的強度を大幅に向上させることに成功し、電解質膜の薄膜化(100μm)も達成している。これを電解質としてMEAを作成しPEFCセルの発電試験を行った結果、120℃においても開回路電圧の低下は起こらず、これまでの課題であった中高温条件下での運転にも対応可能な設計であることを実証した。
また、本研究課題で開発した新規イオン液体型バインダーポリマーは、電解質-電極界面設計に資するアイオノマーとしても利用可能であり、更なるMEA設計の改善が期待されるものである。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Controlled Polymerization of Protic Ionic Liquid Monomer by ARGET-ATRP and TERP2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Nakamura, Kouji Nakanishi, Shigeru Yamago, Yoshinobu Tsujii, Kenichi Takahashi, Takashi Morinaga, Takaya Sato
    • 雑誌名

      Macromolecular Rapid Communications

      巻: Vol. 35 ページ: 642−648

    • DOI

      10.1002/marc.201300855

    • 査読あり
  • [学会発表] Precise synthesis of ionic liquid-type polymer by living radical polymerization and its application for polymer electrolytes

    • 著者名/発表者名
      Takashi Morinaga
    • 学会等名
      Energy Technology Research Workshop
    • 発表場所
      Steigenberger Alpenhotel, Gstaad-Saanen, Switzerland
    • 招待講演
  • [学会発表] 多角度光散乱測定法を用いたイオン液体ポリマーの構造解析

    • 著者名/発表者名
      長谷川 正太,森永 隆志,佐藤 貴哉
    • 学会等名
      第19回高専シンポジウム
    • 発表場所
      久留米工業高等専門学校
  • [学会発表] イオン液体型濃厚ポリマーブラシ付与シリカ微粒子を用いた燃料電池用電解質の開発

    • 著者名/発表者名
      森永 隆志,本間 彩夏,丸金 祥子,佐藤 貴哉,森 利之,大野 工司,辻井 敬亘
    • 学会等名
      第23回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜情報文化センター
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Protic Ionic Liquid-type Polymer by ARGET-ATRP

    • 著者名/発表者名
      Shun Tanno, Saika Honma, Takashi Morinaga and Takaya Sato
    • 学会等名
      The 3rd international Symposium on Technology for Sustainability (ISTS2013)
    • 発表場所
      THEi Hall Hong Kong Institute of Vocational Education, Tsing Yi, Hong Kong
  • [学会発表] リビングラジカル重合によるイオン液体型ポリマーの構造設計と電池材料への応用

    • 著者名/発表者名
      森永 隆志,本間 彩夏,丸金 祥子,佐藤 貴哉,大野 工司,辻井 敬亘
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
  • [学会発表] 高度に構造制御されたプロトン性アンモニウム塩型イオン液体ポリマーのリビングラジカル重合を用いた合成

    • 著者名/発表者名
      中村 泰之,仲西 幸二,山子 茂,辻井 敬亘,森永 隆志,佐藤 貴哉
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
  • [学会発表] Novel solid polymer electrolyte for nonflammable lithium ion battery

    • 著者名/発表者名
      Takaya Sato, Takashi Morinaga, Kohji Ohno, Yoshinobu Tsujii
    • 学会等名
      246th ACS National Meeting & Exposition
    • 発表場所
      Hyatt Regency Indianapolis, Room: Regency A, Indianapolis, United States
  • [学会発表] Development of a Protic Polymer Electrolyte for Fuel Cell using Ionic Liquid-type Polymer

    • 著者名/発表者名
      Takashi Morinaga, Saika Honma, Takaya Sato, Kohji Ohno, Yoshinobu Tsujii
    • 学会等名
      IUPAC 44th World chemistry Congress
    • 発表場所
      Istanbul Lutfi Kirdar Congress and Exhibition Center, Istanbul Turkish
  • [学会発表] Novel Solid Polymer Electrolyte for Nonflammable Lithium Ion Battery

    • 著者名/発表者名
      Takaya Sato, Takashi Morinaga, Toshio Kamijo, Kohji Ohno, Yoshinobu Tsujii
    • 学会等名
      IUPAC 44th World chemistry Congress
    • 発表場所
      Istanbul Lutfi Kirdar Congress and Exhibition Center, Istanbul Turkish
  • [備考] 鶴岡工業高等専門学校 佐藤貴哉研究室 ホームページ

    • URL

      http://ts.tsuruoka-nct.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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