[发明专利]膜电极组件以及微孔膜在膜电极组件中的应用

说明书

本发明提供了一种膜电极组件，其特征在于，包括电解质膜、电极、以及微孔膜；所述电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团；所述微孔膜位于所述电解质膜和所述电极之间，用于防止所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团迁移到所述电解质膜。本发明涉及用于燃料电池和基于聚唑磷酸聚合物电解质膜(PEM)的氢气净化装置的膜电极组件(MEA)中的可溶性铂配体化合物的使用，同时，通过使用超滤膜将电极与电解质膜分离，防止铂配体化合物从电极迁移到电解质膜中，从而降低高效高温质子交换膜燃料电池或氢气净化装置所需的催化剂水平。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及膜电极组件以及微孔膜在膜电极组件中的应用。

背景技术

近年来，对非化石燃料清洁电力的需求急剧增加。这一需求集中在许多技术上，包括使用质子传导聚合物电解质膜电池以氢为燃料发电和供热的系统，如质子交换膜燃料电池。目前，质子交换膜燃料电池一般分为低温质子交换膜(60-80℃)和高温质子交换膜(120-160℃)两大类。所谓的低温质子交换膜(PEM)电池是以水为电解液，使用含共价键合的磺酸基团的含氟聚合物。杜邦公司的膜和陶氏化学公司的膜是商用膜的例子。由于水的损失导致质子导电性的损失，这些燃料电池的工作温度被限制在80℃左右。

虽然近几十年来质子交换膜燃料电池系统取得了重大进展，但该技术的能源成本在许多应用中仍然缺乏竞争力。燃料电池电器的材料成本，主要是贵金属催化剂的费用是其中一需要降低成本的重要问题。

发明内容

本发明的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种能更有效地利用贵金属催化剂的体系或方法。具体地，本发明提出了一种膜电极组件，其特征在于，包括电解质膜、电极、以及微孔膜；

所述电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团；

所述微孔膜位于所述电解质膜和所述电极之间，用于防止所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团迁移到所述电解质膜。

根据本发明一具体实施方式，所述贵金属催化剂的原子选自铂原子。

根据本发明一具体实施方式，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。

根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。

根据本发明一具体实施方式，所述微孔膜的平均孔径为10-100nm。

根据本发明一具体实施方式，所述微孔膜的平均孔径为10-25nm。

根据本发明一具体实施方式，所述微孔膜选自聚醚砜。

本发明还提出了一种微孔膜在燃料电池或氢气净化装置中的膜电极组件的应用，其特征在于，所述膜电极组件的电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团，所述微孔膜用于防止所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团迁移。

根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。

根据本发明一具体实施方式，所述微孔膜的平均孔径为10-100nm。

本发明还提出了包括如前任一膜电极组件的燃料电池或氢气净化装置。