Nafionが固体高分子型燃料電池の電解質膜に使われる理由

質問

固体高分子型燃料電池の電解質膜には一般的にNafionが使用されているみたいですが、なぜNafionが最も利用されているのでしょうか。

電極上でH2→2H+ + 2e- という反応が生じ、プロトンが膜中を移動していきますが、正直膜中に水分が含まれてさえいれば、別にNafionじゃなくてもいいような気がするのですが。

やはりNafion側鎖のスルホン酸基によって水を保持しやすかったり、クラスター構造をつくるからなのでしょうか。または膜の強度的な問題なのでしょうか。

回答No.1

si1ica

商業的な理由については回答できませんが、
実験的に取り扱った体験から回答します。

プロトン伝導性が非常に高いのがNafionの長所の一つです。
側鎖のスルホン酸基からプロトンが解離するため、
膜内のプロトン濃度が高い事がイオン伝導率を高めています。
また、単位重量あたりのスルホン酸基数が同程度の他の膜よりも
イオン伝導率が高く、その理由はクラスター構造によるものと思われます。

フッ化炭素高分子ですので、プロトンや電極で発生する過酸化物によって
劣化しにくいです。劣化しないわけではありませんが。

有機溶剤で溶かしたNafionは電極の触媒粉末を結着させることができます。
その際にガス、触媒表面、イオン伝導体(Nafion)が近接した
三相界面を良好に形成できます。
Nafion溶液を用いた電極は熱圧着によりNafion膜に容易に接合できます。
私見ですが、良好な電極の作成と膜との接合は
他の材料系においては発展途上で、Nafionの域に達していないと思います。

以上のようなことが思いあたります。
Nafion代替材料の開発に関する書籍文献を読まれますと、
別の視点からのNafionの長所が書かれているかもしれません。