[发明专利]复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池

说明书

本说明书涉及一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。

技术领域

本申请要求于2015年09月01日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0123700的权益，该申请的全部内容通过引用并入本申请中。

本申请涉及一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。

背景技术

随着近来关于诸如石油和煤炭的现有能源的枯竭的预测，对能够替代这些能源的替代能源的兴趣已经增长。作为这种替代能源之一，燃料电池具有效率高、不排放诸如NO_x和SO_x的污染物并且具有足够的燃料以供使用的优点，已经受到特别的关注。

燃料电池是将燃料与氧化剂的化学反应能转换为电能的发电系统，并且使用氢气、甲醇和诸如丁烷的烃作为燃料，通常使用氧气作为氧化剂。

燃料电池包括聚合物电解质膜型燃料电池(PEMFC)、直接甲醇型燃料电池(DMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。其中，聚合物电解质膜型燃料电池由于其高能量密度和高输出而被最积极地研究。这种聚合物电解质膜型燃料电池与其它燃料电池的不同之处在于，使用固体聚合物电解质膜而不是液体作为电解质。

聚合物电解质膜型燃料电池具有如下基本原理：在聚合物电解质膜的两个表面上设置气体扩散电极层，通过使阳极面向燃料电极并使阴极面向氧化电极，由聚合电解质膜通过化学反应生成水，并且将由此产生的反应能转换为电能。

作为在聚合物电解质膜型燃料电池中使用的聚合物电解质膜，氟系聚合物电解质膜由于其高性能和耐久性而广为人知。特别地，与烃系聚合物相比，即使在相对低湿度的条件下，氟系聚合物电解质膜在膜性能和耐久性方面也表现出更优异的效果。

同时，与氟系电解质膜相比，基于价格竞争力，已经积极地研究烃系电解质膜，并且通过单位电池评价而评价出的电解质膜性能已经提高至与氟系电解质膜性能相似的水平。然而，与氟系电解质膜相比，在湿度条件影响下或在高电流密度区域中，性能和耐久性倾向于下降，并且已经进行用于增强这些性能的研究。

韩国专利申请特许公开No.2009-0039180

发明内容

技术问题

本说明书旨在提供一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。

技术方案

本说明书的一个实施方案提供一种复合电解质膜，包含：离子导电聚合物；以及两种类型的二氧化硅粒子。

本说明书的一个实施方案提供一种增强复合电解质膜，包括：混合层，该混合层包括离子导电区域和多孔载体；以及设置在所述混合层的至少一个表面上的包含离子导电聚合物的导电层，其中，所述导电层包含第一二氧化硅粒子，所述混合层包含第二二氧化硅粒子，该第二二氧化硅粒子具有比所述第一二氧化硅粒子小的平均粒径。

本说明书的一个实施方案提供一种膜电极组件，包括所述复合电解质膜或所述增强复合电解质膜。

本说明书的一个实施方案提供一种包括所述膜电极组件的燃料电池。

有益效果

根据本说明书的一个实施方案，与现有的氟系电解质膜相比，在使用具有价格竞争力的烃系电解质膜的同时在湿度条件下得到优异的性能。

此外，根据本说明书的一个实施方案，与现有的烃系电解质膜相比，在高电流密度区域得到优异的性能。

换言之，在燃料电池中使用包括根据本说明书的一个实施方案的复合电解质膜的膜电极组件对提高燃料电池性能和/或开路电压(OCV)具有积极的影响。