[发明专利]质子交换膜和包括这种膜的电池

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜并且更具体且非限定涉及应用于燃料电池的质子交换 膜。

背景技术

WO 2006/003328公开了使用氮化硼陶瓷来获得H⁺和e^-之间的碰撞以及储存 氢。

专利申请US 2004/0140201披露了使用全氟磺酸树脂作为燃料电池中的质子交 换膜是公知的，例如DUPONT DE NEMOURS以商标出售的那种。这 种树脂具有某些缺点，尤其是有限的温度可操作性以及要求有水存在。该在先申请 建议通过使用富勒烯分子来弥补这些缺点。

公开的US 6,864,011、EP 1 400 986、WO 02/41432描述了燃料电池用质子交换 膜的其他方案。

专利US 5,270,126描述了包括结合有浸渍了磷酸的氟化树脂的氮化硼粉末的 膜。浸渍了磷酸的氟化树脂参与质子交换。

发明内容

本发明尤其致力于提供一种新型的质子交换膜，所述质子交换膜能够在相对高 的温度例如室温下运行，而不要求燃料或氧化剂的增湿。

根据本发明的一个方面，燃料电池、电解槽或蓄电池包括：

-阳极，

-阴极，

-阴极和阳极之间的包括活性氮化硼的材料层，例如陶瓷层。

优选地，这是六方晶系氮化硼层。该层可以包括包含在聚合物基体中的粉末状 氮化硼。

这种电池具有能够在各种温度下运行的优点，而不具有如上所述的树脂的特定缺点。所述材料优选是不透氢的。该不透氢性例如通过使用非多孔材料 而获得，所述非多孔材料的孔隙率是利用传统的测量孔隙率的仪器(例如汞多孔性 测试仪)检测不到的。还可以使用具有相对高的表面孔隙率的材料，以增加交换 表面积，但不具有完全贯通的内部孔隙，以形成一个屏障阻挡氢穿过所述膜。

阴极可以包括与氮化硼层接触的至少一个金属化合物层。

阳极可以包括与氮化硼层接触的至少一个金属化合物层。

所述电极中的一个或两个，即阳极和/或阴极，可以包括下列非限制性名单中的 至少一种化合物：铂(例如纳米颗粒状的)、氮化硼(尤其是如下所述的活性氮化 硼)、活性炭、粘合剂(例如乙醇)或聚合物(例如PVA或PTFE)，或者这些成分 的混合物。

阳极例如可以包括衬以多孔钛板(例如从30％到50％)的RuO₂、IrO₂或RuO₂、 IrO₂和TiO₂或RuO₂、IrO₂和SnO₂的混合物薄层。所述薄层的厚度为5μm到20μm， 例如约10μm。

电极中的任一个可以制成粉末状，喷洒在由上述氮化硼层形成的膜上。喷洒之 后，该层可以在压机下，在15℃到200℃、例如25℃到150℃的温度下，以5～40kg/m²、 例如约20kg/m²的压力下压缩，以提高电极与膜之间的粘合。所述温度取决于所述 层的性质，例如取决于它是否包括对最大应用温度敏感的聚合物。

氮化硼层的厚度可以小于或等于2,500μm，最好是小于或等于1,000μm，更好 是小于或等于500μm，优选小于或等于250μm，更优选小于或等于150μm，例如 为80～120μm。

所述电池可以包括用于支撑所述膜的基材。该基材可以增强电池的机械强度， 并使得可以使用相对薄的膜。

所述基材例如可以选自：多孔氧化铝、氧化锆和氮化硼及其混合物。

所述基材例如可以包括精细织物，例如由制造、聚乙基醚酮、乙烯-四 氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酯。

所述基材的材料可以是对电池中所发生的电化学反应而言呈惰性的。

所述基材对应当到达所述膜的化学物质而言，是可透过的，，该可透过性对于 所使用的材料而言是便于实现的。

本发明根据其另一方面的目的是包括如上所定义的电池的燃料电池，以及在阴 极侧的燃料供给回路和在阳极侧的氧化剂供给回路。

所述燃料可以是氢气或者其他气体或液体。

所述氧化剂可以是空气或氧。