[发明专利]作为提高用于燃料电池应用的氧还原催化剂性能的助催化剂的离子液体

说明书

本发明涉及一种作为提高用于燃料电池应用的氧还原催化剂性能的助催化剂的离子液体。该提高聚合物电解质膜燃料电池中阴极催化剂的活性与稳定性的次级离聚物包括离子液体1‑甲基‑2,3,4,6,7,8‑六氢‑1H‑嘧啶并[1,2‑a]嘧啶‑9‑鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4‑九氟丁烷‑1‑磺酸盐([MTBD][C₄F₉SO₃])。当接触该催化剂时，[MTBD][C₄F₉SO₃]比此前已知的离聚物更有效地提高催化剂活性与稳定性，可能是通过防止催化剂表面处的氧化物形成与水吸附。公开的次级离聚物由此当完全涂覆该催化剂时是最有效的。

技术领域

本公开通常涉及燃料电池，更特别涉及用于聚合物电解质膜燃料 电池的次级离聚物(secondary ionomer)。

背景技术

本文中提供的背景描述是为了大体上呈现本公开的背景的目的。 目前指定的发明人的工作，在该背景部分可能描述的程度上，以及在 提交时不以其它方式适合作为现有技术的该描述的方面，既不明确也 不隐含地被承认为针对本技术的现有技术。

燃料电池车辆代表未来机动车的一种很有前途的选择，因为它们 提供高能量效率并包括零排放动力传动系平台。市场上所有现有的燃 料电池车辆均使用聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。虽然PEMFC 技术已经商业化数十年，但是仍然面临着高材料成本和显著的性能差 距的主要挑战。

在PEMFC的阴极发生的氧还原反应(ORR)具有相对缓慢的化学动 力学，由此对电池性能造成了障碍。即使使用铂催化剂，此类电池通 常受困于显著的过电位损失和不佳的耐久性。通常使用大量催化剂以 克服性能问题。但是，这大大提高了成本。

已经提出了所谓次级离聚物(与该催化剂直接接触的离聚物组合 物)以便以较低的成本改善催化剂功能和/或耐久性。为了实现这些目 标，改善的次级离聚物将是期望的。

发明概述

该部分提供了公开内容的大致概述，并非是其全部范围或其全部 特征的全面披露。

在各种方面，本教导提供了一种氧还原反应(ORR)催化剂。该 ORR催化剂包括固体催化剂，和接触该固体催化剂的次级离聚物。该 次级离聚物包括1-甲基-2,3,4,6,7,8-六氢-1H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶 -9-鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁烷-1-磺酸盐([MTBD][C₄F₉SO₃])。

在其它方面，本教导提供了一种聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)， 其包含用于氧还原的阴极。该阴极包括固体催化剂，和接触该固体催 化剂的次级离聚物。该次级离聚物包括1-甲基-2,3,4,6,7,8-六氢 -1H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶-9-鎓1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁烷-1-磺 酸盐([MTBD][C₄F₉SO₃])。

由本文中提供的说明，其它应用领域和各种提高上述耦合技术的 方法将变得显而易见。该概述中的描述和具体实例仅意在说明而非意 在限制本公开的范围。

附图概述

由详述和附图将更充分理解本教导，其中：

图1显示了本文中提及的各种离子的化学线图；

图2A是[MTBD][TFSI]的NMR谱图；

图2B是[MTBD][Beti]的NMR谱图；

图2C是[MTBD][C₄F₉SO₃]的NMR谱图；