[发明专利]新型PPS-S膜

说明书

本发明涉及制造空心金属纳米管的方法。

背景技术

在质子交换膜型燃料电池中，氢作为燃料供应至阳极，氧作为氧化剂供应至阴极。氧可以是纯氧(O2)或空气(O2和N2的混合物)。质子交换膜(“PEM”)燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”)，其中固体聚合物膜在一面上具有阳极催化剂，在相反面上具有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极和阴极层由多孔导电材料，如织造石墨(woven graphite)、石墨化片材或碳纸(carbon paper)形成以使燃料能够分散在面向燃料供给电极的膜的表面上。典型的，离子导电聚合物膜包括全氟磺酸(PFSA)离聚物。

各催化剂层具有负载在碳粒子上的细碎催化剂粒子(例如铂粒子)以促进氢在阳极处的氧化和氧在阴极处的还原。质子从阳极穿过离子导电聚合物膜流向阴极，在此它们与氧结合形成水，水从电池中排出。通常，该离子导电的聚合物膜包括全氟磺酸(PESA)离聚物。

MEA夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)之间，这对GDL又夹在一对导电流场元件或板之间。该板充当阳极和阴极的集流器(current collector)，并含有在其中形成的用于将该燃料电池的气态反应物分配在各自的阳极和阴极催化剂表面上的适当的通道和开口。为了有效发电，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须薄、化学稳定、可传输质子、不导电和不透气。在典型用途中，燃料电池以许多成组的独立燃料电池(fuel cell in stacks)的阵列(arrays)形式提供以提供大量电力。

MEA夹在一对多孔的气体扩散层(GDL)之间，该气体扩散层位于一对导电流场元件或板之间。板作为阳极和阴极的集电器，并且包含适当的通路和那里形成的开口，以分别在阳极和阴极催化剂的表面上分配燃料电池的气体反应物。为了有效产生电流，PEM燃料电池的聚合物电解膜必须薄，化学稳定，质子传递，不导电并且气体可透过。在典型的应用中，许多单独的燃料电池堆叠系列提供燃料电池，以提供高水平的电能。

在许多燃料电池应用中，电极层由墨水成分组成，其包括贵金属和全氟磺酸聚合物(PFSA)。例如，PFSA典型地被加到质子交换膜燃料电池的电极层结构中的Pt/C催化剂墨水中，以向分散的Pt纳米颗粒催化剂提供质子传导并粘接多孔碳网。传统的燃料电池催化剂将炭黑与离聚物一起与沉积在碳表面上的铂结合。炭黑提供(部分地)高表面积传导基质。铂沉积物提供催化作用，并且离聚物提供质子传导成分。电极由含有炭黑催化剂和离聚物的墨水组成，其在干燥时结合以形成电极层。

虽然制造离子传导膜的电流技术工作的相当好，但仍需要改进。例如，利用添加磺酸基(离聚物的聚苯硫醚膜)改性的聚苯硫醚可为片形式，但通常厚度小于25μm是不可行的。制造更薄的片形式的这些膜是困难的。添加磺酸基可能需要使用氯磺酸，常常产生不稳定的结果并通过点(spots)燃烧的方法。

因而，本发明提供制造可用于燃料电池应用的多孔垫的改进方法。

发明内容

本发明通过在至少一个实施方式中提供制造膜的方法来解决现有技术的一个或更多问题。该方法包括将含聚苯硫醚的树脂与水溶性的载体树脂结合以形成树脂混合物的步骤。将树脂混合物挤出以形成成型的树脂混合物。成型的树脂混合物在载体树脂内具有含聚苯硫醚的结构。挤出的树脂混合物与水接触以从载体树脂中分离含聚苯硫醚的结构。含聚苯硫醚的结构然后制成膜。

在另一个具体实施方式中，提供制造膜的方法。该方法包括将含聚苯硫醚的树脂与水溶性的载体树脂结合以形成树脂混合物的步骤。该树脂混合物然后挤出以形成挤出的树脂混合物。所述挤出的树脂混合物包括在载体树脂内的含聚苯硫醚的纤维。挤出的树脂混合物与水接触(即，洗涤)以从载体树脂中分离含聚苯硫醚的纤维。含聚苯硫醚的纤维选择性地被磺化。磺化的含聚苯硫醚的纤维然后制成膜。

有利地，上述方法使得允许以控制和可重复的方式实现磺化。高的表面积允许均匀地加工整体的含聚苯硫醚纤维。而且，小的纤维尺寸允许铺置薄的垫，并进而制造很薄的膜。

本发明进一步包括以下方面：

1.方法，该方法包括：

将含聚苯硫醚的树脂与水溶性的载体树脂结合以形成树脂混合物；

成型所述树脂混合物以形成成型的树脂混合物，所述成型的树脂混合物在所述载体树脂内具有含聚苯硫醚的结构；

将所述成型的树脂混合物与水接触以从所述载体树脂中分离所述含聚苯硫醚的结构；以及

将所述含聚苯硫醚的结构制成膜。

2.方面1中的方法，其中所述含聚苯硫醚的结构包括选自纤维，珠，球，和椭圆形的成分。