[发明专利]由具有全氟磺酸侧基的聚全氟环丁烷以及与聚偏二氟乙烯的掺混物制成的聚电解质膜

说明书

技术领域

本发明总的来讲涉及的领域包括聚合物电解质和燃料电池。 

背景技术

聚合物电解质在电化学装置(例如电池组和燃料电池)中起着重要作用。为了实现最佳的性能，该聚合物电解质必须在高的和低的相对湿度下都维持高的离子传导率和机械稳定性。该聚合物电解质也需要优异的化合物稳定性以获得长的产品寿命和耐用。已经开发了氟化的无规共聚物用作燃料电池的电解质。然而，由于其固有的无规链构造，无规共聚物典型地在高湿度下会发生水膨胀，而在低湿度下会发生过度的膜收缩。无规共聚物膜缺乏用于耐受正运行的燃料电池内的水合和脱水的严格性的机械耐久性。因此，需要在宽范围的湿度条件下维持耐久的机械性质和高的离子传导率的改进的聚合物电解质。 

因此，需要改进的聚合物电解质分子体系结构和合成这种聚合物电解质的方法。 

发明内容

本发明通过在至少一种实施方案中提供包括具有式1的聚合物链段的聚合物解决了现有技术的一个或多个问题： 

其中： 

Z₁是供质子基团，例如-SO₂X、-PO₃H₂或-COX，以及类似物； 

E₁是含芳香族的部分； 

A不存在或是O或具有碳主链的增链部分(chain extender)。在变体中，A包括醚键； 

X是-OH、卤素、酯或 

P₁、P₂各自独立地为不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO₂-、-CO-、-NH-、NR₂-或-R₃-； 

R₂是C_1-25烷基、C_1-25芳基或C_1-25亚芳基； 

R₃是C_1-25亚烷基、C_1-25全氟亚烷基或C_1-25亚芳基； 

R₄是三氟甲基、C_1-25烷基、C_1-25全氟亚烷基、C_1-25芳基或另一E₁基团；和 

Q₁是氟化的环丁基部分。 

在另一实施方案中，提供了包括具有聚合物链段1的聚合物的离子传导膜。 

本发明进一步体现在如下方面： 

1.用于燃料电池的聚合物，该聚合物包括聚合物链段1： 

其中： 

Z₁是-SO₂X、-PO₃H₂或-COX； 

E₁是含芳香族的部分； 

A不存在或是O或具有碳主链的增链部分； 

X是-OH、卤素、酯或 

P₁、P₂各自独立地为不存在、-O-、-S-、-SO-、-SO₂-、-CO-、-NH-、NR₂-或-R₃-； 

R₂是C_1-25烷基、C_1-25芳基或C_1-25亚芳基； 

R₃是C_1-25亚烷基、C_1-25全氟亚烷基或C_1-25亚芳基； 

R₄是三氟甲基、C_1-25烷基、C_1-25全氟亚烷基、C_1-25芳基或另一E₁基团；和 

Q₁是氟化的环丁基部分。 

2.方面1的聚合物，其中聚合物链段1重复j次。 

3.方面1的聚合物，其中j为1～10000。 

4.方面2的聚合物，进一步包括具有式4的聚合物嵌段： 

其中： 

k为1～10000； 

E₂是含芳香族的部分；