本发明专利技术公开了一种用于生产阳离子传导聚合物复合膜的浆料型涂布溶液，当其用于直接甲醇燃料电池时，通过多种溶剂和使用特定的添加剂，能生产具有高离子传导性以及低甲醇渗透性和低欧姆电阻的阳离子传导聚合物复合膜。涂布浆料含有约１重量份至约１０重量份的磺化粘土，约１００重量份的含阳离子交换基团的聚合物，以及一种由沸点约１８０℃至约２５０℃的高沸点溶剂和沸点约１００℃至约１８０℃的低沸点溶剂组成的共溶剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆料、 一种 用所述的涂布浆料生产阳离子传导聚合物复合膜的方法、 一种膜-电极 组件以及一种燃料电池。背景4支术燃料电池为 一种将氢(￡[2)和氧(02)的化学能直接转变成电能的电 化学设备。在燃料电池中，阳离子传导聚合物膜允许阳极(负电极)的催化剂 层中产生的氢离子(6H"流动到阴极(正电极)，并防止外部提供的燃料 (例如直接曱醇燃料电池甲醇、H20,其它燃料电池H2)从阳极渡 越到阴极。在其中产生氢离子和电子并与氧发生反应的燃料电池的膜-电极 组件必需具有优良的性能，以便燃料电池的实际值尽可能地接近直接 甲醇燃料电池的理"^值。更具体地说，将氢离子从阳极输送到阴极的阳离子传导聚合物膜 的作用另_相当重要的。由具有优良的氢离子输送能力(即高离子传导性)的聚合物膜组成的膜-电极组件有降低的欧姆电阻，因此有高的功率密度。此外，聚合物膜还有其它各种作用。在直接甲醇燃料电池中，聚 合物膜防止甲醇从阳极渡越到阴极。在聚合物电解质燃料电池中，聚 合物膜防止燃料(氢或其它可转变成氢的气体)从阳极渡越到阴极。当燃料通过聚合物膜从阳极渗透到阴极时，在两个电极上都会发 生燃料的氧化反应，从而由于渡越两个电极的反向电势使反应电势下 降。因此，燃料电池的功率密度下降。在传统的情况下，将二氧化硅或粘土无机颗粒物^在聚合物中， 以便使阳离子传导聚合物膜的甲醇渗透性下降，以及使用有机化的二氧化硅或粘土来改进膜的^t性。此外，为了防止由于加入没有离子传导性的无机颗粒物引起的离 子传导性下降，已开发了一种通过将含有磺酸的磺化粘土^bfr聚合 物中来生产聚合物膜的方法。这些传统的方法通常使用简单的间歇法来生产聚合物膜，其例子 包括溶液浇铸，其中将低粘稠的溶液装在玻璃盘或特氟隆盘中，并 长时间干燥；涂料溶M玻璃基材上浇铸；以及聚合物用热压机热压。因此，需要开发适合于利用聚合物膜材料的高产率连续方法的涂 料溶液和过程技术。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术的上述各种问题，本专利技术的一个方面提供 用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆料，它适合用于膜浇铸技术并 具有优良的离子传导性和良好的物理性质以及低的直接渗透性。本专利技术的另 一个方面提供用所述的涂布浆料生产阳离子传导聚合 物复合膜的方法。本专利技术的又另 一个方面提供含有所述阳离子传导聚合物复合膜的 膜-电极组件，以及含有所述膜-电极组件的燃料电池。才艮据本专利技术的一个方面，提供用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆料，所述的涂布浆料含有约1重量份至约10重量^^磺化的粘土； 约100重量份含阳离子交拔基团的聚合物；以及共溶剂，该共溶剂含 有沸点约180X:至约250匸的高沸点溶剂和沸点约IOOC至约1801C的 低沸点溶剂，其重量比为约1:20至约1:1.5。才艮据本专利技术的另一个方面，提供生产阳离子传导聚合物复合膜的 方法，所述的方法包括将涂布浆料涂到聚合物膜的一个侧面上，以 便形成涂膜；将所述的涂膜进行初步干燥，以便基本上除去涂膜中所 含的低沸点溶剂；以及将涂膜进行二次干燥，以便基本上除去涂膜中 所含的高沸点溶剂。根据本专利技术的另一个方面，提供膜-电极组件，所述的膜-电极组 件包含用所述方法生产的阳离子传导聚合物复合膜；分别涂布或粘结 在阳离子传导聚合物复合膜的两个侧面上的催化剂层；以及分别排列 在催化剂层上的气体扩散层。根据本专利技术的又另一个方面，提供燃料电池，所述的燃料电池包 含所述的膜-电极组件；以及双极板。附图说明从以下详细描述并结合附图会更清楚地理解本专利技术上述的以及其 它的目的、特点和优点，其中图1为说明用膜洗铸法使用所述涂布浆料来生产阳离子传导聚合 物复合膜的方法的流程图；图2为说明用于使用所述涂布浆料生产所述阳离子传导聚合物复合膜的膜浇^i殳备的示图；图3为示意性地说明用所述方法生产的阳离子传导聚合物复合膜 生产的膜-电极组件(membrane-electrode assembly, MEA)的剖面图；图4为示意性地说明包含所述膜-电极组件的燃料电池的部件分解透视图；以及图5为说明实施例2和对比例4生产的膜-电极组件的单元燃料电 池的性能评价结果的图。具体实施例方式现在，在本专利技术以下的详细描述中更加全面地描述本专利技术，其中 描述本专利技术的一些实施方案但不是全部实施方案。的确，本专利技术可以 许多不同的形式体现，不应理解为本专利技术仅限于这里所示的实施方案； 相反，提供这些实施方案是为了使公开的内容满足可适用的法律要求。本专利技术的一个方面涉及用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆 料，所述的涂布浆料包含约1重量份至约10重量份磺化的粘土；约 100重量份含阳离子交g团的聚合物；以及共溶剂，该共溶剂含有 重量比为沸点约180"C至约250X:的高沸点溶剂和沸点约100"C至约 180r的低沸点溶剂，其约1:20至约1:1.5。正如上述，用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆料包含磺化粘 土、含阳离子交g团的聚合物和共溶剂。<含阳离子交换基团的聚合物>含阳离子交提基团的聚合物在聚合物膜生产中用作基质，并可包 括含有至少 一 个含有至少 一 个阳离子交拔基团的侧链的氟基聚合物、 含有至少 一个含至少 一个阳离子交换基团的侧链的非氟基聚合物(烃基聚合物)及其混合物。烃基聚合物选自基于聚砜的聚合物、基于聚芳基醚砜的聚合物、 基于聚磷腈的聚合物、基于聚醚酮的聚合物、基于聚芳基醚酮的聚合物、基于聚(2，3-二氮杂萘酮醚酮)的聚合物、基于聚酰亚胺的聚合物、 基于聚苯并咪唑的聚合物、基于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的聚合 物、基于苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)的聚合物、基于聚苯乙烯的聚合物、 基于聚烯烃的聚合物、基于聚碳酸酯的聚合物、基于IW苯二甲酸乙 二醇酯(PET)的聚合物、基于聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN)的聚合物、基 于丙烯醃基的聚合物和其混合物。IL^聚合物的具体例子包括Nafion (D叩ont Corp.)、 Aciplex (Asahi Kasei Corp.)、 Flemion (Asahi Glass Corp.)和Hyflon ion (Solvay Corp.)。阳离子交g团为选自磺g团、膦^团、硫^团、磷^ 团、羧酸基团、磺酰亚胺基团和其混合物中的至少一种。<磺化粘土>在燃料电池中，粘土通常用于降低阳离子传导聚合物膜的甲醇渗 透性以及改进其M性能，它们基本上均匀地分布在含阳离子交g 团的聚合物中。用于本专利技术的粘土为磺化粘土。这里使用的术语"磺化粘土"指含有磺酸的粘土，所述的粘土选 自蒙脱土(MMT)、伊利石、高呤石、蛭石、蒙皂石、锂蒙急石、云母、 膨润土、绿脱石、皂石、沸石、氧化铝、金红石、滑石和其混合物中 的至少一种。现详细地描述一种由蒙脱土制备磺化粘土的方法。 用硫酸水溶液处理蒙脱土(MMT)，以便将"Na+-MMT"转化成"H+-MMT",然后用3-巯基丙基三甲氧基硅烷(3-MPTMS)处理 "H+-MMT",以便使巯基(-SH)接枝在MMT的表面上，然后使巯基 氧化生成磺酸(-S03H)。替代地，可用l-丙烷磺酸内酯代替3-MPTMS，将磺酸(-S03H)引 入MMT。通过将如此制备的磺化的粘土加到含阳离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于阳离子传导聚合物复合膜的涂布浆料，所述的涂布浆料含有： 约１重量份至约１０重量份磺化粘土； 约１００重量份含阳离子交换基团的聚合物；和 含有沸点约１８０℃至约２５０℃的高沸点溶剂和沸点约１００℃至约１８０℃的低沸点溶剂的共溶剂。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：金泰炅，姜明淳，崔容硕，金惠庆，李元木，
申请(专利权)人：第一毛织株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。