[發(fā)明專利]燃料電池用電解質膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580054640.3
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN107004883B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 丸山將史;矢野良和;鈴木健之;高根朋幸
• 申請（專利權）人: 日本戈爾有限公司
• 主分類號: H01M8/1051
• 分類號: H01M8/1051
• 代理公司: 31100 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 胡燁;張佳鑫

本發(fā)明提供同時具有低電阻(薄膜化)和高尺寸穩(wěn)定性的燃料電池用電解質膜。本發(fā)明涉及燃料電池用電解質膜，所述電解質膜是包含高分子電解質和聚四氟乙烯(PTFE)多孔質膜而形成的燃料電池用電解質膜，其中，該PTFE多孔質膜的小孔內表面被彈性模量高于構成該PTFE多孔質膜的材料的材料復合化，且該復合化的PTFE多孔質膜具有150MPa以上的彈性模量。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池用電解質膜。

背景技術

近年來，作為高效率的能量轉換裝置，燃料電池受到了關注。燃料電池根據所用電解質的種類，可大致分為堿型、固體高分子型、磷酸型等低溫工作燃料電池和熔融碳酸鹽型、固體氧化物型等高溫工作燃料電池。其中，使用具有離子傳導性的高分子電解質膜作為電解質的固體高分子型燃料電池(PEFC)以緊湊的結構產生高輸出密度，而且由于電解質中不使用液體，且能在低溫下運行等而能夠實現簡易的系統(tǒng)，因此作為固定用、車輛用、便攜用等的電源而受到了關注。

固體高分子型燃料電池的基本原理為：將高分子電解質膜的單面暴露于燃料氣體(氫等)、將其相反面暴露于氧化劑氣體(空氣等)，由隔著高分子電解質膜的化學反應合成水，以電的方式提取由此產生的反應能量。通常將在高分子電解質膜的兩面配置多孔質催化劑電極、對其進行熱壓等而一體形成的接合體稱作膜電極接合體(MEA)。高分子電解質膜由于具有離子傳導性而不具有通氣性和電子傳導性，從而能夠將燃料極與氧極進行物理和電子隔絕，僅傳導離子。

高分子電解質膜會對電阻產生很大的影響，因此要求膜厚更薄。作為極薄的膜狀原材料的高分子電解質膜的操作困難，在與電極接合時、將多個單電池層疊成堆疊體進行組合的組裝操作時等，經常有產生褶皺的情況。使用這種產生了褶皺狀態(tài)的高分子電解質膜進行組裝而得的單電池或堆疊體中，反應氣體從產生了褶皺的部位泄漏的可能性高。另外，即使在完全沒有褶皺的狀態(tài)下，由于要求高分子電解質膜薄，從而是構成堆疊體的所有構成部件中機械強度最低的部件，因此容易受損。電解質膜的受損部位的電子絕緣性和不透氣性可能受損。因此，為了提高固體高分子型燃料電池的可靠性、可維護性等，期望補強高分子電解質膜部位。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本專利特表平11-501964號公報

專利文獻2:日本專利特開2011-146291號公報

專利文獻3:日本專利特開2009-170244號公報

非專利文獻

非專利文獻1：A.Kusoglu等，經受水熱循環(huán)的燃料電池膜的機械響應(Mechanicalresponse of fuel cell membranes subjected to a hygro-thermal cycle),Journalof Power Sources 161(2006)987-996

非專利文獻2：A.Kusoglu等，聚合物燃料電池膜中的疲勞損壞的各種見解(Aspects of fatigue failure mechanisms in polymer fuel cell membrane),Journalof Polymer Science PartB 49(2011)1506-1517

發(fā)明內容

發(fā)明所要解決的技術問題

關于補強的高分子電解質膜，例如在專利文獻1中公開了使電解質材料(離子交換樹脂)的溶液含浸于拉伸多孔質PTFE后將溶劑除去的事項。藉此，以離子交換材料阻塞拉伸多孔質PTFE的內孔而得的復合膜的方式得到了補強的高分子電解質膜。(參照圖1。)