有交联剂的复合电解质制造技术

可以将离子传导材料通过磺酸基共价交联应用到各种低成本的电解质膜原料，相对于所述原料提高了燃料电池的性能。该提出的方法部分是由于观察到许多芳族和脂族聚合物材料具有作为质子交换膜的很大可能性，如果改性能提高上述材料的物理和化学稳定性，而不会影响电化学性能或显著增加材料成本和生产成本。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有交联剂的复合电解质
本专利技术涉及离聚物。更具体而言，本专利技术涉及质子交换材料及改善离子传导材料的物理和机械性能的方法。
技术介绍
对用于氢/氧和直接甲醇燃料电池(DMFC)应用的高性能、低成本聚合物电解质材料有相当多的要求。一直用作质子交换膜的几种类型的聚合物包括，但不限于：全氟磺酸、磺化芳族化合物、酸化咪唑和其它基于有机/无机的复合物。然而，目前还没有一种材料能满足使燃料电池成为工业可行技术所需的所有要求。各种待选材料受到高生产成本、高甲醇渗透性、低物理强度和/或差的电化学性能的困扰，并使广泛应用于燃料电池应用的合适材料不能出现。近30年来，工业标准质子传导电解质膜是DuPont生产的Nafion(聚全氟磺酸)(美国专利3,282,875和4,330,654)。虽然Nafion用作氢/氧PEM燃料电池范围内的膜的效率为中等，但聚合物也存在各种阻碍质子交换膜(PEM)燃料电池设计的限制。这些限制中有Nafion的高甲醇渗透性、低热稳定性和其高成本。尽管Nafion作为直接甲醇燃料电池(DMFC)膜的操作性能差，但其仍然是所有低温至中温燃料电池中最常加入的材料。Nafi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高离子传导材料的物理和机械性能的方法，该方法包括以下步骤：提供离子传导原料；提供交联剂；通过羟基和磺酸缩合或虽然胺和磺酸的缩合将交联剂结合到离子传导原料中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-8-28 10/653,0161.一种提高离子传导材料的物理和机械性能的方法，该方法包括以下步骤：提供离子传导原料；提供交联剂；通过羟基和磺酸缩合或虽然胺和磺酸的缩合将交联剂结合到离子传导原料中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该结合在非水性环境中进行。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂具有包括芳族聚合物链、脂族聚合物链、有机或无机聚合物网络或它们的任意组合的链。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂除具有胺、羟基或磺酸基中的一个或多个外，还具有至少一个官能团来与离子传导原料形成共价交联键。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离子传导原料是基于有机的材料、基于无机的材料或它们的组合物。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离子传导原料是基于有机的材料，并含有芳族或脂族结构。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，芳族结构包括聚芳基醚酮和聚芳基砜。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，脂族结构包括全氟化的或苯乙烯共-聚物类型。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离子传导原料含有一种或多种无机添加剂。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，无机添加剂选自粘土、沸石、水合氧化物和无机盐。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，粘土包括基于硅铝酸盐的交换材料，选自蒙脱石、高岭石、蛭石、绿土、锂蒙脱石、云母、膨润土、囊脱石、贝得石、铬岭石、皂石、magadite、kenyaite、沸石、氧化铝、金红石。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离子传导原料具有特定分子量和/或具有包括磺酸、磷酸、羧酸、咪唑、胺和酰胺的官能团的聚合物结构。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂是羟基封端的，离子传-->导原料是被磺化的，所述的结合包括羟基封端的交联剂和磺化的离子传导原料之间的直接共价交联，使它们间的反应为以下形式的反应：其中R1是羟基封端的交联剂的主链，R2是磺化离子传导原料。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，主链包含一种或多种选自芳族聚合物链、脂族聚合物链、有机分子和无机分子的链。15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，磺化离子传导原料包含一种或多种选自芳族聚合物链、脂族聚合物链、有机分子和无机分子的链。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂是胺封端的，离子传导原料是被磺化的，所述结合包括胺封端的交联剂和磺化的离子传导原料之间的直接共价交联，使它们间的反应为以下形式的反应：其中R1是胺封端的交联剂的主链，R2是磺化离子传导原料。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂是磺酸封端的，离子传导原料是胺或羟基封端的，所述结合包括磺酸封端的交联剂和胺或羟基封端的离子传导原料之间的直接共价交联，使它们间的反应分别为以下形式的反应：，或其中R3是磺酸封端的交联剂的主链，R4是胺或羟基封端的离子传导原料。18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合包括反应溶剂，包括高沸点的非极性溶剂，选自二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)和二甲基甲酰胺(DMF)。19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合在共沸蒸馏条件下通过用甲苯除水促进反应动力学来进行。20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合包括对于离子传导原料的磺酸位点的0.1-8％摩尔当量的交联剂。21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合包括对于离子传导原料的胺或羟基位点的0.1-8％摩尔当量的交联剂。22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，离子传导原料含有无机阳离子交换材料。-->23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，无机阳离子交换材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：MR库拉奥，G帕纳布尔，AN玛达卡纳，KM塔弗特三世，
申请(专利权)人：霍库科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]