專利名稱:聚合物電解質(zhì)膜、及使用其的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物電解質(zhì)膜、及使用其的燃料電池，且更具體地，涉及具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性的聚合物電解質(zhì)膜和使用其的燃料電池。
背景技術(shù)：
可根據(jù)電解質(zhì)類型將燃料電池分類。燃料電池的類型包括聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等。燃料電池的工作溫度和其構(gòu)成材料可根據(jù)電解質(zhì)類型變化。
根據(jù)將燃料供給到陽(yáng)極的方法，燃料電池可分為外部重整型燃料電池(其中燃料通過燃料重整裝置轉(zhuǎn)化為氫富集氣體并供給到陽(yáng)極)、和內(nèi)部重整型燃料電池(其中液態(tài)或氣態(tài)的燃料直接供給到陽(yáng)極)。
直接燃料供給型燃料電池的代表性例子為直接甲醇燃料電池(DMFC)。在DMFC中，含水甲醇溶液用作燃料，且質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物電解質(zhì)膜用作電解質(zhì)。因此，DMFC是一種PEMFC。
PEMFC小且重量輕，但可獲得高輸出密度。而且，可使用PEMFC容易地構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。
基本的PEMFC可包括陽(yáng)極(燃料電極)、陰極(氧化劑電極)、和插入在陽(yáng)極和陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜。陽(yáng)極可包括催化劑層以促進(jìn)燃料的氧化，且陰極可包括催化劑層以促進(jìn)氧化劑的還原。
供給到陽(yáng)極的燃料可為氫、含氫的氣體、甲醇蒸汽和水蒸氣的混合物、含水的甲醇溶液等。供給到陰極的氧化劑可為氧、含氧的氣體、空氣等。
在PEMFC的陽(yáng)極，燃料氧化產(chǎn)生質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過電解質(zhì)膜遷移到陰極，且電子通過導(dǎo)線(或集電體)遷移到外部電路(負(fù)荷)。在PEMFC的陰極，遷移的質(zhì)子與電子和氧反應(yīng)產(chǎn)生水。電子從陽(yáng)極通過外部電路向陰極的遷移產(chǎn)生電力。
在PEMFC中，聚合物電解質(zhì)膜起到用于質(zhì)子從陽(yáng)極遷移到陰極的離子導(dǎo)體的作用，并還起到防止陽(yáng)極和陰極的接觸的隔離物的作用。因此，聚合物電解質(zhì)膜需要充分的離子傳導(dǎo)率、電化學(xué)安全性、高機(jī)械強(qiáng)度、在其工作溫度下的熱穩(wěn)定性，且應(yīng)該容易形成薄層。
用于聚合物電解質(zhì)膜的材料包括磺化的全氟化聚合物，其在骨架中具有氟化亞烷基和氟化的乙烯基醚側(cè)鏈，在側(cè)鏈末端具有磺酸，該磺化的全氟化聚合物例如由Dupont制造的Nafion。用適量的水浸漬的該聚合物電解質(zhì)膜提供優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率。
但是，這種聚合物電解質(zhì)膜可具有不足的甲醇滲透率，制造成本高且在100℃或更高的溫度下由于通過蒸發(fā)的水汽損失遭受降低的離子傳導(dǎo)率。因此難以在約100℃或更高下在大氣壓下使采用這種聚合物電解質(zhì)膜的PEMFC工作。PEMFC已在100℃或更低下，例如，在約80℃下工作。
當(dāng)電解質(zhì)膜具有高的離子傳導(dǎo)率時(shí)，電解質(zhì)膜的透水性高，且因此甲醇滲透率也高。因此，具有高離子傳導(dǎo)率的電解質(zhì)膜不能容易地具有低甲醇滲透率。測(cè)量在具有預(yù)定濃度的含水甲醇溶液中通過電解質(zhì)膜的水和甲醇的量，并將其與通過標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)膜例如Nafion 115的水和甲醇的量比較。當(dāng)通過電解質(zhì)膜的水的量等于或大于通過Nafion 115的水的量，且甲醇的量等于或小于通過Nafion 115的甲醇的量時(shí)，DMFC有效地作為電解質(zhì)膜。
為了滿足這些要求，已對(duì)能夠代替Nafion電解質(zhì)膜的聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)行了許多研究。已知包括基于烴的重復(fù)單元如苯乙烯重復(fù)單元、乙烯-r-丁烯重復(fù)單元、異丁烯重復(fù)單元的嵌段共聚物作為用于聚合物電解質(zhì)膜的材料。
但是，由于甲醇透過(crossover)和溶脹，這種嵌段共聚物不能使膜和電解質(zhì)組件(MEA)穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性及降低的甲醇透過的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性的包括該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜和具有改善效率的使用該聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，包括由下式1、2和3表示的重復(fù)單元。
這里，R1和R2各自獨(dú)立地為氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基中的一種，且p在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
這里，R3和R4各自獨(dú)立地為氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基中的一種，R5為-SO3H、-PO3H和CO2H中的一種，且q在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
這里，R6為C1-C10烷基，且r在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括以上質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括含該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池。
通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，本發(fā)明的以上和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見，其中圖1說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)；圖2為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式獲得的樣品3-5的聚合物電解質(zhì)膜、Nafion 115和Nafion 112的甲醇滲透率的測(cè)試結(jié)果的圖；圖3為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式獲得的樣品5和Nafion 115的氣相色譜法的分析結(jié)果的圖；圖4為說明使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式獲得的樣品4-5的聚合物電解質(zhì)膜和使用Nafion 112和Nafion 115的燃料電池的電壓根據(jù)電流密度而變化的圖；和圖5為說明使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式獲得的樣品4-5的聚合物電解質(zhì)膜和使用Nafion 112和Nafion 115的燃料電池的功率密度隨時(shí)間變化的圖。
具體實(shí)施方式以下，將詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施方式的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物包括三種類型的重復(fù)單元，即由式1表示的第一苯乙烯重復(fù)單元、由式2表示的第二苯乙烯重復(fù)單元(其以質(zhì)子傳導(dǎo)基團(tuán)具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率)和由式3表示的二甲基硅氧烷重復(fù)單元(其以其疏水性具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì))。
這里，R1和R2各自獨(dú)立地為氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基中的一種，且p在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
這里，R3和R4各自獨(dú)立地為氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基中的一種，R5為-SO3H、-PO3H和CO2H中的一種，且q在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
這里，R6為C1-C10烷基，且r在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)。
質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合度可為1-100,000，且質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的重均分子量可為500-5,000,000。
該共聚物可為嵌段共聚物，其中第一苯乙烯重復(fù)單元、第二苯乙烯重復(fù)單元和二甲基硅氧烷重復(fù)單元彼此連接以根據(jù)重復(fù)單元的構(gòu)成比例和分子量形成具有各種形狀和尺寸的納米結(jié)構(gòu)的共聚物。該納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括圓柱結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)等。
質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物可由下式4表示。
這里，p在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)，q在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)、r在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)且n為1-100,000。
下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式制備質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的方法。特別地，描述制備由式4表示的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的方法。
首先，將包括式1表示的第一苯乙烯重復(fù)單元和式3表示的二甲基硅氧烷重復(fù)單元的由式5表示的共聚物與溶劑混合。將該混合物回流以通過該溶劑將該共聚物均勻分散。然后，進(jìn)行磺化以獲得由式4表示的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物。
這里，m在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)，r在0.1-0.9摩爾的范圍內(nèi)且n為1-100,000。
不特別限定用于磺化的條件。但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在30-100℃的溫度下以使用乙酸酐和硫酸的混合物獲得的硫酸乙酰酯(acetyl sulfate)進(jìn)行磺化。當(dāng)該溫度小于30℃時(shí)，未充分進(jìn)行磺化，而當(dāng)該溫度高于100℃時(shí)，促進(jìn)聚合物的熱解聚。使用硫酸乙酰酯作為磺化劑可獲得均勻磺化的共聚物并可調(diào)節(jié)磺化度。
基于1摩爾包括在共聚物中的第一苯乙烯重復(fù)單元，硫酸的量可為0.1-3摩爾?；?摩爾硫酸，乙酸酐的量可為1-10摩爾。
溶劑的實(shí)例可包括二氯乙烷、二氯甲烷和三氯乙烷。基于100重量份包括式1表示的第一苯乙烯重復(fù)單元和二甲基硅氧烷重復(fù)單元的由式5表示的共聚物，溶劑的量可為100-10000重量份。當(dāng)溶劑的量在該范圍之外時(shí)，由式5表示的共聚物不能均勻地分散或反應(yīng)物被稀釋以降低磺化的反應(yīng)性。
醇用于磺化的終止。醇與過量的硫酸乙酰酯反應(yīng)以終止磺化。醇的實(shí)例可包括2-丙醇、甲醇、乙醇、1-丁醇等?；?摩爾硫酸，醇的量可為1-10摩爾。
在磺化后，在減壓下從磺化的所得物中將溶劑蒸發(fā)并除去。用溶劑如水和甲醇清洗該所得物以獲得所需的共聚物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，使用硫酸乙酰酯作為磺化劑可獲得均勻磺化的共聚物，并可調(diào)節(jié)磺化度。使用該共聚物的聚合物電解質(zhì)膜具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)率和減少的甲醇透過。
本發(fā)明實(shí)施方式的離子傳導(dǎo)共聚物包括二甲基硅氧烷重復(fù)單元，且因此具有優(yōu)異的形成膜的能力和甲醇滲透率。
離子傳導(dǎo)共聚物可用于燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜。制造聚合物電解質(zhì)膜的方法沒有限制，且該方法的實(shí)例如下。
將獲得的離子傳導(dǎo)共聚物溶于溶劑中，涂覆在支撐體上并干燥以形成聚合物電解質(zhì)膜。干燥的聚合物電解質(zhì)膜可從該支撐體上分離。支撐體的實(shí)例可包括具有均勻表面的玻璃襯底、聚四氟乙烯膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)板、金屬板等。
溶劑可為甲苯、丁醇、其混合物且基于100重量份的離子傳導(dǎo)共聚物，該溶劑的量可為50-10,000重量份。聚合物電解質(zhì)膜在空氣中在室溫下干燥1-24小時(shí)，并在真空中在30-200℃下干燥。
獲得的聚合物電解質(zhì)膜可用于燃料電池的電解質(zhì)膜。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池包括陰極、陽(yáng)極和插入在該陰極和陽(yáng)極之間的聚合物電解質(zhì)膜。
陰極和陽(yáng)極各自可包括氣體擴(kuò)散層和催化劑層。催化劑層可包括促進(jìn)反應(yīng)如氫的氧化和氧的還原的金屬催化劑。金屬催化劑的實(shí)例可包括Pt、Ru、Os、Pt-Os合金、Pt-Pd合金和Pt-M合金中的至少一種催化劑，其中M為選自Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的至少一種過渡金屬。其中，金屬催化劑可優(yōu)選包括Pt、Ru、Os、Pt-Ru合金、Pt-Os合金、Pt-Pd合金、Pt-Co合金和Pt-Ni合金中的至少一種。
另外，金屬催化劑可支撐在支撐體中。支撐體的實(shí)例可包括碳如乙炔黑和石墨或無機(jī)顆粒如氧化鋁、二氧化硅等。支撐在支撐體中的貴金屬催化劑可為商購(gòu)的或制備的。
作為氣體擴(kuò)散層，可使用炭紙或碳布，但不限于此。氣體擴(kuò)散層支撐燃料電池的電極且將反應(yīng)氣體擴(kuò)散到整個(gè)催化劑層中以促進(jìn)反應(yīng)氣體進(jìn)入催化劑層中。用基于氟的樹脂如聚四氟乙烯處理的防水炭紙或碳布可用于氣體擴(kuò)散層，因?yàn)樗鼈兛煞乐褂僧?dāng)燃料電池工作時(shí)產(chǎn)生的水導(dǎo)致的氣體擴(kuò)散的降低。
為了增強(qiáng)氣體擴(kuò)散層的氣體擴(kuò)散效果，可在電極中在氣體擴(kuò)散層和催化劑層之間進(jìn)一步包括多微孔層。該多微孔層可通過涂覆包括導(dǎo)電材料如碳粉、炭黑、活性炭、乙炔黑等，粘合劑如聚四氟乙烯和如果必要的離聚物的組合物而形成。
本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池可為直接甲醇燃料電池(DMFC)。
將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的參照?qǐng)D1的使用聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池中的DMFC。
DMFC具有圖1所示的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，DMFC包括燃料供給到其的陽(yáng)極32、氧化劑供給到其的陰極30、和插入在陽(yáng)極32和陰極30之間的電解質(zhì)膜41。典型地，陽(yáng)極32包括陽(yáng)極擴(kuò)散層22和陽(yáng)極催化劑層33，且陰極30包括陰極擴(kuò)散層32和陰極催化劑層31。
通過陽(yáng)極擴(kuò)散層22供給到陽(yáng)極催化劑層33的含水甲醇溶液分解為電子、質(zhì)子、二氧化碳等。質(zhì)子通過電解質(zhì)膜41遷移到陰極催化劑層31，電子遷移到外部電路且二氧化碳被排出。在陰極催化劑層31處，遷移通過電解質(zhì)膜的質(zhì)子與從外部電路供給的電子和通過陰極擴(kuò)散層32供給的氧反應(yīng)產(chǎn)生水。
下文中，將參照實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。以下實(shí)施例僅用于說明的目的，而不是用于限定本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段其聚物的制備和使用其的聚合物電解質(zhì)膜反應(yīng)圖式1 在氮?dú)鈿夥罩?，?g由式5表示的苯乙烯-二甲基硅氧烷嵌段共聚物(m＝0.7，r＝0.3，n為約170且重均分子量為159,000)加入20g二氯乙烷中，并將混合物在50℃下回流。
分別地，將乙酸酐和約98％的硫酸以2∶1的摩爾比混合以制備硫酸乙酰酯。
將0.9g硫酸乙酰酯加入回流的混合物中，并將該所得物在60℃下回流3小時(shí)。然后，加入2-丙醇以終止反應(yīng)，且從該反應(yīng)混合物中蒸發(fā)并除去溶劑。將所得物用水和甲醇清洗以產(chǎn)生由式4表示的嵌段共聚物(樣品1)。
將0.3g實(shí)施例1中獲得的嵌段共聚物溶于10g混合溶劑中，該混合溶劑包括體積比為7∶3的甲苯和丁醇。將該混合物攪拌12小時(shí)。
將該所得物涂于支撐體上，將該支撐體在70℃下干燥一天并在真空中在70℃下干燥超過12小時(shí)，以形成厚度為100μm的聚合物電解質(zhì)膜。
實(shí)施例2質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段共聚物的制備和使用其的聚合物電解質(zhì)膜以與實(shí)施例1相同的方式制造嵌段共聚物(樣品2)(p＝0.6(p＝m-q)，q＝0.1，n為約170，重均分子量為17,300)和厚度為115μm的聚合物電解質(zhì)膜，除了使用3g硫酸乙酰酯以外。磺化度為15％。
實(shí)施例3質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段共聚物的制備和使用其的聚合物電解質(zhì)膜以與實(shí)施例1相同的方式制造嵌段共聚物(樣品3)(p＝0.48(p＝m-q)，q＝0.22，n為約170，重均分子量為18,900)和厚度為90μm的聚合物電解質(zhì)膜，除了使用4g硫酸乙酰酯以外?；腔葹?2％。
實(shí)施例4質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段共聚物的制備和使用其的聚合物電解質(zhì)膜以與實(shí)施例1相同的方式制造嵌段共聚物(樣品4)(p＝0.46(p＝m-q)，q＝0.24，n為約170，重均分子量為19,200)和厚度為220μm的聚合物電解質(zhì)膜，除了使用6.4g硫酸乙酰酯以外。磺化度為34％。
實(shí)施例5質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段共聚物的制備和使用其的聚合物電解質(zhì)膜以與實(shí)施例1相同的方式制造嵌段共聚物(樣品5)(p＝0.43(p＝m-q)，q＝0.27，n為約170，重均分子量為19,600)和厚度為120μm的聚合物電解質(zhì)膜，除了使用9g硫酸乙酰酯以外。磺化度為38％。
測(cè)量通過實(shí)施例1-5制備的質(zhì)子傳導(dǎo)嵌段共聚物的磺化度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、聚合物電解質(zhì)膜的厚度、甲醇滲透率、水浸漬度和離子傳導(dǎo)率。結(jié)果示于表1中。
表1
*標(biāo)準(zhǔn)樣品是指0.1g由式5表示的苯乙烯-二甲基硅氧烷嵌段共聚物(p＝0.7，q＝0.3，且重均分子量為159,000)。
**磺化度是指相對(duì)于包括苯乙烯和磺化苯乙烯的苯乙烯總量，磺化苯乙烯的重量百分比，且其使用二維NMR(HMQC)來測(cè)量。
***水浸漬度為(Masswet-Massdry)/Massdry。Masswet是指在24小時(shí)浸漬后浸漬的電解質(zhì)膜的重量，且Massdry是指干燥的電解質(zhì)膜的重量。
在室溫(25℃)下測(cè)量表1中的甲醇滲透率，且在30℃下使用4-點(diǎn)法測(cè)量離子傳導(dǎo)率。
在表1中樣品3、4和5的聚合物電解質(zhì)膜與Nafion 112和115的甲醇滲透率也示于圖2中。使用擴(kuò)散池法測(cè)量甲醇滲透率，在該方法中用水和3M甲醇填充位于聚合物電解質(zhì)膜兩側(cè)的35ml小池(cell)，并測(cè)量水和甲醇濃度隨時(shí)間的變化。
使用氣相色譜法分析樣品5和Nafion 115，且結(jié)果示于圖3中。在氣相色譜法中，3M甲醇以0.3cc/分鐘的速率在位于聚合物電解質(zhì)膜兩側(cè)的各小池中的一個(gè)小池中流動(dòng)，且氮以0.5L/分鐘的速率在另一小池中流動(dòng)。使用氣相色譜柱分析以其平衡態(tài)滲透的水和甲醇。
參考圖3，樣品5的透水性與Nafion 115的類似，但樣品5的甲醇滲透率為Nafion 115的20％。
實(shí)施例6制造燃料電池的單元電池使用樣品4作為聚合物電解質(zhì)膜、其上負(fù)載有10mg/cm2的PtRu的電極作為陰極和其上負(fù)載有10mg/cm2的Pt的電極作為陽(yáng)極來生產(chǎn)單元電池(unitcell)。
使用該電極和聚合物電解質(zhì)膜生產(chǎn)燃料電池。
實(shí)施例7制造燃料電池的單元電池以與實(shí)施例6相同的方式生產(chǎn)燃料電池，除了以使用樣品5的聚合物電解質(zhì)膜代替使用樣品4的聚合物電解質(zhì)膜以外。
比較例1以與實(shí)施例6相同的方式生產(chǎn)燃料電池，除了Nafion 112用于代替使用樣品4的聚合物電解質(zhì)膜以外。
比較例2以與實(shí)施例6相同的方式生產(chǎn)燃料電池，除了Nafion 115用于代替使用樣品4的聚合物電解質(zhì)膜以外。
測(cè)量在實(shí)施例6和7與比較例1和2中生產(chǎn)的燃料電池的電壓隨電流密度的變化。結(jié)果示于圖4中。
參考圖4，使用樣品4和5的DMFC的單元電池的初始效率與Nafion 112和115的類似。
測(cè)量在實(shí)施例6和7與比較例1和2中生產(chǎn)的燃料電池的功率密度。結(jié)果示于圖5中。
參考圖5，當(dāng)DMFC連續(xù)工作時(shí)，使用樣品4和5的單元電池的效率的降低小于使用Nafion膜的單元電池的效率降低，因?yàn)闃悠?和5的甲醇滲透率低于Nafion膜的甲醇滲透率。
本發(fā)明的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)、優(yōu)異的以二甲基硅氧烷重復(fù)單元形成膜的能力、較低的甲醇滲透率和以具有質(zhì)子傳導(dǎo)官能團(tuán)的苯乙烯重復(fù)單元具有優(yōu)越的離子傳導(dǎo)率。可使用該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物獲得具有適于燃料電池電解質(zhì)膜的性質(zhì)的聚合物電解質(zhì)膜。可使用該聚合物電解質(zhì)膜獲得具有改善效率的燃料電池。
盡管已參照示例性實(shí)施方式具體展示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求
限定的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，包括由下式1、2和3表示的重復(fù)單元 其中R1和R2各自獨(dú)立地選自氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基，且p為0.1-0.9摩爾， 其中R3和R4各自獨(dú)立地選自氫、鹵素原子和C1-C10鹵化烷基，R5選自-SO3H、-PO3H和CO2H，且q為0.1-0.9摩爾，和 其中R6為C1-C10烷基，且r為0.1-0.9摩爾。
2.權(quán)利要求
1的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，其中該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合度為1-100,000。
3.權(quán)利要求
1的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，其中該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的的重均分子量為500-5,000,000。
4.權(quán)利要求
1的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物，由下式4表示 其中p為0.1-0.9摩爾，q為0.1-0.9摩爾、r為0.1-0.9摩爾且n為1-100,000。
5.一種聚合物電解質(zhì)膜，包括權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物。
6.一種包括聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池，其中該聚合物電解質(zhì)膜包括權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)的質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物。
7.權(quán)利要求
6的燃料電池，其為直接甲醇燃料電池。
專利摘要
提供一種質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物、包括該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜和使用該聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池，該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物包括具有質(zhì)子傳導(dǎo)官能團(tuán)的苯乙烯重復(fù)單元和二甲基硅氧烷重復(fù)單元。該質(zhì)子傳導(dǎo)共聚物具有優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)、優(yōu)異的以二甲基硅氧烷重復(fù)單元形成膜的能力、和以具有質(zhì)子傳導(dǎo)官能團(tuán)的苯乙烯重復(fù)單元具有優(yōu)越的離子傳導(dǎo)率?？墒褂迷撡|(zhì)子傳導(dǎo)共聚物獲得具有適于燃料電池電解質(zhì)膜的性質(zhì)的聚合物電解質(zhì)膜?？墒褂迷摼酆衔镫娊赓|(zhì)膜獲得具有改善效率的燃料電池。
文檔編號(hào)H01M8/02GK1990511SQ200610087656
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年5月31日
發(fā)明者李元木, 金惠慶 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan