[发明专利]低杂质弹性材料

说明书

本申请要求2005年12月2日提交的美国临时申请60/742,042的权利，其 内容全文引入本申请作为参考。

通过隔离的导管，燃料电池接收以氢、甲醇、或其它燃料为代表的含 氢燃料气体；氧源例如空气；和以水或乙二醇为代表的冷却流体。在燃料 电池中，来自燃料气体的氢源可与氧源通过电极和介入电解液反应以产生 电流。

通常，燃料电池的每个“电池”包括一对多孔双极板或集分离电极和一 对膜电极组件(MEAs)。每个MEA可包括聚合物电解质膜、催化层、和反 应电极层。MEA可夹在两个双极板之间。通常将双极板密封到组件上，密 封件具有低渗透性以降低水分的蒸发和聚合物电解质膜的干燥。密封容易 组装和拆卸是有益的。若干个相邻的电池形成燃料电池堆。燃料电池堆之 间的密封可以利用垫圈完成。由于在燃料电池堆中大面积被密封，大的压 缩力可以被用以密封燃料电池组件。在使用期间和随时间可能损害密封， 密封的压缩力可随着密封件的压缩高度的轻微变化而变化。

通常在燃料电池中的单个电池上安装电极，所述电极可通过在板状电 解质的两侧上涂敷诸如铂或其它适合的材料的催化剂而形成。两个电极再 连接到外置的电导体上。将燃料气体供给到一个此类电极即负极，而将空 气供给到另一个电极即正极来进行发电。更具体而言，燃料气体通过催化 剂的作用被分解成氢离子即质子，和负极上的电子以使得氢离子在穿过电 解质后迁移至正极，以及电子在穿过外部导体后流到正极。在正极，含氧 气体可与到达该电极的氢离子和电子进行催化反应，从而产生水。

来自于垫圈、密封件、供给管、排气管等，或来自于诸如燃料气体或 氧化剂的流体的离子污染可能污染燃料电池中的电解质和或催化剂，从而 导致氢离子的适当迁移、燃料气体的分解和发电期间的水分产生的失败。 离子杂质，例如Ca⁺²、和Zn⁺²可能对聚合物电解质膜内的质子传输产生有害 作用，参见Okada等人的J.Electrochem.Soc.Vol.144，pp.2744，(1997)；和 St-Pierre等人的J.New Mat.Electrochem.Sys.Vol.3pp 99，(2000)。在其它应 用中，离子污染可能影响其它过程如用于半导体生产的晶片清洁液，其可 能导致生产出有缺陷的芯片。

本发明的实施方案包括高纯度的固化弹性材料。在一些实施方案中， 固化弹性体所含有的可提取阳离子的量不会结合到燃料电池中的聚合物电 解质膜上至燃料电池的质子传导退化和不能产生有用量的电流的程度。在 其它实施方案中，固化弹性体具有低于约200ng/cm²的可提取钙。在一些实 施方案中，低于约200ng/cm²的可提取的混合钙与锌。在一些实施方案中， 低于约225ng/cm²的可提取的混合钙、锌和镁。在其它实施方案中，低于约 225ng/cm²的可提取的混合钙、锌、钠、和镁。在一些实施方案中，固化弹 性体由乙烯-丙烯-二烯三元共聚物组成。在其它实施方案中，固化弹性体基 本上由乙烯-丙烯-二烯三元共聚物和填料组成。本发明的实施方案包括含低 金属的热固性弹性体，例如低金属EDPM和TFE/PP(聚四氟乙烯/聚丙烯) 热固性弹性体，其具有优越的抗蠕变性和高出传统热固性弹性体数量级的 清洁度。

本发明的一个实施方案是包含或包括过氧化物可固化单烯烃共聚物橡 胶、弹性体或纯胶料、固化剂、和填料的组合物，其中所述过氧化物可固 化单烯烃共聚物橡胶、固化剂、和填料在固化前包括的离子物质的总量低 于约1000μg/g，优选可滤去的离子物质的量低于约1000μg/g；甚至更优选干 扰燃料电池中的聚合物电解质膜的传导性的离子物质的量低于约(1000μg 离子物质)/(克组合物)。在一些实施方案中，所述过氧化物可固化单烯烃 可以是乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、过氧化物可固化乙烯丙烯共聚物、或任 何这些的混合物。组合物还可包括多不饱和活性助剂。本发明的另一个实 施方案是通过固化这些组合物的任一种得到的固化热固性弹性体。在一些 实施方案中，弹性体不是含氟弹性体。