具有高密度酸基之高傳導性高分子電解質膜

 

刊登日期:2023/5/18
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名古屋大學開發了一項具有高密度酸基之新型高傳導高分子電解質膜,可望利用於次世代燃料電池、水電解裝置等用途。電解質膜的傳導率與電解質膜中的酸基密度具有高度相關性。電解質膜中的酸基密度可大略地以離子交換容量(IEC,單位:meq/g)表示,因此具有高酸基密度之高IEC電解質膜的開發亦備受關注。然而IEC=1.0 meq/g以上的電解質膜難以合成,目前市售的電解質膜為IEC=0.9 meq/g左右的製品。
 
名古屋大學為了合成具有IEC=1.0 meq/g以上之高密度酸基的高分子電解質膜,將具有保護基封端之酸基的單體進行聚合,合成聚合物以做為電解質膜。此方法在相對溫和的條件下脫去保護基,留下未加保護基封端的酸基,成功合成出IEC=5.0 meq/g的高分子電解質膜。在一般燃料電池的使用條件下,酸基密度約為IEC=0.9 meq/g的既有市售全氟磺酸高分子膜(A膜)與磺酸化聚苯乙烯膜(B膜)的傳導率分別為0.15 S/cm、0.091 S/cm,新開發的高密度酸基電解質膜則展現出6倍以上、達0.93 S/cm的高傳導率。
 
根據新能源產業技術總合開發機構(NEDO)發表的「燃料電池、氫能技術開發藍圖」指出,預期2040年代的燃料電池將在比現今更嚴苛的運作條件(即更高的溫度、更低的濕度)下運行。而此次開發的技術可望成為一項新脫碳技術,有助於即使在嚴苛操作條件下亦能表現出高傳導性之高分子電解質膜的合成、開發。

資料來源: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/upload/20230420_engg.pdf
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