[发明专利]改进的膜电极单元和具有长使用寿命的燃料电池

权利要求书

1.一种具有两个气体扩散层的膜电极单元，所述气体扩散层各自与催化剂层相接触，其通过聚合物电解质膜隔开，其中所述聚合物电解质膜具有与催化剂层接触的内部区域和不提供在气体扩散层表面上的外部区域，其特征在于在5N/mm²的压力下在10分钟期间，所述膜的内部区域的厚度降低至少5％，而且所述膜在外部区域的厚度大于膜的内部区域的厚度。

2.依照权利要求1的膜电极单元，其特征在于两个气体扩散层的四个边缘与聚合物电解质膜接触。

3.依照权利要求1或2的膜电极单元，其特征在于所述外部区域具有单层结构。

4.依照权利要求1或2的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜的外部区域具有至少一个更多层。

5.依照权利要求4的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜的外部区域具有至少一个可熔的聚合物层。

6.依照权利要求5的膜电极单元，其特征在于所述聚合物层包括含氟聚合物。

7.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述外部区域包括至少两个厚度大于或等于10μm的聚合物层，在160℃和100％的伸长率下测定，这些层的聚合物各自具有至少为6N/mm²的弹性模量。

8.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜的内部区域具有在15～1000μm范围内的厚度。

9.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述外部区域具有在120～2000μm范围内的厚度。

10.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜的外部区域厚度与内部区域厚度之比在1∶1～200∶1范围内。

11.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于两个催化剂层中各层具有尺寸至少为2cm²的电化学活性表面积。

12.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质层包含聚吡咯。

13.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜掺杂有酸。

14.依照权利要求13的膜电极单元，其特征在于所述聚合物电解质膜掺杂有磷酸。

15.依照权利要求14的膜电极单元，其特征在于所述磷酸的浓度为至少50wt％。

16.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述膜可以通过包含以下步骤的方法得到：

A)将一种或多种芳香族四氨基化合物与一种或多种其中每个羧酸单体中含有至少两个酸基的芳香族羧酸或其酯混合，或将一种或多种芳香族和/或杂芳香族二氨基羧酸在多磷酸中混合，以形成溶液和/或分散体，

B)用步骤A)中的混合物在支撑体或电极上施加层，

C)将步骤B)中可得到的扁平结构/层在惰性气体中加热至高达350℃的温度，优选高达280℃，以形成聚吡咯聚合物，

D)处理步骤C)中形成的膜(直至其可自支承)。

17.依照权利要求14、15或16的膜电极单元，其特征在于掺杂度为3～50。

18.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于至少一个所述电极由可压缩材料制成。

19.依照前述一项或多项权利要求的膜电极单元，其特征在于所述膜包含可以由包含膦酸和/或磺酸基团的单体的自由基聚合得到的聚合物。

20.依照至少权利要求1～18的至少一个膜电极单元与至少一个隔片的组合物。

21.依照权利要求20的组合物，其特征在于所述隔片构成框架。

22.依照权利要求20或21的组合物，其特征在于在80℃的温度和5N/mm²的压力下在5小时期间，所述隔片的厚度降低不超过5％，其中所述厚度的降低是在第一压缩步骤之后测定的，其发生在在5N/mm²的压力下的1分钟期间。