本发明专利技术提供用于燃料电池的增强复合膜以及包括该增强复合膜的膜电极组件，其中，该增强复合膜包括具有三维不规则且不连续排列的聚合物纳米纤维和第一离子导体的多孔支撑体，以及充满多孔支撑体气孔的第二离子导体，所述第一离子导体以纳米纤维形式存在于所述多孔支撑体中，或者，存在于所述聚合物纳米纤维而与聚合物一起形成纳米纤维，由此，提高离子导体的浸渍均匀性和浸渍率，以提高质子(氢离子)电导率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于燃料电池的增强复合膜和一种包括所述增强复合膜的用于 燃料电池的膜电极组件，由于离子导体浸渍均匀性和浸渍率的增加，其呈现改良的质子 (氢离子）电导率。
技术介绍
燃料电池是一种直接将由燃料氧化产生的化学能转换成电能的电池，由于高能效 和较少污染物排放的生态友好性而作为下一代能源备受关注。此种燃料电池一般具有电解 质膜设于阳极和阴极之间的结构。 用于汽车的燃料电池的典型实例包括采用质子（氢气）作为燃料的质子交换膜燃 料电池。用于质子交换膜燃料电池的电解质膜应基本具有较高的质子电导率，因为它充当 使阳极产生的氢离子（质子）运送到阴极的通道。此外，所述电解质膜应满足诸如具有隔 离供给阳极的氢气和供给阴极的氧气的优越性能、优良的机械强度、机械强度、形状稳定性 和耐化学性等，以及高电流密度时的低阻抗损耗的要求。尤其，用于汽车的燃料电池应具有 优良的耐热性，以在高温下长时间使用时防止电解质膜破裂。 作为用于燃料电池的常用电解质膜，全氟磺酸树脂是一种氟类树脂 (全氣續酸?，下文中称为'全氟磺酸树脂'）。然而，全氟磺酸树脂具有低机械强度的问 题，长时间使用时产生针孔，这样降低了能量转换效率。为增强机械强度，使用增加了膜厚 度的全氟磺酸树脂。在这种情况下，产生诸如由于使用昂贵材料而导致的阻抗损耗增加和 经济效益降低的问题。 为解决这些问题和克服现有电解质膜的缺陷，提出一种增强复合膜。增强复合膜 包括作为电解质的离子导体和克服单一电解质膜缺陷的多孔支撑体，如尺寸稳定性、耐久 性和机械强度。包含增强复合膜的典型产品包括PRIMEA? (由GORE-TEX公司生产）。 所述增强复合膜通过将多孔聚四氟乙烯树脂与氟类离子导体结合改善机械强度。然而，为 了使燃料电池商业化，氟类离子导体和氟类多孔支撑体的使用不利地带来需要降价的低竞 争性。 相应地，开发了作为高成本氟类离子导体替代物的低成本烃类离子导体，但不利 地烃类离子导体不能应用于氟类多孔支撑体。 需要适合于烃类离子导体的烃类多孔支撑体，更具体地，需要可用作与氟类离子 导体及烃类离子导体复合物的多孔支撑体。此外，增强复合膜作为膜电极组件用于燃料电 池，其电极连接到具有高尺寸稳定性的增强复合膜的两面。相应地，为防止由电极和增强复 合膜之间连接处的接触瑕疵导致的燃料电池性能和耐久性的恶化，需要具有优良尺寸稳定 性的增强复合膜。
技术实现思路
技术问题 因此，本专利技术基于上述问题提出，本专利技术的一个目的是提供一种用于燃料电池的 增强复合膜，其由于离子导体浸渍均匀性和浸渍率的增加，而呈现改良的质子（氢离子）电 导率。 本专利技术的另一个目的是提供一种用于燃料电池的包括改善燃料电池性能的增强 复合膜的膜电极组件和包括所述膜电极组件的燃料电池。 技术方案 根据本专利技术，上述和其他目的可通过提供用于燃料电池的增强复合膜来实现，所 述增强复合膜包括多孔支撑体，所述多孔支撑体包括三维不规则且不连续布局的聚合物纳 米纤维和第一离子导体；和填充在所述多孔支撑体气孔内的第二离子导体，其中，所述第一 离子导体以纳米纤维形式存在于所述多孔支撑体中，或者，存在于所述聚合物纳米纤维中 而与所述聚合物一起形成所述纳米纤维。 所述第一离子导体可为具有2. 5mmol/g离子交换容量的烃类聚合物。 所述第一离子导体可选自以磺化聚芳醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化苯乙 烯-丁二烯和其混合物组成的组。 所述第一离子导体可与所述第二离子导体相同。 所述第一离子导体占所述多孔支撑体总重量的5%-50%。 所述多孔支撑体可包括不溶于有机溶剂的烃类聚合物。 所述多孔支撑体可包括聚酰亚胺。 所述多孔支撑体可具有50% -90 %的孔隙度。 所述第二离子导体可为溶于有机溶剂的烃类聚合物。 所述第二离子导体可选自以磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚 苯并咪唑、磺化聚砜、磺化聚苯乙烯、聚磷腈和其混合物组成的组。 所述第二离子导体占所述增强复合膜总重量的50% -99%。 根据本专利技术的另一方面，提供一种制造用于燃料电池的增强复合膜的方法，所述 方法包括对用于静电纺丝的组合物进行静电纺丝，以产生纳米纤维网，其中，所述用于静电 纺丝的组合物包括形成多孔支撑体的聚合物的前体和第一离子导体，或者，对包括形成多 孔支撑体的聚合物的前体的用于静电纺丝的组合物和包括第一离子导体的用于静电纺丝 的组合物通过各自的纺丝喷嘴同时进行静电纺丝，以产生纳米纤维网，并化学固化所述纳 米纤维网以产生多孔支撑体；和采用第二离子导体填充存在于所述多孔支撑体中气孔。 所述第一离子导体可为具有2. 5mmol/g离子交换容量的烃类聚合物。 所述形成多孔支撑体的聚合物可为不溶于有机溶剂的烃类聚合物。 所述化学固化可采用选自以乙酸二酐、吡啶、三乙胺、甲苯磺酸、羟基苄醇、氨基苯 酚、羟基苯甲醛、氨基苯甲酸和其混合物组成的组的固化剂实施。 所述静电纺丝可通过施加850V/cm-3, 500V/cm的电场实施。 根据本专利技术的另一方面，提供一种用于燃料电池的膜电极组件，所述膜电极组件 包括面对面的阳极和阴极，及设于所述阳极和阴极之间的聚合物电解质膜，所述聚合物电 解质膜为所述增强复合膜。 根据本专利技术的又一方面，提供一种用于包括所述膜电极组件的燃料电池。 本专利技术其他实施例的细节为本专利技术后续详述的一部分。 有益效果 本专利技术提供一种增强复合膜，所述增强复合膜呈现改良的质子电导率，由于通过 对形成多孔支撑体的聚合物和离子导体的混合物进行静电纺丝，从而改善了多孔支撑体与 有机溶剂及离子导体的亲和性，促进离子导体的浸渍，并提高离子导体的浸渍均匀性和浸 渍率。【附图说明】 本专利技术的上述及其他目的、特征和其他优点将结合附图从以下详细描述中更清楚 地理解，在图中： 图1是剖视图，示意性示出根据本专利技术一个实施例的膜电极组件。【具体实施方式】 下文中，将详细描述本专利技术的实施例。这些提供的实施例仅作为例子并不应被解 释为对本专利技术范围和精神的限制。本专利技术仅由后面给出的权利要求的范围限定。 如此处使用的，术语"纳米"意指纳米级，覆盖lum或更小的尺寸。 如此处使用的，术语"直径"意指通过纤维中心的短轴的长度，术语"长度"意指通 过纤维中心的长轴的长度。 由于在烃类增强复合膜制造期间精细地在支撑体上创建了开式孔和闭式孔，及膜 制造完成后存在于此的无效孔不利地抑制了燃料电池堆中膜的性能，所以离子导体溶液或 其类似物在支撑体上非均匀地浸渍。 在这点上，在产生烃类纳米网多孔支撑体的工艺中，支撑体前体和离子导体的混 合物被纺丝，从而改善了多孔支撑体与有机溶剂的亲和性，并促进浸渍，提高离子导体的浸 渍均匀性和浸渍率，改善质子电导率，因此增强燃料电池的性能。 即，根据本专利技术一个实施例的用于燃料电池的增强复合膜包括：具有三维不规则 且不连续排列的聚合物纳米纤维和第一离子导体的多孔支撑体，及填充多孔支撑体气孔的 第二离子导体，其中第一离子导体作为所述多孔支撑体中的纳米纤维存在，或存在于所述 聚合物纳米纤维中，以与所述聚合物一起形成纳米纤维。 多孔支撑体改善了增强复合膜的机械强度，抑制由水分导致的体积膨胀，从而增 强尺寸稳定性。多孔支撑体可通过对包含形成多孔支撑体的聚合物的前体的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃料电池的增强复合膜，其特征在于，包括：多孔支撑体，所述多孔支撑体包括三维不规则且不连续布局的聚合物纳米纤维和第一离子导体；和填充在所述多孔支撑体气孔内的第二离子导体，其中，所述第一离子导体以纳米纤维形式存在于所述多孔支撑体中，或者，存在于所述聚合物纳米纤维中而与所述聚合物一起形成所述纳米纤维。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：金娜玲，慎镛哲，李武锡，李瞳熏，李殷受，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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