[发明专利]聚合物电解质膜、包括它的膜电极组件和燃料电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年2月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2014-0018037的优先权和权益，该公开的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的一个或多个实施方式涉及聚合物电解质膜、包括所述聚合物电解质膜的膜电极组件和燃料电池。

背景技术

燃料电池的典型实例为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或固体氧化物燃料电池(SOFC)。

PEMFC被认为是具有高效率、高功率密度、低驱动温度和环境友好性能，并且可能代替传统的能量转换装置的系统。

PEMFC通常包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件包括阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的聚合物电解质膜。

通常使用氟化聚合物电解质膜和烃类聚合物电解质膜作为用于PEMFC中的聚合物电解质膜。氟化聚合物电解质膜具有良好的离子电导率、化学稳定性和离子选择性。然而，氟化聚合物电解质膜价格昂贵，具有高的氢气渗透性，并且在80℃或80℃以上的温度下具有降低的效率。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式涉及聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜提供减少的氢气交换，而不会大幅度降低氢离子电导率，并且在高温和低湿条件下具有改善的性能。

本发明的一个或多个实施方式包括膜电极组件，所述膜电极组件包括所述聚合物电解质膜。

本发明的一个或多个实施方式包括燃料电池，所述燃料电池包括所述聚合物电解质膜。

将在以下说明中部分阐述其他方面，并且部分这些方面通过说明而变得显而易见，或者可以通过实施所呈现的实施方式来领会。

根据本发明的一个或多个实施方式，聚合物电解质膜包括氟化聚合物膜和在所述氟化聚合物膜的至少一个表面上的涂层，所述涂层包括烃类离聚物。

所述涂层的厚度可为约10nm至约50μm。

所述涂层可包括烃类离聚物组合物，所述烃类离聚物组合物包括所述烃类离聚物。

基于所述烃类离聚物组合物的总重量，所述烃类离聚物的浓度可为约0.1wt％至约50wt％

所述涂层可包括所述烃类离聚物和氟化离聚物的共混物。

所述烃类离聚物与所述氟化离聚物的重量比可为约1:99至约99:1。

所述涂层可进一步包括无机添加剂。

所述氟化聚合物膜的厚度可为约3μm至约30μm。

所述氟化聚合物膜可进一步包括自由基清除剂。

根据本发明的一个或多个实施方式，膜电极组件包括阴极、阳极以及在所述阴极和所述阳极之间的所述聚合物电解质膜。

可使所述膜电极组件适于在90℃或更高的温度以及50％或更低的相对湿度下可操作。

根据本发明的一个或多个实施方式，燃料电池包括阴极、阳极以及在所述阴极和所述阳极之间的所述聚合物电解质膜。

所述燃料电池可用于汽车。

附图说明

由以下结合附图的实施方式说明中，本发明的实施方式的这些和/或其它方面将变得显而易见且更容易理解，其中：

图1为根据本发明的实施方式的聚合物电解质膜200的示意图。

图2为根据本发明的实施方式的膜电极组件(MEA)10的截面示意图。

图3为根据本发明的实施方式的燃料电池1的分解透视图。

图4A为实施例2的聚合物电解质膜的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图4B为在初始性能测试之后实施例9的膜电极组件的SEM图像。

图5为在70kPa、50％-50％(阴极-阳极)的相对湿度和90℃的温度下，实施例8、12和14的膜电极组件的电流密度、功率密度和槽电压的比较图。

具体实施方式

现将详细参考实施方式，其中的实施例在附图中说明，其中全文中相似的附图标记代表相似的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应被理解为限于在此阐述的说明。因此，仅通过参照附图说明实施方式，以解释本说明书的方面。如本文使用的，术语“和/或”包括列举的相关项目的一个或多个的任意和所有组合。当处于一系列要素之前时，例如“至少一种”的表述修饰的是全部系列的要素，而并非修饰的系列中的个别要素。此外，当描述本发明的实施方式时，“可”的使用指的是“本发明的一个或多个实施方式”。