[发明专利]非晶质含氟聚合物的电化学应用

权利要求书

1.一种形成膜电极组件的方法，它包括：形成一种层状结构，它包括至少一层基本上氟化的固态聚合物电解质薄膜，至少一层含有一种催化剂和一种基本上氟化的离子键树脂粘结剂的催化剂层，和至少一层纤维状碳气体扩散衬里层，其中所述层中至少有一层进一步包含有非晶质含氟聚合物；

将该层状结构加热到低于约200℃的温度；和

向这加热后的层状结构加压以生成一种强化的膜电极组件，其中的催化剂层与固态聚合物电解质薄膜呈离子传导接触，而气体扩散衬里层与催化剂层呈电子传导接触。

2.一种形成涂有催化剂的薄膜的方法，它包括：

使一种基本上氟化的非离子聚合的离子交联聚合物前体树脂和一种催化剂相混合，以形成均匀混合物；

将该混合物涂于固态聚合物电解质薄膜的表面，以形成带涂层的薄膜；

使这带涂层的薄膜与碱金属碱相接触，以便水解非离子聚合的离子交联聚合物前体树脂，由此形成离子交联聚合物；和

使这离子交联聚合物与一种无机酸接触。

3.权利要求1的方法，其中催化剂层和气体扩散衬里层进一步包括非晶质含氟聚合物。

4.权利要求2的方法，其中均匀混合物进一步包括非晶质含氟聚合物。

5.权利要求1的方法，其中固态聚合物电解质薄膜包括一种离子交联聚合物，它含有四氟乙烯单体单元和2-20摩尔-％的由以下公式所述的单体单元：

             -(O-CF₂CFR)_aO-CF₂(CFR’)_bSO₃^-H⁺

式中R和R’独立选自F，Cl或含有1-10个碳原子的全氟化烷基，a＝0、1或2，b＝0-6。

6.权利要求5的方法，其中a＝1，R是三氟甲基，R’是F，b＝1，和SPE薄膜的当量重量为700-2000。

7.权利要求1或权利要求4的方法，其中非晶质含氟聚合物是如下一种共聚物，它包括衍生自四氟乙烯(TFE)的单体单元和至少20摩尔％的衍生自选自六氟丙烯(HFP)，全氟烃基乙烯基醚，2，2-双三氟甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯(PDD)和其混合物的单体的单体单元。

8.权利要求7的方法，其中非晶质含氟聚合物是一种三元共聚物，它包括约60摩尔-％的衍生自TFE的单体单元，约26摩尔-％的衍生自全氟甲基乙烯基醚的单体单元，和约14摩尔-％的衍生自全氟乙基乙烯基醚的单体单元；或是一种含有67摩尔-％ PDD的TFE和PDD的共聚物。

9.权利要求1的方法，其中非晶质含氟聚合物以小于15wt％的浓度存在于气体扩散衬里层中。

10.一种膜电极组件，它包括：

基本上氟化的固态聚合物电解质薄膜隔板；

与所述隔板呈离子传导接触的催化剂层，其中这催化剂层包含一种催化剂和一种基本上为氟化的离子键树脂粘结剂；

与所述催化剂层呈电子传导接触的纤维状碳气体扩散衬里层；和

包含在以上所述层中至少一层中的含氟聚合物，该含氟聚合物包括一种非晶质含氟聚合物。

11.权利要求10的膜状电极组件，其中固态聚合物电解质薄膜包括一种离子交联聚合物，它含有四氟乙烯单体单元和2-20摩尔-％的由下式所述的单体单元；

            -(O-CF₂CFR)_aO-CF₂(CFR’)_bSO₃^-H⁺

式中R和R’独立选自F，Cl或含有1-10个碳原子的全氟化烷基，a＝0、1或2，b＝0-6。

12.权利要求11的膜状电极组件，其中a＝1，R是三氟甲基，R’是F，b＝1，和SPE薄膜的当量重量为700-2000。

13.权利要求10的膜状电极组件，其中非晶质含氟聚合物是一种共聚物，它包括衍生自TFE的单体单元和至少20摩尔％的衍生自选自六氟丙烯(HFP)，全氟烷基乙烯基醚，2，2-双三氟甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯(PDD)的单体的单体单元，及其混合物。