[發明專利]聚合物和用于燃料電池的膜電極組件、及燃料電池系統

有效

• 申請號: 200910138207.4
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101575411A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 安成國;曹誠庸;韓相日;南基賢
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: C08G65/00
• 分類號: C08G65/00;H01M8/02;H01M8/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 金擬粲

技術領域

本發明涉及聚合物、和用于燃料電池的膜電極組件、以及包括其的燃 料電池系統。更具體而言，本發明涉及具有優異的質子傳導性、形狀穩定 性和長期穩定性的聚合物，以及包括其的膜電極組件和燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是用于通過氧化劑和含于基于烴的材料如甲醇、乙醇或天然 氣中的氫的電化學氧化還原反應而產生電能的發電系統。這種燃料電池為 可代替化石燃料的清潔能源。其包括由單元電池構成的堆并且產生各種范 圍的能量輸出。由于其能量密度為小的鋰電池的4～10倍高，因此其作為 小型便攜式電源是突出的。

代表性的示例性燃料電池包括聚合物電解質膜燃料電池(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(DMFC)。

聚合物電解質膜燃料電池具有高能量密度和高功率的優點，但是也具 有如下問題：要求小心處理氫氣和需要附屬設備如用于重整甲烷或甲醇、 天然氣等以生產作為燃料氣體的氫的燃料重整處理器。

相反，直接氧化燃料電池具有比聚合物電解質膜燃料電池低的能量密 度，但是其具有如下優點：燃料容易處理；由于其低的運行溫度能夠在室 溫下運行；和不需要額外的燃料重整處理器。

在以上燃料電池中，產生電的堆基本上包括幾個到幾十個以多層堆疊 的單元電池，并且各單元電池由膜電極組件(MEA)和隔板(也稱雙極板)形 成。膜電極組件由被聚合物電解質膜隔開的陽極(也稱為“燃料電極”或者“氧 化電極)和陰極(也稱為“空氣電極”或者“還原電極”)組成。

將燃料供應給陽極并且吸附在陽極的催化劑上，并且將燃料氧化以產 生質子和電子。電子經由外部電路轉移到陰極中，并且質子穿過聚合物電 解質膜轉移到陰極中。此外，將氧化劑供應給陰極，然后使氧化劑、質子 和電子在陰極的催化劑上反應以產生電和水。

發明內容

本發明的一個實施方式提供具有優異的離子傳導性、形狀穩定性和長 期穩定性的聚合物。

本發明的另一實施方式提供包括所述聚合物的用于燃料電池的膜電極 組件。

本發明的又一實施方式提供包括所述膜電極組件的燃料電池系統。

根據本發明的實施方式，提供由下式1表示的聚合物。

[化學式1]

[化學式2]

在上式1和2中：

A₁、A₃、A₄、A₆、A₇和A₈彼此相同或者不同，且獨立地選自CR₇R₈、 O、S、CO、SO和SO₂；

A₂和A₅彼此相同或者不同，且獨立地選自CR₇R₈、取代或未取代的亞烷 基、取代或未取代的亞環烷基、取代或未取代的亞芴基、以及取代或未取 代的亞芳基；

Ar各自獨立地為亞芳基；

B₁～B₃彼此相同或者不同，且獨立地選自O、S、CO、SO和SO₂；

X為亞環烷基或者由上式2所表示；

R₁～R₁₀彼此相同或者不同，且獨立地選自氫、取代或未取代的烷基、 取代或未取代的環烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的烷氧基、 取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基、以及取代或未取代的包含 選自O、N和S的原子的雜烷基；

R₁₁和R₁₂彼此相同或者不同，且獨立地選自氫、氟、取代或未取代的烷 基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基、 取代或未取代的雜芳基、以及取代或未取代的包含選自O、N和S的原子的 雜烷基；

Y₁和Y₂彼此相同或者不同，且獨立地為質子傳導基團；