[发明专利]聚合物电解质膜、包括该聚合物电解质膜的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池

摘要

本申请提供了一种聚合物电解质膜、包括该聚合物电解质膜的膜电极组件，以及包括该膜电极组件的燃料电池。 1

主权项

1.一种聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜包括：含有离子迁移区和具有三维网络结构的支撑体的混合层，

其中，所述离子迁移区具有两个以上的包含离子导电材料的单元三维地邻接的结构，

所述混合层相对于所述聚合物电解质膜的总厚度的厚度比为大于或等于30％且小于或等于100％，

所述单元的最大直径的平均值为大于或等于0.25μm且小于或等于0.4μm，所述单元的最大直径的标准偏差为大于或等于0.05μm且小于或等于0.2μm，

所述聚合物电解质膜还包括在所述混合层的上表面、下表面或者上表面和下表面上提供的只含有所述离子导电材料的纯物层，

在所述混合层的上表面和下表面上各自提供的纯物层之间的厚度差为该混合层的厚度的50％以下，

所述离子迁移区相对于所述混合层的总体积为大于或等于40体积％且小于或等于85体积％，

所述离子导电材料包括磺化聚醚酮类聚合物，并且

所述支撑体包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚缩醛(或聚甲醛)、聚硫化物、聚乙烯醇、它们的共聚物以及它们的组合。

2.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述混合层的厚度为大于或等于1μm且小于或等于30μm。

3.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，在所述混合层的任一表面上提供的纯物层的厚度各自独立地为大于0μm且小于或等于6μm。

4.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述混合层与整个纯物层的厚度比为1:0至1:4。

5.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，在所述混合层的任一表面上提供的纯物层各自独立地被层合为两层以上，并且每层包含不同的离子导电材料。

6.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜的总厚度为大于或等于3μm且小于或等于36μm。

7.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜的RH循环极限为至少20,000次循环。

8.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述离子迁移区包含大于或等于60体积％且小于或等于100体积％的所述离子导电材料。

9.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述单元在与所述聚合物电解质膜的上表面平行的任意表面上，在任一方向(x轴方向)、垂直于该方向的方向(y轴方向)以及所述聚合物电解质膜的厚度方向(z轴方向)上层合为两层以上。

10.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述支撑体具有两个以上的所述单元分布于其中的海绵结构。

11.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，在该聚合物电解质膜的垂直截面和水平截面中，都包括两个以上的所述单元的截面。

12.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述支撑体形成有两个以上的结点，并且每个结点包括三个以上的分支。

13.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述混合层在任意1μm³区域内包括大于或等于10个且小于或等于400个单元。

14.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜的空气渗透率为1小时/100ml以上。

15.一种膜电极组件，该膜电极组件包括权利要求1至14中任一项所述的聚合物电解质膜。

16.一种燃料电池，该燃料电池包括权利要求15所述的膜电极组件。