碳球 和活性炭，及無機(jī)顆粒物，如氧化鋁、二氧化娃、氧化錯(cuò)和二氧化鈦。
[0099] 此外，催化層30及30'還包括粘合劑樹脂，以改善催化劑層與聚合物電解質(zhì)膜之 間的粘合并運(yùn)載氫離子。粘合劑樹脂可與用作增強(qiáng)復(fù)合膜制造的離子導(dǎo)體一樣。
[0100] 電極基層40及40'可為多孔導(dǎo)電基板，以促進(jìn)氫或氧的供給。多孔導(dǎo)電基板的典 型實(shí)例包括碳紙、碳布、碳?xì)趾徒饘俨迹ㄓ尚纬稍诰酆衔锢w維布表面的金屬纖維布或金屬 膜組成的多孔膜），但本發(fā)明不限于此。此外，優(yōu)選地，電極基層可為采用氟類樹脂防水的， 以便防止燃料電池運(yùn)行期間產(chǎn)生的水導(dǎo)致反應(yīng)物的擴(kuò)散效率惡化。氟類樹脂的實(shí)例包括聚 四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟代烷基乙烯基醚、聚全氟代磺?；檠趸?烯基醚、氟化乙丙烯、聚三氟氯乙烯及其共聚物。
[0101] 除了增強(qiáng)復(fù)合膜用作聚合物電解質(zhì)膜之外，膜電極組件可通過制造用于燃料電池 的膜電極組件的一般方法制造。
[0102] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供一種燃料電池，所述燃料電池包括具有作為聚 合物電解質(zhì)膜的增強(qiáng)復(fù)合膜的膜電極組件。
[0103] 具體地，燃料電池包括至少一個(gè)通過燃料的氧化反應(yīng)和氧化劑的還原反應(yīng)發(fā)電的 電發(fā)生器，向電發(fā)生器供應(yīng)燃料的燃料供應(yīng)部分和向電發(fā)生器供應(yīng)諸如氧氣或空氣的氧化 劑的氧化劑供應(yīng)部分，其中電發(fā)生器包括膜電極組件和用于向膜電極組件兩側(cè)供應(yīng)燃料和 氧化劑的分離器。此處使用的燃料可為氣態(tài)或液態(tài)氫或烴類燃料，烴類燃料的實(shí)例包括甲 醇、乙醇、丙醇、丁醇或天然氣。
[0104] 除了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膜電極組件在燃料電池中的使用以外，分離器、燃料供 應(yīng)部分和氧化劑供應(yīng)部分用于一般的燃料電池，因此省略其詳細(xì)描述。
[0105] 實(shí)施例
[0106] 下文中，將詳細(xì)描述實(shí)施例，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地實(shí)施。本發(fā)明可用許多 不同的形式實(shí)施，且不應(yīng)解釋為對(duì)此處描述的實(shí)施例的限制。
[0107] 實(shí)施例1
[0108] 具有25%重量濃度的聚（酰胺酸）/四氫呋喃紡絲溶液施加于第一紡絲噴嘴，具 有5%重量濃度的磺化聚砜/四氫呋喃紡絲溶液施加于第二紡絲噴嘴，靜電紡絲在外施的 30KV電壓下執(zhí)行而產(chǎn)生聚酰胺酸多孔支撐體。然后，聚酰胺酸多孔支撐體被浸漬在由吡啶 和三乙胺以比率2 :1混合組成的溶液中，以誘導(dǎo)亞胺化反應(yīng)，從而產(chǎn)生具有15um平均厚度 且不溶于有機(jī)溶劑的多孔支撐體。
[0109] 產(chǎn)生的多孔支撐體用20%的作為第二離子導(dǎo)體的磺化聚芳醚砜（S-PAES)的離子 導(dǎo)體溶液使用刮刀涂兩次。然后，多孔支撐體在80°C干燥1小時(shí)，并在真空電爐中1小時(shí)， 以制造增強(qiáng)復(fù)合膜。
[0110] 電極層通過制造膜電極組件的貼花法形成于增強(qiáng)復(fù)合膜上。電極的催化層通過施 加用于形成包含Pt/c催化劑的催化層的組合物于離型膜并干燥該離型膜形成。涂覆催化 層的離型膜被設(shè)于增強(qiáng)復(fù)合膜的兩個(gè)表面上，以便催化層面對(duì)增強(qiáng)復(fù)合膜并通過熱壓機(jī)在 5Kg/cm2的壓力和100°C溫度下轉(zhuǎn)移至增強(qiáng)復(fù)合膜的兩個(gè)表面。然后，氣體擴(kuò)散層（⑶L)連 接到被連接催化層的增強(qiáng)復(fù)合膜的兩個(gè)表面，以制造膜電極組件。所加載的催化劑的量為 0. 5mg/cm2〇
[0111] 實(shí)施例2
[0112] 除了使用通過將具有25%重量濃度的聚酰胺酸/THF紡絲溶液與具有5%重量濃 度的磺化聚砜/THF紡絲溶液相混合，使得聚砜與聚酰胺酸的總重量的比為5%重量比，并 在一個(gè)噴嘴中紡絲因此得到的混合物制造出的支撐體前體以外，膜電極組件以與實(shí)施例1 同樣的方法制造。
[0113] 比較例1
[0114] 除了第一離子導(dǎo)體未被使用以外，膜電極組件以與實(shí)施例1同樣的方法制造。
[0115] 測試?yán)?:增強(qiáng)復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率
[0116] 實(shí)施例1和2及比較例1中制造的膜電極組件的質(zhì)子電導(dǎo)率通過恒電流四端法測 量。
[0117] 具體地，在50%的相對(duì)濕度和在80°C溫度下以100%濕度浸漬于蒸餾水中20-30 分鐘條件下，膜電極組件被穩(wěn)定化處理，測量在電解質(zhì)膜兩端施加恒定的交變電流期間電 解質(zhì)膜中心產(chǎn)生的交流電位差，以獲得質(zhì)子電導(dǎo)率。結(jié)果顯示于下表1。
[0118]測試?yán)?:在干/濕條件下測試增強(qiáng)復(fù)合膜的耐久性
[0119] 實(shí)施例1和2及比較例1中制造的電池中的膜電極組件的物理耐久性通過干/濕 法測量。
[0120] 當(dāng)保持恒定預(yù)期電壓（prospectivevoltage)時(shí)，將堆中的濕度控制在0%-10% 并反復(fù)控制，測量直至發(fā)生由于針孔的產(chǎn)生而導(dǎo)致的電壓降的時(shí)間。結(jié)果顯示于下表1。
[0121] 表 1
[0122] [表 1]
[0123]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，包括： 多孔支撐體，所述多孔支撐體包括三維不規(guī)則且不連續(xù)布局的聚合物納米纖維和第一 離子導(dǎo)體；和 填充在所述多孔支撐體氣孔內(nèi)的第二離子導(dǎo)體， 其中，所述第一離子導(dǎo)體以納米纖維形式存在于所述多孔支撐體中，或者，存在于所述 聚合物納米纖維中而與所述聚合物一起形成所述納米纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第一離子導(dǎo) 體為具有2. 5mmol/g離子交換容量的烴類聚合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第一離子導(dǎo) 體選自以磺化聚芳醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化苯乙烯-丁二烯和其混合物組成的 組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第一離子導(dǎo) 體與所述第二離子導(dǎo)體相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第一離子導(dǎo) 體占所述多孔支撐體總重量的5 % -50 %。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述多孔支撐體 包括不溶于有機(jī)溶劑的烴類聚合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述多孔支撐體 包括聚酰亞胺。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述多孔支撐體 具有50% -90 %的孔隙度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第二離子導(dǎo) 體為溶于有機(jī)溶劑的烴類聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第二離子導(dǎo) 體選自以磺化聚酰亞胺、磺化聚芳醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯并咪唑、磺化聚砜、磺化聚 苯乙烯、磺化聚磷腈和其混合物組成的組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜，其特征在于，所述第二離子導(dǎo) 體占所述增強(qiáng)復(fù)合膜總重量的50% -99%。
12. -種制造用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜的方法，其特征在于，包括： 對(duì)用于靜電紡絲的組合物進(jìn)行靜電紡絲，以產(chǎn)生納米纖維網(wǎng)，其中，所述用于靜電紡絲 的組合物包括形成多孔支撐體的聚合物的前體和第一離子導(dǎo)體，或者，對(duì)包括形成多孔支 撐體的聚合物的前體的用于靜電紡絲的組合物和包括第一離子導(dǎo)體的用于靜電紡絲的組 合物通過各自的紡絲噴嘴同時(shí)進(jìn)行靜電紡絲，以產(chǎn)生納米纖維網(wǎng)，并化學(xué)固化所述納米纖 維網(wǎng)以產(chǎn)生多孔支撐體；和 采用第二離子導(dǎo)體填充存在于所述多孔支撐體中氣孔。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一離子導(dǎo)體為具有2. 5mmol/g離 子交換容量的烴類聚合物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成多孔支撐體的聚合物為不溶 于有機(jī)溶劑的烴類聚合物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)固化采用選自以乙酸二酐、吡 啶、三乙胺、甲苯磺酸、羥基芐醇、氨基苯酚、羥基苯甲醛、氨基苯甲酸和其混合物組成的組 的固化劑實(shí)施。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述靜電紡絲通過施加850V/ cm_3, 500V/cm的電場實(shí)施。
17. -種用于燃料電池的膜電極組件，其特征在于，包括： 面對(duì)面的陽極和陰極；和 設(shè)于所述陽極和陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜， 所述聚合物電解質(zhì)膜為根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)復(fù)合膜。
18. -種包括根據(jù)權(quán)利要求17所述的膜電極組件的燃料電池。
【專利摘要】本發(fā)明提供用于燃料電池的增強(qiáng)復(fù)合膜以及包括該增強(qiáng)復(fù)合膜的膜電極組件，其中，該增強(qiáng)復(fù)合膜包括具有三維不規(guī)則且不連續(xù)排列的聚合物納米纖維和第一離子導(dǎo)體的多孔支撐體，以及充滿多孔支撐體氣孔的第二離子導(dǎo)體，所述第一離子導(dǎo)體以納米纖維形式存在于所述多孔支撐體中，或者，存在于所述聚合物納米纖維而與聚合物一起形成納米纖維，由此，提高離子導(dǎo)體的浸漬均勻性和浸漬率，以提高質(zhì)子(氫離子)電導(dǎo)率。
【IPC分類】C08J5-22, H01M8-02, H01M8-10
【公開號(hào)】CN104871354
【申請?zhí)枴緾N201380067604
【發(fā)明人】金娜玲, 慎鏞哲, 李武錫, 李瞳熏, 李殷受
【申請人】可隆工業(yè)株式會(huì)社
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2013年12月27日
【公告號(hào)】WO2014104785A1