[发明专利]含有铈氧化物添加剂的高耐久性燃料电池元件

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2006/041792，国际申请日为2006年10月27日，进入中国国家阶段的申请号为200680040414.0，发明名称为“含有铈氧化物添加剂的高耐久性燃料电池元件”的发明专利申请的分案申请。

本发明是根据能源部(DOE)授予的合作协议DE-FC36-02AL67621在政府的支持下完成的。政府对本发明拥有某些权利。

技术领域

本发明涉及展示较高耐久性的燃料电池膜电极组件及含有铈氧化物的燃料电池聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

据称US6，335，112(Asukabe)公开了一种包括含有能够分解过氧化物的催化剂的烃基固体聚合物电解质的聚合物电解质膜。该参考文件献提出了用于所述催化剂的多种元素。

据称US2003/0008196(Wessel)公开了一种包含分解过氧化物的催化剂的燃料电池电极。该参考文献提出了用于所述催化剂的多种元素。

据称US2002/0093008和US2004/0251450(Kerres)公开了一种包括用于质子传导的极小颗粒的渗透陶瓷纳米颗粒网的复合物膜。

四氟乙烯(TFE)与使用化学式：FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF(CF₃)-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚单体的共聚物是已知的并且由DuPontChemical Company，Wilmington，Delaware以商品名销售，销售形式为磺酸，即，其中的FSO₂-端基被水解为HSO₃-)。普遍用于制造燃料电池使用的聚合物电解质膜。

四氟乙烯(TFE)与使用化学式：FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚单体的共聚物也是已知的和在制造用于燃料电池的聚合物电解质膜时是磺酸形式的，即其中的FSO₂-端基被水解为HSO₃-。

于2002年12月19日提交的美国专利申请No.10/325，278的公开内容以引用方式并入本文中，该专利公开了一种厚度90微米或更小的且含有一种聚合物的聚合物电解质膜，所述聚合物含有根据如下化学式的高度氟化的主链和重复侧基：

YOSO²-CF²-CF²-CF²-CF²-O-[聚合物主链]

其中Y为H⁺或诸如碱金属阳离子的单价阳离子。典型地，所述膜为铸膜。典型地，所述聚合物具有大于22，000的水合产物。典型地，所述聚合物具有800至1200的当量。

发明内容

简而言之，本发明提供了一种含有聚合物电解质膜的燃料电池膜电极组件，所述聚合物包括高度氟化的聚合物电解质以及至少一种分散其中的铈氧化物化合物。典型地，在整个所述聚合物电解质膜厚度铈氧化物化合物均匀分布。典型地，在整个所述聚合物电解质膜厚度聚合物电解质均匀分布。典型地高度氟化的聚合物电解质为全氟化的。典型地相对于聚合物电解质膜的总重量，铈氧化物的量在0.01重量％和5重量％之间，更典型地在0.1重量％和1重量％之间。并且最典型地在0.2重量％和0.3重量％之间。典型地相对于聚合物电解质膜的总体积，铈氧化物的量小于1体积％，更典型地小于0.8体积％，并且更典型地小于0.5体积％。铈氧化物可为CeO₂。铈氧化物可为Ce₂O₃。典型地，聚合物电解质具有1000或更小，更典型900或更小，并且更典型800或更小的当量。聚合物电解质可包括根据如下化学式的侧基：-O-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-SO₃H，或者根据如下化学式的侧基：-O-CF₂-CF(CF₃)-O-CF₂-CF₂-SO₃H。