聚烯烴-全氟環(huán)丁基(pfcb)離聚物的制作方法
【專利摘要】一種制備離子傳導(dǎo)膜的方法，包括使具有通式1的化合物與具有聚合物片段2的聚合物反應(yīng)以形成具有聚合物片段2和聚合物片段3的共聚物的步驟：隨后將該具有聚合物片段2和聚合物片段3的共聚物形成離子傳導(dǎo)膜，其中Z為C6-80脂族基團、聚醚或全氟聚醚；Y為二價連接基團；E0為含烴部分；Q1為全氟環(huán)丁基部分；P1、P2各自獨立地為不存在、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、-NR2-或-R3-；R2為C1-25烷基，C1-25芳基或C1-25亞芳基；和R3為C1-25亞烷基，C1-25全氟亞烷基、全氟烷基醚、烷基醚或C1-25亞芳基。
【專利說明】聚烯烴-全氟環(huán)丁基(PFCB)離聚物[0001 ] 本發(fā)明涉及用于燃料電池的離子傳導(dǎo)膜。
【背景技術(shù)】
[0002]在質(zhì)子交換膜類型燃料電池中，氫作為燃料供應(yīng)給陽極，氧作為氧化劑供應(yīng)給陰極。氧可以是純氧(O2)或空氣形式(02和隊的混合物)。PEM燃料電池通常具有膜電極組件(“MEA”)，其中固體聚合物膜在一個面上具有陽極催化劑，在另一個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是由多孔傳導(dǎo)性材料，例如編織石墨、石墨化片材或炭紙，構(gòu)成以使燃料能夠分散朝向燃料供給電極的膜表面上。通常，離子傳導(dǎo)聚合物膜包括全氟磺酸(PFSA)離聚物。
[0003]每個催化劑層都有細碎的催化劑顆粒(例如，鉬顆粒)，負載于炭顆粒上，以促進陽極上氫的氧化，和陰極上氧的還原。質(zhì)子從陽極穿過離子傳導(dǎo)聚合物膜流向陰極，在那里質(zhì)子與氧混合形成水，其從電池中排出。
[0004]MEA夾于一對多孔氣體擴散層(“⑶L”)之間，其又夾于一對導(dǎo)電流場元件或板之間。該極板充當(dāng)陽極和陰極的集流器作用，并包含形成在其中的合適的通道和開口以將燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)物分配到各自的陽極和陰極催化劑表面上。為了高效發(fā)電，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、可傳導(dǎo)質(zhì)子的，不導(dǎo)電的和不透氣的。在典型的應(yīng)用中，燃料電 池以堆疊的許多單獨的燃料電池的陣列提供，以提供高水平的電力。
[0005]在許多燃料電池應(yīng)用中，電極層由油墨組合物構(gòu)成，所述組合物包含貴金屬和全氟磺酸聚合物(PFSA)。例如，PFSA通常在質(zhì)子交換膜燃料電池的電極層制造中添加到Pt/C催化劑油墨中，該Pt/C催化劑油墨，從而為分散的Pt納米顆粒催化劑提供質(zhì)子傳導(dǎo)性和提供多孔碳網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。傳統(tǒng)燃料電池催化劑結(jié)合了表面上沉積有鉬的炭黑和離聚物。炭黑提供了(部分)高表面積傳導(dǎo)基質(zhì)。沉積的鉬提供了催化性能，以及離聚物提供了質(zhì)子傳導(dǎo)組分。電極由包含炭黑催化劑和離聚物的油墨形成，它們經(jīng)過干燥相結(jié)合形成了電極層。
[0006]因此，本發(fā)明提供了制備用于燃料電池應(yīng)用的離子傳導(dǎo)膜的改進方法。
發(fā)明概述
[0007]本發(fā)明通過在至少一個實施方案中提供一種制備離子傳導(dǎo)膜的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個問題。該方法包括使具有通式I的化合物與具有聚合物片段2的聚合物反應(yīng)以形成具有聚合物片段2和聚合物片段3的共聚物的步驟:
【權(quán)利要求】
1.一種制備離子傳導(dǎo)膜的方法，所述方法包括: a)使具有通式I的化合物與具有聚合物片段2的聚合物反應(yīng):
2.權(quán)利要求1的方法，其中Z為C6,烷基或C6_8(l烯基。
3.權(quán)利要求1的方法，進一步包括磺化所述具有聚合物片段2和聚合物片段3的共聚物。
4.權(quán)利要求1的方法，其中Z選自:
5.一種制備離子傳導(dǎo)膜的方法，所述方法包括: a)使具有通式I的化合物與具有聚合物片段4的聚合物反應(yīng):
6.權(quán)利要求10的方法，進一步包括磺化所述具有聚合物片段5的共聚物。
7.權(quán)利要求10的方法，其中Z為C6,烷基或C6_8(l烯基。
8.權(quán)利要求10的方法，其中Z選自:
9.一種制備離子傳導(dǎo)膜的方法，該方法包括: a)使具有通式I的化合物與具有通式6的聚合物反應(yīng):
10.權(quán)利要求1、5和9中任意一項的方法，進一步包括將所述離子傳導(dǎo)膜結(jié)合到燃料電池中。
【文檔編號】C08G81/02GK103665407SQ201310556438
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】T·J·富勒, L·鄒, M·R·謝內(nèi)維斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司