[發(fā)明專利]燃料電池催化劑用粘合劑、用其的膜電極組件及制法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610064003.7
• 申請日: 2006-10-08
• 公開（公告）號: CN101016443B
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安成國;宋珉圭;金裕美;樸永美;李昌俸;權(quán)鎬真;李時(shí)賢
• 申請（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會(huì)社
• 主分類號: C09J181/02
• 分類號: C09J181/02;C09J171/12;C08L101/00;C08J5/18;H01M8/02;H01M8/00;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 金擬粲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于燃料電池催化劑組合物的粘合劑，包含該粘合劑的膜電極組件及其制備方法。?

背景技術(shù)

燃料電池是通過氧化劑和燃料如氫或諸如甲醇、乙醇、天然氣等的烴-基材料的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)來產(chǎn)生電能的發(fā)電系統(tǒng)。?

典型的示例性的燃料電池包括聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)和直接氧化燃料電池(DOFC)。直接氧化燃料電池包括使用甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池。?

聚合物電解質(zhì)膜燃料電池是用于替代常規(guī)能源的環(huán)境友好的能源。它具有諸如高功率輸出密度和能量轉(zhuǎn)換效率等的優(yōu)點(diǎn)，在室溫下具有可操作性，并且可以將它小型化和緊密地密封。因此，其可適用于一系列廣泛的領(lǐng)域如無污染的汽車，發(fā)電系統(tǒng)，以及用于移動(dòng)式設(shè)備、軍事裝備等的便攜式電源。?

聚合物電解質(zhì)膜燃料電池具有能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在這樣的問題，即必需小心地處理氫氣和需要輔助設(shè)備如用于重整甲烷或甲醇、天然氣等以便產(chǎn)生作為燃料氣體的氫氣的燃料重整處理器。?

與此相反，直接氧化燃料電池的能量密度比聚合物電解質(zhì)膜燃料電池低，但是它具有以下優(yōu)點(diǎn)，即較容易地處理液態(tài)型燃料、工作溫度低和不需要額外的燃料重整處理器。因此，其已經(jīng)被認(rèn)為用于小型電氣設(shè)備的便攜式電源的合適系統(tǒng)。?

在燃料電池系統(tǒng)中，發(fā)電的電池組基本上包括大量以堆疊結(jié)構(gòu)排列的單元電池，其中每個(gè)單元電池由膜電極組件(MEA)和隔板(也稱為雙極板)構(gòu)成。每個(gè)膜電極組件均具有排列在聚合物電解質(zhì)膜相對兩側(cè)上的陽極(也稱作“燃料電極”或“氧化電極”)和陰極(也稱作“空氣電極”或“還原電極”)。?

隔板不僅作為把所需的燃料供給陽極和把氧氣供給陰極的通道，而且作為串聯(lián)膜電極組件中的陽極和陰極的導(dǎo)體。燃料的電化學(xué)氧化反應(yīng)發(fā)生在陽極而氧氣的電化學(xué)還原反應(yīng)發(fā)生在陰極，從而由于在這個(gè)過程中產(chǎn)生的電子的遷移而產(chǎn)生電、熱和水。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種用于燃料電池的粘合劑，其可以通過改善膜電極組件中膜和電極之間的粘合來防止在電池運(yùn)行過程中催化劑層中聚合物的洗脫。這樣的實(shí)施方案為聚合物電解質(zhì)膜提供了極好的親合力以改進(jìn)界面特性，提供了改進(jìn)的質(zhì)子遷移能力，并且也可以防止催化劑中毒。?

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案提供了一種用于形成催化劑層的組合物，它包含上述粘合劑和溶劑如水。?

本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案提供了膜電極組件和使用所述用于形成催化劑層的組合物制備膜電極組件的方法。?

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，用于燃料電池的粘合劑是通過交聯(lián)至少一種選自式1和式2表示的化合物的聚合物而形成的：?

式1?

式2?

其中A、B和C各自獨(dú)立地為氧、硫、SO、羰基或磺酰基；x、y和z各自獨(dú)立地為1-10的整數(shù)；R₁、R₂、R₃、R₄和R₅各自獨(dú)立地為氫、鹵素原子、烷基、烯丙基、芳基、烷基磷酸、烷基磺酸、氟代烷基磺酸(至少一個(gè)?氫被氟取代的烷基磺酸)、磺酸、羧酸、磷酸、膦酸或其衍生物；j、k、l、m和n各自獨(dú)立地為1-3；a為1-100000；及b為3-10000。?

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，提供一種用于燃料電池的粘合劑，它包括式1a表示的化合物：?

式1(a)?

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，提供一種形成催化劑層的組合物，它包含至少一種選自式1和式2表示的化合物的粘合劑。?

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，提供一種聚合物電解質(zhì)膜，它包含至少一種選自式1和式2的粘合劑。?

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，提供一種膜電極組件，它包括上述的聚合物電解質(zhì)膜，其與聚合物電解質(zhì)膜相對兩側(cè)的陽極和陰極結(jié)合。?

對于這樣的實(shí)施方案，陽極和陰極至少有一個(gè)包括在電極基底上形成的催化劑層。催化劑層包含至少一種粘合劑，該粘合劑是通過交聯(lián)一種或多種選自式1和式2的化合物而形成的。?

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，提供了一種膜電極組件，其中催化劑層是直接形成在聚合物電解質(zhì)膜的兩側(cè)上。至少一個(gè)催化劑層包含至少一種粘合劑，該粘合劑包括一種或多種交聯(lián)的式1和式2的化合物。?