[发明专利]具有改进机械强度和质子传导率的燃料电池的膜-电极组件及其制造方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的膜-电极组件，所述膜-电极包括：

电解质膜，其包含氧化石墨烯；以及

一对电极，其设置在所述电解质膜的第一表面和第二表面上，

其中，所述氧化石墨烯包含膦酸。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述氧化石墨烯被膦酸官能化。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述电解质膜包含全氟磺酸离聚物。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，基于所述电解质膜的总重量，所述电解质膜包含0.01重量％至10.0重量％的膦酸官能化的氧化石墨烯。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述电解质膜具有50％或更高的吸水率。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述电解质膜具有0.04至0.40S/cm的质子传导率。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中

所述氧化石墨烯包含选自羧基、羟基、环氧基及其组合的含氧官能团，并且

所述膦酸与所述含氧官能团的氧形成共价键。

8.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，进一步包括：

一对离聚物复合膜，每个离聚物复合膜都包括多孔增强膜，

其中，所述离聚物复合膜设置在所述电极和所述电解质膜之间从而附接至所述电解质膜的第一表面和第二表面。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中

每个离聚物复合膜还包含全氟磺酸离聚物，并且

所述离聚物浸渍到所述多孔增强膜的孔中。

10.根据权利要求8所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述多孔增强膜包含选自聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯和聚氯乙烯中的一种以上。

11.一种制造用于燃料电池的膜-电极组件的方法，包括：

制备包含膦酸前体材料和氧化石墨烯的第一混合物；

制备包含活性添加剂和所述第一混合物的第二混合物；

将所述第二混合物分离成液相和固相；

对分离的固相进行干燥以获得固体粉末；

洗涤所述固体粉末以获得膦酸官能化的氧化石墨烯；

制备包含膦酸官能化的氧化石墨烯和全氟磺酸离聚物溶液的第三混合物；

通过涂覆和干燥所述第三混合物来制备电解质膜；以及

将电极附接至所述电解质膜的第一表面和第二表面。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述膦酸前体材料包括亚磷酸三乙酯。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，在制备第一混合物时，将0.1至1.0重量份的量的所述氧化石墨烯与100重量份的所述膦酸前体材料混合。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述活性添加剂包括溴化锂。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，在制备第二混合物时，基于100重量份的膦酸前体材料，将0.2至2.0重量份的量的活性添加剂引入至所述第一混合物中。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，用选自四氢呋喃、二甲基甲酰胺和水中的一种以上来洗涤所述固体粉末。