具有高分散稳定性的离聚物分散体、其制造方法及使用其制造的聚合物电解质膜技术

公开了一种离聚物分散体，其含有高含量的离聚物固体的同时具有高分散稳定性，从而优化了聚合物电解质膜中的离聚物形态，使得聚合物电解质膜的离子电导率和耐久性均得到提高；公开了一种离聚物分散体的制备方法；以及一种使用该离聚物分散体的制备方法制备的聚合物电解质膜。解质膜。解质膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高分散稳定性的离聚物分散体、其制造方法及使用其制造的聚合物电解质膜


[0001]本专利技术涉及一种离聚物分散体、其制备方法以及使用其制备的聚合物电解质膜，更具体地，涉及一种离聚物分散体、其制备方法和使用其制备的聚合物电解质膜，所述离聚物分散体尽管离聚物固体含量高但仍表现出优异分散稳定性，从而优化聚合物电解质膜中离聚物的形态并且使聚合物电解质膜的离子电导率和耐久性均得到提高。

技术介绍

[0002]通过氢和氧之间的结合来产生电的燃料电池的优点是只要供应氢和氧就可以持续产生电，并且由于没有热量损失，因此效率是内燃机的效率的大约两倍。
[0003]燃料电池排放的污染物较少，因为它将通过氢和氧之间的结合产生的化学能直接转化为电能。因此，燃料电池具有环境友好和减轻对由增加的能量消耗引起的资源枯竭的担忧的优点。
[0004]在燃料电池中实际产生电的电池堆具有几个到几十个单元电池的堆叠结构，每个单元电池包括膜
‑
电极组件(MEA)和隔板(也称为“双极板”)。膜
‑
电极组件通常包括阳极、阴极和插设于阳极与阴极之间的电解质膜。
[0005]根据电解质的种类，燃料电池可以分类为碱性电解质燃料电池、聚合物电解质燃料电池(PEMFC)等。其中，聚合物电解质燃料电池由于低于100℃的低工作温度、快速启动、快速响应以及优异的耐久性的优点，作为车载和家用便携式电源而受到关注。
[0006]聚合物电解质燃料电池的典型示例包括使用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)、使用液体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)等。
[0007]例如，在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，当向阳极供应诸如氢气的燃料时，阳极处的氢被氧化而产生质子(H
+
)和电子(e
‑
)。产生的质子通过聚合物电解质膜传递到阴极，而产生的电子通过外部电路传递到阴极。供应到阴极的氧与质子和电子结合并因此被还原，从而产生水。
[0008]同时，为了实现燃料电池的商业化，应满足与高性能、长寿命等相关的要求。对其具有最大影响的电化学元件之一是膜电极组件。为了提高聚合物电解质膜的尺寸稳定性并由此提高其机械耐久性，已开发了通过用离聚物浸渍多孔载体然后涂布而得到的增强复合膜型聚合物电解质膜。
[0009]多孔载体具有提高聚合物电解质膜的机械强度的有益效果，但由于其由不具有离子传输能力的材料形成，因此具有提高聚合物电解质膜的电阻的非期望的效果。因此，为了确保增强复合膜型聚合物电解质膜的高性能，需要优化存在于多孔载体中的离聚物的形态。
[0010]由于离聚物的疏水主链和亲水侧链具有不同的溶解度，所以离聚物通常以分散体而不是溶液的形式被引入多孔载体中并且被涂布在多孔载体上。因此，优选地，通过使分散体中的固体的浓度最大化来制造尽可能致密的聚合物电解质膜。
[0011]然而，随着分散体中的固体的浓度增大，分散体的分散稳定性降低。
[0012]由分散稳定性不足的分散体制造的增强复合膜型聚合物电解质膜由于分散体进入其中的浸渍性低而具有贯穿平面电阻高(即，贯穿平面水通道没有适当地形成)的问题。
[0013]此外，分散体的低分散稳定性阻碍了离聚物在聚合物电解质膜中具有适合的形态，从而导致聚合物电解质膜的面内离子电导率的降低和聚合物电解质膜的氢渗透率的提高。
[0014]聚合物电解质膜的氢渗透率高时，供应到阳极后经由聚合物电解质膜移动到阴极的氢气量增加。移动到阴极的氢气与供应到阴极的氧气反应以产生过氧化氢和由其衍生的自由基，这引起聚合物电解质膜的快速劣化。

技术实现思路

[0015]技术问题
[0016]因此，本专利技术是鉴于上述问题而做出的，其涉及一种离聚物分散体、其制备方法以及使用该离聚物分散体制备的聚合物电解质膜。
[0017]本专利技术的一个方面旨在提供一种离聚物分散体，该离聚物分散体尽管离聚物固体的含量高，但表现出优异的分散稳定性，从而优化了聚合物电解质膜中离聚物的形态并且使聚合物电解质膜的离子电导率和耐久性均得到提高。
[0018]本专利技术的另一个方面旨在提供一种离聚物分散体的制备方法，该离聚物分散体尽管离聚物固体的含量高，但仍表现出优异的分散稳定性，从而优化了聚合物电解质膜中离聚物的形态并且使聚合物电解质膜的离子电导率和耐久性均得到提高。
[0019]本专利技术的另一方面旨在提供一种具有提高的离子电导率和耐久性的聚合物电解质膜。
[0020]除了本专利技术的上述方面之外，如本专利技术所属领域的技术人员将清楚地理解的，本专利技术的其他特征和优点将在以下详细描述中公开。
[0021]技术方案
[0022]根据本专利技术的一个方面，提供一种离聚物分散体，包括：分散介质；以及分散介质中的离聚物固体，其中，离聚物分散体中的离聚物固体的浓度为20重量％以上，并且在剪切速率从0.001s
‑1增大到1,000s
‑1，然后从1,000s
‑1减小到0.001s
‑1的同时使用流变仪测量离聚物分散体的粘度时，由以下等式1定义的离聚物分散体的粘度比为1.7以下：
[0023]*等式1：粘度比＝η2/η1
[0024]其中，在所述剪切速率增大的同时测量到的当η1是当剪切速率为1s
‑1时离聚物分散体的第一粘度，η2是当剪切速率为1s
‑1时，在所述剪切速率减小的同时测量到的所述离聚物分散体的第二粘度。
[0025]第一粘度和第二粘度可以为1Pa
·
s以下。
[0026]在剪切速率从0.001s
‑1增大到1,000s
‑1，然后从1,000s
‑1减小到0.001s
‑1的同时使用流变仪测量离聚物分散体的剪切应力时，由以下等式2定义的所述离聚物分散体的剪切应力比可以为1.5以下：
[0027]*等式2：剪切应力比＝σ2/σ1
[0028]其中，σ1是第一剪切应力，所述第一剪切应力是在所述剪切速率增大的同时测量
到的当剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的剪切应力，并且σ2是第二剪切应力，所述第二剪切应力是在所述剪切速率减小的同时测量到的当剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的剪切应力。
[0029]第一剪切应力和第二剪切应力可以为1Pa
·
s以下。
[0030]离聚物固体可以包含氟化离聚物、烃基离聚物或前述所列项的混合物。
[0031]离聚物固体可以包含基于全氟磺酸的离聚物(基于PFSA的离聚物)。
[0032]离聚物分散体中的离聚物固体的浓度可以为20至50重量％。
[0033]根据本专利技术的另一方面，提供一种离聚物分散体的制备方法，包括：将离聚物加入分散介质中，使得离聚物固体的含量调节为20重量％以上；使用共振声学方法将分散介质与离聚物混合。
[0034]混合可以包括向分散介质和离聚物施加频率为10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种离聚物分散体，包括：分散介质；以及所述分散介质中的离聚物固体，其中，所述离聚物分散体中的所述离聚物固体的浓度为20重量％以上，并且在剪切速率从0.001s
‑1增大到1000s
‑1然后从1000s
‑1减小到0.001s
‑1的同时使用流变仪测量所述离聚物分散体的粘度时，由以下等式1定义的所述离聚物分散体的粘度比为1.7以下：*等式1：粘度比＝η2/η1其中，η1是在所述剪切速率增大的同时测量到的当所述剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的第一粘度，并且η2是在所述剪切速率减小的同时测量到的当所述剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的第二粘度。2.根据权利要求1所述的离聚物分散体，其中，所述第一粘度和所述第二粘度为1Pa
·
s以下。3.根据权利要求1所述的离聚物分散体，其中，在所述剪切速率从0.001s
‑1增大到1000s
‑1然后从1000s
‑1减小到0.001s
‑1的同时使用流变仪测量所述离聚物分散体的剪切应力时，由以下等式2定义的所述离聚物分散体的剪切应力比为1.5以下：*等式2：剪切应力比＝σ2/σ1其中，σ1是第一剪切应力，所述第一剪切应力是在所述剪切速率增大的同时测量到的当所述剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的剪切应力，并且σ2是第二剪切应力，所述第二剪切应力是在所述剪切速率减小的同时测量到的当所述剪切速率为1s
‑1时所述离聚物分散体的剪切应力。4.根据权利要求3所述的离聚物分散体，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金娜玲，李瞳熏，李殷受，朴重华，廉承辑，吴昌勋，李蕙松，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：