[發明專利]作為提高用于燃料電池應用的氧還原催化劑性能的助催化劑的離子液體

有效

• 申請號: 201810280222.1
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108695519B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 黃侃;O·M·科拉佐;J·布倫內克;賈鴻飛;加藤久雄
• 申請（專利權）人: 豐田自動車工程及制造北美公司;豐田自動車株式會社;圣母大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/92
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 李躍龍

本發明涉及一種作為提高用于燃料電池應用的氧還原催化劑性能的助催化劑的離子液體。該提高聚合物電解質膜燃料電池中陰極催化劑的活性與穩定性的次級離聚物包括離子液體1?甲基?2,3,4,6,7,8?六氫?1H?嘧啶并[1,2?a]嘧啶?9?鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4?九氟丁烷?1?磺酸鹽([MTBD][C₄F₉SO₃])。當接觸該催化劑時，[MTBD][C₄F₉SO₃]比此前已知的離聚物更有效地提高催化劑活性與穩定性，可能是通過防止催化劑表面處的氧化物形成與水吸附。公開的次級離聚物由此當完全涂覆該催化劑時是最有效的。

技術領域

本公開通常涉及燃料電池，更特別涉及用于聚合物電解質膜燃料 電池的次級離聚物(secondary ionomer)。

背景技術

本文中提供的背景描述是為了大體上呈現本公開的背景的目的。 目前指定的發明人的工作，在該背景部分可能描述的程度上，以及在 提交時不以其它方式適合作為現有技術的該描述的方面，既不明確也 不隱含地被承認為針對本技術的現有技術。

燃料電池車輛代表未來機動車的一種很有前途的選擇，因為它們 提供高能量效率并包括零排放動力傳動系平臺。市場上所有現有的燃 料電池車輛均使用聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)。雖然PEMFC 技術已經商業化數十年，但是仍然面臨著高材料成本和顯著的性能差 距的主要挑戰。

在PEMFC的陰極發生的氧還原反應(ORR)具有相對緩慢的化學動 力學，由此對電池性能造成了障礙。即使使用鉑催化劑，此類電池通 常受困于顯著的過電位損失和不佳的耐久性。通常使用大量催化劑以 克服性能問題。但是，這大大提高了成本。

已經提出了所謂次級離聚物(與該催化劑直接接觸的離聚物組合 物)以便以較低的成本改善催化劑功能和/或耐久性。為了實現這些目 標，改善的次級離聚物將是期望的。

發明概述

該部分提供了公開內容的大致概述，并非是其全部范圍或其全部 特征的全面披露。

在各種方面，本教導提供了一種氧還原反應(ORR)催化劑。該 ORR催化劑包括固體催化劑，和接觸該固體催化劑的次級離聚物。該 次級離聚物包括1-甲基-2,3,4,6,7,8-六氫-1H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶 -9-鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁烷-1-磺酸鹽([MTBD][C₄F₉SO₃])。

在其它方面，本教導提供了一種聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)， 其包含用于氧還原的陰極。該陰極包括固體催化劑，和接觸該固體催 化劑的次級離聚物。該次級離聚物包括1-甲基-2,3,4,6,7,8-六氫 -1H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶-9-鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁烷-1-磺 酸鹽([MTBD][C₄F₉SO₃])。

由本文中提供的說明，其它應用領域和各種提高上述耦合技術的 方法將變得顯而易見。該概述中的描述和具體實例僅意在說明而非意 在限制本公開的范圍。

附圖概述

由詳述和附圖將更充分理解本教導，其中：

圖1顯示了本文中提及的各種離子的化學線圖；

圖2A是[MTBD][TFSI]的NMR譜圖；

圖2B是[MTBD][Beti]的NMR譜圖；

圖2C是[MTBD][C₄F₉SO₃]的NMR譜圖；