[發明專利]回收全氟磺酸離聚物的方法，將膜電極組件分離成部件的方法，以及回收催化劑組分的方法

有效

• 申請號: 201680018363.5
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN107431229B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: R·J·科爾曼;T·R·拉爾夫;S·海格;N·V·普萊柯科瓦
• 申請（專利權）人: 莊信萬豐燃料電池有限公司
• 主分類號: H01M8/1039
• 分類號: H01M8/1039;H01M8/1069;H01M8/1081;H01M8/008;C08J5/22
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王剛

公開了一種從包含全氟磺酸離聚物的部件中回收全氟磺酸離聚物的方法。該方法包括將包含全氟磺酸離聚物的部件浸入含脂族二醇的溶劑中，并且加熱。還公開了回收的全氟磺酸離聚物的用途，例如用于制備質子傳導膜或催化劑墨。

發明領域

本發明涉及一種從用過的或未用過的燃料電池部件中回收離聚物材料的方法，和包含通過該方法獲得的回收的離聚物的分散體。本發明進一步涉及該分散體的后續用途，例如用于制備質子傳導膜或催化劑墨(catalyst ink)。

發明背景

燃料電池是一種電化學電池，其包含通過電解質隔開的兩個電極。燃料例如氫、醇如甲醇或乙醇或者甲酸被供給到陽極，氧化劑例如氧氣或空氣被供給到陰極。電化學反應在電極處發生，燃料和氧化劑的化學能被轉化成電能和熱。電催化劑被用于促進燃料在陽極的電化學氧化和氧氣在陰極的電化學還原。

燃料電池通常根據所用的電解質的性質來分類。通常電解質是固體聚合物膜，其中該膜是電絕緣的，但是離子傳導的。在質子交換膜燃料電池(PEMFC)中(其還包括直接甲醇燃料電池(DMFC))，膜是質子傳導的，在陽極處產生的質子跨過膜傳輸到陰極，在那里它們與氧氣結合形成水。

PEMFC的主要部件是膜電極組件(MEA)，其基本上包含5層。中心層是質子傳導膜。在質子傳導膜的任一側上存在電催化劑層，其含有經設計用于特定的電催化反應的電催化劑。最后，與每個電催化劑層相鄰的是氣體擴散層(GDL)。GDL必須允許反應物到達電催化劑層和必須傳導電化學反應產生的電流。所以，GDL必須是多孔的和導電的。

電催化劑層通常包含電催化劑，其包含適于燃料氧化或氧氣還原反應的金屬或合金，這取決于該層要用在陽極還是陰極。電催化劑典型地基于鉑或者與一種或多種其他金屬形成合金的鉑。鉑或鉑合金催化劑可以為未負載的納米顆粒(例如金屬黑或其他未負載的微粒金屬粉末)的形式，或者可以作為更高表面積的顆粒沉積到導電碳基底或其他導電材料上(負載的催化劑)，或者還可以為延展的薄膜材料的形式，如WO2013/144631A1中公開的那些。

電催化劑層通常還包含質子傳導材料例如質子傳導離聚物，以幫助質子從陽極催化劑轉移到膜和從膜轉移到陰極催化劑。

用于PEMFC中的常規質子傳導膜通常由全氟磺酸(PFSA)離聚物形成，由這些離聚物形成的膜以商標名(DuPont)、(Solvay Specialty Polymers)、(Asahi Glass KK)和(Asahi Kasei)來銷售。可選地，質子傳導膜可以基于磺化的烴膜例如可作為P、E或K系列產品獲自FuMA-Tech GmbH，JSRCorporation，Toyobo Corporation和其他的那些。

質子傳導膜可以是復合膜，其中該膜包含賦予性能例如機械強度的其他材料。例如，該膜可以包含多孔增強材料，例如膨脹的聚四氟乙烯(e-PTFE)材料。

質子傳導膜還可以包含一種或多種組分，其有助于該膜的化學耐久性，例如過氧化氫分解催化劑、自由基清除劑等。

常規上，MEA可以通過下文概述的許多方法來構造：

(i)電催化劑層可以施用到GDL，來形成氣體擴散電極(GDE)。GDE置于離子傳導膜的每一側上，并層合在一起來形成5層MEA；

(ii)電催化劑層可以施用到質子傳導膜的兩面，來形成催化劑涂覆的膜(CCM)。隨后，將GDL施用到CCM的每個面。

(iii)MEA可以由一側涂覆有電催化劑層的離子傳導膜形成，GDL與該電催化劑層相鄰，GDE在該質子傳導膜的另一側上。

典型地，需要數十或數百個MEA來為大部分應用提供足夠的功率，因此組裝多個MEA來構成燃料電池堆疊體。使用場流板來分離MEA。該板起到幾種作用：將反應物供給到MEA；除去產物；提供電連接；和提供物理載體。

發明內容