離子傳輸材料、包含其的電解質(zhì)膜及該電解質(zhì)膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請要求于2 013年10月18日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請?zhí)?0-2013-0124933的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本申請中。
[0002] 本申請設(shè)及離子傳輸材料、包含該離子傳輸材料的電解質(zhì)膜W及制備該電解質(zhì)膜 的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。也就是，燃料電池 使用燃氣和氧化劑，并且采用通過在燃氣和氧化劑的氧化還原反應(yīng)的過程中產(chǎn)生的電子來 生產(chǎn)電力的方法。燃料電池的膜電極組件(MEA)是在其中發(fā)生氨氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)的 部件，并且由陰極、陽極和電解質(zhì)膜即離子傳導(dǎo)電解質(zhì)膜組成。
[0004] 氧化還原液流電池(氧化-還原液流電池)是在其中包含在電解質(zhì)溶液中的活性材 料被氧化和還原并由此充電和放電，而且電化學(xué)存儲裝置將儲存的活性材料的化學(xué)能直接 轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。氧化還原液流電池的單元電池包括電極、電解質(zhì)和離子交換膜。
[0005] 燃料電池和氧化還原液流電池由于高能源效率和較少污染物排放的環(huán)境友好特 性已經(jīng)作為下一代能源被研究和開發(fā)。用于燃料電池和氧化還原液流電池的離子交換膜材 料除了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)率W外還需要具有如下特性：1)阻止電解質(zhì)的滲透(cross over)， 2)強耐化學(xué)性，3)機械性能增強W及4)低溶脹率。因此，對具有所述特性的電解質(zhì)膜的研究 一直在繼續(xù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題
[0007] 試圖提供一種離子傳輸材料、一種包含該離子傳輸材料的電解質(zhì)膜W及一種制備 該電解質(zhì)膜的方法而進行了本申請。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] 為了解決所述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N離子傳輸材料，該離子傳輸材料包含:含有 下面式1的單元W及選自下面式2的單元、下面式3的單元和下面式4的單元中的至少一種單 元的共聚物；W及分散在該共聚物中的無機粒子。

[001引 在式1中，
[0019] Z是=價芳香族環(huán)基或=價雜環(huán)基，
[0020] L是直接鍵或二價連接基團，
[0021] Xi至X3彼此相同或不同，而且各自獨立地是直接鍵、氧（0)、幾基（-CO-)、橫基（-S〇2-)、亞芳基、亞雜芳基或*-ZA-S0濁，而且*表示與主鏈連接的部分，
[0022] R是周期表中第一族的元素，W及
[0023] 在式2至4中，
[0024] Yi至Y22彼此相同或不同，而且各自獨立地是氨化）、氣(F)或被取代或未被取代的 烷基，W及
[0025] 式2至4的單元各自具有至少一個氣取代基。
[0026] 此外，本申請?zhí)峁┝艘环N電解質(zhì)膜，該電解質(zhì)膜包含所述離子傳輸材料。
[0027] 此外，本申請?zhí)峁┝艘环N包括所述電解質(zhì)膜的燃料電池。
[0028] 此外，本申請?zhí)峁┝艘环N包括所述電解質(zhì)膜的氧化還原液流電池。
[0029] 此外，本申請?zhí)峁┝艘环N用于制備所述電解質(zhì)膜的方法，該方法包括:制備包含共 聚物的溶液A，該共聚物含有下面式IA的單元W及選自式2的單元、式3的單元和式4的單元 中的至少一種單元;制備包含無機粒子的前體和酸性催化劑的溶液B;混合溶液A和B; W及 通過使用所述混合溶液形成膜。
[0030] 試 1A]
[0032] 在式IA中，
[0033] Z和L與前面描述的相同，
[0034] X4至X6彼此相同或不同，而且各自獨立地是直接鍵、氧（0)、幾基（-CO-)、橫基（-s〇2-)、亞芳基、亞雜芳基或*-za-s〇3M，而且*表示與主鏈連接的部分，W及
[00巧]M是堿金屬元素。
[0036] 有益效果
[0037] 根據(jù)本申請的示例性實施方案的離子傳輸材料由于無機粒子均勻地分散在聚合 物基質(zhì)中而具有強機械性能。
[0038] 此外，所述包含根據(jù)本申請的示例性實施方案的離子傳輸材料的電解質(zhì)膜減少了 由溶劑引起的溶脹現(xiàn)象。
[0039] 此外，所述包含根據(jù)本申請的示例性實施方案的離子傳輸材料的電解質(zhì)膜對阻止 電解質(zhì)材料的滲透的效果優(yōu)異。
[0040] 此外，所述包含根據(jù)本申請的示例性實施方案的離子傳輸材料的電解質(zhì)膜離子傳 導(dǎo)性優(yōu)異。
[0041] 此外，所述用于制備根據(jù)本申請的示例性實施方案的電解質(zhì)膜的方法由于溶液的 混合而在制備方法上簡單。
[0042] 此外，所述用于制備根據(jù)本申請的示例性實施方案的電解質(zhì)膜的方法容易在電解 質(zhì)膜中產(chǎn)生無機粒子，并且將所述無機粒子均勻地分布在形成電解質(zhì)膜的共聚物基質(zhì)的整 個區(qū)域上。
【附圖說明】
[0043] 圖1說明了無機粒子均勻地分布在根據(jù)本申請的一個示例性實施方案的離子傳輸 材料的整個區(qū)域上的形態(tài)。
【具體實施方式】
[0044] 在下文中，將更詳細地描述本說明書。
[0045] 本申請的一個示例性實施方案提供了一種包含共聚物和分散在該共聚物中的無 機粒子的離子傳輸材料。
[0046] 所述共聚物是包含橫酸基的部分基于氣的(partially fluorine-based)聚合物。 此處所述部分基于氣的聚合物是指組成聚合物的至少一種單體含有氣基。所述部分基于氣 的聚合物的實例可W是在其中控鏈包含氣類取代基的共聚物。
[0047] 在本申請中，所述"共聚物"可W是交替共聚物、嵌段共聚物、無規(guī)共聚物或接枝共 聚物。
[0048] 具體地，所述共聚物可W包括:式1的單元；W及選自式2的單元、式3的單元和式4 的單元中的至少一種單元。
[0049] 具體地，Yi至Y22彼此相同或不同，而且可W各自獨立地是未被取代的或被氨化)或 氣(巧取代的Cl至Cio烷基。
[0050] 所述被取代或未被取代的Cl至Cio烷基可W是鏈型或分支型。例如在鏈型的情況 下，被取代或未被取代的Cl至Cl偏基可W是-(CQQ'）pQ"，W及Q、Q'和Q"是氨化)或氣(F)，w 及P可W是1至10。
[0051] 所述式2、3和4的單元是氣類化合物，且因此各自含有至少一個氣取代基。
[0052] 根據(jù)本申請的一個示例性實施方案，R可W是周期表的第一族的元素中的氨、裡 (Li)、鋼(Na)或鐘化）。
[0053] 根據(jù)本申請的一個示例性實施方案，L是直接鍵、亞烷基、亞締基、亞烘基、-
[(CRR '）rO (成'護 '）S ] t-、或-CO-Ar-，而且此處，
[0054] R、R'、R"和護'彼此相同或不同，而且各自獨立地是氨、烷基或面基，
[005引 r和S是0至3，
[0056] t是l至5，W及
[0057] Ar是亞芳基或亞雜芳基。
[005 引 S 和r 可W 是 s+r>l。
[0059] 根據(jù)一個示例性實施方案，L是-(C出)m[(CF2)20(CF2)2)n-。
[0060] m和n是0至5的整數(shù)。
[0061] 所述亞烷基是具有1個至20個碳原子的亞烷基，所述亞締基是具有2個至20個碳原 子的亞締基，所述亞烘基是具有2個至20個碳原子的亞烘基，但運些基團并不局限于此。
[0062] 所述=價芳香族環(huán)基是=價芳基，而且所述芳基的碳原子數(shù)可W是6至60，具體地 為6至40, W及更具體地6至25。所述芳基的具體實例包括苯基、聯(lián)苯基、=苯基、糞基、蔥基、 屈基、菲基、巧基、巧蔥基、苯并菲基(tri曲en^en^)、藍基(phenaleny 1)、巧基、并四苯基、 并五苯基、巧基、巧基、起基、巧基等或它們的稠環(huán)，但并不局限于此。
[0063] 所述=價雜環(huán)基包括S、0或N作為雜原子，而且其碳原子數(shù)可W是2至60，具體地2 至40，W及更具體地3至25。所述雜環(huán)的具體實例包括化晚基、化咯基、喀晚基、化嗦基、巧喃 基、嚷吩基、咪挫基、化挫基、嗯挫基、異惡挫基、嚷挫基、異嚷挫基、=挫基、巧咕基、嗯二挫 基、嚷二挫基、二嚷挫基(dithiazolyl)、四挫基、化喃基、嚷喃基、二嗦基(dia