專(zhuān)利名稱(chēng)：包含聚(乙酸乙烯酯)和聚(乙烯醇)的親水性聚合電解質(zhì)膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導(dǎo)膜，其能夠在無(wú)需外部增濕的情況下在 高溫操作。
背景技術(shù)：
燃料電池在許多應(yīng)用領(lǐng)域用作電源。特別建議在汽車(chē)中使用燃料電池代替內(nèi)燃 機(jī)。常用的燃料電池設(shè)計(jì)使用固體聚合物電解質(zhì)(“SPE”)膜或質(zhì)子交換膜(“PEM”)以提供 陽(yáng)極與陰極之間的離子傳輸，同時(shí)還充當(dāng)電絕緣體。在質(zhì)子交換膜型燃料電池中，氫作為燃料供應(yīng)給陽(yáng)極，氧作為氧化劑供應(yīng)給陰極。 氧可以是純氧(O2)或空氣形式(O2和N2的混合物)。PEM燃料電池典型地具有膜電極組件 (“MEA”)，其中固體聚合物膜在一面上具有陽(yáng)極催化劑，在相反面上具有陰極催化劑。典型 的PEM燃料電池的陽(yáng)極層和陰極層由多孔傳導(dǎo)性材料，如編織石墨、石墨化片材或碳紙，形 成以使燃料能夠分散在朝向燃料供給電極的膜表面上。各電極具有負(fù)載在碳粒子上的細(xì)碎 催化劑粒子(例如鉬粒子)以促進(jìn)氫在陽(yáng)極處的氧化和氧在陰極處的還原。質(zhì)子從陽(yáng)極穿過(guò) 離子傳導(dǎo)聚合物膜流向陰極，在此它們與氧結(jié)合形成水，水從電池中排出。典型地，離子傳 導(dǎo)聚合物膜包括全氟磺酸(PFSA)離聚物。MEA夾在一對(duì)多孔氣體擴(kuò)散層(“⑶L”)之間，這對(duì)⑶L又夾在一對(duì)導(dǎo)電元件或板之 間。該板充當(dāng)陽(yáng)極和陰極的集流器，并含有在其中形成的用于將該燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)物 分配在各自的陽(yáng)極和陰極催化劑表面上的適當(dāng)?shù)耐ǖ篮烷_(kāi)口。為了有效地產(chǎn)生電力，PEM燃 料電池的聚合物電解質(zhì)膜必須是薄的、化學(xué)穩(wěn)定的、可傳輸質(zhì)子的、不導(dǎo)電的和不透氣的。 在典型用途中，燃料電池以在堆中的許多單個(gè)燃料電池的陣列形式提供以提供大量電力。 盡管與離子傳導(dǎo)膜相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)合理地良好運(yùn)行，但必須小心操作以確保膜保持濕潤(rùn)。 特別地，有相當(dāng)大興趣的是能夠在具有最小限度的外部增濕下于升高的溫度操作的用于汽 車(chē)燃料電池應(yīng)用的聚合電解質(zhì)膜。因此，需要能夠在具有最小限度外部增濕的情況下于升高的溫度操作的改進(jìn)的離 子傳導(dǎo)膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)在至少一個(gè)實(shí)施方案中提供用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導(dǎo)膜解決了 現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。該離子傳導(dǎo)膜包括聚乙烯基聚合物與不同于聚乙烯基聚合物 的離子傳導(dǎo)聚合物的組合。有利地，該實(shí)施方案的離子傳導(dǎo)膜能夠在燃料電池中在具有最 小限度外部增濕的情況下于升高的溫度(高達(dá)120°C )操作。本發(fā)明進(jìn)一步體現(xiàn)在如下方面 1.燃料電池，包括
第一催化劑層；第二催化劑層；
插入在所述第一和第二催化劑層之間的離子傳導(dǎo)膜，所述離子傳導(dǎo)膜包括 聚乙烯基聚合物；
不同于所述聚乙烯基聚合物的離子傳導(dǎo)聚合物； 禾口
與所述第一和第二催化劑層連通的一組導(dǎo)電流場(chǎng)板。2.方面1的燃料電池，其中所述聚乙烯基聚合物包括聚乙烯基酯。3.方面1的燃料電池，其中所述聚乙烯基酯包括具有下式的多個(gè)部分
權(quán)利要求
1.燃料電池，包括第一催化劑層； 第二催化劑層；插入在所述第一和第二催化劑層之間的離子傳導(dǎo)膜，所述離子傳導(dǎo)膜包括 聚乙烯基聚合物；不同于所述聚乙烯基聚合物的離子傳導(dǎo)聚合物； 和與所述第一和第二催化劑層連通的一組導(dǎo)電流場(chǎng)板。
2.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述聚乙烯基聚合物包括聚乙烯基酯。
3.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述聚乙烯基酯包括具有下式的多個(gè)部分
4.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括多個(gè)給質(zhì)子基團(tuán)，所述給質(zhì) 子基團(tuán)包括選自由_S02X、-PO3H2和-COX組成的組的組員， X是-0H、鹵素、酯或
5.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括PFSA聚合物。
6.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括全氟環(huán)丁基。
7.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括由式1描述的聚合物
8.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括聚合物鏈段12
9.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物包括PFSA聚合物。
10.權(quán)利要求1的燃料電池，其中所述離子傳導(dǎo)聚合物是包含基于全氟乙烯基化合物 的聚合單元和基于四氟乙烯的聚合單元的共聚物，所述全氟乙烯基化合物表示為CF2=CF- (OCF2CFX1) m-0r- (CF2) ,-SO3H其中m表示0-3的整數(shù)，q表示1-12的整數(shù)，r表示0或1，以及X1表示氟原子或三氟
全文摘要
本發(fā)明涉及包含聚(乙酸乙烯酯)和聚(乙烯醇)的親水性聚合電解質(zhì)膜。尤其涉及用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導(dǎo)膜，其包括聚乙烯基聚合物與不同于該聚乙烯基聚合物的離子傳導(dǎo)聚合物的組合。該實(shí)施方案的離子傳導(dǎo)膜能夠在燃料電池中在具有最小限度外部增濕的情況下于升高的溫度操作。還提供了在第一和第二催化劑層之間引入有所述離子傳導(dǎo)膜的燃料電池。
文檔編號(hào)C08L29/04GK102117927SQ20101061415
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者F·康斯, M·R·謝內(nèi)維斯, S·M·麥金農(nóng), T·J·富勒 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司