旭硝子開發出高性能電解質薄膜，助力新一代燃料電池

旭硝子公司（AGC）開發出控制了微觀結構的燃料電池用氟基電解質聚合物。

燃料電池在發電時，電池單元內會生成水，電解質膜吸水膨潤，發電停止後則會幹燥收縮。這一過程不斷重複，導致向電解質膜施加複雜的機械應力，最終使其破裂，無法再發揮隔膜的功能（圖1）。

圖1：燃料電池的基本結構以及對電解質膜薄膜化的期待

在這項研究中，為了使電解質聚合物實現薄膜化並確保乾濕循環耐久性，旭硝子在開發時研究了聚合物的化學結構，由此開發出了一種韌性更好的新型電解質聚合物，具備能減輕和分散機械應力的柔軟結構。由於具備柔軟的結構，即使反覆發生變形也能保持三維微觀結構，不容易劣化。在小型電池單元的乾濕循環耐久性評估中，採用新型電解質聚合物的電解質膜雖然厚度減至相當於以往1/5的5微米，但仍表現出原有電解質膜5倍以上的乾濕循環耐久性，成功打破了薄膜化與乾濕循環耐久性之間此消彼長的關係（圖2）。

圖2：新開發的電解質薄膜的發電輸出和耐久性

此外旭硝子還明確了這種宏觀特性是通過電解質聚合物的什麼微觀結構表現出來的。研發小組通過MD（分子動力學）模擬對氟基電解質膜的特殊微相分離結構進行建模，同時利用大型同步輻射裝置實施結構解析，從聚合物的一級結構研究了大型穩定相分離結構的形成（圖3）。由此能夠通過分子結構理解宏觀特性，有助於今後進一步實施改良。

圖3：通過MD（分子動力學）模擬建立微相分離結構模型

以新一代燃料電池車為首，新開發的電解質薄膜還有望用於移動用途和家用燃料電池，以及利用可再生能源制氫的水電解系統等。今後，為實現氫社會，將推進具備高耐久性、低電阻和低氫滲透性的電解質膜的實用化，為實現可持續發展社會貢獻力量。

文 JST客觀日本編輯部

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