分子動力学を用いた水和ナフィオン内プロトン·水分子輸送特性の解析ミクロな視点から見たプロトン·水分子の挙動

摘要

近年, 世界規模での高度経済成長に伴いエネルギー消費の増大が見込まれている中で, 環境負荷の少ない石油代替エネルギーの1 つとして固体高分子形燃料電池 (PEFC) が注目されており, 高分子電解質膜(以下電解質膜)はこのPEFC の性能を決定する重要な構成要素である. 実際には電解質膜を適度な湿潤状態に保つことで水クラスターが生成され, イオン伝導性が発現することで膜内をプロトン (H+) が移動し電力を生み出す. よって, プロトン輸送効率はPEFC の発電効率に強く影響を与えるが, プロトン輸送特性は分子レベルでの構造や輸送機構に大きく起因するため, マクロスケールの理論を用いた従来型の手法では解析が困難である. そこで本研究では, これら高分子膜内における水·プロトンの輸送特性をナノスケールでの原子·分子の動きに注目し, 分子動力学法により解析することで,プロトン輸送と水クラスターの微細構造の関連性に関する知見を得ることを目的とした.