[發(fā)明專利]質(zhì)子交換膜和包括這種膜的電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880017764.4
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101711441A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿拉舍·摩法卡米
• 申請（專利權(quán)）人: 塞拉姆氫技術(shù)公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;H01M8/06;H01M4/92;C01B3/00;C25B11/04
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜并且更具體且非限定涉及應(yīng)用于燃料電池的質(zhì)子交換 膜。

背景技術(shù)

WO?2006/003328公開了使用氮化硼陶瓷來獲得H⁺和e^-之間的碰撞以及儲存 氫。

專利申請US?2004/0140201披露了使用全氟磺酸樹脂作為燃料電池中的質(zhì)子交 換膜是公知的，例如DUPONT?DE?NEMOURS以商標(biāo)出售的那種。這 種樹脂具有某些缺點(diǎn)，尤其是有限的溫度可操作性以及要求有水存在。該在先申請 建議通過使用富勒烯分子來彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。

公開的US?6,864,011、EP?1?400?986、WO?02/41432描述了燃料電池用質(zhì)子交換 膜的其他方案。

專利US?5,270,126描述了包括結(jié)合有浸漬了磷酸的氟化樹脂的氮化硼粉末的 膜。浸漬了磷酸的氟化樹脂參與質(zhì)子交換。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明尤其致力于提供一種新型的質(zhì)子交換膜，所述質(zhì)子交換膜能夠在相對高 的溫度例如室溫下運(yùn)行，而不要求燃料或氧化劑的增濕。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，燃料電池、電解槽或蓄電池包括：

-陽極，

-陰極，

-陰極和陽極之間的包括活性氮化硼的材料層，例如陶瓷層。

優(yōu)選地，這是六方晶系氮化硼層。該層可以包括包含在聚合物基體中的粉末狀 氮化硼。

這種電池具有能夠在各種溫度下運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，而不具有如上所述的樹脂的特定缺點(diǎn)。所述材料優(yōu)選是不透氫的。該不透氫性例如通過使用非多孔材料 而獲得，所述非多孔材料的孔隙率是利用傳統(tǒng)的測量孔隙率的儀器(例如汞多孔性 測試儀)檢測不到的。還可以使用具有相對高的表面孔隙率的材料，以增加交換 表面積，但不具有完全貫通的內(nèi)部孔隙，以形成一個屏障阻擋氫穿過所述膜。

陰極可以包括與氮化硼層接觸的至少一個金屬化合物層。

陽極可以包括與氮化硼層接觸的至少一個金屬化合物層。

所述電極中的一個或兩個，即陽極和/或陰極，可以包括下列非限制性名單中的 至少一種化合物：鉑(例如納米顆粒狀的)、氮化硼(尤其是如下所述的活性氮化 硼)、活性炭、粘合劑(例如乙醇)或聚合物(例如PVA或PTFE)，或者這些成分 的混合物。

陽極例如可以包括襯以多孔鈦板(例如從30％到50％)的RuO₂、IrO₂或RuO₂、 IrO₂和TiO₂或RuO₂、IrO₂和SnO₂的混合物薄層。所述薄層的厚度為5μm到20μm， 例如約10μm。

電極中的任一個可以制成粉末狀，噴灑在由上述氮化硼層形成的膜上。噴灑之 后，該層可以在壓機(jī)下，在15℃到200℃、例如25℃到150℃的溫度下，以5～40kg/m²、 例如約20kg/m²的壓力下壓縮，以提高電極與膜之間的粘合。所述溫度取決于所述 層的性質(zhì)，例如取決于它是否包括對最大應(yīng)用溫度敏感的聚合物。

氮化硼層的厚度可以小于或等于2,500μm，最好是小于或等于1,000μm，更好 是小于或等于500μm，優(yōu)選小于或等于250μm，更優(yōu)選小于或等于150μm，例如 為80～120μm。

所述電池可以包括用于支撐所述膜的基材。該基材可以增強(qiáng)電池的機(jī)械強(qiáng)度， 并使得可以使用相對薄的膜。

所述基材例如可以選自：多孔氧化鋁、氧化鋯和氮化硼及其混合物。

所述基材例如可以包括精細(xì)織物，例如由制造、聚乙基醚酮、乙烯-四 氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酯。

所述基材的材料可以是對電池中所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而言呈惰性的。

所述基材對應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)所述膜的化學(xué)物質(zhì)而言，是可透過的，，該可透過性對于 所使用的材料而言是便于實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明根據(jù)其另一方面的目的是包括如上所定義的電池的燃料電池，以及在陰 極側(cè)的燃料供給回路和在陽極側(cè)的氧化劑供給回路。

所述燃料可以是氫氣或者其他氣體或液體。

所述氧化劑可以是空氣或氧。