ロングアルキレンスペーサーは,フォスフォン酸ベースのポリマー電解質膜の構造的順序と陽子輸送を促進します

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 電気化学 電気化学について
• ポリマーサイエンスの科学

背景:

• 次世代のポリマー電解質燃料電池 (PEFC) は,高温 (>100 °C) と低湿度 (<40% RH) の動作のためにポリマー電解質膜 (PEM) を要求します.
• 現在のPEMは,これらの厳しい条件下で性能の制限に直面しており,燃料電池の進歩を妨げています.

研究 の 目的:

• リン酸を含む新しいポリマー,ポリ・8・8・p・ステリル・1・オクタン・リン酸 (SOPA) を合成し,特徴づけること.
• 高温および低湿度のPEFCアプリケーションのためのsoPAベースの膜の性能を評価するために.
• soPAにおける陽子の伝導性を支配する構造-性質関係を理解する.

主な方法:

• 八炭素アルキレン隔離器を介してサイドチェーンにリン酸基を持つsoPAポリマーの合成.
• 段階分離とドメイン間隔 (2.9 nm) を含むsoPAのナノ構造の特徴化.
• 高温 (120°C) と低相対湿度 (20~40%RH) でsoPA膜の陽子伝導性を測定する.

主要な成果:

• soPAは高度に指向されたラメラーナノ構造を形成し,水嫌性と水性性の相が区別されています.
• 酸群密度が低いにもかかわらず,soPA膜は,短い間隔 (sbPA) を有する膜よりも,かなり高い陽子伝導性を示した.
• soPAは,それぞれ20%と40%のRH下で120°Cで4.4と7.5mS cm-1の伝導性を達成し,sbPAを上回った.

結論:

• soPAの性能の向上は,ナノフェーズ分離による優れた形態学的および分子的な順序付けに起因する.
• アルキレンの距離が長いため,フォスフォニック酸群の柔軟性と移動の自由が増加し,効率的な陽子伝送が容易になります.
• soPAは,困難な条件下で動作する高性能燃料電池のための高度なPEMを開発するための有望な素材です.