[发明专利]用于燃料电池的聚合MEA

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据U.S.C.§119(a)要求2008年5月8日提交的韩国专利 申请第10-2008-0043030号的优先权，在此将其全文并入以供参考。

技术领域

本发明涉及膜/电极界面稳定性改进的用于聚合物电解质膜燃料电 池(PEMFC)的聚合电解质膜。

背景技术

随着近来信息与通信技术的快速发展和各种产品的开发，与移动 电子设备，如移动电话、笔记本电脑、个人数字助手(PDA)、数码照 相机、便携式摄像放像一体机(camcorder)相关的技术快速成长。与 移动电子设备相关的技术的开发导致出现用于满足消费者对更多信息 需求的高度功能化移动电子设备。但是，高度功能化移动电子设备消 耗大量能量，并在长时间使用方面受到限制。因此，为这些设备提供 能量的装置成为决定该电子设备性能的关键。

燃料电池是一种电化学能转化装置。其由燃料和氧化剂产生电。 在阳极(或燃料电极)侧，发生燃料的氧化，在阴极(或氧电极)侧， 发生氧的还原。燃料电池的基本结构是由其中分别嵌入有催化剂的燃 料电极和氧电极、以及位于其间的电解质膜构成的膜电极组件 (membrane-electrode assembly，MEA)。在MEA中，电解质膜的功能 是通过催化作用将质子从燃料电极转移到氧电极，并用作防止燃料与 氧直接混合的屏障。目前，Nafion——一种水合稳定性优异、质子传导 率优异的全氟化聚合物——常常用作PEMFC的电解质膜。但是，Nafion 非常昂贵，尺寸稳定性不合乎需要，而且在高温(80℃)下表现出的 质子传导率降低。此外，当直接应用于甲醇燃料电池时，其表现出的 甲醇渗透性很高。这些缺点使该聚合物难以得到商业应用。

为此，积极开发可以在高温下使用、并且甲醇渗透性相对较低的 新型烃基(hyfrocarbon-based)质子传导材料，以取代全氟化聚合物 Nafion。此类聚合电解质膜材料的典型实例包括聚酰亚胺、聚醚醚酮、 聚醚砜、聚苯并咪唑和类似物。但是，由于水合时的水含量很高，这 些替代材料表现出的质子传导率低，膜/电极界面稳定性低，并且尺寸 稳定性不合乎需要。因此，需要有新的膜材料以提高电池性能和长期 稳定性。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技 术的理解，因此其可以包含不形成本国家本领域普通技术人员已经知 晓的现有技术的信息。

发明内容

一方面，本发明提供一种聚合电解质膜，其包括：(a)包括芳族 砜重复单元、芳族酮重复单元和用醚键(ether linkage)连接所述重复 单元的芳族化合物重复单元的磺化聚砜酮共聚物，其中芳族砜重复单 元、芳族酮重复单元或这两者具有磺酸或磺酸盐(sulfonate)取代基； 和(b)一种或多种各自包括选自偏二氟乙烯、六氟丙烯、三氟乙烯和 四氟乙烯的单体的聚合物。

优选地，聚合物的含量可以是基于磺化聚砜酮共聚物的0.01-50重 量％。

在优选的实施方式中，芳族砜重复单元可以由以下化学式1表示， 芳族酮重复单元可以由以下化学式2表示，用醚键连接所述重复单元 的芳族化合物重复单元可以由以下化学式3表示，具有磺酸或磺酸盐 取代基的芳族砜重复单元可以由以下化学式4表示，并且具有磺酸或 磺酸盐取代基的芳族酮重复单元可以由以下化学式5表示：

[化学式1]

[化学式2]

[化学式3]

[化学式4]

[化学式5]

其中

M¹、M²、M³和M⁴各自独立地选自氢、钠、锂和钾，

K是选自-CO-、-CO-CO-和的酮，

X选自-O-、-S-、-NH-、-SO₂-、-CO-、-C(CH₃)₂-和-C(CF₃)₂-，