專利名稱：用于防止電極降解的四甲氧基苯基卟啉鈷(II) (CoTMPP)離聚物穩(wěn)定化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導膜和電極。
背景技術(shù)：
燃料電池在許多應(yīng)用中用作電源。尤其，燃料電池被建議用于汽車以替代內(nèi)燃機。 通常使用的燃料電池設(shè)計使用固體聚合物電解質(zhì)(“SPE”)膜或質(zhì)子交換膜(“PEM”)，以提供在陽極和陰極之間的離子輸送。在質(zhì)子交換膜型燃料電池中，氫作為燃料供應(yīng)給陽極，而氧作為氧化劑供應(yīng)給陰極。該氧可以為純形式(O2)或空氣(02和隊的混合物)。PEM燃料電池典型地具有膜電極組件(“MEA”)，其中固態(tài)聚合物膜在一個面上具有陽極催化劑，并且在相反的面上具有陰極催化劑。典型的PEM燃料電池的陽極層和陰極層由多孔導電性材料如織造石墨、石墨化的片材、或碳紙形成，以便能使燃料分散膜的在面對燃料供應(yīng)電極的表面上。每一電極具有擔載于碳顆粒上的磨碎的催化劑顆粒(例如鉬顆粒)，以促進氫在陽極的氧化和氧在陰極的還原。質(zhì)子從陽極通過該離子傳導聚合物膜流入到陰極，在陰極處，它們與氧結(jié)合形成水， 該水從電池中排出。典型地，該離子傳導聚合物膜包括全氟化磺酸(“PFSA”)離聚物。該MEA夾在一對多孔氣體擴散層(“GDL”)之間，該多孔氣體擴散層進而夾在一對無孔的導電性元件或板之間。該板起陽極和陰極的集電器的作用，并且含有在其中形成的適當?shù)耐ǖ篮烷_口，用于將燃料電池的氣體反應(yīng)劑分配到各陽極和陰極催化劑的表面上。 為了有效地產(chǎn)生電能，PEM燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜必須是薄的，化學上穩(wěn)定的，質(zhì)子透過的，非導電性和不透氣的。在典型的應(yīng)用中，燃料電池以多個獨立的燃料電池堆的陣列提供，以便提供高水平的電功率。離子傳導聚合物膜降解的一種機制是經(jīng)由在升高的溫度下在開路電壓(OCV)和干燥操作條件下的氟的損失(即氟化物放出)。需要PFSA膜中的添加劑來改進燃料電池壽命， 增加膜耐久性和減少在這些條件下的氟化物放出。因此，對于具有減少的氟化物放出的改進離子傳導膜存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在至少一個實施方案中提供用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導膜/電極組合而解決一個或多個現(xiàn)有技術(shù)的問題。該離子導電膜/電極組件包括離子傳導膜、第一電極和第二電極。第一電極設(shè)置在離子傳導膜的第一個面上，而第二電極設(shè)置在離子導電膜的第二個面上。該離子傳導膜包括離子導電聚合物和足以減少膜中的氟化物放出的量的、至少部分地分散在離子導電聚合物中的含卟啉的化合物。類似地，第一電極和第二電極的一個或兩者包括離子導電聚合物和足以減少膜中的氟化物放出的量的、至少部分地分散在離子導電聚合物中的含卟啉的化合物。而且，引入含卟啉的化合物有利地提高了膜和電極壽命，同時減低了在95°C和50%相對濕度下在開路條件下運行的燃料電池中的電極電壓
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池應(yīng)用的膜/電極組件，該膜/電極組件包括 離子傳導膜，其包括離子傳導聚合物和含卟啉的化合物；第一電極，其設(shè)置在所述離子傳導膜的第一個面上；和第二電極，其設(shè)置在所述離子傳導膜的第二個面上，第一電極和第二電極的至少一個包括含卟啉的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜/電極組件，其中該含卟啉的化合物包括具有式1的部分
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜/電極組件，其中隊、R2、R3、R4彼此獨立地是取代或未被取代的烷基或苯基。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜/電極組件，其中隊、R2、R3、R4各自是苯基甲氧基。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜/電極組件，其中R5>R6> R7、R8> R9、R10> Rn、R12各自是氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜/電極組件，其中該含卟啉的化合物具有式2
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜/電極組件，其中M是C02+、C03+、Fe2+、Fe3+、Mg1+、Mg2+、Mn1+、 Mn2+、Mn3+、ClMn3+, HOMn3+, Cu+1、Cu2+、Ni1+、Ni2+、Pd1+、Pd2+、Ru1+、Ru2+、Ru4+、Vn4\ Zn1+、Zn2+、Al3+、 B、Si (OH) 22+、Al3+、HOIn3+, HOIn3+, Pb2+、Ag\ Sn2\ Sn4\ Ti3+、Ti4+、V0\ Pt2+、Ce3+ 或 Ce4+。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜/電極組件，其中該含卟啉的化合物是四甲氧基苯基卟啉 Co (II)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜/電極組件，其中該離子傳導聚合物是磺化的、基于四氟乙烯的氟聚合物-共聚物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜/電極組件，其中該離子傳導聚合物包括全氟環(huán)丁基部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于防止電極降解的四甲氧基苯基卟啉鈷(II)(CoTMPP)離聚物穩(wěn)定化。更具體而言涉及用于燃料電池應(yīng)用的膜/電極組件包括離子傳導聚合物和至少部分地分散在該離子傳導聚合物內(nèi)的含卟啉的化合物、第一電極和第二電極。第一電極和第二電極的至少之一也包括該含卟啉的化合物。該膜/電極組件與沒有引入這種含卟啉的化合物的膜/電極組件相比顯示出改進的性能。
文檔編號C07D487/22GK102222791SQ20111009492
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者J·張, M·R·謝內(nèi)維斯, T·J·富勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司