[发明专利]用于膜-电极组件的电解质膜及其制造方法

说明书

本公开涉及一种用于膜‑电极组件的电解质膜及其制造方法，该电解质膜包括催化剂，该催化剂包括具有多面体框架的中空纳米颗粒。具体地，该电解质膜包括：电解质层，包括具有质子传导性的离聚物；以及催化剂，分散在电解质层中，其中催化剂包括具有多面体框架的中空纳米颗粒。

技术领域

本公开涉及一种用于膜-电极组件的电解质膜及其制造方法，该电解质膜包括催化剂，该催化剂包括具有多面体框架的中空纳米颗粒。

背景技术

在聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中，电解质膜用于传导氢离子。电解质膜使用离子交换材料来制造，以便转移氢离子。离子交换材料包括水分，以便使在负电极产生的氢离子选择性地移动到正电极。

由于氢的交叉移动(crossover)，电解质膜劣化，从而电解质膜的耐久性降低。由于氢的交叉移动，氢在电解质膜和正电极之间的界面与氧接触，从而产生过氧化氢。过氧化氢分解为羟基自由基(·OH)和过氧化羟基自由基(·OOH)等，从而使电解质膜劣化。

近年来，为了降低成本并降低电解质膜的离子阻力，减小了电解质膜的厚度。电解质膜越薄，氢的交叉移动量就越大。因此，电解质膜的寿命逐渐缩短。

为了解决上述问题，提出了向电解质膜添加诸如碳载铂的催化剂以防止自由基生成的技术。

然而，在如上所述向电解质膜添加催化剂的情况下，碳载体可能会破坏电解质膜的绝缘性，并且可能由于碳载体的劣化和/或副反应而损坏电解质膜。

在本背景技术部分中公开的上述信息被提供仅为了增强对本公开的背景的理解，因此可能包含不构成本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开旨在解决与现有技术相关的上述问题。

本公开的一个目的是向电解质膜添加具有多面体框架且自负载催化剂，而非具有碳载体的催化剂，从而提高电解质膜的化学耐久性，而不会因碳载体而产生副作用。

本公开的目的不限于上述目的。本公开的目的将从以下描述中清楚地理解，并且可通过权利要求及其组合中限定的手段来实现。

在一方面中，本公开提供一种用于膜-电极组件的电解质膜，该电解质膜包括：电解质层，包括具有质子传导性的离聚物；以及催化剂，分散在电解质层中，其中催化剂包括具有多面体框架的中空纳米颗粒。

离聚物可包括全氟离聚物。

催化剂的框架可包括选自包括铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)及其组合的组中的催化剂金属。

催化剂可以为自负载催化剂。

催化剂的平均粒径可为40nm至70nm。

催化剂的含量可为0.001mg/cm³至0.2mg/cm³。

电解质膜可进一步包括：多孔增强层，浸渍有离聚物，其中电解质层可形成在增强层的至少一个表面上。

增强层可包括选自包括聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚苯醚(polyphenylene oxide，PPO)、聚苯并咪唑(polybenzimidazole，PBI)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVdF)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)及其组合的组中的任何一种。