【ナノサイズ粒子を用いた電気化学的機能を有する多孔体の作製と応用】
・燃料電池用電解質膜への三次元規則配列多孔体の応用
　燃料電池にはいろいろな種類があるが、ここでは固体高分子電解質形の燃料電池への三次元規則配列多孔体の応用について紹介する。固体高分子形燃料電池の電解質膜にはプロトン伝導性に優れた高分子固体電解質膜が使用されている。Nafionは最も有名な電解質膜の一つである。燃料として水素を用いる場合にはNafionは優れた特性を示すがメタノールを燃料とした場合には、膜を介するメタノールの透過が問題となる。メタノールの透過は燃料電池の自己放電反応と同じであり、燃料電池の性能が大きく低下する要因となる。Nafionのような膜ではメタノールの透過を抑制することができず、大きな問題となっている。このために新規電解質膜の作製が行われている。メタノール透過はもともと高分子がメタノールを吸収し膨潤することにより、その透過が加速されることに問題がある。したがって、高分子の膨潤を抑制することができれば、メタノール透過を防止することができる。その方法として小さな孔に膨潤しやすいポリマーを充填した構造が提案されている。多孔質な基体膜にポリマーを充填することによりメタノール透過が抑制された膜を作製することができる。この基体膜として、三次元規則配列多孔体の応用が考えられる。多孔体は絶縁体であり、機械的な強度に優れる膜でなければならない。その候補としてセラミックス系の膜やエンジニアリングプラスチックなどが考えられる。ここでは、シリカ多孔体の作製と固体高分子電解質膜への応用について述べる。ポリスチレン単分散球状粒子とシリカナノ粒子を混合し、これを濾過することによりポリスチレンとシリカからなるコンポジット膜を作製する。この手順は炭素多孔体を作製した場合と同じである。次に、このコンポジット膜を熱処理することによりポリスチレンを焼成除去するとともに、シリカを融着させる。焼成条件を上手に調製することにより平滑な面を有するシリカ多孔体を得ることができる。得られた多孔体は多孔構造を有しており、マクロ孔同士は小さな連通孔により結合されており、高分子電解質を充填することが可能な膜となっている。この膜内に、種々の高分子電解質を充填することによりコンポジット電解質を作製することができる。AMPS(2-Acrylamido-2-methyl propanesulfonic acid)やNafionなどを充填した膜を作製し、メタノール透過性を測定すると、本来のポリマー膜の10分の1以下にメタノールの透過を抑制できていることが分かる。この結果は、作製したシリカ多孔体が内部に充填されたポリマーの膨潤を抑制したためである。同様に、ポリイミドなどのエンジニアリングプラスチックを用いて多孔体を作製し、コンポジット電解質膜を作製すれば、同じような効果を得ることができる。

カテゴリ: 化学
質問: 固体高分子形燃料電池の電解質膜には、何が使用されていますか。
回答: 固体高分子形燃料電池の電解質膜には、プロトン伝導性に優れた高分子固体電解質膜が使用されています。