[发明专利]电解质膜、膜电极组件和燃料电池

权利要求书

1.一种电解质膜，其包括：

多孔膜；和

充填在所述多孔膜中并具有超强酸性的质子传导性无机材料，所述质子传导性无机材料含有第一氧化物和与所述第一氧化物结合的第二氧化物，所述第一氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素X：Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn和Ce，所述第二氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Y：V、Cr、Mo、W和B。

2.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述质子传导性无机材料还含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Z：Y、Sc、La、Sm、Gd、Mg、Ca、Sr和Ba。

3.如权利要求2所述的电解质膜，其中按元素X、Y和Z的总摩尔量为100摩尔％计，所述元素Z的量为0.01～40摩尔％。

4.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述质子传导性无机材料的充填率为所述多孔膜孔隙的80％～98％。

5.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述电解质膜通过用含有所述元素X和所述元素Y的前体溶液浸渍所述多孔膜，然后在200～1,000℃的温度下对用所述前体溶液浸渍过的多孔膜进行热处理而得到。

6.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述质子传导性无机材料具有Hammett酸度函数H₀满足-20.00≤H₀<-11.93的固体超强酸性。

7.一种膜电极组件，其包括：

燃料电极；

氧化电极；和

置于所述燃料电极和所述氧化电极间的电解质膜，所述电解质膜包括多孔膜和充填在所述多孔膜中并具有超强酸性的质子传导性无机材料，所述质子传导性无机材料含有第一氧化物和与所述第一氧化物结合的第二氧化物，所述第一氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素X：Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn和Ce，所述第二氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Y：V、Cr、Mo、W和B。

8.如权利要求7所述的膜电极组件，其中所述质子传导性无机材料还含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Z：Y、Sc、La、Sm、Gd、Mg、Ca、Sr和Ba。

9.如权利要求8所述的膜电极组件，其中按元素X、Y和Z的总摩尔量为100摩尔％计，所述元素Z的量为0.01～40摩尔％。

10.如权利要求7所述的膜电极组件，其中所述质子传导性无机材料的充填率为所述多孔膜孔隙的80％～98％。

11.如权利要求7所述的膜电极组件，其中所述电解质膜通过用含有所述元素X和所述元素Y的前体溶液浸渍所述多孔膜，然后在200～1,000℃的温度下对用所述前体溶液浸渍过的多孔膜进行热处理而得到。

12.如权利要求7所述的膜电极组件，其中所述质子传导性无机材料具有Hammett酸度函数H₀满足-20.00≤H₀<-11.93的固体超强酸性。

13.一种燃料电池，其包括：

燃料电极；

氧化电极；和

置于所述燃料电极和所述氧化电极间的电解质膜，所述电解质膜包括多孔膜和充填在所述多孔膜中并具有超强酸性的质子传导性无机材料，所述质子传导性无机材料含有第一氧化物和与所述第一氧化物结合的第二氧化物，所述第一氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素X：Ti、Zr、Hf、Nb、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn和Ce，所述第二氧化物含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Y：V、Cr、Mo、W和B。

14.如权利要求13所述的燃料电池，其中所述质子传导性无机材料还含有至少一种由选自以下组中元素形成的元素Z：Y、Sc、La、Sm、Gd、Mg、Ca、Sr和Ba。

15.如权利要求14所述的燃料电池，其中按元素X、Y和Z的总摩尔量为100摩尔％计，所述元素Z的量为0.01～40摩尔％。

16.如权利要求13所述的燃料电池，其中所述质子传导性无机材料的充填率为所述多孔膜孔隙的80％～98％。