離子導(dǎo)電膜的制作方法
【專利摘要】公開了離子導(dǎo)電膜，其包括第一層和第二層，其中第一層包含全氟磺酸聚合物并且第二層包含磺化烴類聚合物，其特征在于離子導(dǎo)電膜具有5μm到50μm的總厚度，并且第二層具有2μm或更小的總厚度。
【專利說明】離子導(dǎo)電膜
[0001]本發(fā)明涉及新的離子導(dǎo)電膜，其適用于電化學(xué)器件，例如燃料電池中。
[0002]燃料電池是電化學(xué)電池，其包括兩個被電解質(zhì)分隔的電極。將諸如氫或碳?xì)浠衔?如甲醇或乙醇)的燃料提供給陽極，而將氧化劑(例如氧氣或空氣)提供給陰極。電化學(xué)反應(yīng)在電極處發(fā)生并且燃料和氧化劑的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為電能和熱。電解質(zhì)被用來促進(jìn)陽極處燃料的電化學(xué)氧化以及陰極處氧的電化學(xué)還原。
[0003]在氫或碳?xì)浠衔锶剂腺|(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中，電解質(zhì)是電絕緣和質(zhì)子導(dǎo)電的固體聚合物膜。質(zhì)子在陽極處產(chǎn)生，穿過膜傳送到陰極，在那里與氧結(jié)合形成水。最廣泛用于烴類的燃料為甲醇，并且PEMFC的該變體通常是指直接甲醇燃料電池(DMFC)。
[0004]PEMFC的主要部件被稱為膜電極組件(MEA)且基本上由五層組成。中間層是聚合物離子導(dǎo)電膜。在離子導(dǎo)電膜的任一側(cè)具有電催化劑層，其包含為特定電解反應(yīng)而設(shè)計的電催化劑。最后，鄰接每個電催化劑層都有氣體擴(kuò)散層。氣體擴(kuò)散層必須允許反應(yīng)物到達(dá)電催化劑層并且必須傳導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流。因此，氣體擴(kuò)散層必須是多孔的和導(dǎo)電的。
[0005]MEA可用多種方法構(gòu)造。電催化劑層可被用于氣體擴(kuò)散層以形成氣體擴(kuò)散電極。兩個氣體擴(kuò)散電極可被放置在離子導(dǎo)電膜的任一側(cè)并且層壓在一起以形成五層的MEA。供選擇地，電催化劑層可被用到離子導(dǎo)電膜的兩個表面以形成涂覆催化劑的離子導(dǎo)電膜。隨后，氣體擴(kuò)散層被用到涂覆催化劑的離子導(dǎo)電膜的兩個表面。最后，MEA可由一側(cè)涂覆電催化劑層的離子導(dǎo)電膜，鄰接電催化劑層的氣體擴(kuò)散層，以及在離子導(dǎo)電膜的另一側(cè)的氣體擴(kuò)散電極形成。
[0006]典型的數(shù)十個或數(shù)百個MEA被要求為大多數(shù)應(yīng)用提供足夠的電力，因此多個MEA被組裝以形成燃料電池堆。流場板(field flow plates)被用來分隔MEA。流場板執(zhí)行多個功能:為MEA提供反應(yīng)物，移出產(chǎn)物，提供電連接和提供物理支持。
[0007]用于PEMFC和DMFC中的傳統(tǒng)的離子導(dǎo)電膜通常由全氟化磺酸(PFSA)離聚物形成，并且由這些離聚物形成的膜市售商品名為Naf1n? (E.1.DuPont de Nemours and C0.),Aciplex? (Asahi Kasei)和Flem1n? (Asahi Glass KK)。這種基于 PFSA 的離子導(dǎo)電膜適于由具有側(cè)鏈的聚合物形成，該側(cè)鏈通過醚鍵連接到聚合物主鏈。PFSA離聚物的典型結(jié)構(gòu)如下所示。
[0008]

-(CF2-CF2)x-(CF-CF2)y-1


(O-CF-CF2Jm-O-(CF2)n-SO3H




I


CF3
[0009]PFSA離聚物的典型結(jié)構(gòu)
[0010]PFSA離子導(dǎo)電膜可包括增強部以提供改進(jìn)的機械特性，例如增加的抗撕裂性以及減小因水化作用或脫水作用而產(chǎn)生的尺寸變化。優(yōu)選的增強部可基于但不限于氟聚合物，例如US6254978、EP0814897以及US6110330所描述的聚四氟乙烯(PTFE)，或者是聚偏二氟乙烯(PVDF)，或者其他可選材料如PEEK或聚乙烯的微孔網(wǎng)或纖維。
[0011]由于PEMFC采用了非常薄的離聚物膜，很大程度上最小化了其離子阻力并由此最大化了燃料電池的性能，因此在一定程度上，反應(yīng)氣體H2和O2穿過膜(所謂氣體穿透(cross over))的滲透通常是不可避免的。氣體穿透以及隨后的氣體穿透的催化化學(xué)反應(yīng)對膜壽命有著不利影響。受到廣泛認(rèn)同的是，過氧化氫(H2O2)和相關(guān)基團(tuán)如過氧化氫基(HO2.)和羥基(H0.)通過穿透氣體在PEMFC電極的催化或非催化的碳表面上的反應(yīng)而產(chǎn)生。這些氧化基類沖擊膜的離聚物組分，導(dǎo)致斷鏈、分解和官能團(tuán)的丟失。02或!12的氣體穿透是膜化學(xué)降解的最基本的影響機制。這種化學(xué)降解(其可或不可與機械和熱學(xué)降解結(jié)合)，導(dǎo)致膜變薄并且形成針孔，這又反過來進(jìn)一步加速了氣體穿透。這種降解的影響可以包括從單個電池的導(dǎo)電性的損失和隨后的性能損失(中度化學(xué)降解的情形下)到最終堆棧的失效。反應(yīng)氣體穿透至對置電極可由于寄生反應(yīng)導(dǎo)致電極去極化而進(jìn)一步降低電池性能。最后，反應(yīng)氣體的穿透導(dǎo)致燃料電池電效率的直接損失，因為盡管反應(yīng)物被消耗，但電功卻沒有被捕獲。為了進(jìn)一步改進(jìn)PEMFC膜的功能性并降低材料成本，更薄的膜已成為近期燃料電池發(fā)展的焦點。該膜厚度的降低會導(dǎo)致氣體穿透的直接增加，因此明顯存在對減少氣體穿透，并且特別是氫氣從陽極到陰極的穿透，而不犧牲PEMFC的性能的需求。
[0012]在DMFC中，存在降低未反應(yīng)甲醇通過MEA的固體聚合物膜從陽極到陰極的穿透，而不降低燃料電池的電效率或功率密度的需求。這需要提高燃料的效率，并且避免MEA的性能因為甲醇和甲醇在陰極產(chǎn)生的電氧化產(chǎn)物對陰極的損害而降低。
[0013]因此本發(fā)明的一個目的在于，提供用于氫燃料PEMFC和DMFC中的改進(jìn)的離子導(dǎo)電膜，其表現(xiàn)為降低反應(yīng)物穿透，但具有可與現(xiàn)有技術(shù)的PFSA膜相比的性能。
[0014]于是，本發(fā)明提供了包括第一層和第二層的離子導(dǎo)電膜，其中第一層包含全氟磺酸聚合物并且第二層包含磺化烴類聚合物，其特征在于離子導(dǎo)電膜具有5 μ m到50 μ m的總厚度，并且第二層具有2 μ m或更小的總厚度。適當(dāng)?shù)?，第二層具有小? μ m的總厚度。
[0015]在本發(fā)明的一個實施方案中，離子導(dǎo)電膜進(jìn)一步包含含有磺化烴類聚合物的第三層，其中第一層被夾在第二層和第三層之間。適當(dāng)?shù)?，第三層的總厚度?μπι或更小。適當(dāng)?shù)?，第三層總厚度小? μ m。
[0016]在本發(fā)明的又一方面，第二層和第三層(如果存在)包含磺化烴類聚合物和全氟磺酸聚合物的混合物。這兩種聚合物的混合物可在第二層和第三層中是均勻或非均勻的，以使得在層之間的界面和/或膜的外表面具有豐富的全氟磺酸聚合物。
[0017]全氟磺酸聚合物具有前述提及的結(jié)構(gòu)，并且包括市售商品名為Naf1n?
(E.1.DuPont de Nemours and C0.)、 Aciplex? (Asahi Kasei) #Flem1n? (Asahi GlassKK)的聚合物。
[0018]磺酸烴類聚合物包括那些基于聚亞芳基的聚合物，包括聚醚砜(例如聚亞芳砜(PSU，Udel? ))、聚亞芳醚砜(PES，Victrex? )以及聚醚酮(例如聚亞芳醚醚酮(PEEK/victrex? )、聚亞芳醚醚酮酮(PEEKK，Hostatec?)、聚亞芳醚酮醚酮酮(ρεκεκκ，
Ultrapec?)以及聚亞芳醚酮(pek，Victrex?))。適當(dāng)?shù)兀瑹N類聚合物為磺化磺化聚亞芳醚砜或磺化聚亞芳醚酮。
[0019]如果存在第三層，那么磺化烴類聚合物在第二層和第三層中可相同或不同，在一個優(yōu)選的實施方案中，第二層和第三層中的磺化烴類聚合物相同。
[0020]離子導(dǎo)電膜具有小于或等于50 μ m的厚度，適當(dāng)?shù)匦∮诨虻扔?0 μ m,更適當(dāng)?shù)匦∮诨虻扔?5 μ m，且適當(dāng)?shù)匦∮诨虻扔?0 μ m。適當(dāng)?shù)?，離子導(dǎo)電膜的最小厚度為5 μ m。實際厚度取決于其最終用途，并且離子導(dǎo)電膜合適的厚度對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說會是容易獲得的。
[0021]每個第二層以及如果存在的第三層的厚度適當(dāng)?shù)厥切∮诘谝粚拥暮穸取５诙右约叭绻嬖诘牡谌龑用總€各自的厚度為2 μ m或更小，適當(dāng)?shù)貫樾∮? μ m,更合適地為小于I μ m,優(yōu)選小于0.5 μ m。
[0022]本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜可通過施加磺化烴類層到預(yù)先準(zhǔn)備的全氟磺酸膜一側(cè)或兩偵牝使用的方法包括但不限于噴涂，k條涂覆以及刮涂?？蛇x地，膜可隨后由從合適的聚合物分散體或溶液流延層而制備。在這種情況下，第二層及如果存在的第三層包括磺化烴類聚合物和全氟磺酸聚合物的混合物，需要可相容兩種聚合物的溶劑體系，本領(lǐng)域技術(shù)人員具備選擇這種溶劑體系的能力。
[0023]在本發(fā)明的再一方面，并且特別為了 PEMFC的應(yīng)用，離子導(dǎo)電膜進(jìn)一步包含過氧化氫分解催化劑和/或基團(tuán)清除劑，如進(jìn)一步詳細(xì)描述在W02009/109780中一樣，將其引入本文作為參考。過氧化氫分解催化劑可嵌在第一、第二層和/或第三層中，其位于第一 /第二和/或第一 /第三層的界面處，或者作為第二和/或第三層的外表面上的涂層。
[0024]在本發(fā)明進(jìn)一步的實施方案中，離子導(dǎo)電膜進(jìn)一步包含至少一種增強材料，例如，含氟聚合物的微孔網(wǎng)或纖維，如US6254978、EP0814897和US6110330中所描述的PTFE，或者聚偏二氟乙烯(PVDF)，或可替換的材料如PEEK或聚乙烯。適當(dāng)?shù)?，增強材料為PTFE。在一個實施方案中，增強材料位于第一層中。在第二實施方案中，增強材料橫跨第一 /第二和/或第一/第三層之間的界面延伸進(jìn)入到第二和/或第三層中。在該第二實施方案中，增強材料可延伸至離子導(dǎo)電膜的一個或兩個外表面，或者可選地，不延伸至離子導(dǎo)電膜的一個或兩個外表面，使得在離子導(dǎo)電膜的一個或兩個外表面上，離子導(dǎo)電膜不被增強。為制造增強的離子導(dǎo)電膜，增強材料在干燥并形成固體薄膜之前，被部分地埋入第一層。一旦第一層干燥，第二層和第三層(如果存在)就被流延到第一層的一個或兩個表面上，以使得增強材料也嵌入第二和/或第三層中。在增強材料沒有延伸至離子導(dǎo)電膜的一個或兩個外表面的情況下，對第二和/或第三層進(jìn)行充分流延，以使得一旦干燥，其會根據(jù)需要延伸到增強材料之外。
[0025]本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜可被用于需要離子導(dǎo)電特別是質(zhì)子導(dǎo)電的膜的電化學(xué)器件中。于是，本發(fā)明的進(jìn)一步方面提供包括如前所述離子導(dǎo)電膜的電化學(xué)器件?？蛇x地，提供了如前所述的離子導(dǎo)電膜在電化學(xué)器件中的用途。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，離子導(dǎo)電膜被用于燃料電池，例如PEMFC (包括DMFC)和優(yōu)選的氫燃料PEMFC。由此，本發(fā)明進(jìn)一步提供涂覆有催化劑的離子導(dǎo)電膜，其包括根據(jù)本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜以及沉積在離子導(dǎo)電膜的至少一側(cè)的電催化劑層。在一個實施方案中，催化劑涂覆的離子導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)具有電催化劑層沉積在離子導(dǎo)電膜的兩側(cè)的電催化劑層。如果本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜僅具有存在的第二層而沒有第三層，那么第二層可鄰接陽極電催化劑或鄰接陰極電催化劑，并且無論是鄰接陽極電催化劑或鄰接陰極電催化劑，其也可輔助電池的水管理，此外幫助減少反應(yīng)物穿透。
[0026]電催化劑層包括電催化劑，其可被精細(xì)分為金屬粉末(金屬黑)，或者可以是被負(fù)載的催化劑，其中小的金屬顆粒分散在導(dǎo)電碳顆粒載體上。電催化劑金屬(原金屬)適當(dāng)?shù)剡x自
[0027](i)鉬族金屬(鉬、鈀、銠、釕、銥和鋨)，或
[0028](ii)金或銀。
[0029]原金屬可以與一種或多種其他貴金屬如釕，或賤金屬如鑰、鎢、鈷、鉻、鎳、鐵、銅或它們的氧化物混合或成合金。優(yōu)選地，原金屬是鉬。如果電催化劑是負(fù)載型催化劑，那么碳載體材料上的原金屬顆粒的負(fù)載的范圍適當(dāng)?shù)貫?-90wt%，優(yōu)選為5-75wt%。
[0030]電催化劑層可以適當(dāng)?shù)匕渌M分，例如離子導(dǎo)電聚合物，包含其以改進(jìn)層內(nèi)的離子導(dǎo)電性。離子導(dǎo)電聚合物通常在溶液或分散液中，并且與電催化劑一起混合以形成隨后形成電催化劑層的墨。離子導(dǎo)電聚合物可以是全氟磺酸聚合物或烴類聚合物或者前述的混合物。在一個實施方案中，電催化劑層可進(jìn)一步包含如前所述的一種或多種過氧化氫分解催化劑和/或一種或多種基團(tuán)清除劑。制備包含這些組分的電催化劑層的制備路徑將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0031]本發(fā)明的還一方面在于，提供包括如前所述的離子導(dǎo)電膜或涂覆有催化劑的離子導(dǎo)電膜的MEA。該MEA可通過多種方法制成，包括但不限于:
[0032](i)本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜可被夾在兩個氣體擴(kuò)散電極之間(一個陽極和一個陰極)；
[0033](ii)本發(fā)明的涂覆有催化劑的離子導(dǎo)電膜僅用催化劑涂覆在一個側(cè)面上，并且夾在氣體擴(kuò)散層和氣體擴(kuò)散電極之間，該氣體擴(kuò)散層接觸涂覆有催化劑層的離子導(dǎo)電膜的該側(cè)面；或者
[0034](iii)本發(fā)明的涂有催化劑的離子導(dǎo)電膜涂覆催化劑層的兩面，并且夾在兩個氣體擴(kuò)散層之間。
[0035]陽極和陰極氣體擴(kuò)散層適當(dāng)?shù)鼗趥鹘y(tǒng)非織造碳纖維氣體擴(kuò)散基片，例如剛性薄片碳纖維紙(如可從日本Toray工業(yè)公司獲得的TGP-H系列碳纖維紙)或者卷好狀(roll-good)碳纖維紙(例如可從德國Freudenberg FCCT KG獲得的H2315系列；從德國SGLTechnologies GmbH 獲得的Sigracet?系列；從美國 Ballard Material Products 獲得的AvCarb?,系列；或者可從臺灣CeTech有限公司獲得的NOS系列)，或者基于非織造碳纖維布基片(如可從意大利S.p.A.的SAATI Group獲得的SCCG系列碳布；或者可從臺灣CeTech有限公司獲得的WOS系列)。對于許多PEMFC應(yīng)用而言，非織造碳纖維紙或織造碳纖維布基片通常用疏水性聚合物處理和/或使用微孔層改性，所述微孔層包含嵌入基片或涂覆在平面表面上的顆粒材料，或者兩者的結(jié)合，以形成氣體擴(kuò)散層。顆粒材料通常為炭黑以及如聚四氟乙烯(PTFE)的聚合物的混合物。氣體擴(kuò)散層厚度適當(dāng)?shù)卦?00與300 μ m之間。優(yōu)選地，在與電催化劑層接觸的氣體擴(kuò)散層的表面上存在顆粒材料(如炭黑和PTFE)層。
[0036]MEA可進(jìn)一步包含密封和/或增強MEA邊緣區(qū)域的組件，例如W02005/020356所描述的。MEA通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的常規(guī)方法來組裝。
[0037]本發(fā)明的再一方面提供了燃料電池，其包括如前描述的離子導(dǎo)電膜、涂覆有催化劑的離子導(dǎo)電膜或MEA。
[0038]本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜現(xiàn)將通過參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
[0039]圖1是本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜的示意圖，其包括第一 PFSA層和第二磺化烴層。
[0040]圖2是本發(fā)明離子導(dǎo)電膜的示意圖，其包括第一 PFSA層，第二磺化烴層和第三磺化烴層。
[0041]圖la、lb、Ic每個顯示的離子導(dǎo)電膜(I)包括第一離子導(dǎo)電PFSA層⑵和第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)。圖1a顯示的離子導(dǎo)電膜⑴沒有增強。圖1b示出的離子導(dǎo)電膜(I)具有設(shè)置在橫跨第一離子導(dǎo)電PFSA層(2)和第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)的界面上的增強材料(5)。增強材料(5)沒有延伸到離子導(dǎo)電膜(I)的外表面。圖1c顯示的離子導(dǎo)電膜
(I)也具有增強材料(5)，其設(shè)置在橫跨第一離子導(dǎo)電PFSA層(2)和第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)的界面上。增強材料(5)延伸整個離子導(dǎo)電膜。同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，離子導(dǎo)電膜(I)與圖1b和Ic的類似，其中增強部沒有延伸到外表面之一，而是延伸到第二外表面。
[0042]圖2a、2b和2c每個顯示的離子導(dǎo)電膜(I)包括第一離子導(dǎo)電PFSA層(2)，第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)和第三離子導(dǎo)電磺化烴層(4)。在圖2a中，離子導(dǎo)電磺化烴層(3)和
(4)整體包括磺化烴離聚物。在圖2b中，離子導(dǎo)電磺化烴層(3)和(4)每個都包含PFSA和磺化烴離聚物的共混物。PFSA/磺化烴組合物均勻遍及每個層(3)和(4)。在圖2c中，離子導(dǎo)電磺化烴層(3)和(4)包含PFSA和磺化烴離聚物的共混物，其具有梯度，以使得在(i)第一離子導(dǎo)電PFSA層(2)的界面和/或(ii)離子導(dǎo)電膜(I)的外表面存在PFSA組分的富集。離子導(dǎo)電磺化烴類物質(zhì)的這種梯度可以是在離子導(dǎo)電層(3)和/或(4)的一面或雙面上。
[0043]對本領(lǐng)域技術(shù)人員還顯而易見的是，離子導(dǎo)電膜，其中第二(3)和第三(4)層之一具有PFSA/磺化烴類物質(zhì)的共混物，該共混物或者具有遍布層中均勻組成(如關(guān)于圖2b的描述)或者具有梯度(如關(guān)于圖2c的描述)，并且第二(3)和第三(4)層中的另外一層僅為磺化烴類物質(zhì)，或者具有與另一層不同的混合組分/梯度，以上這些都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。類似地，圖la、lb和Ic中的第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)可包括參考圖2描述的PFSA/烴類物質(zhì)的共混物。
[0044]圖2a、2b和2c的結(jié)構(gòu)可為:⑴如圖1a所示，不具備增強材料；(ii)具有增強結(jié)構(gòu)，其設(shè)置成橫跨第一離子導(dǎo)電PFSA層(2)、第二離子導(dǎo)電磺化烴類層(3)和第三離子導(dǎo)電磺化烴類層(4)之間的一個或兩個界面，其中增強材料不延伸到離子導(dǎo)電膜的外表面，如圖1b所示；(iii)具有增強結(jié)構(gòu)，其設(shè)置成橫跨在第一離子導(dǎo)電PFSA層(I)、第二離子導(dǎo)電磺化烴層(3)和第三離子導(dǎo)電磺化烴層(4)之間的一個或兩個界面，其中增強材料完全延伸到離子導(dǎo)電膜的外表面，如圖1c ;或者(iv)具有增強結(jié)構(gòu)，其延伸到一個外表面，但不延伸到第二外表面。
[0045]實施例1
[0046]制備本發(fā)明的離子導(dǎo)電膜
[0047]磺化聚亞芳醚酮共聚物使用行星磨機進(jìn)行研磨、溶解在丙酮/THF/水(6/3/1)中并且過濾得到1.24%的溶液。該溶液使用自動噴涂機噴涂到17 μ m的增強PFSA膜上，固定在約45°C的真空床上。最終的膜呈現(xiàn)為在一個表面上形成的略透明烴類聚合物層。SEM顯示烴層的厚度為2 μ m,并且增強材料只存在于PFSA(第一)層中。
[0048]MEA的制備
[0049]通過在陽極(<0.lmg/cm2Pt ；60% Pt/Ketjen EC300J 炭黑 /150 % 水狀 Naf1n)和陰極(0.4mg/cm2Pt ；60 % Pt/Ketjen EC300J 炭黑 /120 % 水狀 Naf1n)之間層壓(在170 V /800psi)以上制成的膜來制備CCM。CCM與陽極側(cè)的碳涂覆的特氟龍TorayTGP-G-HO6O (來自 Toray 工業(yè))以及陰極側(cè)上的來自 SGL Technologies GmbH 的Sigracet?
系列氣體擴(kuò)散層相結(jié)合以提供完整的五層MEA。
[0050]對比實施例1
[0051]CCM以類似實施例1描述的方式制備，不同在于膜是17 μ m的增強PFSA膜，在其一個表面上不具有烴類涂層。CCM與陽極側(cè)的碳涂覆的特氟龍Toray TGP-G-H060 (來自Toray工業(yè))以及陰極側(cè)的來自SGL Technologies GmbH的Sigracet?系列基片相結(jié)合以提供完整的五層MEA。
[0052]單個電池性能(極化測試)
[0053]實施例1和對比實施例1所制備的MEA在有效面積為49cm2的具有蛇形溝道流場板的石墨板單個電池中進(jìn)行測試。使用氣囊系統(tǒng)，將電池壓縮到60psi。
[0054]該MEA以500mA/cm2并在以下條件下調(diào)節(jié)過夜:80°C、100% RH陽極/100% RH陰極、H2/空氣、10kPa陽極/10kPa陰極、2/2的化學(xué)配比；在此之后，獲得一個0.75V的穩(wěn)定電壓，MEA極化曲線在80°C、100% RH陽極/50% RH陰極、H2//氧氣/空氣、50kPa陽極/50kPa陰極下運行。
[0055]結(jié)果顯示在圖3中，其中顯示了本發(fā)明的實施例1具有可與對比實施例1相比的性能，盡管實施例1在PFsA膜的一個側(cè)上具有烴類聚合物層。
[0056]H2穿透減少的測定
[0057]在完成極化測試時，實施例1和對比實施例1的MEA返回到初始條件，即80°C、100% RH陽極/100% RH陰極、H2/空氣、10kPa陽極/10kPa陰極、2/2的化學(xué)配比，維持大約I小時。陰極氣體隨后從空氣切換到N2(1.5L/min)并且維持小的負(fù)載(lOOmA/cm2) 10分鐘以消耗陰極電極處的任何殘余空氣。然后從陰極電極采集循環(huán)伏安法測得的數(shù)據(jù)；使用穩(wěn)壓器(0.05-1.0V, 15mV/s)來控制電池。結(jié)果顯示在圖4中。在0.35和0.45V之間的電壓獲得的電流是由于4穿透；電流越小穿透越少?？梢钥闯霰景l(fā)明的實施例1在此區(qū)域中在正向和反向的電壓掃略下都具有較低的平均電流，并且因此與對比實施例1相比具有降低了 H2穿透。
【權(quán)利要求】
1.離子導(dǎo)電膜，包括第一層和第二層，其中所述第一層包含全氟磺酸聚合物并且所述第二層包含磺化烴類聚合物，其特征在于所述離子導(dǎo)電膜的總厚度為5 μ m到50 μ m,并且所述第二層總厚度為2 μ m或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的離子導(dǎo)電膜，其進(jìn)一步包含含磺化烴類聚合物的第三層，其中所述第一層被夾在所述第二層和第三層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的離子導(dǎo)電膜，其中所述第三層的總厚度為2μ m或更小。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的離子導(dǎo)電膜，其中所述第二層包含磺化烴類聚合物和全氟磺酸聚合物的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項的離子導(dǎo)電膜，其中所述第三層包含磺化烴類聚合物和全氟磺酸聚合物的混合物。
6.催化劑涂覆的膜，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的離子導(dǎo)電膜以及沉積在所述離子導(dǎo)電膜的至少一個側(cè)上的電催化劑層。
7.膜電極組件，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的離子導(dǎo)電膜。
8.膜電極組件，其包括根據(jù)權(quán)利要求6的催化劑涂覆的膜。
【文檔編號】H01M4/90GK104054201SQ201280052490
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24日
【發(fā)明者】R·L·歐馬雷, N·M·佩爾莫國洛夫, M·I·派馳 申請人:莊信萬豐燃料電池有限公司