[发明专利]新的金属(Ⅲ)－铬－磷酸盐配合物及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种由通式M(III)_x Cr(HPO₄)_y(H₂PO₄)_z表示的金属(III)-铬-磷酸盐(在下文中有时称“MCP”)配合物及其用途，且更具体而言，涉及包含所述配合物的有机/无机复合电解质膜；包含所述配合物的用于燃料电池的电极；包括所述有机/无机复合膜和/或所述电极的用于燃料电池的膜电极组件(MEA)；以及包括所述膜电极组件的燃料电池。

背景技术

燃料电池是将燃料的化学能直接转化成电能的能量转化装置，并且由于高能效和如低污染物排放的环境友好的性质，已经被研究和开发作为下一代能源资源。

使用氢作为燃料的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)可在宽温度范围中工作，因此具有无需冷却装置和可以简化密封件的优点。同样，其使用非加湿氢(non-humidified hydrogen)作为燃料，因此无需使用加湿器。另外，其可迅速驱动。由于这些优点，其作为汽车和家用能源装置受到了关注。此外，它是一种电流密度比如直接甲醇燃料电池的其它类型燃料电池的电流密度高的高输出燃料电池，可在宽温度范围中工作，并且具有结构简单和迅速起动和反应的特点。

作为用于这种高温燃料电池的聚合物电解质膜，一般已知基于多唑的聚苯并咪唑的Celazole^TM。使用聚苯并咪唑聚合物电解质膜的燃料电池通常使用非加湿氢作为燃料在高于100℃、特别120℃的温度下驱动。因此，如上所述，其具有如下优点：无需冷却装置、简化密封件、排除了加湿器的使用以及增强了膜电极组件(MEA)中存在的基于贵金属的催化剂的活性。

通常，当使用处理后的如天然气的烃化合物作为燃料时，在处理后的气体中包含大量一氧化碳。因此，当通过后处理或纯化步骤没有除去处理气体中的一氧化碳时，它将使催化剂中毒，导致燃料电池的性能明显下降。然而，使用基于多唑的聚合物电解质膜的燃料电池可在高温下驱动，以使由一氧化碳引起的催化剂中毒减到最小。因此，在该燃料电池中，允许高浓度一氧化碳杂质。

尽管已知许多优点，聚苯并咪唑(PBI)，一种多唑聚合物(polyazolepolymer)，显示了比目前商业化高氟化树脂(Nafion^TM)的氢离子电导率(10^-1S/cm)低的氢离子电导率。为了增加聚苯并咪唑的氢离子电导率，通过向聚苯并咪唑中加入高氢离子电导率的无机金属材料以制备复合电解质膜的研究正在积极的进行中。其几种实例如下。

P.Staiti等(Journal of Power Sources 2001，VoI 94，9)公开了一种向二甲基乙酰胺中的聚苯并咪唑溶液中加入杂多酸PWA(磷钨酸)/SiO₂和SiWA(硅钨酸)/SiO₂之后制备复合电解质膜的方法。然而，使用该方法制备的复合电解质膜在温度高于100℃、100％相对湿度条件中显示了约10^-3S/cm的低氢离子电导率。该值不能满足燃料电池工作中所需的非加湿条件和氢离子电导率。

同样，WO 2004/074179A1和N.J.Bjerrum等(Journal of MembraneScience 2003，Vol 226，169-184)公开了一种向二甲基乙酰胺中的聚苯并咪唑溶液中加入ZrP(磷酸锆)之后制备复合电解质膜的方法。使用该方法制备的复合电解质膜在140℃的温度、20％的相对湿度条件中显示了5×10^-2S/cm的氢离子电导率，以及在5％的相对湿度条件和200℃的温度下显示了10^-1S/cm的高氢离子电导率。然而，这些值不适合燃料电池所需的在宽温度范围和非加湿条件中应满足高氢电导率的性质。同样，包含加入至聚苯并咪唑中的PWA和SiWA的复合电解质膜在高于120℃的温度、5％的相对湿度条件中显示了比聚苯并咪唑电解质膜本身的氢离子电导率值稍微低的氢离子电导率值。