本发明专利技术提供一种新的非增湿的聚合物电解液和包括它的燃料电池。所述非增湿的聚合物电解液包含离子介质，所述离子介质由沸点大于１００℃且介电常数大于３的有机化合物组成；及由离子导电聚合物组成的基体，其中所述离子介质渗透到基体中。
【技术实现步骤摘要】
非增湿的聚合物电解液
本专利技术涉及一种聚合物电解液，更具体地，本专利技术涉及一种非增湿的聚合物电解液。另外，本专利技术还涉及一种包括该非增湿的聚合物电解液的燃料电池。
技术介绍
在其链上带有解离基团的聚合物称为聚合物电解液。当聚合物电解液与水接触时，其解离基团解离成离子。聚合物电解液膜是指膜形式的结构体，其是利用这种聚合物电解液作为主要成分而形成的。用作聚合物电解液膜材料的聚合物电解液，通常是非水溶性的聚合物。在聚合物电解液膜中，聚合物电解液充当解离基团的提供者，同时还充当保持膜结构的基体。为了使聚合物电解液可以起离子导体的作用，必须将离子介质引入到聚合物电解液基体中。通常，使用水作为离子介质。本文中，术语“聚合物电解液”是指除了聚合物电解液基体本身之外“其中还加入了离子介质的聚合物电解液基体”。聚合物电解液主要用作离子交换膜或离子导体膜的材料。用作离子导体膜的聚合物电解液的具体实例是PEMFC(聚合物电解液膜燃料电池)。众所周知，燃料电池是使燃料与氧发生电化学反应从而产生电能的装置，与热力发电相反，其不适用于Carnot循环，因此其理论发电效率非常高。燃料电池除了可以为工业、家用和交通工具提供电能之外，还可以用于为小型电气/电子产品，特别是便携式设备提供电能。根据使用电解液的类型，燃料电池可以分为PEMFC、PAFC(磷酸燃料电池)、MCFC(熔融碳酸盐燃料电池)和SOFC(固体氧化物燃料电池)等。燃料电池的工作温度及其部件的材料随所使用的电解液而变化。根据燃料的给料方式，燃料电池可以分为，经燃料调节器将燃料转换成富氢气体并提供该气体给阳极的外部重整型，直接供应气态或液态燃料(如-->甲醇水溶液、天然气等)给阳极的直接燃料给料型或内部重整型。直接燃料给料型燃料电池的代表性实例是DMFC(直接甲醇燃料电池)。通常，DMFC使用甲醇水溶液作为燃料，使用氢离子导电的聚合物电解液膜作为电解液。因而，DMFC也属于PEMFC。虽然PEMFC体积小且重量轻，但是它可以提供高输出密度。而且，使用PEMFC，可以简单地构建发电系统。PEMFC的基本结构通常包括阳极(燃料电极)、阴极(氧化剂电极)和置于阳极和阴极之间的聚合物电解液膜。PEMFC的阳极装有促进燃料氧化的催化剂层，PEMFC的阴极装有促进氧化剂还原的催化剂层。通常，进料给PEMFC阳极的燃料包括氢气、含氢的气体、水蒸气和甲醇的混合蒸气及甲醇水溶液等。通常，进料给PEMFC阴极的氧化剂包括氧、含氧的气体或空气。在PEMFC的阳极，燃料氧化形成氢离子和电子。氢离子经电解液膜传递到阴极，电子经导线(或集电体)传递到外电路(载荷)。在PEMFC的阴极，经过电解液膜传递的氢离子，从外电路经导线(或集电体)传递的电子，和氧化合形成水。在这里，电子经过阳极、外电路和阴极的移动就是电力。在PEMFC中，聚合物电解液膜不仅用作从阳极迁移氢离子到阴极的离子导体，而且用作阻止阳极和阴极的机械接触的隔板。因此，聚合物电解液膜必须具备的如下性能：优异的离子导电性、电化学稳定性、牢固的机械强度、在工作温度下的热稳定性、容易制成薄膜等。聚合物电解液膜的材料通常包括聚合物电解液例如磺酸全氟化聚合物(例如，Nafion：Du Pont公司的商标)，其具有由氟化亚烃基组成的主链，和由末端具有磺酸基的氟化乙烯醚组成的侧链。这种聚合物电解液膜包含适量的水，因而具有优异的离子导电性。然而，这种电解液膜在工作温度大于100℃时丧失电解液膜的功能，因为其离子导电性由于水分蒸发的损失而严重地降低。因此，几乎不可能在大气压和大于100℃的温度下利用这种聚合物电解液膜操作PEMFC。所以，现有的PEMFC多数在低于100℃例如约80℃的温度下工作。而且，聚合物电解液也可以用在例如PEMFC、DMFC等燃料电池中使用的电极催化剂层。催化剂层通常包括促进电化学反应的催化剂，和充当离子通道和粘合剂的离聚物。聚合物电解液可以用作这种离聚物。如果在用作-->离聚物的催化剂层的聚合物电解液中发生水的损失，所述聚合物电解液就不再充当离子通道，因而催化剂层的电化学反应不能进一步进行。当PEMFC在低于约100℃的温度下工作时，众所周知，会发生下述问题。作为PEMFC的代表性燃料，富氢的气体可以通过重整例如天然气或甲醇的有机燃料获得。这种富氢的气体的副产品不仅包含二氧化碳，而且包含一氧化碳。一氧化碳往往会使包含在阴极和阳极中的催化剂中毒。被一氧化碳毒化的催化剂的电化学活性大大降低，因此PEMFC的工作效率和寿命严重降低。值得注意的是，PEMFC的工作温度越低，一氧化碳使催化剂中毒的趋势越高。即使当使用作为PEMFC的另一种代表性燃料的甲醇时，也会发生一氧化碳使催化剂中毒的现象。甲醇以甲醇水溶液的形式(或水蒸气和甲醇的混合蒸气)进料给PEMFC的阳极。在该阳极上，甲醇和水反应生成氢离子和电子，伴有一氧化碳以及二氧化碳作为副产品。而且，在小于约100℃的低温下操作的PEMFC，也不适合实行热电联产(cogeneration)。为了把PEMFC的工作温度提高到大于100℃的温度，已经提出在PEMFC上安装增湿设备，在加压的条件下操作PEMFC，或采用不需要增湿的聚合物电解液。当PEMFC在加压的条件下工作时，因为水的沸点提高，所以可以提高工作温度。例如，当PEMFC的工作压力为2atm时，其工作温度可以提高到约120℃。然而，当加装加压系统或安装增湿设备时，不仅PEMFC的尺寸和重量大大增加，而且发电系统的总效率降低。因此，为了使PEMFC的应用范围最大化，对“非增湿的聚合物电解液”，即，在非增湿的条件下具有优异的离子导电性的聚合物电解液的需求日益增加。日本专利公布第1999-503262号公开一种非增湿的聚合物电解液的实例。在该专利中，其中例举了几种用作非增湿的聚合物电解液的材料，例如聚苯并咪唑、硫酸或磷酸掺杂的聚苯并咪唑等。
技术实现思路
本专利技术提供一种新的非增湿的聚合物电解液。-->根据本专利技术的一方面，提供一种采用所述新的非增湿的聚合物电解液的电解液膜。根据本专利技术的另一方面，还提供一种使用所述新的非增湿的聚合物电解液的电极。根据本专利技术的再一方面，还提供一种使用所述新的非增湿的聚合物电解液的燃料电池。 附图说明通过参考附图详细描述其示例性实施方案，本专利技术的上述及其它特点和优点将变得更加显而易见，在附图中：图1为关于根据本专利技术实施例的聚合物电解液和根据对比例的聚合物电解液的离子导电性随温度的变化图；和图2为关于根据本专利技术实施例的聚合物电解液和根据对比例的聚合物电解液的离子导电性在120℃下随时间的变化图。 具体实施方式通过描述其实施方案，更详细描述本专利技术。根据本专利技术的非增湿的聚合物电解液包括：离子介质，所述离子介质由沸点大于100℃且介电常数大于3的有机化合物组成；及由离子导电聚合物组成的基体，其中所述离子介质渗透到基体中。根据本专利技术的聚合物电解液膜包含上述的非增湿的聚合物电解液。根据本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物电解液，包含：离子介质，所述离子介质由沸点大于１００℃且介电常数大于３的有机化合物组成；及由离子导电的聚合物组成的基体，其中所述离子介质渗透到基体中。
【技术特征摘要】
KR 2004-7-3 51798/041.一种聚合物电解液，包含：离子介质，所述离子介质由沸点大于100℃且介电常数大于3的有机化合物组成；及由离子导电的聚合物组成的基体，其中所述离子介质渗透到基体中。2.根据权利要求1的聚合物电解液，其中所述有机化合物是具有至少一种选自如下基团的化合物：环状碳酸酯基，环状羧酸酯基，醚键，氰基，或其混合物。3.根据权利要求1的聚合物电解液，其中所述有机化合物是4-[CH3(OC2H4)nCH2-]-1，3-二氧戊环-2-酮，式中n是2～5的数；碳酸亚丙酯；γ-丁内酯；三甘醇二甲醚；丙烯腈低聚物；或其混合物。4.根据权利要求1的聚合物电解液，其中，基于聚合物电解液的总重量，所述离子介质的含量为10～40％重量。5.根据权利要求1的聚合物电解液，其中所述离子导电聚合物具有至少一种选自下列的阳离子交换基团：磺酸基；羧酸基；磷酸基；酰亚胺基；磺酰亚胺基；磺酰胺基；及羟基。6.根据权利要求1的聚合物电解液，其中所述离子导电聚合物是具有阳离子交...
【专利技术属性】
技术研发人员：宣熙英，金昊星，赵命东，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，三星SDI株式会社，三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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