[发明专利]用于燃料电池的改进型质子交换膜层和相关应用

权利要求书

1.一种膜堆叠，其包含：

第一聚合物层，

第二聚合物层，

位于所述第一聚合物层与所述第二聚合物层之间的纳米结构碳材料层，其中

所述纳米结构碳材料层包含经过化学改性或嵌插有一种或多种质子导电性材料或涂布有一种或多种固体超强酸颗粒的多种纳米结构碳材料。

2.根据权利要求1所述的膜堆叠，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层能够运输质子。

3.根据权利要求1所述的膜堆叠，其中所述纳米结构碳材料层包含碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的膜堆叠，其中所述碳纳米管包含嵌插在所述碳纳米管之间的质子，其中所述质子是活动的。

5.根据权利要求4所述的膜堆叠，其中所述碳纳米管进一步包含嵌插在所述碳纳米管之间的反阴离子，其中所述反阴离子的活动性比所述质子小。

6.根据权利要求5所述的膜堆叠，其中嵌插有质子和反阴离子的所述碳纳米管是通过使所述碳纳米管暴露于一种或多种超强酸来制备。

7.根据权利要求1所述的膜堆叠，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、或所述第一与第二聚合物层两者包含离子导电性聚合物。

8.根据权利要求7所述的膜堆叠，其中所述离子导电性聚合物包括经衍生而具有离子导电性基团的含氟聚合物。

9.根据权利要求7所述的膜堆叠，其中所述离子导电性聚合物包含疏水区和亲水区。

10.根据权利要求1所述的膜堆叠，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、或所述第一与第二聚合物层两者包含纳米多孔聚合物，所述纳米多孔聚合物包含可发生水合并且因此能够运输质子的孔隙。

11.根据权利要求10所述的膜堆叠，其中所述纳米多孔聚合物的平均孔径是约1到约100nm。

12.根据权利要求11所述的膜堆叠，其中所述纳米多孔聚合物包含聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯、聚苯乙烯磺酸、聚氯乙烯、聚碳酸酯、玻璃纤维膜、其共聚物或其组合。

13.根据权利要求10所述的膜堆叠，其中所述纳米多孔聚合物中的所述孔隙已经化学或物理改性以促进由水湿润。

14.根据权利要求1所述的膜堆叠，其中所述纳米结构碳材料包括碳纳米管、无定形纳米结构碳、富勒烯、纳米结构碳黑、富勒烯黑纳米相石墨或其组合。

15.根据权利要求3所述的膜堆叠，其中所述碳纳米管涂布有一种或多种固体超强酸颗粒。

16.一种燃料电池，其包含根据权利要求1所述的膜堆叠。

17.一种电解槽，其包含根据权利要求1所述的膜堆叠。

18.一种形成用于运输质子的膜堆叠的方法，所述方法包括：

提供第一聚合物层；

提供纳米结构碳材料层；以及

提供第二聚合物层；

其中所述纳米结构碳材料层位于所述第一聚合物层与所述第二聚合物层之间；并且

其中所述纳米结构碳材料层包含多种嵌插有一种或多种质子导电性材料或涂布有固体超强酸颗粒的纳米结构碳材料。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层能够运输质子。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述纳米结构碳材料层包含碳纳米管。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括使所述碳纳米管暴露于一种或多种超强酸。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、或所述第一与第二聚合物层两者包含离子导电性聚合物。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层、或所述第一与第二聚合物层两者包含纳米多孔聚合物，所述纳米多孔聚合物包含能够运输质子的孔隙。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述纳米结构碳材料包括碳纳米管、无定形纳米结构碳、富勒烯、纳米结构碳黑、富勒烯黑纳米相石墨或其组合。