[发明专利]质子传导材料

说明书

相关申请的交叉引用

本公开要求2008年4月24日提交的美国临时专利申请第61/047643号的权利。

美国政府权利

本公开是根据美国能源部(DOE)授予的合作协议DE-FG36-07GO17006由政府支持完成的。美国政府享有本公开中的某些权利。

技术领域

本公开涉及可用作离聚物或聚合物离聚物的材料。

背景技术

在某些应用(包括某些汽车的应用)中，需要在较高的温度(如在大约120℃)运转燃料电池，这在某种程度上是为了简化冷却系统同时改善散热。较高的温度还可在使用联合的热力和动力系统中的废热方面提供效能增益。在较高的温度运转还可在使用重整燃料时提高催化剂对CO中毒的抵抗力。在某些应用中，为了提高在质子交换膜(PEM)中的水合水平，实施了对进入的反应物气流进行加湿，但是加湿器会增加系统的初始成本和增加在运转中的寄生功率损耗。在高温时加湿变得越来越困难；因而，需要传导性固有地较高的材料以便用很少的水或不用水就能有效地移动质子。

发明内容

简而言之，本发明提供根据下式的化合物：

(R¹-O-)₂-P(＝O)_m-Ar-SO₂NH-SO₂-R²

其中每一个R¹独立地选自氢，可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，聚合物，金属，金属氧化物，金属磷酸盐，金属膦酸盐和无机粒子，其中m是0或1，其中Ar是可包含杂环和多环且可被取代的芳族基团，并且其中R²选自可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，Ar是亚苯基。在一些实施例中，Ar是亚苯基-R³，其中R³选自氢，可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，R²是含氟聚合物。在一些实施例中，R²被一个或多个选自磺酸基团和膦酸基团的酸基团所取代。

在另一方面，本发明提供根据下式的化合物：

其中R¹选自金属、金属氧化物、金属磷酸盐、金属膦酸盐和无机粒子，其中m是0或1，其中Ar是可包含杂环和多环的且可被取代的芳族基团，并且其中R²选自可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，Ar是亚苯基。在一些实施例中，Ar是亚苯基-R³，其中R³选自氢，可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，R²是含氟聚合物。在一些实施例中，R²被一个或多个选自磺酸基团和膦酸基团的酸基团所取代。在一些实施例中，一个或多个或每一个R¹是金属或金属氧化物，其中所述金属选自Zr、Ti、Th和Sn。在一些实施例中，一个或多个或每一个R¹是金属或金属氧化物，其中所述金属选自四价的金属。

在另一方面，本发明提供根据下式的化合物：

R¹_n-Ar-SO₂NH-SO₂-R²

其中每一个R¹独立地选自氢，可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，聚合物，金属，金属氧化物，金属磷酸盐，金属膦酸盐和无机粒子，其中n是1、2或3，其中Ar是可包含杂环和多环且可被取代的芳族基团，并且其中R²选自可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，Ar是亚苯基。在一些实施例中，Ar是亚苯基-R³，其中R³选自氢，可包含杂原子且可被取代的烷基、亚烷基或芳基基团，以及聚合物。在一些实施例中，R²是含氟聚合物。在一些实施例中，R²被一个或多个选自磺酸基团和膦酸基团的酸基团所取代。

在另一方面，本发明提供聚合物电解质，该聚合物电解质包含高度氟化的主链和包含根据下式的基团的第一侧基基团：