[发明专利]回收全氟磺酸离聚物的方法，将膜电极组件分离成部件的方法，以及回收催化剂组分的方法

说明书

公开了一种从包含全氟磺酸离聚物的部件中回收全氟磺酸离聚物的方法。该方法包括将包含全氟磺酸离聚物的部件浸入含脂族二醇的溶剂中，并且加热。还公开了回收的全氟磺酸离聚物的用途，例如用于制备质子传导膜或催化剂墨。

发明领域

本发明涉及一种从用过的或未用过的燃料电池部件中回收离聚物材料的方法，和包含通过该方法获得的回收的离聚物的分散体。本发明进一步涉及该分散体的后续用途，例如用于制备质子传导膜或催化剂墨(catalyst ink)。

发明背景

燃料电池是一种电化学电池，其包含通过电解质隔开的两个电极。燃料例如氢、醇如甲醇或乙醇或者甲酸被供给到阳极，氧化剂例如氧气或空气被供给到阴极。电化学反应在电极处发生，燃料和氧化剂的化学能被转化成电能和热。电催化剂被用于促进燃料在阳极的电化学氧化和氧气在阴极的电化学还原。

燃料电池通常根据所用的电解质的性质来分类。通常电解质是固体聚合物膜，其中该膜是电绝缘的，但是离子传导的。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中(其还包括直接甲醇燃料电池(DMFC))，膜是质子传导的，在阳极处产生的质子跨过膜传输到阴极，在那里它们与氧气结合形成水。

PEMFC的主要部件是膜电极组件(MEA)，其基本上包含5层。中心层是质子传导膜。在质子传导膜的任一侧上存在电催化剂层，其含有经设计用于特定的电催化反应的电催化剂。最后，与每个电催化剂层相邻的是气体扩散层(GDL)。GDL必须允许反应物到达电催化剂层和必须传导电化学反应产生的电流。所以，GDL必须是多孔的和导电的。

电催化剂层通常包含电催化剂，其包含适于燃料氧化或氧气还原反应的金属或合金，这取决于该层要用在阳极还是阴极。电催化剂典型地基于铂或者与一种或多种其他金属形成合金的铂。铂或铂合金催化剂可以为未负载的纳米颗粒(例如金属黑或其他未负载的微粒金属粉末)的形式，或者可以作为更高表面积的颗粒沉积到导电碳基底或其他导电材料上(负载的催化剂)，或者还可以为延展的薄膜材料的形式，如WO2013/144631A1中公开的那些。

电催化剂层通常还包含质子传导材料例如质子传导离聚物，以帮助质子从阳极催化剂转移到膜和从膜转移到阴极催化剂。

用于PEMFC中的常规质子传导膜通常由全氟磺酸(PFSA)离聚物形成，由这些离聚物形成的膜以商标名(DuPont)、(Solvay Specialty Polymers)、(Asahi Glass KK)和(Asahi Kasei)来销售。可选地，质子传导膜可以基于磺化的烃膜例如可作为P、E或K系列产品获自FuMA-Tech GmbH，JSRCorporation，Toyobo Corporation和其他的那些。

质子传导膜可以是复合膜，其中该膜包含赋予性能例如机械强度的其他材料。例如，该膜可以包含多孔增强材料，例如膨胀的聚四氟乙烯(e-PTFE)材料。

质子传导膜还可以包含一种或多种组分，其有助于该膜的化学耐久性，例如过氧化氢分解催化剂、自由基清除剂等。

常规上，MEA可以通过下文概述的许多方法来构造：

(i)电催化剂层可以施用到GDL，来形成气体扩散电极(GDE)。GDE置于离子传导膜的每一侧上，并层合在一起来形成5层MEA；

(ii)电催化剂层可以施用到质子传导膜的两面，来形成催化剂涂覆的膜(CCM)。随后，将GDL施用到CCM的每个面。

(iii)MEA可以由一侧涂覆有电催化剂层的离子传导膜形成，GDL与该电催化剂层相邻，GDE在该质子传导膜的另一侧上。

典型地，需要数十或数百个MEA来为大部分应用提供足够的功率，因此组装多个MEA来构成燃料电池堆叠体。使用场流板来分离MEA。该板起到几种作用：将反应物供给到MEA；除去产物；提供电连接；和提供物理载体。

发明内容