ナノマトリックスチャネルを有するプロトン伝導性高分子電解質膜の調製

摘要

プロトン電導性高分子電解質膜は，高分子型燃料電池（PEFC）を構成する主要な材料の一つであり，酸素や水素を通さず水素イオンのみを透過させる性質が求められる．この水素イオンの透過は，ナノ層分離構造を制御することにより効率的に行うことが可能になると考えられる．プロトン電導性高分子電解質膜に用いられる高分子材料は，パーフルオロアルキレン基を主鎖骨格とするナフイオンに代表されるように，側鎖に解離可能なスルホン酸基を有する．このスルホン酸基は，図1に示すようにマトリックス中で数十nm程度の球状クラスターを形成し，これが1nm程度のチャネルによって繋がることによりプロトンが輸送されると考えられてきた（イオンクラスターモデル）．イオンクラスターは，熱による密度揺らぎによって連結したり解離したりするため，プロトンは効率的に輸送されていないと考えられる．この揺らぎは，通常，マイクロメートルスケールで起こるため，ナノメートルスケールのチャネルにイオンクラスターを固定化することにより，効率良くプロトンを輸送することが可能になると考えられる．