[發明專利]復合電解質膜及其制造方法

有效

• 申請號: 201580031663.2
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN106661249B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 崔盛皓;李鍾贊;金赫;金度瑩;金志軒;高太潤;鄭保炅;金機炫
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學;首爾大學校產學協力團
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L81/06;C08G75/23;C08K9/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術領域

本申請要求于2014年6月13日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2014-0072441號的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文。本申請涉及一種復合電解質膜及其制造方法。

背景技術

最近，隨著現有能源如石油或煤的預期耗竭，對可替代現有能源的能源的關注日益增加。作為這些替代能源之一，燃料電池由于以下優勢而受到特別關注：燃料電池效率高且不排放污染物(例如NOx和SOx)，并且所用的燃料充足。

燃料電池是將燃料和氧化劑的化學反應能轉化為電能的發電系統，代表性地，使用氫和烴類(例如甲醇或丁烷)作為燃料并且使用氧作為氧化劑。

燃料電池的實例包括聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、堿性燃料電池(AFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等。其中，聚合物電解質膜燃料電池由于高能量密度和高輸出而受到最活躍的研究。聚合物電解質膜燃料電池與其他燃料電池的不同之處在于：使用固體聚合物電解質膜替代液體聚合物電解質膜。

發明內容

技術問題

本申請已致力于提供用于燃料電池的復合膜及其制造方法，所述復合膜具有優異的氫離子傳導性、機械性能、尺寸穩定性等。

技術方案

本申請的一個示例性實施方案提供了一種復合電解質膜，其包含：

聚(亞芳基醚砜)共聚物，其含有由以下化學式1表示的重復單元和由以下化學式2表示的重復單元；和

核-殼顆粒，其含有無機顆粒核和堿性有機聚合物殼。

[化學式1]

[化學式2]

在化學式1和化學式2中，

R1至R3以及R8至R10各自獨立地為-O-、-S-、-SO₂-、-C＝O-或-C(CH₃)₂-，

R4至R7以及R13至R16各自獨立地為氫，或者具有1至10個碳原子的直鏈或支鏈烷基，

R11、R12和R18中至少一者為-SO₃R17，且其余的為氫，或者具有1至10個碳原子的直鏈或支鏈烷基，

R17為H、Li、Na或K，

A和A’各自獨立地為直連鍵、二價芴基，或者具有1至10個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基，

m、n、o、p和r各自獨立地為0至4，q、s和t各自獨立地為0至3，

y為0或1，以及

a和b為化學式1和化學式2的摩爾比，且各自獨立地為0.1至0.99。

進一步地，本申請的另一個示例性實施方案提供了一種制造復合電解質膜的方法，所述方法包括：

制備聚(亞芳基醚砜)共聚物，所述聚(亞芳基醚砜)共聚物包含由化學式1表示的重復單元和由化學式2表示的重復單元；

制備包含聚(亞芳基醚砜)共聚物和核-殼顆粒的組合物，所述核-殼顆粒包含無機顆粒核和堿性有機聚合物殼；以及

通過使用該組合物來形成復合電解質膜。

另外，本申請的又一個示例性實施方案提供了包含所述復合電解質膜的燃料電池。

有益效果

與僅包含聚(亞芳基醚砜)共聚物的聚合物電解質膜相比，根據本申請的復合電解質膜通過包含具有堿性有機聚合物殼的核-殼顆粒和聚(亞芳基醚砜)共聚物而可以提高氫離子傳導性、尺寸穩定性、機械強度等。

進一步地，與包含聚(亞芳基醚砜)共聚物和不具有殼結構的顆粒的復合電解質膜相比，根據本申請的復合電解質膜可提高氫離子傳導性、尺寸穩定性等。

另外，與包含聚(亞芳基醚砜)共聚物和具有酸性聚合物殼的核-殼顆粒的復合電解質膜相比，根據本申請的復合電解質膜可提高氫離子傳導性、尺寸穩定性等。

特別地，根據本申請的復合電解質膜具有靈活性，其可根據無機核的尺寸、有機聚合物殼的尺寸、聚(亞芳基醚砜)共聚物相對于核-殼顆粒的含量比等來調節氫離子傳導性、機械性能、尺寸穩定性等。

附圖說明

圖1是示意性地示出了根據本申請一個示例性實施方案的形成復合電解質膜的核-殼顆粒的方法的圖。

圖2是示意性地示出了根據本申請一個示例性實施方案的制造復合電解質膜的方法的圖。

具體實施方式

在下文中，將更詳細地說明本申請。