[发明专利]包含PFSA和磺化PFCB聚合物的掺混物的聚电解质膜

说明书

技术领域

[0001]本公开总体涉及的领域包括聚合物电解质和燃料电池。

背景技术

[0002]聚合物电解质在电化学设备如电池组(battery)和燃料电池中扮演重要角色。为了获得最佳性能，聚合物电解质在高和低的相对湿度下都必须保持高的离子传导率和机械稳定性。聚合物电解质还需要在长的产品寿命内具有优异的化学稳定性和机械坚固性。氟化共聚物已被开发作为燃料电池电解质。但是，由于它们固有的链构造，低当量氟化共聚物典型地在高湿度下遭受水溶胀和在低湿度下遭受过度膜收缩。低当量氟化无规共聚物膜缺乏承受在工作的燃料电池内水合和脱水的苛刻性的机械坚固度。因此，需要在宽范围的湿度条件下保持坚固机械性质和高离子传导率的改进聚合物电解质。

[0003]因此，需要改进的聚合物电解质分子体系结构(moleculararchitecture)和合成这种聚合物电解质的方法。

[0004]

发明内容

[0005]本发明通过在至少一种实施方案中提供聚合物掺混物来解决现有技术的一个或多个问题，其中所述聚合物掺混物包括包含非离子聚合物链段的第一聚合物和具有以下化学部分的第二聚合物：

有利地，聚合物掺混物以较低成本提供提高的燃料电池性能、沸水中减少的水体积溶胀、提高的弹性、机械性质和耐久性、和减少的反应物气体串扰(cross-over)。另外，该掺混物允许薄的膜以改善的易处理性被铸造。此外，消除了ePTFE支撑结构的需要。最后，由二甲基乙酰胺铸造的本发明实施方案的掺混物允许在没有由醇水溶液铸造膜所需要的140℃退火步骤下形成膜。

[0006]本发明的其它示例性实施方案将从下文中提供的详细描述中变得显而易见。应理解到，详细描述和具体例子在公开本发明示例性实施方案的同时，旨在仅仅用于举例说明，而不打算限制本发明的范围。

附图说明

[0007]从详细描述和附图中将更充分理解本发明的示例性实施方案，其中：

[0008]图1提供了结合本发明实施方案的聚合物的燃料电池的示意图；

[0009]图2提供了在80℃下75％和85％相对湿度(“RH”)出口气流和95℃下55％RH出口气流的情况下，有和没有Kynar Flex 2751的700当量全氟磺酸聚合物的电池电压对电流密度的曲线图；和

[0010]图3提供了在80℃下85％、80％和63％相对湿度出口流的情况下，单独Nafion 1000膜和与30wt％和50wt％Kynar Flex 2751掺混的Nafion 1000膜的电池电压对电流密度的曲线图。

具体实施方式

[0011]现在将详细参考本发明目前优选的组合物、实施方案和方法，它们构成发明人目前已知的实施本发明的最佳方式。图不必按比例。但是，应认识到，公开的实施方案仅仅是示范可在各种和替代形式中实施的本发明。因此，本文公开的具体细节不被解释为限制性的，而仅仅是本发明任意方面的代表性基础和/或教导本领域技术人员可变地利用本发明的代表性基础。

[0012]除了在实施例中，或其它专门指示的地方，本说明书中所有指示材料数量或反应和/或使用条件的数值数量都应被理解为用术语“约”修饰，描述本发明的最宽范围。指明的数值界限内的实施通常是优选的。而且，除了专门相反指明：百分比、“份数”和比例值都以重量计；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三聚物”等；对于与本发明有关的给定目的合适或优选的材料组或类的描述意味着该组或类的任意二个或更多个成员的混合物是同等合适或优选的；化学术语中成分的描述是指在加入到描述中任何指定组合时的成分，不必然排除一旦混合时混合物成分之间的化学相互作用；首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于相同缩写的本文所有后面的应用并应用必要修正到最初定义的缩写的正常语法变体；和除非专门相反指明，性质的测量通过与针对相同性质在前面或后面提及的相同技术来确定。

[0013]还应认识到，本发明不限于下面描述的具体实施方案和方法，因为具体组分和/或条件当然可变化。此外，本文使用的术语仅仅用于描述本发明具体实施方案的目的，并且不旨在以任何方式限制。

[0014]还必须注意到，说明书和附加权利要求中使用的单数形式“某(a)”、“某个(an)”和“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另外清楚指明。例如，对单数形式组分的引用旨在包括多个组分。