复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池制造技术

本说明书涉及一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。电解质膜和包括其的燃料电池。电解质膜和包括其的燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池
[0001]本申请是分案申请，原申请的申请号为2016800489886，申请日为2016年09月01日，专利技术名称为“复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池”。


[0002]本申请要求于2015年09月01日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2015
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0123700的权益，该申请的全部内容通过引用并入本申请中。
[0003]本申请涉及一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。

技术介绍

[0004]随着近来关于诸如石油和煤炭的现有能源的枯竭的预测，对能够替代这些能源的替代能源的兴趣已经增长。作为这种替代能源之一，燃料电池具有效率高、不排放诸如NO
x
和SO
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的污染物并且具有足够的燃料以供使用的优点，已经受到特别的关注。
[0005]燃料电池是将燃料与氧化剂的化学反应能转换为电能的发电系统，并且使用氢气、甲醇和诸如丁烷的烃作为燃料，通常使用氧气作为氧化剂。
[0006]燃料电池包括聚合物电解质膜型燃料电池(PEMFC)、直接甲醇型燃料电池(DMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。其中，聚合物电解质膜型燃料电池由于其高能量密度和高输出而被最积极地研究。这种聚合物电解质膜型燃料电池与其它燃料电池的不同之处在于，使用固体聚合物电解质膜而不是液体作为电解质。
[0007]聚合物电解质膜型燃料电池具有如下基本原理：在聚合物电解质膜的两个表面上设置气体扩散电极层，通过使阳极面向燃料电极并使阴极面向氧化电极，由聚合电解质膜通过化学反应生成水，并且将由此产生的反应能转换为电能。
[0008]作为在聚合物电解质膜型燃料电池中使用的聚合物电解质膜，氟系聚合物电解质膜由于其高性能和耐久性而广为人知。特别地，与烃系聚合物相比，即使在相对低湿度的条件下，氟系聚合物电解质膜在膜性能和耐久性方面也表现出更优异的效果。
[0009]同时，与氟系电解质膜相比，基于价格竞争力，已经积极地研究烃系电解质膜，并且通过单位电池评价而评价出的电解质膜性能已经提高至与氟系电解质膜性能相似的水平。然而，与氟系电解质膜相比，在湿度条件影响下或在高电流密度区域中，性能和耐久性倾向于下降，并且已经进行用于增强这些性能的研究。
[0010]韩国专利申请特许公开No.2009
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0039180

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]本说明书旨在提供一种复合电解质膜、增强复合电解质膜和包括其的燃料电池。
[0013]技术方案
[0014]本说明书的一个实施方案提供一种复合电解质膜，包含：离子导电聚合物；以及两
种类型的二氧化硅粒子。
[0015]本说明书的一个实施方案提供一种增强复合电解质膜，包括：混合层，该混合层包括离子导电区域和多孔载体；以及设置在所述混合层的至少一个表面上的包含离子导电聚合物的导电层，其中，所述导电层包含第一二氧化硅粒子，所述混合层包含第二二氧化硅粒子，该第二二氧化硅粒子具有比所述第一二氧化硅粒子小的平均粒径。
[0016]本说明书的一个实施方案提供一种膜电极组件，包括所述复合电解质膜或所述增强复合电解质膜。
[0017]本说明书的一个实施方案提供一种包括所述膜电极组件的燃料电池。
[0018]有益效果
[0019]根据本说明书的一个实施方案，与现有的氟系电解质膜相比，在使用具有价格竞争力的烃系电解质膜的同时在湿度条件下得到优异的性能。
[0020]此外，根据本说明书的一个实施方案，与现有的烃系电解质膜相比，在高电流密度区域得到优异的性能。
[0021]换言之，在燃料电池中使用包括根据本说明书的一个实施方案的复合电解质膜的膜电极组件对提高燃料电池性能和/或开路电压(OCV)具有积极的影响。
附图说明
[0022]图1是模拟地示出根据本说明书的一个实施方案的包含两种类型的二氧化硅的复合电解质膜的图；
[0023]图2是模拟地示出作为根据本说明书的一个实施方案的增强复合电解质膜的在混合层中包含第二二氧化硅粒子并且在导电层中包含第一二氧化硅粒子的增强复合电解质膜的图；
[0024]图3是模拟地示出作为根据本说明书的一个实施方案的增强复合电解质膜的在混合层中包含第二二氧化硅粒子并且在导电层中包含第一二氧化硅粒子和第二二氧化硅粒子的增强复合电解质膜的图；
[0025]图4是测量通过本说明书的实施例制备的包含两种类型的二氧化硅的烃系复合电解质膜和通过比较例制备的仅包含一种类型的二氧化硅的烃系复合电解质膜的电流密度的图；
[0026]图5是测量通过本说明书的实施例制备的包含两种类型的二氧化硅的情况和通过比较例制备的仅包含一种类型的二氧化硅的情况的开路电压值的图；
[0027]图6是示出根据本说明书的一个实施方案的燃料电池的结构的图。
具体实施方式
[0028]下文中，将详细描述本说明书。
[0029]在本说明书中，特定部件位于另一部件“之上”的描述不仅包括一个部件与另一部件邻接的情况，而且包括在两个部件之间还存在又一部件的情况。
[0030]在本说明书中，除非另外特别说明，否则特定部分“包含”特定构件的描述表示还能够包含其它构件，并且不排除其它构件。
[0031]本说明书的一个实施方案提供一种复合电解质膜，包含：离子导电聚合物；以及具
有不同的平均粒径的两种以上类型的二氧化硅粒子。
[0032]本公开旨在通过改善现有烃系电解质膜的性能来开发一种在诸如潮湿或高电流密度区域的各种条件下具有更好的性能的烃系电解质膜。
[0033]换言之，根据本说明书的一个实施方案，通过将两种类型的二氧化硅粒子(亲水性无机材料)添加到烃系聚合物中来提高电解质膜的吸水率，并且可以通过提高得到的质子电导率来提高燃料电池的整体性能。
[0034]本公开使用具有不同的平均粒径的两种以上类型的微粒。通过使用这种具有不同的平均粒径的两种以上类型的微粒，可以有效地提高在低湿度条件下或电流密度区域中的膜性能和/或耐久性。
[0035]在本说明书中，平均粒径通过TEM观察来测量，并且测量粒子的平均直径。
[0036]根据本说明书的一个实施方案，两种以上类型的二氧化硅粒子可以包括第一二氧化硅粒子和第二二氧化硅粒子，并且第一二氧化硅粒子的平均粒径可以大于第二二氧化硅粒子的平均粒径。
[0037]换言之，根据本说明书的一个实施方案，当在复合电解质膜中使用大尺寸的第一二氧化硅粒子和小尺寸的第二二氧化硅粒子时，可以通过大尺寸的多孔第一二氧化硅粒子的亲水性来实现性能增强效果，并且通过大尺寸的第一二氧化硅粒子的不均匀分散的缺点被小尺寸的第二二氧化硅粒子弥补，可以实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电解质膜，包含：离子导电聚合物；以及具有不同的平均粒径的两种以上类型的二氧化硅粒子。2.根据权利要求1所述的复合电解质膜，其中，所述两种以上类型的二氧化硅粒子包括第一二氧化硅粒子和第二二氧化硅粒子，所述第一二氧化硅粒子的平均粒径比所述第二二氧化硅粒子的平均粒径大。3.根据权利要求1所述的复合电解质膜，其中，所述两种以上类型的二氧化硅粒子包括平均粒径为70nm至800nm的第一二氧化硅粒子和平均粒径为3nm至40nm的第二二氧化硅粒子。4.根据权利要求1所述的复合电解质膜，其中，所述两种以上类型的二氧化硅粒子包括平均粒径为100nm至250nm的第一二氧化硅粒子和平均粒径为5nm至15nm的第二二氧化硅粒子。5.根据权利要求3所述的复合电解质膜，其中，所述第一二氧化硅粒子与所述第二二氧化硅粒子之间的平均粒径的差异在50nm至400nm的范围内。6.根据权利要求2所述的复合电解质膜，其中，基于100重量份的所述第一二氧化硅粒子，所述复合电解质膜中的第二二氧化硅粒子的含量为50重量份至400重量份。7.根据权利要求1所述的复合电解质膜，其中，基于100重量份的所述离子导电聚合物，包含1重量份至20重量份的所述二氧化硅粒子。8.根据权利要求3所述的复合电解质膜，其中，所述第一二氧化硅粒子的比表面积为800m2/g以上。9.根据权利要求3所述的复合电解质膜，其中，所述第二二氧化硅粒子的比表面积在200m2/g至400m2/g的范围内。10.根据权利要求3所述的复合电解质膜，其中，所述第一二氧化硅粒子是多孔的。11.根据权利要求3所述的复合电解质膜，其中，所述第一二氧化硅粒子的孔尺寸在1nm至5nm的范围内。12.根据权利要求1所述的复合电解质膜，其中，所述两种以上类型的二氧化硅粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴规利，金赫，闵敏圭，金志轩，裴仁圣，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：