包含由夹在第一电极和第二电极之间的膜制成的膜电极组件（ＭＥＡ）、损伤ＭＥＡ的污染物过氧化物和至少一种与污染物过氧化物一起存在的防止或至少阻止第一电极、第二电极、膜和它们的任何组合中的至少之一分解的组分的燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
[0001]本专利技术涉及燃料电池、膜电极组件(MEA)和质子交换膜，后者也称为聚合物电解质膜(PEM)。专利技术背景[0002]电化学电池对许多应用特别在作为燃料电池操作时很理想。对于许多应用，包括代替内燃机的电动车辆动力设备在内，已提出用燃料电池。一种燃料电池设计利用固体聚合物电解质(SPE)膜或质子交换膜(PEM)来提供阳极与阴极之间的离子交换。在燃料电池内，气态和液态燃料都可用。实例包括氢和甲醇，优选氢。氢供至燃料电池的阳极。氧(如空气)是电池氧化剂并供至电池的阴极。电极由多孔导电材料，如织造石墨、石墨化片材或碳纸形成，使燃料能分散在面朝燃料供应电极的膜的表面上。典型的燃料电池已描述在U.S.专利No.5,272,017和U.S.专利No.5,316,871(Swathirajan等)中。[0003]燃料电池部件尤其MEA和PEM的劣化会降低输出功率和缩短使用寿命。专利技术概述[0004]在典型的PEM燃料电池内，聚合物电解质膜(PEM)是非常重要的部件。目前，PEM燃料电池由全氟化离聚物如杜邦公司的Nafion_制成。已经证明，全氟化或烃离聚物在燃料电池操作条件下，耐久性都不合格(寿命＞5000h)。不愿受任何特定理论的限制，认为下列内容是适用的。即使尚未完全弄清典型燃料电池内离聚物劣化的精确机理，一般认为与燃料电池内腐蚀性很强的化学环境有关，尤其是操作期间产生的自由基对离聚物的侵蚀。本专利技术提供缓解离聚物劣化的方法，从而获得更长的燃料电池寿命。在一个专利技术点中，实现缓解的方法是在燃料电池内包括如下组分：它通过清除或抵消、减少或对消引起劣化最重要物质的作用而阻止、停止或防止这种劣化过程。缓解的优选机理利用氢醌。本文给出用耐久烃离聚物防止劣化的优选方-->法如下：在聚合物内引进结构部分(如氢醌)。[0005]从下文提供的详述，本专利技术的其它应用领域将变得显而易见。应该理解，详述和具体实施例虽然示意了本专利技术优选实施方案，但也仅旨在说明而无意限制本专利技术的范围。附图简述[0006]从详述和附图，将能更充分地理解本专利技术，其中：[0007]图1是按照本专利技术具有膜电极组件(MEA)的未装配电化学燃料电池的示意图。[0008]图2是按照本专利技术的MEA的截面示意图。[0009]图3是图2中的MEA加上石墨片的示意图。[0010]图4是示意图2中阴极侧局部放大示意图。[0011]图5示意氧还原和形成污染物过氧化物的机理。[0012]图6示意抵消过氧化物的氢醌醇(羟基)的氧化。也示意所得醌(Q)羰基重新形成氢醌(HQ)的逆反应。[0013]图7示意HQ作为羟基自由基捕获剂的试验结果。该试验在下述条件下进行：在24℃下，在0.5 M H2SO4水溶液(GFS Chemicals)中，以10mV/s扫描速率，在氩气氛下，以玻璃炭为工作电极；试剂浓度为0.5mM HQ；2mM FeSO4；10mM H2O2。[0014]图8示意HQ作为羟基自由基捕获剂的试验果。该试验在下述条件下进行：在24℃下，在0.5 M H2SO4水溶液(GFS Chemicals)中，以50mV/s扫描速率，在氩气氛下，以玻璃炭为工作电极；试剂浓度为0.5mM HQ；1mM FeSO4；10mM H2O2。在不同时间记录循环伏安图。[0015]图9示意含主链氢醌和醌的聚合物，X和Y是任意结构。[0016]图10示意含侧链氢醌和醌的聚合物，主链和侧链之间的连接基R是任意的。[0017]图11示意加进类似于图9和10的聚合物主链或侧链的其它自由基捕获剂。这类实例包括图11中所示的那些；即11A是1，4-蒽二醇和11B是1，8-蒽二醇。它们相应的氧化对应物如图9的羟基和羰基。-->优选实施方案详述[0018]以下对优选实施方案的描述仅是举例性的，决无意限制本专利技术、其应用或用途。[0019]本专利技术旨在形成适用于燃料电池的电极和膜电极组件(MEAs)。在详述本专利技术之前，理解示例燃料电池的基本元件和MEA的部件是有用的。参考图1，该图以未装配形式图示组合膜电解质和加在其中的电极组件12的电化学电池10。电化学电池10按燃料电池构造。但本文所描述的本专利技术一般可应用于电化学电池。电化学电池10包含不锈钢端板14、16，含有便于气体分布的开孔22、24的石墨块18、20，垫片26、28，带有各自连线31、33的碳布集电器30、32，以及膜电解质和电极组件12。两套石墨块、垫片和集电器，即18、26、30和20、28、32分别称作气体和电流输运机构36、38。阳极连线31和阴极连线33用来与外电路连接，外电路可包括其它燃料电池。[0020]电化学电池10包括气态反应物，其中之一是供自燃料源37的燃料，另一个是供自源39的氧化剂。来自源37、39的气体通过各自的气体和电流输运机构36和38扩散到MEA12的对面。36和38也分别称作导电气体分布介质。[0021]图2示意按照本专利技术的组件12的示意图。参考图2，多孔电极40在燃料侧形成阳极42和在氧侧形成阴极44。阳极42和阴极44被固体聚合物电解质(SPE)膜46隔开。SPE膜46提供离子输运以便于在燃料电池10内反应。本专利技术的电极通过电极与离聚物膜之间的紧密接触提供质子转移，从而为这类质子转移提供基本连续的聚合物接触。因此，电池10的MEA 12具有膜46，第一与第二相对面50、52的间距是面50、52之间中间膜区53的厚度。各电极40，即阳极42和阴极44，在对应表面50、52之一处与膜46粘结良好。[0022]在一个实施方案中，各电极40(阳极42、阴极44)还包含在膜46两侧的第一和第二聚四氟乙烯化(涂布或浸渍了四氟乙烯的)石墨片80、82(图3)。阳极活性材料放在膜的第一面50与第一片80之间；阴极活性材料放在第二面52与第二片82之间。各聚四氟乙烯化片80、82厚约7.5～13密耳。[0023]如图4所示，各电极40由一组相应的支持非常细分散的催化剂颗粒62的细分散碳粒60和与这些颗粒相互混合的质子导电材料-->64形成。应注意：形成阳极42的碳粒60与形成阴极44的碳粒60可以不同。此外，阳极42上的催化剂含量可以与阴极44上的催化剂含量不同。虽然阳极42和阴极44的碳粒特性和催化剂含量可以不同，但两个电极40的基本结构一般都类似，如取自图2的局部放大图4所示。[0024]为了为反应提供把H+离子导向催化剂62的连续通道，质子(阳离子)导电材料64被分散在整个电极40中，与碳和催化剂颗粒60、62相互混合在一起，并位于由催化剂颗粒界定的许多孔内。因此，在图4中，可以看到质子导电材料64包裹炭和催化剂颗粒60、62。[0025]燃料电池的固体聚合物电解质膜(PEM)是周知的离子导电材料。典型的PEM和MEA已描述在授予通用汽车公司的U.S.专利No.6,663,994，6,566,004，6,524,736，6,521,381，6,074,692，5,316,871和5,272,017中，各专利都附于此并构成本文的一部分。[0026]PEM由离聚物形成，从离聚物形成膜的方法是本领域内熟知的。离聚物(即阳离子交换树脂)是结构内含离子基团在骨架或侧链上的聚合物。离子基团使离聚物和PEM具有离子交换特本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池，包含：膜电极组件（ＭＥＡ），包含夹在第一和第二电极之间的膜；损伤ＭＥＡ的污染物过氧化物；和至少一种与污染物过氧化物一起存在的防止或至少阻止第一电极、第二电极、膜及其任何组合中的至少一种分解的组分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-30 10/929,1901.燃料电池，包含：膜电极组件(MEA)，包含夹在第一和第二电极之间的膜；损伤MEA的污染物过氧化物；和至少一种与污染物过氧化物一起存在的防止或至少阻止第一电极、第二电极、膜及其任何组合中的至少一种分解的组分。2.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含自由基捕获剂。3.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含分解过氧化物的物质。4.权利要求1的燃料电池，其中至少一种组分包含多组分的混合物。5.权利要求1的燃料电池，其中所述膜包含聚合物以及所述组分是形成该聚合物一部分的官能团。6.权利要求1的燃料电池，其中至少电极之一包含聚合物以及所述组分是形成该聚合物一部分的官能团。7.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含形式为分散在电池中的固体或液体的添加剂。8.权利要求7的燃料电池，其中分散的添加剂是自由基捕获剂。9.权利要求7的燃料电池，其中分散的添加剂是分解过氧化物的物质。10.权利要求1的燃料电池，其中所述组分是酚或酚的衍生物。11.权利要求1的燃料电池，其中所述组分选自下列一组：受阻酚、二酚和多酚以及它们的混合物。12.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含胺。13.权利要求12的燃料电池，其中所述胺选自受阻胺和芳胺。14.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含含二价硫的化合物。15.权利要求14的燃料电池，其中所述含二价硫的化合物是硫酯。16.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含三价磷。17.权利要求1的燃料电池，其中所述组分包含磷的受...
【专利技术属性】
技术研发人员：BA梅佐圭，AM曼斯，谢涛，IC哈拉莱，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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