[發明專利]用于燃料電池的聚合物電解質膜和制備該聚合物電解質膜的方法

有效

• 申請號: 201280037622.0
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN103718360A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李瞳熏;李武錫;金娜玲;慎鏞哲
• 申請（專利權）人: 可隆工業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10;C08J5/22;B82B3/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 李靜;黃麗娟

技術領域

本發明涉及用于燃料電池的聚合物電解質膜和制備該聚合物電解質膜的方法，更具體而言，涉及即使在低濕度和高溫度的條件下也能顯示高離子傳導率的聚合物電解質膜和制備該聚合物電解質膜的方法。

背景技術

燃料電池與常規電池不同，是一種能發電的電池，因此不需要替換或再充電。它使燃料如氫氣或甲醇氧化產生化學能，然后將化學能轉化成電能。由于燃料電池是能量轉化率約為60%的高效率發電裝置，因此能顯著降低燃料消耗。而且，它是一種不產生污染物的生態友好的能源。具有這些優勢的燃料電池可以用于各個領域，特別是用于運輸工具如汽車等的電源。

基于電解質的種類和工作溫度，燃料電池可以分為多種類型。在這些各種類型的燃料電池中，聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)作為未來電源正受到特殊的關注。

聚合物電解質膜燃料電池包括陽極、陰極、以及陽極和陰極之間的聚合物電解質膜。氫氣或含有氫氣的氣體常用作燃料供給陽極。氧氣或含有氧氣的氣體常用作氧化劑供給陰極。在陽極燃料被氧化產生質子和電子。質子通過電解質膜傳遞到陰極而電子傳遞到外電路。穿過電解質膜的質子、外電路的電子和氧在陰極結合形成水。

從燃料電池發電效率或系統效率的角度來看，需要電解質膜在100℃至300℃的高溫和50%或更低的低濕度的條件下具有良好的陽離子傳導率。

然而，為了使質子傳導功能良好，需要將足量的水分提供給由具有磺酸基的聚合物形成的常規電解質膜。在水分易蒸發的條件下，即100℃或更高的高溫或50%或更低的低濕度下，常規電解質膜不能以滿意的方式實現陽離子傳導功能。

為了解決上述問題，建議將諸如咪唑、吡唑和苯并咪唑的雜環化合物作為可以取代水的陽離子導體(Journal?of?The?Electrochemical?Society,2007,154(4),pp.290-294)。

然而，由于分子量低，這些雜環化合物是不能牢固固定到電解質膜上的揮發性物質，并且迄今為止還沒有提出任何方法可以將這些揮發性化合物牢固固定到電解質膜上。

發明內容

技術問題

因此，本發明針對的是能夠避免現有技術中的這些限制和缺點，用于燃料電池的聚合物電解質膜以及制備該聚合物電解質膜的方法。

本發明的一方面是提供一種聚合物電解質膜，該聚合物電解質膜即使在低濕度和高溫度的條件下也能顯示高離子傳導率。

本發明的另一方面是提供一種聚合物電解質膜的制備方法，所述聚合物電解質膜即使在低濕度、高溫度條件下也能顯示高離子傳導率。

本發明的其它優勢、目的和特征將部分闡述在下面的說明書中，而另一部分對于查閱下面說明書的本領域技術人員來說將變得顯而易見或從本發明的實踐中領會到。本發明的目的或其他優點可通過說明書和其權利要求中特別指出的結構得以實現或獲得。

技術方案

根據本發明的一方面，提供一種聚合物電解質膜，包括：多孔襯底；分散在所述多孔襯底中的自質子傳導材料(self?proton?conducting?material)；和浸入所述多孔襯底中的離子導體，其中所述自質子傳導材料包含用唑環功能化的無機粒子。

根據本發明的另一方面，提供一種聚合物電解質膜的制備方法，該方法包括：制備自質子傳導材料分散在其中的多孔襯底；將離子導體浸入到所述多孔襯底中，其中所述自質子傳導材料含有用唑環功能化的無機粒子。

上面提供的一般描述和下面提供的詳細描述僅用于舉例說明本發明，并應當解釋為是對權利要求中限定的本發明提供更加詳細的描述。

有益效果

本發明的電解質膜即使在100℃或更高的高溫和50%或更低的低濕度的條件下也能以令人滿意的方式實現陽離子傳導功能。而且，本發明的電解質膜由于具有包括多孔襯底和浸入其中的離子導體的復合結構而具有優異的機械強度和高耐久性。

因此，根據本發明，提高了燃料電池的發電效率和系統效率。

結合有關的技術特征將在下面詳細地描述本發明的其它效果。

具體實施方式

下文中，僅為了舉例說明的目的將詳細描述和解釋本發明的實施方案。本領域技術人員將理解在不背離本發明的范圍和精神的情況下可以進行各種改進、添加和替換。因此，本發明包括落入權利要求中所描述的本發明范圍和其等價物內的所有替換、改變。

根據本發明用于燃料電池的聚合物電解質膜包括多孔襯底、分散在所述多孔襯底中的自質子傳導材料，以及浸入到所述多孔襯底中的離子導體。