[發明專利]燃料電池耐久性

有效

• 申請號: 201410195997.0
• 申請日: 2005-06-23
• 公開（公告）號: CN104022304A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 馬修·H·弗雷;史蒂文·J·漢羅克;格雷戈里·M·豪根;帕·T·范
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;C08J5/22
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

本發明專利申請是國際申請號為PCT/US2005/022203，國際申請日為2005年6月23日，進入中國國家階段的申請號為200580031704.4，發明名稱為“燃料電池耐久性”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及燃料電池膜電極組件和燃料電池聚合物電解質膜，其包括結合的陰離子官能團和多價陽離子如Mn或Ru陽離子并表現出改進的耐久性，本發明還提供其制造方法。

背景技術

據稱，Ludvigson，J.Mater.Chem.，11(2001)1269-1276；Michas，J.Membrane?Sci.，29(1986)239-257和Japanese?Kokai2001/118591(Morimoto)公開了通過以下方法制造的聚合物電解質膜：通常在金屬鹽的溶液中浸漬膜，然后進行氧化步驟使金屬鹽轉化成終產物中的金屬氧化物。金屬鹽包括Mn鹽(Ludvigson)和Ru鹽(Michas和Morimoto)。

四氟乙烯(TFE)和式FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF(CF₃)-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚單體的共聚物是已知的，并以磺酸形式以商品名由DuPontChemical?Company，Wilmington，Delaware出售，即其中FSO₂-端基水解成HSO₃^-。在制造燃料電池用的聚合物電解質膜中常常使用。

四氟乙烯(TFE)和式FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚單體的共聚物是已知的，并以磺酸形式用在制造燃料電池用的聚合物電解質膜中，即其中FSO₂-端基水解成HSO₃^-。

2002年12月19日提交的美國專利申請10/325,278公開了厚度90微米或更小并包括聚合物的聚合物電解質膜，所述聚合物包括高度氟化骨架和下式的重復側基：

YOSO₂-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-O-[聚合物骨架]

其中Y是H⁺或一價陽離子如堿金屬陽離子。通常，膜是澆鑄膜。通常，聚合物其水合積大于22,000。通常，聚合物其當量重為800-1200。

發明概述

簡言之，本發明提供一種燃料電池膜電極組件，包括聚合物電解質膜，所述聚合物電解質膜包括聚合物，所述聚合物包括結合的陰離子官能團，其中所述聚合物電解質膜還包括選自錳陽離子和釕陽離子的陽離子。通常，按聚合物電解質中存在的陰離子官能團的摩爾量計，所述陽離子的存在量為0.001～0.5電荷當量，更通常0.005～0.2，更通常0.01～0.1，和更通常0.02～0.05。通常，所述陽離子在所述聚合物電解質膜厚度上的分布是均勻的。通常，所述陽離子是多價陽離子。更通常，所述陽離子是錳陽離子。通常，所述陽離子是Mn²⁺陽離子或Ru³⁺陽離子，最通常Mn²⁺陽離子。所述陽離子還可以是Mn³⁺，Mn⁴⁺，或Ru⁴⁺。所述聚合物其當量重為1200或更小，更通常1000或更小，更通常900或更小，和更通常800或更小。所述聚合物可以是高度氟化的或全氟化的，并可以包括下式的側基：-O-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-SO₃H或式-O-CF₂-CF(CF₃)-O-CF₂-CF₂-SO₃H。