專利名稱：燃料電池電解質(zhì)膜及制造方法、膜電極組合件和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及燃料電池電解質(zhì)膜、膜電極組合件、燃料電池，以及用于制造所述燃料電池電解質(zhì)膜的方法
背景技術(shù)：
燃料電池作為下一代清潔能源已經(jīng)引起了人們的注意。例如，聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFC)包括膜電極組合件(MEA)作為基礎(chǔ)部件。膜電極組合件通過結(jié)合并一體成型陽極氣體擴散電極、具有離子電導性的聚合物膜(即，電解質(zhì)膜)以及陽極氣體擴散電極來獲得。作為燃料電池電解質(zhì)膜，包括堿性聚合物和強酸的復合物的膜，例如摻雜磷酸的聚苯并咪唑的聚合物膜，已經(jīng)引起了關(guān)注。JP2008-507082A(后文稱作參考文件1)公開了使用摻雜磷酸的膜的燃料電池可以在高于100°C溫度下操作，而不使燃料濕潤。此外，已知聚苯并咪唑是適合用于電解質(zhì)膜中的聚合物。然而，摻雜磷酸的電解質(zhì)膜一般為溶膠凝膠態(tài)，其可能導致在例如受壓時損壞。因此，為了減小受壓時對壓力板、膜電極組合件，以及聚合物膜的損傷，參考文件1公開了使用不可壓縮保護層和墊片制造膜電極組合件的方法。如參考文件1中所述，受壓時，在使用不可壓縮保護層和墊片的情況中，聚合物膜的損傷可以減小到一定程度。然而，由于構(gòu)成電極的氣體擴散層(GDL)的尺寸精確度有很大差異，可能難以減小由氣體擴散電極相對于聚合物膜的伸出而造成的聚合物膜的損傷。 因此，產(chǎn)生了交叉泄露(即，漏電流)，從而降低了耐久性。由此存在對于減小交叉泄露的燃料電池電解質(zhì)膜、膜電極組合件、燃料電池，以及用于制造燃料電池電解質(zhì)膜的方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的一方面，燃料電池電解質(zhì)膜包括由包含磷酸的堿性聚合物形成的第一電解質(zhì)膜，以及由包含磷酸的堿性聚合物分別形成的第二和第三電解質(zhì)膜，在所述第二和第三電解質(zhì)膜之間夾持所述第一電解質(zhì)膜。所述第一電解質(zhì)膜包含的磷酸濃度大于所述第二和第三電解質(zhì)膜的每一個中含有的磷酸濃度。燃料電池電解質(zhì)膜以如下方式構(gòu)造均具有相對較低濃度磷酸的第二和第三電解質(zhì)膜將具有相對較高濃度磷酸的第一電解質(zhì)膜夾在中間并對其支撐。亦即，比第一電解質(zhì)膜更堅固的第二和第三電解質(zhì)膜的表面分別與陽極氣體擴散電極和陰極氣體擴散電極相接觸。由此，減小了在燃料電池電解質(zhì)膜被施壓時，燃料電池電解質(zhì)膜作為整體的損傷，這導致交叉泄露(即漏電流)的減少，亦即在保證電導率的狀態(tài)下耐久性的增加。第一電解質(zhì)膜是溶膠凝膠膜，并且第二和第三電解質(zhì)膜是磷酸浸漬的澆注膜。相應(yīng)地，布置為分別與陽極氣體擴散電極和陰極氣體擴散電極相接觸的第二和第三電解質(zhì)膜(磷酸浸漬的澆注膜)具有較低的磷酸濃度，并且由此比第一電解質(zhì)膜(溶膠凝膠膜)具有更大的剛度。由此，減小了在燃料電池電解質(zhì)膜被施壓時燃料電池電解質(zhì)膜作為整體的損傷，這導致交叉泄露(即漏電流)的減少，亦即在保證電導率的狀態(tài)下耐久性的增加。堿性聚合物是聚苯并咪唑。第二和第三電解質(zhì)膜在第一到第三電解質(zhì)膜的平面方向相對于所述第一電解質(zhì)膜的端部向外延伸，所述第一電解質(zhì)膜由所述第二和第三電解質(zhì)膜的端部密封。因此，實現(xiàn)了通過密封第一電解質(zhì)膜預(yù)防磷酸的泄露，即有效減小了交叉泄露。膜電極組合件包括燃料電池電解質(zhì)膜、層疊在燃料電池電解質(zhì)膜第一側(cè)表面上的陽極氣體擴散電極，以及層疊在燃料電池電解質(zhì)膜的第二側(cè)表面上的陰極氣體擴散電極。膜電極組合件包括燃料電池電解質(zhì)膜，該燃料電池電解質(zhì)膜在受壓時的損傷被減小。因此，減小了膜電極組合件作為整體的交叉泄露，由此在確保電導率的同時增強耐久性。
燃料電池包括膜電極組合件、與所述膜電極組合件的所述陽極氣體擴散電極相接觸并且由燃料氣體通道形成的陽極隔離器，以及與所述膜電極組合件的所述陰極氣體擴散電極相接觸并且由氧化劑氣體通道形成的陰極隔離器。燃料電池包括燃料電池電解質(zhì)膜，該燃料電池電解質(zhì)膜在受壓時其損傷減小。因此，減小了膜電極組合件作為整體的交叉泄露，由此在確保電導率的同時增強耐久性。一種用于制造燃料電池電解質(zhì)膜的方法包括通過沉積包含磷酸的堿性聚合物而制造第一電解質(zhì)膜的第一電解質(zhì)膜制造過程；通過沉積包含磷酸(所述磷酸的濃度低于第一電解質(zhì)膜中含有的磷酸的濃度)的堿性聚合物而制造第二電解質(zhì)膜的第二電解質(zhì)膜制造過程；通過沉積包含磷酸(所述磷酸的濃度低于第一電解質(zhì)膜中含有的磷酸的濃度)的堿性聚合物而制作第三電解質(zhì)膜的第三電解質(zhì)膜制造過程；以及通過在第二和第三電解質(zhì)膜之間夾持第一電解質(zhì)膜而制作燃料電池電解質(zhì)膜的燃料電池電解質(zhì)膜制造過程。燃料電池電解質(zhì)膜以如下方式構(gòu)造均具有相對較低濃度磷酸的第二和第三電解質(zhì)膜夾持具有相對較高濃度磷酸的第一電解質(zhì)膜。亦即，比第一電解質(zhì)膜更堅固的第二和第三電解質(zhì)膜的表面分別與陽極氣體擴散電極和陰極氣體擴散電極相接觸。由此，減小了在燃料電池電解質(zhì)膜被施壓時，該燃料電池電解質(zhì)膜作為整體的損傷，這導致交叉泄露 (即漏電流)的減少，亦即在保證電導率的狀態(tài)下耐久性的增加。第一電解質(zhì)膜通過在所述第一電解質(zhì)膜制造過程中的溶膠凝膠方法來形成；第二電解質(zhì)膜通過在所述第二電解質(zhì)膜制造方法中的澆注方法、然后用磷酸溶液浸漬來形成； 第三電解質(zhì)膜通過在所述第三電解質(zhì)膜制造方法中的澆注方法、然后用磷酸溶液浸漬來形成。因此，布置為分別與陽極氣體擴散電極和陰極氣體擴散電極相接觸的第二和第三電解質(zhì)膜(磷酸浸漬的澆注膜)具有比第一電解質(zhì)膜(溶膠凝膠膜)較低的磷酸濃度，并由此具有更大的剛性。由此，減小了在燃料電池電解質(zhì)膜被施壓時，燃料電池電解質(zhì)膜作為整體的損傷，這導致交叉泄露(即漏電流)的減少，亦即在保證電導率的狀態(tài)下耐久性的增加。


由以下參考附圖考慮的詳細描述，本公開的前述和附加的特征和特性將變得更加明顯，其 中圖1是根據(jù)本文公開的一個實施方案的包括燃料電池電解質(zhì)膜的膜電極組合件的橫截面視圖；圖2是根據(jù)本文公開一個實施方案的適當實施例的包括燃料電池電解質(zhì)膜的膜電極組合件的橫截面視圖；圖3是包括圖2中圖示的膜電極組合件的燃料電池的橫截面視圖；圖4是說明圖3中圖示的燃料電池的發(fā)電功能的透視圖；圖5是根據(jù)對比例的膜電極組合件的橫截面視圖；圖6是圖示根據(jù)實施方案的第一至第四實施例和對比例的膜電極組合件的實驗結(jié)果的圖表；圖7是圖示本發(fā)明一個實施方案的改良實施例的橫截面視圖。
具體實施例方式
將參考附圖解釋實施方案。[包括燃料電池電解質(zhì)膜的膜電極組合件]如圖1中圖示的，用于燃料電池的膜電極組合件1包括燃料電池電解質(zhì)膜2、陽極氣體擴散電極3，以及陰極氣體擴散電極4。燃料電池電解質(zhì)膜2被夾持在陽極氣體擴散電極3和陰極氣體擴散電極4之間。燃料電池電解質(zhì)膜2包括第一電解質(zhì)膜5、第二電解質(zhì)膜6和第三電解質(zhì)膜7。第二和第三電解質(zhì)膜6和7布置為使得將第一電解質(zhì)膜5夾住并支撐(即夾持)在它們之間。 第一電解質(zhì)膜5由包括磷酸的堿性聚合物形成。作為堿性聚合物，例如，可應(yīng)用本領(lǐng)域中一般使用的包括至少一個氮原子的聚合物，特別是，在骨架鏈和/或側(cè)鏈上包括一個氮原子的聚合物。這樣的堿性聚合物期望在重復單元中含有至少一個氮原子，并且進一步期望在重復單元中含有包括至少一個氮原子的芳香環(huán)(例如，五元環(huán)或六元環(huán))。此時，除包括一個氮原子的重復單元以外還具有不包括氮原子的重復單元的共聚物也可以用作堿性聚合物。具體地，例如，聚苯并咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并 P惡唑、聚$惡二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四氮雜芘)、聚口惡唑、聚噻唑、聚乙烯基吡啶或聚乙烯基咪唑可以用于堿性聚合物。此時，最期望的或適合的聚合物是聚苯并咪唑。 聚苯并咪唑的化學結(jié)構(gòu)的例子如下所示。[化學式1]堿性聚合物可以通過交聯(lián)劑在燃料電池電解質(zhì)膜2交聯(lián)。因為交聯(lián)，聚合物的強度增加，以抑制燃料電池電解質(zhì)膜2的收縮。例如，聚氨酯交聯(lián)劑可以作用交聯(lián)劑。磷酸對應(yīng)于多磷酸(Ηη+2Ρη03η+1) (η > 1)，其具有含量至少83% (通過酸量滴定以 P2O5 if )的磷酸(H3PO3)、正磷酸(H3PO4)、焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)和偏磷酸，或其混合物。第一電解質(zhì)膜5中含有 的磷酸濃度對應(yīng)于，例如，借助于堿性聚合物的浸漬或摻雜而在第一電解質(zhì)膜5中含有并保持的磷酸分子的濃度(例如重量百分比濃度)。此時， 第一電解質(zhì)膜5中含有的磷酸濃度可通過浸漬到堿性聚合物的磷酸濃度(例如，以重量計 80%或更大)、溫度條件(例如，20°C到1500C )，以及浸漬時間(例如，10到20分鐘)和磷酸的摻雜量的合適改變來調(diào)節(jié)。布置為分別從上側(cè)和下側(cè)夾持第一電解質(zhì)膜5的第二和第三電解質(zhì)膜6和7也以與第一電解質(zhì)膜5相同的方式由含有磷酸的堿性聚合物形成。構(gòu)成第二和第三電解質(zhì)膜6 和7的堿性聚合物和磷酸的原料與第一電解質(zhì)膜5的那些相同。另外，用于引起在第二和第三電解質(zhì)膜6和7中包含磷酸的方法也與第一電解質(zhì)膜5的相同。在磷酸以前述方式被包含的情況中，根據(jù)該實施方案，第二和第三電解質(zhì)膜6和7 的每個中磷酸的濃度規(guī)定為小于第一電解質(zhì)膜5中磷酸的濃度，以使第二和第三電解質(zhì)膜 6和7比第一電解質(zhì)膜5更堅固。堿性聚合物和磷酸的原料、磷酸的濃度、制造方法等等，在第二電解質(zhì)膜6和第三電解質(zhì)膜7之間可以等同或有區(qū)別。溶膠凝膠膜可以適合于第一電解質(zhì)膜5，而磷酸浸漬的澆注膜可以適合于各第二和第三電解質(zhì)膜6和7。此時，溶膠凝膠膜是由溶膠凝膠方法生產(chǎn)的膜，而磷酸浸漬的澆注膜是由澆注方法生產(chǎn)并且其上浸漬有磷酸的膜。溶膠凝膠膜和磷酸浸漬的澆注膜將在后文詳細解釋。在其中第一電解質(zhì)膜5以及第二和第三電解質(zhì)膜6和7由上述膜制作方法(即沉積)生產(chǎn)或制造的情況中，電解質(zhì)膜5、6和7的每個中磷酸的濃度可以容易地調(diào)節(jié)。陽極氣體擴散電極3層疊在燃料電池電解質(zhì)膜2的第一側(cè)表面上(即，在圖1中提供有第二電解質(zhì)膜6的表面上)。根據(jù)該實施方案，陽極氣體擴散電極3包括陽極催化劑層8和陽極氣體擴散層9。陽極催化劑層8包括？仏？(1、11~、他、08、1 11^11或48，或其合金， 并且最期望包括Pt。陽極催化劑層8布置在陽極氣體擴散層9和第二電解質(zhì)膜6之間，以便起到在陽極氣體擴散電極3處的化學反應(yīng)的催化劑功能。陽極氣體擴散層9 一般由平坦構(gòu)件形成，所述平坦構(gòu)件具有傳導性和耐酸性。例如，平坦構(gòu)件(例如碳纖維紙、石墨化碳纖維紙、碳纖維織物和石墨化碳纖維織物)被用于陽極氣體擴散層9。根據(jù)需要，平坦構(gòu)件用導電顆粒(例如碳黑)來浸漬。另外，根據(jù)需要， 在平坦構(gòu)件上實施防水工藝。陰極氣體擴散電極4層疊在燃料電池電解質(zhì)膜2的第二側(cè)表面上(即，在圖1中提供有第三電解質(zhì)膜7的表面上)。根據(jù)該實施方案，陰極氣體擴散電極4包括陰極催化劑層10和陰極氣體擴散層11。陰極催化劑層10也包括？仏？(1、11~、他、08、1 11^11或48，或其合金，并且最期望包括Pt。陰極催化劑層10布置在陰極氣體擴散層11和第三電解質(zhì)膜7 之間，以便起到在陰極氣體擴散電極4處的化學反應(yīng)的催化劑功能。陰極氣體擴散層11 一般也由平坦構(gòu)件形成，所述平坦構(gòu)件具有傳導性和耐酸性。 可以添加到陰極氣體擴散層11的材料也與可以添加到陽極氣體擴散層9的那些相同。膜電極組合件1的燃料電池電解質(zhì)膜2以如下方式構(gòu)造，即均具有相對較低的磷酸濃度的第二和第三電解質(zhì)膜6和7夾持具有相對較高磷酸濃度的第一電解質(zhì)膜5。亦即， 比第一電解質(zhì)膜5更堅固的第二和第三電解質(zhì)膜6和7的表面分別與陽極氣體擴散電極3和陰極氣體擴散電極4相接觸。由此，減小了在燃料電池電解質(zhì)膜2受壓時，該燃料電池電解質(zhì)膜2作為整體的損傷，這導致交叉泄露(即，漏電流)的減少，以及在確保電導率的狀態(tài)下耐久性的增加。此外，膜電極組合件1包括燃料電池電解質(zhì)膜2，該燃料電池電解質(zhì)膜 2受壓時其損傷減小。因此，減少了膜電極組合件1作為整體的交叉泄露，由此在確保電導率的同時增加耐久性。 根據(jù)該實施方案的燃料電池電解質(zhì)膜2，第二和第三電解質(zhì)膜6和7的端部可以在第一至第三電解質(zhì)膜5、6和7的平面方向上相對于第一電解質(zhì)膜5的端部向外延伸(如圖 1中 所示)，以便例如通過密封件、端部的接合來密封第一電解質(zhì)膜5。細節(jié)在下文參考圖2 來解釋。如圖2中所示，膜電極組合件1除了陽極氣體擴散電極3、陰極氣體擴散電極4以及第一至第三電解質(zhì)膜5至7以外，還包括墊片12。墊片12緊密地封閉將第一電解質(zhì)膜5 夾持在它們之間的第二和第三電解質(zhì)膜6和7的兩個端部。因此，抑制了磷酸從包括相對較多磷酸的第一電解質(zhì)膜5的泄露。墊片12可以具有任何構(gòu)造，只要墊片12夾持第二和第三電解質(zhì)膜6和7，由此密封第一電解質(zhì)膜5即可?；蛘?，第二和第三電解質(zhì)膜6和7的兩個端部可以接合，以由此密封第一電解質(zhì)膜5。根據(jù)包括具有前述構(gòu)造的燃料電池電解質(zhì)膜2的膜電極組合件1，除了源自于如上文所述和圖1中闡述的膜電極組合件1的結(jié)構(gòu)的效果以外，還實現(xiàn)了通過密封第一電解質(zhì)膜5來預(yù)防磷酸的泄露，即有效減少交叉泄露。[制造燃料電池電解質(zhì)膜的方法]將解釋用于制造燃料電池電解質(zhì)膜2的方法。用于制造燃料電池電解質(zhì)膜2的方法包括第一電解質(zhì)膜5的制造過程(第一電解質(zhì)膜制造過程)、第二電解質(zhì)膜6的制造過程(第二電解質(zhì)膜制造過程)、第三電解質(zhì)膜7的制造過程(第三電解質(zhì)膜制造過程)，以及燃料電池電解質(zhì)膜2的制造過程(燃料電池電解質(zhì)膜制造過程)。[1.制造第一電解質(zhì)膜5的方法]以磷酸(期望地，多磷酸)為溶劑同時將堿性聚合物的原材料混合到一起。將這樣的混合物在氮氣氛中攪拌、加熱，并反應(yīng)。通過已知的方法(例如，加熱狀態(tài)中的刮刀法) 使得到的反應(yīng)溶液經(jīng)歷沉積，以由此獲得通過溶膠凝膠方法制作的溶膠凝膠膜(即，第一電解質(zhì)膜5)。[2.制造第二電解質(zhì)膜6的方法]以磷酸(期望地，多磷酸)為溶劑同時將堿性聚合物的原材料混合到一起。將這樣的混合物在氮氣氛中攪拌、加熱，并反應(yīng)。將得到的反應(yīng)溶液放入超純水中，以便停止反應(yīng)并清洗。進一步，對反應(yīng)溶液重復中和和過濾，直到反應(yīng)溶液被中和，并隨后減壓干燥，由此獲得樹脂。然后將樹脂溶解在溶劑中，并通過已知的方法(例如，刮刀法)使得到的濾液經(jīng)歷膜制作過程，然后干燥，由此獲得通過澆注方法制作的澆注膜。此后，將獲得的澆注膜用磷酸浸漬，以獲得磷酸浸漬的澆注膜(即，第二電解質(zhì)膜6)。[3.制造第三電解質(zhì)膜7的方法]用于制造第三電解質(zhì)膜7的方法與第二電解質(zhì)膜6的相同，最終獲得磷酸浸漬的澆注膜(即，第三電解質(zhì)膜7)。然而此時，第三電解質(zhì)膜7的沉積方法和最終磷酸濃度可以不同于第二電解質(zhì)膜6的那些。
[4.制造燃料電池電解質(zhì)膜2的方法] 利用第二和第三電解質(zhì)膜6和7在如上述制造的用作溶膠凝膠膜的第一電解質(zhì)膜 5的兩個側(cè)表面對其進行夾持，由此獲得燃料電池電解質(zhì)膜2。在制造膜電極組合件1的情況下，以前述方式獲得的燃料電池電解質(zhì)膜2被陽極氣體擴散電極3和陰極氣體擴散電極4從其兩個側(cè)表面夾持。陽極氣體擴散電極3以如下方式制造，其中含有例如Pt的催化劑墨被施加到陽極氣體擴散層9，以形成層疊在陽極氣體擴散層9上的陽極催化劑層8。以相同的方式，陰極氣體擴散電極4如下制造，其中含有例如Pt的催化劑墨被施加到陰極氣體擴散層11，以形成層疊在陰極氣體擴散層11上的陰極催化劑層10。之后，將所得的由陽極氣體擴散電極3、燃料電池電解質(zhì)膜2以及陰極氣體擴散電極4形成的夾層形狀的層于高溫下加壓(即，熱壓)。結(jié)果，制造了圖1中闡述的膜電極組合件1。根據(jù)包括以前述方式制造的燃料電池電解質(zhì)膜2的膜電極組合件1，布置為分別與陽極氣體擴散電極3和陰極氣體擴散電極4相接觸的第二和第三電解質(zhì)膜6和7 (磷酸浸漬的澆注膜)具有較之第一電解質(zhì)膜5 (溶膠凝膠膜)更低的磷酸濃度，以及因此更大的剛性。由此，減小了當燃料電池電解質(zhì)膜2受壓時燃料電池電解質(zhì)膜2作為整體的損傷，這導致在確保導電性的同時，交叉泄露的減少和耐久性的增加。[燃料電池]接下來，將說明包括膜電極組合件1的燃料電池13 (聚合物電解質(zhì)燃料電池)。因為膜電極組合件1中包括的燃料電池電解質(zhì)膜2具有根據(jù)本發(fā)明的實施方案的特征，燃料電池13以及其單電池的構(gòu)造可以具有任何已知的構(gòu)造。下文描述這種構(gòu)造的實例。圖3圖示說明包括根據(jù)本發(fā)明實施方案的燃料電池電解質(zhì)膜2的燃料電池13的單電池。如圖3中闡述的，燃料電池13除圖2中闡述的膜電極組合件1之外，還包括陽極隔離器14和陰極隔離器15。陽極隔離器14包括交替排列的多個突出部分和凹入部分。含氮氣體(即，燃料氣體)流動通過的燃料氣體通道16形成在陽極隔離器14處。陽極隔離器14由導體材料制成。陰極隔離器15包括交替排列的多個突出部分和凹入部分。含氧氣體(即，氧化劑氣體)流動通過的氧化劑氣體通道17形成在陰極隔離器15處。陰極隔離器15由導體材料制成。由于前述的隔離器14和15，燃料氣體和氧化劑氣體分別且均勻地流動通過燃料電池13。此外，燃料電池13內(nèi)生成的水等被立即排出到其外部。為了易于理解，圖3圖示彼此平行排列的燃料氣體通道16和彼此平行排列的氧化劑氣體通道17的橫截面。圖4是用于解釋燃料電池13的發(fā)電功能的透視圖。如圖4中所示，一般地，燃料氣體通道16和氧化劑氣體通道17形成在燃料電池13處。燃料氣體和氧化劑氣體沿圖4 中的箭頭方向流動，以使燃料電池13進行發(fā)電。具體地，燃料氣體(即，氫氣)接觸陽極催化劑層8，以由此引起反應(yīng) 2H2 — 4H++4e-。前述反應(yīng)中生成的“H+”移動通過燃料電池電解質(zhì)膜2，并達到陰極氣體擴散電極4。然后借助于陰極催化劑層10，相對于氧化劑氣體(即，空氣中的氧)引起反應(yīng)4H++4e>02 - 2H20,由此獲得水。根據(jù)前述反應(yīng)，燃料電池13 (聚合物電解質(zhì)燃料電池)禾Ij 用氫和氧，通過電解反應(yīng)的相反過程進行發(fā)電。燃料電池13在例如從140°C至160°C的溫 度環(huán)境中使用。燃料電池13包括燃料電池電解質(zhì)膜2，所述燃料電池電解質(zhì)膜2受壓時其損傷得 到減小。結(jié)果，減少了燃料電池13作為整體的交叉泄露，由此在確保電導率的同時增強了 耐久性。[第一實施例]根據(jù)實施方案的第一實施例，膜電極組合件1包括燃料電池電解質(zhì)膜2，其中第一 電解質(zhì)膜5的厚度“a”(參見圖1)為40 y m，每個第二和第三電解質(zhì)膜6和7的厚度“b”(參 見圖1)為25 y m，并且每個第二和第三電解質(zhì)膜6和7的堿性聚合物是聚苯并咪唑(PBI)。首先，制備溶膠凝膠膜構(gòu)成的第一電解質(zhì)膜5。具體地，以l.Mg多磷酸(由 Sigma-Aldrich制造)為溶剤，在250毫升三頸可拆式燒瓶中，混合7. 587g的3，3 ‘ -ニ氨 基聯(lián)苯胺(由Sigma-Aldrich制造)和6. OOOg的間苯ニ甲酸(由Sigma-Aldrich制造)。 機械攪拌下，伴隨氮氣流氣氛，于200°C在油浴中加熱該混合物，以使反應(yīng)8小吋。得到的反 應(yīng)溶液基本上呈深棕色粘稠膏狀物形式。前述反應(yīng)中的化學反應(yīng)式如下所示。[化學反應(yīng)式2]
權(quán)利要求
1.一種燃料電池電解質(zhì)膜，包括由包含磷酸的堿性聚合物形成的第一電解質(zhì)膜(5)；以及由包含磷酸的堿性聚合物分別形成的第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)，并且在所述第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)之間夾持所述第一電解質(zhì)膜(5)，所述第一電解質(zhì)膜(5)中包含的磷酸濃度大于所述第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)的每一個中包含的磷酸濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)膜(2)，其中所述第一電解質(zhì)膜(5)是溶膠凝膠膜，并且所述第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)是磷酸浸漬的澆注膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)膜(2)，其中所述堿性聚合物是聚苯并咪唑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意之一所述的電解質(zhì)膜(2)，其中所述第二和第三電解質(zhì)膜 (6,7)在所述第一到第三電解質(zhì)膜(5，6，7)的平面方向上相對于所述第一電解質(zhì)膜(5)的端部向外延伸，所述第一電解質(zhì)膜(5)由所述第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)的端部密封。
5.一種膜電極組合件(1)，包括根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意之一所述的燃料電池電解質(zhì)膜(2)、層疊在所述燃料電池電解質(zhì)膜(2)的第一側(cè)表面上的陽極氣體擴散電極(3)，以及層疊在所述燃料電池電解質(zhì)膜(2)的第二側(cè)表面上的陰極氣體擴散電極(4)。
6.一種燃料電池(13)，包括根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜電極組合件(1)、與所述膜電極組合件⑴的所述陽極氣體擴散電極⑶相接觸并且由燃料氣體通道(16)形成的陽極隔離器(14)，以及與所述膜電極組合件(1)的所述陰極氣體擴散電極(4)相接觸并且由氧化劑氣體通道(17)形成的陰極隔離器(15)。
7.一種用于制造燃料電池電解質(zhì)膜(2)的方法，包括通過沉積包含磷酸的堿性聚合物來制造第一電解質(zhì)膜(5)的第一電解質(zhì)膜制造過程；通過沉積包含磷酸的堿性聚合物來制造第二電解質(zhì)膜(6)的第二電解質(zhì)膜制造過程， 所述第二電解質(zhì)膜(6)中包含的磷酸濃度低于所述第一電解質(zhì)膜(5)中包含的磷酸濃度；通過沉積包含磷酸的堿性聚合物來制造第三電解質(zhì)膜(7)的第三電解質(zhì)膜制造過程， 所述第三電解質(zhì)膜(7)中包含的磷酸濃度低于所述第一電解質(zhì)膜(5)中包含的磷酸濃度； 以及通過在所述第二和第三電解質(zhì)膜(6，7)之間夾持所述第一電解質(zhì)膜(5)來制造所述燃料電池電解質(zhì)膜(2)的燃料電池電解質(zhì)膜制造過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造所述燃料電池電解質(zhì)膜(2)的方法，其中在所述第一電解質(zhì)膜制造過程中，通過溶膠凝膠方法來形成所述第一電解質(zhì)膜(5)；在所述第二電解質(zhì)膜制造過程中，通過澆注方法、然后用磷酸溶液浸漬來形成所述第二電解質(zhì)膜(6)；以及在所述第三電解質(zhì)膜制造過程中，通過澆注方法、然后用磷酸溶液浸漬來形成所述第三電解質(zhì)膜(7)。
全文摘要
一種燃料電池電解質(zhì)膜(2)，包括由包含磷酸的堿性聚合物形成的第一電解質(zhì)膜(5)，以及由包含磷酸的堿性聚合物形成的第二和第三電解質(zhì)膜(6、7)，在所述第二和第三電解質(zhì)膜(6、7)之間夾持所述第一電解質(zhì)膜(5)。所述第一電解質(zhì)膜(5)包含的磷酸濃度大于每個所述第二和第三電解質(zhì)膜(6、7)中包含的磷酸濃度。
文檔編號B32B27/18GK102386424SQ20111026080
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
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