化学架橋スルホン化ポリアリールエーテルケトンネットワークのポリマー電解質膜への構築
Construction of Chemically Crosslinked Sulfonated Poly(aryl ether ketone) Networks for Polymer Electrolyte Membranes
プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)および直接メタノール燃料電池(DMFC)で使用されるポリマー電解質膜は、十分な機械的・寸法安定性と優れたプロトン伝導能力が必要です。機能性アミン基を持つ2種類の異なるスルホン化ポリアリールエーテルケトン(SPAEK)の合成に成功し、高伝導性で機械的に安定なプロトン交換膜のために、新規エポキシ架橋およびシラン架橋スルホン化ポリアリールエーテルケトン電解質ネットワークの2シリーズを構築しました。中程度のイオン交換容量を持つSPAEK、高イオン交換容量を持つSPAEK、および調整された架橋剤(エポキシまたはシラン)を統合した設計されたマルチコンポーネントアーキテクチャは、伝導性と安定性の間の従来のトレードオフの分離においてブレークスルーを可能にします。得られた膜は、100°Cで0.18 S cm−1を超える優れたプロトン伝導率、28.80 MPaを超える引張強度、および強化された耐薬品性、熱酸化安定性、そして競争力のある直接メタノール燃料電池性能という優れた特性の組み合わせを示します。この研究は、次世代高性能燃料電池のための有望なプラットフォームとして、架橋マルチコンポーネント膜の合理的な設計戦略を確立します。
- SPAEKをベースとしたエポキシ架橋およびシラン架橋ポリマー電解質ネットワークの2シリーズを構築。
- 得られた膜は100°Cで0.18 S cm−1超のプロトン伝導率、28.80 MPa超の引張強度を示した。
- 架橋マルチコンポーネント設計により伝導性と安定性のトレードオフを打破した。
本稿は燃料電池用ポリマー電解質膜において、プロトン伝導性と機械的安定性のトレードオフを架橋マルチコンポーネント設計で打破した点が注目に値する。100°Cで0.18 S cm−1超の伝導率、28.80 MPa超の引張強度を両立しており、PEMFC・DMFC向け次世代膜材料の実用化へ前進。特定企業の製品化ではないが、材料科学のブレークスルーとして、燃料電池関連のサプライチェーンや素材スタートアップの動向をウォッチする上で参考になる。