[發明專利]新型PPS-S膜

在審

• 申請號: 201310301304.7
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103490078A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: J·米切爾;L·鄒;T·J·富勒;G·W·弗利
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M2/16;D04H1/4326;D06M13/256;D06M101/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

本發明涉及制造空心金屬納米管的方法。

背景技術

在質子交換膜型燃料電池中，氫作為燃料供應至陽極，氧作為氧化劑供應至陰極。氧可以是純氧(O2)或空氣(O2和N2的混合物)。質子交換膜(“PEM”)燃料電池通常具有膜電極組件(“MEA”)，其中固體聚合物膜在一面上具有陽極催化劑，在相反面上具有陰極催化劑。典型的PEM燃料電池的陽極和陰極層由多孔導電材料，如織造石墨(woven?graphite)、石墨化片材或碳紙(carbon?paper)形成以使燃料能夠分散在面向燃料供給電極的膜的表面上。典型的，離子導電聚合物膜包括全氟磺酸(PFSA)離聚物。

各催化劑層具有負載在碳粒子上的細碎催化劑粒子(例如鉑粒子)以促進氫在陽極處的氧化和氧在陰極處的還原。質子從陽極穿過離子導電聚合物膜流向陰極，在此它們與氧結合形成水，水從電池中排出。通常，該離子導電的聚合物膜包括全氟磺酸(PESA)離聚物。

MEA夾在一對多孔氣體擴散層(“GDL”)之間，這對GDL又夾在一對導電流場元件或板之間。該板充當陽極和陰極的集流器(current?collector)，并含有在其中形成的用于將該燃料電池的氣態反應物分配在各自的陽極和陰極催化劑表面上的適當的通道和開口。為了有效發電，PEM燃料電池的聚合物電解質膜必須薄、化學穩定、可傳輸質子、不導電和不透氣。在典型用途中，燃料電池以許多成組的獨立燃料電池(fuel?cell?in?stacks)的陣列(arrays)形式提供以提供大量電力。

MEA夾在一對多孔的氣體擴散層(GDL)之間，該氣體擴散層位于一對導電流場元件或板之間。板作為陽極和陰極的集電器，并且包含適當的通路和那里形成的開口，以分別在陽極和陰極催化劑的表面上分配燃料電池的氣體反應物。為了有效產生電流，PEM燃料電池的聚合物電解膜必須薄，化學穩定，質子傳遞，不導電并且氣體可透過。在典型的應用中，許多單獨的燃料電池堆疊系列提供燃料電池，以提供高水平的電能。

在許多燃料電池應用中，電極層由墨水成分組成，其包括貴金屬和全氟磺酸聚合物(PFSA)。例如，PFSA典型地被加到質子交換膜燃料電池的電極層結構中的Pt/C催化劑墨水中，以向分散的Pt納米顆粒催化劑提供質子傳導并粘接多孔碳網。傳統的燃料電池催化劑將炭黑與離聚物一起與沉積在碳表面上的鉑結合。炭黑提供(部分地)高表面積傳導基質。鉑沉積物提供催化作用，并且離聚物提供質子傳導成分。電極由含有炭黑催化劑和離聚物的墨水組成，其在干燥時結合以形成電極層。

雖然制造離子傳導膜的電流技術工作的相當好，但仍需要改進。例如，利用添加磺酸基(離聚物的聚苯硫醚膜)改性的聚苯硫醚可為片形式，但通常厚度小于25μm是不可行的。制造更薄的片形式的這些膜是困難的。添加磺酸基可能需要使用氯磺酸，常常產生不穩定的結果并通過點(spots)燃燒的方法。

因而，本發明提供制造可用于燃料電池應用的多孔墊的改進方法。

發明內容

本發明通過在至少一個實施方式中提供制造膜的方法來解決現有技術的一個或更多問題。該方法包括將含聚苯硫醚的樹脂與水溶性的載體樹脂結合以形成樹脂混合物的步驟。將樹脂混合物擠出以形成成型的樹脂混合物。成型的樹脂混合物在載體樹脂內具有含聚苯硫醚的結構。擠出的樹脂混合物與水接觸以從載體樹脂中分離含聚苯硫醚的結構。含聚苯硫醚的結構然后制成膜。

在另一個具體實施方式中，提供制造膜的方法。該方法包括將含聚苯硫醚的樹脂與水溶性的載體樹脂結合以形成樹脂混合物的步驟。該樹脂混合物然后擠出以形成擠出的樹脂混合物。所述擠出的樹脂混合物包括在載體樹脂內的含聚苯硫醚的纖維。擠出的樹脂混合物與水接觸(即，洗滌)以從載體樹脂中分離含聚苯硫醚的纖維。含聚苯硫醚的纖維選擇性地被磺化。磺化的含聚苯硫醚的纖維然后制成膜。

有利地，上述方法使得允許以控制和可重復的方式實現磺化。高的表面積允許均勻地加工整體的含聚苯硫醚纖維。而且，小的纖維尺寸允許鋪置薄的墊，并進而制造很薄的膜。

本發明進一步包括以下方面：

1.方法，該方法包括：

將含聚苯硫醚的樹脂與水溶性的載體樹脂結合以形成樹脂混合物；

成型所述樹脂混合物以形成成型的樹脂混合物，所述成型的樹脂混合物在所述載體樹脂內具有含聚苯硫醚的結構；

將所述成型的樹脂混合物與水接觸以從所述載體樹脂中分離所述含聚苯硫醚的結構；以及

將所述含聚苯硫醚的結構制成膜。

2.方面1中的方法，其中所述含聚苯硫醚的結構包括選自纖維，珠，球，和橢圓形的成分。