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2016 年度 実績報告書

多様なドナー分子からなる電荷移動錯体高分子複合膜の作製と構造、機能評価

研究課題

研究課題/領域番号 26410223
研究機関九州大学

研究代表者

西原 正通  九州大学, 次世代燃料電池産学連携研究センター, 准教授 (40415972)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード電荷移動錯体高分子複合膜 / 高分子電解質膜 / 電荷移動錯体 / スルホン化ポリイミド / スルホン化ポリエーテル / 高温形固体高分子形燃料電池
研究実績の概要

平成28年度は、これまでの低分子とは異なり、フレキシブルなアルキル鎖を有するドナー性のポリエーテル(PES)を合成した。このドナー性PESとアクセプター性スルホン化ポリイミド(SPI)を溶液中で混合し成膜することで、これまで報告してきた高分子―低分子間のCT錯体ではなく、高分子-高分子間のCT錯体ブレンド膜の作製を行った。
ブレンド膜は濃い茶色を示し、目視でもCT錯体が膜形成されている事が確認された。比較として主鎖が芳香族からなる剛直なPESをブレンドした場合、PESの剛直性やCT形成を阻害する分子構造のため、錯体を形成しなかった。このことから、PES中に導入されたアルキル鎖は、CT錯体形成を促進する事が明らかとなった。ブレンド膜の可視スペクトルを測定したところ、530nmにDHNとNDIにより形成されるCT吸収が確認され、PES:SPI=1:1(mol)ブレンド膜のCT錯体濃度が最大となったことが確認された。ブレンド膜の機械強度も、1:1のブレンド膜が最も破断応力が大きくなった。プロトン伝導性は、80℃、90%RHで20mS/cmであり、Nafion212のプロトン伝導性の半分以下の値であったが、ガス透過性はNafion212の5.4倍低い値を示した。そこで、SPI:PES=2:1(mol)ブレンド膜をNafion212より5倍薄い10μmで成膜し、機能を評価した。ブレンド膜のOCVは、Nafion 212よりもやや低い程度で、ガスバリア性は十分に維持できた事が明らかとなった。IR損は、Nafion212とほぼ同等で、薄膜化により抵抗を下げ十分にプロトン伝導性を維持できる膜が作製できた。
このように様々なドナー分子を用いてCT錯体膜を作製し、その機能と原理を明らかにしてきた。今後は、これまで得られた分子構造と機能の知見を生かし、さらに広範な分子構造へ応用して行く。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of Sulfonation Level on Sulfonated Aromatic Poly (Ether Sulfone)Membranes as Polymer Electrolyte for High-Temperature Polymer ElectrolyteMembrane Fuel Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Shiyan Feng, Kazunari Sasaki, Masamichi Nishihara,
    • 雑誌名

      Macromolecular Chemistry and Physics

      巻: 217 ページ: 2692-2699

    • DOI

      10.1002/macp.201600397

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Development of interpenetrating polymer network charge-transfer complex polymer films as polymer electrolyte membranes2016

    • 著者名/発表者名
      Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
    • 学会等名
      PRiME 2016
    • 発表場所
      the Hilton Hawaiian Village and Hawaii Convention Center
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 脂肪族高分子を用いた電荷移動錯体複合膜の高温形燃料電池への応用2016

    • 著者名/発表者名
      Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] Alternative polymer electrolyte membranes consisting with supramolecular charge-transfer complex structure for high temperature operation2016

    • 著者名/発表者名
      Masamichi Nishihara, Liana Christiani, Shiyan Feng, Kazunari Sasaki
    • 学会等名
      15th International Symposium on Polymer Electrolytes
    • 発表場所
      Uppsala Consert & Congress
    • 年月日
      2016-08-14 – 2016-08-19
    • 国際学会
  • [学会発表] PEFC高温形PEFCへの応用を目指したスルホン化ポリエーテルスルホン高分子電解質膜2016

    • 著者名/発表者名
      Shiyan Feng, Masamichi Nishihara, Kazunari Sasaki
    • 学会等名
      第65回高分子年次大会
    • 発表場所
      神戸国際展示場
    • 年月日
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [産業財産権] ブロック共重合体、多層構造体、固体高分子膜、燃料電池、多層構造体の製造方法、及び無機ナノ粒子を含む多層構造体の製造方法2016

    • 発明者名
      馮世演、佐々木一成、西原正通、近藤章一
    • 権利者名
      馮世演、佐々木一成、西原正通、近藤章一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-196739
    • 出願年月日
      2016-10-03

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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