[发明专利]燃料电池耐久性

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2005/022203，国际申请日为2005年6月23日，进入中国国家阶段的申请号为200580031704.4，发明名称为“燃料电池耐久性”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及燃料电池膜电极组件和燃料电池聚合物电解质膜，其包括结合的阴离子官能团和多价阳离子如Mn或Ru阳离子并表现出改进的耐久性，本发明还提供其制造方法。

背景技术

据称，Ludvigson，J.Mater.Chem.，11(2001)1269-1276；Michas，J.Membrane Sci.，29(1986)239-257和Japanese Kokai2001/118591(Morimoto)公开了通过以下方法制造的聚合物电解质膜：通常在金属盐的溶液中浸渍膜，然后进行氧化步骤使金属盐转化成终产物中的金属氧化物。金属盐包括Mn盐(Ludvigson)和Ru盐(Michas和Morimoto)。

四氟乙烯(TFE)和式FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF(CF₃)-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚单体的共聚物是已知的，并以磺酸形式以商品名由DuPontChemical Company，Wilmington，Delaware出售，即其中FSO₂-端基水解成HSO₃^-。在制造燃料电池用的聚合物电解质膜中常常使用。

四氟乙烯(TFE)和式FSO₂-CF₂-CF₂-O-CF＝CF₂的共聚单体的共聚物是已知的，并以磺酸形式用在制造燃料电池用的聚合物电解质膜中，即其中FSO₂-端基水解成HSO₃^-。

2002年12月19日提交的美国专利申请10/325,278公开了厚度90微米或更小并包括聚合物的聚合物电解质膜，所述聚合物包括高度氟化骨架和下式的重复侧基：

YOSO₂-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-O-[聚合物骨架]

其中Y是H⁺或一价阳离子如碱金属阳离子。通常，膜是浇铸膜。通常，聚合物其水合积大于22,000。通常，聚合物其当量重为800-1200。

发明概述

简言之，本发明提供一种燃料电池膜电极组件，包括聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜包括聚合物，所述聚合物包括结合的阴离子官能团，其中所述聚合物电解质膜还包括选自锰阳离子和钌阳离子的阳离子。通常，按聚合物电解质中存在的阴离子官能团的摩尔量计，所述阳离子的存在量为0.001～0.5电荷当量，更通常0.005～0.2，更通常0.01～0.1，和更通常0.02～0.05。通常，所述阳离子在所述聚合物电解质膜厚度上的分布是均匀的。通常，所述阳离子是多价阳离子。更通常，所述阳离子是锰阳离子。通常，所述阳离子是Mn²⁺阳离子或Ru³⁺阳离子，最通常Mn²⁺阳离子。所述阳离子还可以是Mn³⁺，Mn⁴⁺，或Ru⁴⁺。所述聚合物其当量重为1200或更小，更通常1000或更小，更通常900或更小，和更通常800或更小。所述聚合物可以是高度氟化的或全氟化的，并可以包括下式的侧基：-O-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-SO₃H或式-O-CF₂-CF(CF₃)-O-CF₂-CF₂-SO₃H。