[发明专利]具有增强性能的膜电极组件和燃料电池

权利要求书

1.一种膜电极组件，其包括被至少一个聚合物电解质膜隔开的至 少两个电化学活性电极，其特征在于所述聚合物电解质膜具有至少部 分贯穿所述聚合物电解质膜的增强元件，和

所述聚合物电解质膜是纤维增强的膜，和

所述增强元件最大直径为10μm～500μm，和

所述增强元件的断裂伸长率为0.5～100％；并且

所述聚合物电解质膜包括聚唑，和

所述聚合物电解质膜用磷酸或源自磷酸的衍生物掺杂。

2.根据权利要求1的膜电极组件，其特征在于所述增强元件包含 单丝、复丝、短和/或长纤维、非织造布、机织织物和/或针织物。

3.根据权利要求1的膜电极组件，其特征在于所述增强元件包含 单丝、复丝、短和/或长纤维、非织造布、机织织物和/或针织品。

4.根据权利要求2或3的膜电极组件，其特征在于所述增强元件 包含玻璃纤维、矿物纤维、天然纤维、碳纤维、硼纤维、合成纤维、 聚合物纤维和/或陶瓷纤维。

5.根据权利要求1至3中任一项的膜电极组件，其特征在于所述 增强元件的杨氏模量至少为5GPa。

6.根据权利要求1的膜电极组件，其特征在于基于所述聚合物电 解质膜的总体积，所述增强元件的体积比为5vol％～95vol％。

7.根据权利要求1的膜电极组件，其特征在于所述增强元件吸收 这样的力，使得与没有增强元件的聚合物电解质膜相比，具有增强元 件的聚合物电解质膜的参考力，在20℃的拉力-形变图中，在0～1％的 伸长范围内，在至少一个位置处相差至少10％。

8.根据权利要求1的膜电极组件，其特征在于所述聚合物的每个 重复单元的酸含量为3～50摩尔。

9.一种制造根据权利要求1至8中任一项的膜电极组件的方法， 其特征在于：

(i)在增强元件存在的情况下形成聚合物电解质膜，

(ii)以期望的顺序组装膜和电极。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于形成所述聚合物电解质 膜的方法包括如下步骤：

I)在磷酸中溶解聚合物，

II)在惰性气体下将根据步骤I)得到的溶液加热到至多400℃ 的温度，

III)将增强元件放置在载体上，

IV)在得自步骤III)的载体上使用根据步骤II)的聚合物溶液以这样 的方式形成膜，使得所述增强元件至少部分贯穿所述溶液，和

V)处理在步骤IV)中形成的膜直到它自支撑。

11.根据权利要求10的方法，特征在于所述聚合物是聚唑。

12.根据权利要求9的方法，特征在于形成所述聚合物电解质膜 的方法包括如下步骤：

A)在多磷酸中，将一种或多种芳香四氨基化合物与一种或多种 芳香羧酸或它们的酯混合，所述芳香羧酸的每个羧酸单体包含至少两 个酸基团，或者将一种或多种芳香和/或杂芳二氨基羧酸混合，形成溶 液和/或分散体，

B)将增强元件放置在载体上，

C)使用根据步骤A)的混合物，施用层至得自步骤B)的载体，使 得所述增强元件至少贯穿所述混合物，

D)在惰性气体下将根据步骤C)得到的层加热到至多350℃，形 成聚唑聚合物，

E)处理在步骤D)中形成的膜直到它自支撑。

13.根据权利要求12的方法，特征在于在惰性气体下将根据步骤C) 得到的层加热到至多280℃的温度。