[發明專利]具有改進的化學耐久性的膜-電極組件的電解質膜及其制造方法

在審

• 申請號: 201910336884.0
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN111354962A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 金容民
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/1048
• 分類號: H01M8/1048;H01M8/1069
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

一種具有改進的化學耐久性的膜?電極組件的電解質膜及其制造方法，所述電解質膜包括組合物，所述組合物包括處于離子態的抗氧化劑和圍繞抗氧化劑的第一離聚物。所述組合物分散于第二離聚物中，所述第二離聚物為聚合物基質。所述電解質膜的制造方法包括制備抗氧化劑溶液，混合所述抗氧化劑溶液和第一離聚物分散溶液，干燥混合物以生產具有抗氧化劑和圍繞抗氧化劑的第一離聚物的組合物，將所述組合物引入至第二離聚物分散溶液中并且混合，以及將所述混合物施加到基底上并且干燥以制造電解質膜。

技術領域

本發明涉及具有改進的化學耐久性的膜-電極組件的電解質膜及其制造方法。

背景技術

用于車輛的聚合物電解質膜燃料電池是通過氫氣和空氣中的氧氣之間的電化學反應產生電能的裝置。聚合物電解質膜燃料電池被公認為是下一代環境友好的具有高發電效率和幾乎沒有廢棄材料(除了水)的能源。

燃料電池的發電反應發生在膜-電極組件(MEA)中。MEA包括全氟磺酸離聚物基膜和包括陽極和陰極的一對電極。

提供給陽極(燃料電池的氧化電極)的氫氣分裂成質子和電子。質子通過膜移動到還原電極(即陰極)，電子通過外部電路移動到陰極。在陰極，氧氣分子、質子和電子一起反應，產生電能和熱，并且同時產生作為副產物的水(H₂O)。

通常，氫氣和氧氣(燃料電池的反應氣體)穿過電解質膜。同時，產生過氧化氫(HOOH)。過氧化氫產生含氧自由基，例如羥基自由基(·OH)和過氧化羥基自由基(·OOH)。這些自由基攻擊全氟磺酸基電解質膜，導致該膜的化學降解，最終產生降低燃料電池的耐久性的不良影響。

作為減緩這種電解質膜的化學降解的常規技術，建議向電解質膜中添加各種抗氧化劑。

抗氧化劑的典型實例為鈰基抗氧化劑。向電解質膜中添加氧化鈰或三價或四價鈰離子。鈰離子作為抗氧化劑具有優異的性能，但是具有由于自擴散或電滲透現象而容易排出到電解質膜外部的缺點，這是由電解質膜中的水分或氫離子的運動造成的。

本背景部分公開的上述信息僅用于增強對本發明的背景的理解。因此，背景部分可能包括不構成該國家的本領域技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明致力于解決與現有技術相關的上述問題。

本發明的主題為提供一種通過阻止處于離子態的抗氧化劑被排出到外部而具有改進的化學耐久性的膜-電極組件的電解質膜。本發明的主題也為提供一種膜-電極組件的電解質膜的制造方法。

然而，本發明所要實現的主題并不限于上述主題。從下文的描述中，本發明的主題將更加明顯，并且將依靠所附權利要求書中指出的元件或組合來實現。

一方面，本發明提供了一種膜-電極組件的電解質膜。所述電解質膜包括組合物。所述組合物包括抗氧化劑和圍繞抗氧化劑的第一離聚物，其中所述組合物分散于第二離聚物中。所述第二離聚物為聚合物基質。

在一個實施方案中，抗氧化劑可以處于離子態。

在另一個實施方案中，抗氧化劑可以為選自Ce³⁺、Ce⁴⁺、Mg²⁺、Mg³⁺和其組合的過渡金屬離子。

在另一個實施方案中，第一離聚物可以為全氟磺酸(PFSA)。

在另一個實施方案中，第一離聚物的側鏈和抗氧化劑可以彼此電化學吸引。

在另一個實施方案中，第二離聚物可以為全氟磺酸(PFSA)。

在另一個實施方案中，電解質膜可以包括離子通道。所述離子通道可以是質子移動通過的通道，并且所述組合物可以位于離子通道中。