[发明专利]聚苯并噁嗪及包含它的电解质膜以及包含该电解质膜的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及聚苯并噁嗪，包含它的电解质膜，及包括该电解质膜的燃料电池，更具体地，本发明涉及新的聚苯并噁嗪，包含该聚苯并噁嗪的用于高温非增湿燃料电池的电解质膜，及包括该电解质膜的燃料电池。

背景技术

通常，通过施加电压而使其中的质子转移的离子导体，已经广泛地用于电化学装置如电池和电化学传感器。

例如，考虑到发电效率、系统效率及组成部件的耐久性，燃料电池中需要这样的质子导体，其在100～300℃的工作温度下以及非增湿或者湿度小于50％的长期运行中具有稳定的质子电导率。

在采用全氟磺酸构成的电解质膜的常规固体聚合物燃料电池中，当工作温度为100～300℃及相对湿度为50％或更小时，不能实现充分的发电。

而且，采用其中包含质子导电剂的电解质膜的燃料电池，采用氧化硅分散膜的燃料电池，采用无机-有机复合膜的燃料电池，采用磷酸掺杂的聚合物电解质膜的燃料电池，以及采用离子性液体复合膜的燃料电池已经投入使用。

另外，美国专利US5525436已经介绍了由强酸如磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PBI)形成的固体聚合物电解质膜。

这种电解质膜可因为磷酸掺杂而具有提高了的离子电导率，但是该电解质膜的机械性能会降低。具体地，强酸如磷酸掺杂的PBI的机械和化学稳定性在高温时会降低，而且容纳磷酸的能力也会降低。

发明内容

本发明提供聚苯并噁嗪，其在高温下具有改进的酸捕获能力、机械和化学稳定性以及容纳磷酸的能力；包含它的电解质膜；以及制备该电解质膜的方法。

本发明还提供燃料利用和发电效率得以改进的燃料电池。

根据本发明的一个方面，提供聚苯并噁嗪的交联材料，其包含式1所示的第一苯并噁嗪单体和式2所示的第二苯并噁嗪单体与可交联的化合物的聚合反应产物：

式1

式中，R₁为氢原子，取代或未取代的C₁-C₂₀烷基，取代或未取代的C₂-C₂₀链烯基，取代或未取代的C₂-C₂₀炔基，取代或未取代的C₆-C₂₀芳基，取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基，取代或未取代的C₄-C₂₀环烷基，取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基，卤原子，羟基，或者氰基，及

R₂为取代或未取代的C₁-C₂₀烷基，取代或未取代的C₂-C₂₀链烯基，取代或未取代的C₂-C₂₀炔基，取代或未取代的C₆-C₂₀芳基，取代或未取代的C₇-C₂₀芳基烷基，取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基，取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基烷基，取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基，取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基烷基，取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基，或者取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基烷基，

式2