[发明专利]聚合物电解质膜和燃料电池

权利要求书

1.一种包括聚合物电解质和多孔膜的聚合物电解质膜，该聚合物电解质包括：

嵌段共聚物，它包括其中引入磺酸基的一种或多种嵌段和其中基本上没有引入磺酸基的一种或多种嵌段，其中在该嵌段共聚物中的至少一种嵌段是在聚合物链中具有芳族环的嵌段。

2.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中引入磺酸基的嵌段是具有在芳族环上有磺酸基的一种结构的嵌段。

3.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中引入磺酸基的嵌段是其中有磺酸基引入到具有由通式[1]表示的重复单元的嵌段中的一种嵌段，在通式[1]中，X表示-O-，-S-，-NH-，或直接的键，R¹表示具有1-6个碳数的烷基，具有1-6个碳数的烷氧基，或苯基，a表示0-3的整数；当有两个或更多个R¹时，这些可以相同或彼此不同。

4.根据权利要求3的聚合物电解质膜，其中X是通式[1]中的-O-。

5.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中引入磺酸基的嵌段是其中有磺酸基引入到具有由通式[2]表示的重复单元的嵌段中的一种嵌段，

在通式[2]中，Ar¹表示选自下列结构的基团

在上述通式中，R²表示具有1到6个碳数的烷基，具有1到6个碳数的烷氧基，苯基，或苯氧基，b是0-4的整数，和c是0-6的整数；当有两个或更多个R²时，这些可以相同或彼此不同。

6.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中引入磺酸基的嵌段是其中磺酸基被引入到具有环氧基的嵌段中的一种嵌段。

7.根据权利要求6的聚合物电解质膜，其中具有环氧基的嵌段是其中有磺酸基引入到具有由通式[3]表示的重复单元的嵌段中的一种嵌段，

在通式[3]中，Ar²表示选自下列结构的基团在上述通式中，R³表示具有1到6个碳数的烷基，具有1到6个碳数的烷氧基，或苯基，d是0-3的整数，和e是0-2的整数；当有两个或更多个R³时，这些可以相同或彼此不同；Y表示-O-，-S-，具有1-20个碳数的亚烷基，具有1-10个碳数的卤代亚烷基，或具有1-20个碳数的亚烷基二氧基；当有两个或更多个Y时，这些可以相同或彼此不同。

8.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中基本上没有引入磺酸基的嵌段是具有由下面通式[4]表示的重复单元的芳族聚醚，在通式[4]中，R⁴表示具有1-6个碳数的烷基，和f是0到4的整数；当有两个或更多个R⁴时，这些可以相同或彼此不同；Z表示-CO-或-SO₂-。

9.根据权利要求8的聚合物电解质膜，其中Z是通式[4]中的-SO₂-。

10.根据权利要求1-9的聚合物电解质膜，其中基本上没有引入磺酸基的嵌段是嵌段共聚物的60-95wt％。

11.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中以下面的方式生产该聚合物电解质：具有由通式[1]、[2]或[3]表示的重复单元的嵌段的前体，和具有由通式[4]表示的重复单元的嵌段的前体进行反应而生产一种嵌段共聚物，随后将该共聚物磺化。

12.根据权利要求11的聚合物电解质膜，其中嵌段共聚物是通过用浓度不低于90％的硫酸将该嵌段共聚物中的特定嵌段加以磺化来生产的。

13.根据权利要求1的聚合物电解质膜，其中多孔膜包括脂肪族聚合物或氟化聚合物。

14.一种包括根据权利要求1-13的聚合物电解质膜的燃料电池。

15.一种生产聚合物电解质膜的方法，包括以下步骤，

(i)用对于多孔膜的接触角低于90°的聚合物电解质溶液(1)浸渍多孔膜的孔隙，

(ii)多孔膜孔隙的剩余部分用聚合物电解质的溶液(2)浸渍，该溶液(2)具有比上述溶液(1)对多孔膜的接触角更大的接触角，和

(iii)除去溶剂。