[發(fā)明專利]用于燃料電池的電解質(zhì)膜及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011172667.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN112751043A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金容民;金柄秀;吳昇貞;洪雄杓;金民暻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社;起亞自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 崔龍鉉;李新娜

本公開涉及一種具有改善的化學(xué)耐久性的用于燃料電池的電解質(zhì)膜及其制造方法。具體地，該方法包括：制備聚合物膜；將催化劑金屬沉積在聚合物膜的一個(gè)表面或相對(duì)表面上以獲得增強(qiáng)層；以及用離聚物浸漬增強(qiáng)層以獲得電解質(zhì)膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種具有改善的化學(xué)耐久性的用于燃料電池的電解質(zhì)膜及其制造方法。

背景技術(shù)

在聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(Polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)中，電解質(zhì)膜用于傳輸氫離子。為了傳輸氫離子，使用離子交換材料來制造電解質(zhì)膜。離子交換材料包含水分，以便將在陽極(anode)產(chǎn)生的氫離子選擇性地移動(dòng)到陰極(cathode)。

由于氫的滲透(crossover)導(dǎo)致電解質(zhì)膜的劣化而降低了電解質(zhì)膜的耐久性。由于氫的滲透，在電解質(zhì)膜和陰極之間的界面處氫與氧接觸，從而產(chǎn)生過氧化氫。過氧化氫分解為羥基(Hydroxyl)自由基(·OH)和氫過氧(Hydroperoxyl)自由基(·OOH)等，從而使電解質(zhì)膜劣化。

近年來，為了降低成本并減小電解質(zhì)膜的離子電阻，電解質(zhì)膜的厚度越來越薄。電解質(zhì)膜越薄，氫的滲透量越大。結(jié)果，電解質(zhì)膜的壽命逐漸降低。

為了解決上述問題，已經(jīng)提出了向電解質(zhì)膜的離子交換層添加少量催化劑以防止自由基生成的技術(shù)。然而，如上所述，在將催化劑添加到離子交換層中的情況下，容易破壞電解質(zhì)膜的絕緣性，并且增加了催化劑的添加量。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本公開背景的理解，因此，其可能包含不構(gòu)成該國普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

做出本公開以解決與現(xiàn)有技術(shù)關(guān)聯(lián)的上述問題。

本公開的目的是提供一種能夠防止氫氣和/或氧氣傳輸?shù)挠糜谌剂想姵氐碾娊赓|(zhì)膜及其制造方法。

本公開的另一目的是提供一種用于燃料電池的電解質(zhì)膜及其制造方法，該用于燃料電池的電解質(zhì)膜與將催化劑添加到離子交換層的傳統(tǒng)電解質(zhì)膜相比，可以更有效地去除氧氣。

本公開的再一目的是提供一種用于燃料電池的電解質(zhì)膜及其制造方法，該用于燃料電池的電解質(zhì)膜能夠顯著減少催化劑金屬的負(fù)載量，同時(shí)表現(xiàn)出與將催化劑添加到離子交換層的傳統(tǒng)電解質(zhì)膜的功能相同或進(jìn)一步改善的功能。

本公開的目的不限于上述目的。從以下描述中將清楚地理解本公開的目的，并且本公開的目的可以通過權(quán)利要求書中限定的手段及其組合來實(shí)現(xiàn)。

在一方面中，本公開提供一種用于燃料電池的電解質(zhì)膜的制造方法，該方法包括以下步驟：制備聚合物膜；將催化劑金屬沉積在聚合物膜的一個(gè)表面或相對(duì)表面上以獲得增強(qiáng)層；以及用離聚物浸漬增強(qiáng)層以獲得電解質(zhì)膜。

該方法可以進(jìn)一步包括以下步驟：對(duì)電解質(zhì)膜進(jìn)行干燥。

聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)。

催化劑金屬可以包括選自包括鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、釕(Ru)及其組合的組中的一種。

催化劑金屬可以具有顆粒形式，并且催化劑金屬的粒徑可以為1nm至50nm。

可以通過濺射或原子層沉積(ALD)將催化劑金屬沉積在聚合物膜上。

在沉積催化劑金屬之前和/或之后，拉伸聚合物膜以獲得增強(qiáng)層。

增強(qiáng)層可以為包括表面和孔的多孔膜，并且催化劑金屬可以僅沉積在增強(qiáng)層的表面上。

沉積在增強(qiáng)層上的催化劑金屬的負(fù)載量可以為0.001mg/cm²至0.1mg/cm²。