[发明专利]聚合物电解质膜、采用该膜的膜-电极组件及燃料电池

权利要求书

1.一种具有微相分离结构的聚合物电解质膜，所述微相分离结构包括具有离子导电基团的区域，其中

在近表面区域中沿膜厚方向的断面所获得的沿膜厚方向的第一贯通临界值小于或等于在所述断面获得的在膜表面方向的第二贯通临界值，其中

第一贯通临界值是

由第一单元区域的数目/第一与第二单元区域的总数目表示的数值，

此时，进行以下过程：分割具有对应于通过观察所述断面获得的离子导电基团数量的阴影的阴影图像使得重复恒定单元区域，并赋予每个单元区域对应于阴影水平的阴影变量，并且

此时，将在其中具有最多离子导电基团的那边上的数值设定为标准值，此时，将单元区域分类为第一单元区域和第二单元区域，其中第一单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更多离子导电基团的那边；第二单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更少离子导电基团的那边，其中将规定的阴影变量定为标准值，使得第一单元区域呈连续排列从而将阴影图像中在膜厚方向面对的两边相连，

并且其中

第二贯通临界值是由第一单元区域的数目/第一与第二单元区域的总数目表示的数值，

此时，进行以下过程：分割具有对应于通过观察所述断面获得的离子导电基团数量的阴影的阴影图像使得重复恒定单元区域，并赋予每个单元区域对应于阴影水平的阴影变量，并且

此时，将在其中具有最多离子导电基团的那边上的数值设定为标准值，此时，将单元区域分类为第一单元区域和第二单元区域，其中第一单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更多离子导电基团的那边；第二单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更少离子导电基团的那边，其中将规定的阴影变量定为标准值，使得第一单元区域呈连续排列从而将阴影图像中在膜表面方向面对的两边相连。

2.权利要求1的聚合物电解质膜，其中阴影图像是通过用电子染色方法给聚合物电解质膜染色并用透射电子显微镜观察获得的。

3.权利要求1或2的聚合物电解质膜，其中第一贯通临界值等于或小于0.55。

4.权利要求1～3中任何一项的聚合物电解质膜，其中近表面区域是距表面最多1000nm深的区域。

5.权利要求1～4中任何一项的聚合物电解质膜，其中近表面区域范围以外的区域内的第一贯通临界值等于或小于0.55。

6.权利要求1～5中任何一项的聚合物电解质膜，其中沿膜表面方向至少一个方向的长度等于或大于1m并且无缝。

7.权利要求1～6中任何一项的聚合物电解质膜，由含嵌段共聚物的聚合物电解质构成，该嵌段共聚物具有含离子导电基团的链段和没有离子导电基团的链段。

8.权利要求7的聚合物电解质膜，其中嵌段共聚物具有聚亚芳基结构。

9.权利要求7或8的聚合物电解质膜，其中含离子导电基团的链段具有由下式(1)代表的重复结构

在该式中，Ar¹¹代表具有至少阳离子交换基团作为取代基的亚芳基基团，并且X¹¹代表单键、氧基基团、硫代氧基(thioxy)基团、羰基基团或磺酰基团。

10.权利要求7～9中任何一项的聚合物电解质膜，其中没有离子导电基团的链段具有由下式(2)代表的重复结构

在该式中，Ar²¹、Ar²²、Ar²³和Ar²⁴每一个独立地代表亚芳基基团，其可具有除离子导电基团以外的取代基，X²¹和X²²每一个独立地代表单键或2价基团，Y²¹和Y²²每一个独立地代表氧原子或硫原子，a、b和c每一个独立地是0或1，并且n是正整数。

11.一种膜-电极组件，备有一对催化剂层，和排列在催化剂层之间的权利要求1～10中任何一项的聚合物电解质膜。

12.一种燃料电池，备有阳极、阴极和排列在它们之间的权利要求1～10中任何一项的聚合物电解质膜。

13.一种评估具有微相分离结构的聚合物电解质膜的离子导电性的方法，其中所述微相分离结构含有具有离子导电基团的区域，包括：

计算在聚合物电解质膜近表面区域内在沿膜厚方向断面获得的沿膜厚方向的第一贯通临界值，以及在所述断面获得的沿膜表面方向的第二贯通临界值的步骤；以及

比较第一贯通临界值和第二贯通临界值的步骤；其中

第一贯通临界值是由第一单元区域的数目/第一与第二单元区域的总数目表示的数值，

此时，进行以下过程：分割具有对应于通过观察所述断面获得的离子导电基团数量的阴影的阴影图像使得重复恒定单元区域，并赋予每个单元区域对应于阴影水平的阴影变量，并且

此时，将在其中具有最多离子导电基团的那边上的数值设定为标准值，此时，将单元区域分类为第一单元区域和第二单元区域，其中第一单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更多离子导电基团的那边；第二单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更少离子导电基团的那边，其中将规定的阴影变量定为标准值，使得第一单元区域呈连续排列从而将阴影图像中在膜厚方向面对的两边相连，

并且其中

第二贯通临界值是由第一单元区域的数目/第一与第二单元区域的总数目表示的数值，

此时，进行以下过程：分割具有对应于通过观察所述断面获得的离子导电基团数量的阴影的阴影图像使得重复恒定单元区域，并赋予每个单元区域对应于阴影水平的阴影变量，并且

此时，将在其中具有最多离子导电基团的那边上的数值设定为标准值，此时，将单元区域分类为第一单元区域和第二单元区域，其中第一单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更多离子导电基团的那边；第二单元区域的阴影变量在其中具有比相应于标准值的阴影变量更少离子导电基团的那边，其中将规定的阴影变量定为标准值，使得第一单元区域呈连续排列从而将阴影图像中在膜表面方向面对的两边相连。