[發(fā)明專利]離子傳導(dǎo)性復(fù)合電解質(zhì)膜及使用其的燃料電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080033211.5
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN102473933A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 開本拓郎;福島和明;岸本健史
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01B1/06;H01M8/10
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子傳導(dǎo)性復(fù)合電解質(zhì)膜及使用其的燃料電池。

背景技術(shù)

由于將化學能轉(zhuǎn)換為電能的燃料電池是有效的且不產(chǎn)生環(huán)境污染物，所以作為用于便攜式信息裝置、家用、車輛等的清潔電源，燃料電池已引起了注意，且已進行了燃料電池的開發(fā)。

存在多種類型的根據(jù)所用電解質(zhì)的種類分類的燃料電池，且特別地，使用有機材料如甲醇或氫作為燃料的燃料電池已引起了注意。決定這種燃料電池的輸出性能的重要構(gòu)成要素包括電解質(zhì)、電解質(zhì)膜、催化劑膜以及通過將電解質(zhì)膜夾在催化劑膜之間而形成的膜電極組件(MEA)。例如，已經(jīng)開發(fā)了多種類型的電解質(zhì)，由全氟磺酸基樹脂制成的電解質(zhì)為代表性實例，且認為其耐久性和性能優(yōu)異。

所述燃料電池的重要構(gòu)成要素不僅決定燃料電池的輸出性能而且決定用于確保長期穩(wěn)定運行的可靠性和耐久性，且所述重要構(gòu)成要素還涉及其生產(chǎn)率，并對制造效率和生產(chǎn)成本發(fā)揮影響。已經(jīng)報道了用于提高電解質(zhì)膜的性能的各種方法。

將電解質(zhì)膜用于形成膜電極組件(MEA)，且利用所述膜電極組件構(gòu)造單元電池(單位電池，unit?cell)；因此，將電解質(zhì)膜用于其中將多個單元電池堆疊并相互串聯(lián)連接的堆疊型燃料電池中，或者用于其中多個單元電池以平面形式排列并相互串聯(lián)連接的平面堆疊型燃料電池。

已經(jīng)報道了形成用于燃料電池中的電解質(zhì)膜的許多方法(參考下列專利文獻1至5)。

例如，在名稱為“質(zhì)子傳導(dǎo)性復(fù)合物及其制造方法、以及電化學裝置”的下列專利文獻1中，描述了“一種質(zhì)子傳導(dǎo)性復(fù)合物，其通過混合包含質(zhì)子解離性官能團的碳簇及對水和/或液體分子如醇分子的滲透具有抗性的聚合物材料而形成，并且以大于15質(zhì)量％至95質(zhì)量％以下的混合比(更具體地，以20質(zhì)量％以上至90質(zhì)量％以下的混合比)包含聚合物材料”。

應(yīng)注意，使用富勒烯C₆₀的質(zhì)子傳導(dǎo)性聚合物是已知的(參考下列專利文獻1和6)，且例如在下列專利文獻7中描述了上述平面堆疊型燃料電池。

[引用列表]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本未審查專利申請公開第2005-093417號(段落0022和0056至0072)

[專利文獻2]日本未審查專利申請公開第2006-79944號(段落0017至0019、0028至0029和0034至0035)

[專利文獻3]日本未審查專利申請公開第2007-257882號(段落0132至0137)

[專利文獻4]日本未審查專利申請公開第2009-13377號(段落0031至0032)

[專利文獻5]日本未審查專利申請公開第2009-43674號(段落0028至0030)

[專利文獻6]日本未審查專利申請公開第2005-68124號(段落0087至0106)

[專利文獻7]日本未審查專利申請公開第2008-108677號(段落0015至0049，圖1至10)

發(fā)明內(nèi)容

作為燃料電池的重要主要構(gòu)成要素的電解質(zhì)膜的性能決定燃料電池的輸出性能以及長期穩(wěn)定運行和耐久性，并涉及整個燃料電池的生產(chǎn)率，由此對制造效率和生產(chǎn)成本發(fā)揮影響；因此，除了高離子傳導(dǎo)性之外，還需要高強度。因此，除了電解質(zhì)之外，用于相互粘結(jié)(粘合)電解質(zhì)以形成膜的粘合劑對電解質(zhì)膜的性能發(fā)揮很大的影響，且還對整個燃料電池的生產(chǎn)率發(fā)揮影響。

已知PVdF為用于形成電解質(zhì)膜的粘合劑的代表性實例；然而，在PVdF的分子量較低的情況下，電解質(zhì)膜較脆，由此造成諸如在組裝燃料電池的單元的步驟期間，或者在燃料電池的運行(發(fā)電)期間在電解質(zhì)膜中打開的裂紋等的問題。

特別地，在其中利用膜電極組件(MEA)構(gòu)造單元電池且形成燃料電池系統(tǒng)如其中將多個單元電池堆疊并相互串聯(lián)連接的堆疊型燃料電池或者其中多個單元電池以平面形式排列并相互串聯(lián)連接的平面堆疊型燃料電池的情況下，對電解質(zhì)膜施加熱或壓力的步驟是不可避免的；因此，當電解質(zhì)膜的強度不充分時，這種步驟在電解質(zhì)膜中造成了斷裂等，由此造成收率下降。

完成了本發(fā)明以解決上述問題，且本發(fā)明的目的是提供具有提高的強度而不損害離子傳導(dǎo)性的離子傳導(dǎo)性復(fù)合電解質(zhì)膜以及使用其的燃料電池。