[发明专利]用于燃料电池的具有改善的离子通道连续性的电解质膜及其制造方法

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的具有改善的离子通道连续性的电解质膜及其制造方法。所述电解质膜可以包括具有不同粘度的离聚物溶液和具有孔的多孔载体，其中质子移动通过的通道的连续性得到改善。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的电解质膜及其制造方法。所述电解质膜可以包括具有不同粘度的离聚物溶液和具有孔的多孔载体，其中质子移动通过的通道的连续性得到改善。

背景技术

用于燃料电池的电解质膜，例如包括Nafion，实际上配置为在燃料电池中传输质子。近年来，已经努力开发一种增强膜，其中例如具有热稳定性和机械稳定性的多孔载体被离聚物浸渍。在该增强膜的情况中，很难使离聚物完全浸渍增强膜中的孔从而形成连续的质子传输通道。

例如，以各种方式将离聚物多次注入多孔载体的相对表面中形成的孔中。如此，空气会与在各个步骤中注入的离聚物一起引入孔中，或者残留在内部的空气不能完全地逸出，并且空气以气泡的形式留在多孔载体中。

发明内容

在一个优选的方面，尤其提供了一种在多孔载体中包含的孔中抑制气泡形成的方法。

在一个优选的方面，提供了一种具有增加的质子电导率的电解质膜。

本发明的目的不限于上述方面，通过如下说明能够清楚理解本发明的方面，并且通过权利要求书中描述的手段及其组合能够实现本发明的方面。

在一方面，提供了一种用于燃料电池的电解质膜。所述电解质膜可以包括：包括孔的多孔载体；第一离聚物层，其包括从多孔载体的第一表面渗透到孔中的第一离聚物溶液；以及第二离聚物层，其包括从多孔载体的与所述第一表面相对的第二表面渗透到孔中的第二离聚物溶液。优选地，第一离聚物溶液的粘度不同于第二离聚物溶液的粘度。

本文所用的“多孔载体”或“多孔基材”是指包括多种形状的孔(例如，圆形或非圆形)、洞、腔(例如，微腔)、迷宫、通道等(无论均匀形成还是不规则形成)的多孔材料。示例性的多孔基材可以包括预定尺寸内的孔(例如，闭孔或开孔)，所述预定尺寸在亚微米至微米尺寸范围内并且通过孔的最大直径来测量。

本文所用的术语“离聚物”是指包括作为侧基连接(例如共价键合)到聚合物主链上的离子化基团的聚合物材料或树脂。优选地，这些离子化基团可以官能化以具有离子特性，例如阳离子特性或阴离子特性。

所述离聚物可适当地包括一种或多种选自氟类聚合物、聚四氟乙烯类聚合物、全氟砜类聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物、聚苯基喹喔啉类聚合物和聚苯乙烯类聚合物中的聚合物。

第一离聚物溶液中的第一离聚物和第二离聚物溶液中的第二离聚物可以是相同或不同的类型。在某些方面，第一离聚物和第二离聚物是不同的，这些离聚物的物理性质或化学性质(例如多分散指数(PDI))是不同的。例如，第一离聚物的PDI值与第二离聚物的PDI值相差至少5％、10％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、60％、70％、80％或90％。

第一离聚物溶液的粘度可以大于第二离聚物溶液的粘度，可以通过用第一离聚物溶液浸渍多孔载体的第一表面来形成第一离聚物层，并且可以通过用第二离聚物溶液浸渍多孔载体的第二表面来形成第二离聚物层。

第一离聚物层可以形成为从多孔载体的第一表面占据孔的一部分，并且第二离聚物层可以形成为从多孔载体的第二表面占据孔的一部分。

一方面，第一离聚物溶液的粘度与第二离聚物溶液的粘度之差可以为约10cP至490cP，或者第一离聚物溶液与第二离聚物溶液的粘度之差可以达到或至少为10cP、20cP、30cP、40cP、50cP、100cP、150cP、200cp、250cP、300cP、350cP、400cP或450cP。