[发明专利]复合电解质膜及其制造方法

说明书

技术领域

本申请要求于2014年6月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0072441号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及一种复合电解质膜及其制造方法。

背景技术

最近，随着现有能源如石油或煤的预期耗竭，对可替代现有能源的能源的关注日益增加。作为这些替代能源之一，燃料电池由于以下优势而受到特别关注：燃料电池效率高且不排放污染物(例如NOx和SOx)，并且所用的燃料充足。

燃料电池是将燃料和氧化剂的化学反应能转化为电能的发电系统，代表性地，使用氢和烃类(例如甲醇或丁烷)作为燃料并且使用氧作为氧化剂。

燃料电池的实例包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。其中，聚合物电解质膜燃料电池由于高能量密度和高输出而受到最活跃的研究。聚合物电解质膜燃料电池与其他燃料电池的不同之处在于：使用固体聚合物电解质膜替代液体聚合物电解质膜。

发明内容

技术问题

本申请已致力于提供用于燃料电池的复合膜及其制造方法，所述复合膜具有优异的氢离子传导性、机械性能、尺寸稳定性等。

技术方案

本申请的一个示例性实施方案提供了一种复合电解质膜，其包含：

聚(亚芳基醚砜)共聚物，其含有由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元；和

核-壳颗粒，其含有无机颗粒核和碱性有机聚合物壳。

[化学式1]

[化学式2]

在化学式1和化学式2中，

R1至R3以及R8至R10各自独立地为-O-、-S-、-SO₂-、-C＝O-或-C(CH₃)₂-，

R4至R7以及R13至R16各自独立地为氢，或者具有1至10个碳原子的直链或支链烷基，

R11、R12和R18中至少一者为-SO₃R17，且其余的为氢，或者具有1至10个碳原子的直链或支链烷基，

R17为H、Li、Na或K，

A和A’各自独立地为直连键、二价芴基，或者具有1至10个碳原子的直链或支链亚烷基，

m、n、o、p和r各自独立地为0至4，q、s和t各自独立地为0至3，

y为0或1，以及

a和b为化学式1和化学式2的摩尔比，且各自独立地为0.1至0.99。

进一步地，本申请的另一个示例性实施方案提供了一种制造复合电解质膜的方法，所述方法包括：

制备聚(亚芳基醚砜)共聚物，所述聚(亚芳基醚砜)共聚物包含由化学式1表示的重复单元和由化学式2表示的重复单元；

制备包含聚(亚芳基醚砜)共聚物和核-壳颗粒的组合物，所述核-壳颗粒包含无机颗粒核和碱性有机聚合物壳；以及

通过使用该组合物来形成复合电解质膜。

另外，本申请的又一个示例性实施方案提供了包含所述复合电解质膜的燃料电池。

有益效果

与仅包含聚(亚芳基醚砜)共聚物的聚合物电解质膜相比，根据本申请的复合电解质膜通过包含具有碱性有机聚合物壳的核-壳颗粒和聚(亚芳基醚砜)共聚物而可以提高氢离子传导性、尺寸稳定性、机械强度等。

进一步地，与包含聚(亚芳基醚砜)共聚物和不具有壳结构的颗粒的复合电解质膜相比，根据本申请的复合电解质膜可提高氢离子传导性、尺寸稳定性等。

另外，与包含聚(亚芳基醚砜)共聚物和具有酸性聚合物壳的核-壳颗粒的复合电解质膜相比，根据本申请的复合电解质膜可提高氢离子传导性、尺寸稳定性等。

特别地，根据本申请的复合电解质膜具有灵活性，其可根据无机核的尺寸、有机聚合物壳的尺寸、聚(亚芳基醚砜)共聚物相对于核-壳颗粒的含量比等来调节氢离子传导性、机械性能、尺寸稳定性等。

附图说明

图1是示意性地示出了根据本申请一个示例性实施方案的形成复合电解质膜的核-壳颗粒的方法的图。

图2是示意性地示出了根据本申请一个示例性实施方案的制造复合电解质膜的方法的图。

具体实施方式

在下文中，将更详细地说明本申请。