聚合物电解质复合体制造技术

本公开涉及包含增强材料和阳离子聚电解质的复合材料，例如浸渍有阳离子聚电解质的多孔增强材料。本公开还涉及包含本公开的复合体的膜电极组件，以及包含所公开的膜电极组件的电化学装置。电化学装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物电解质复合体
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年8月10日提交的美国临时申请号63/063,730的权益。上述申请的全部教导通过援引并入本文。
[0003]政府支持
[0004]本专利技术是在美国国家科学基金会(NSF)授予的第1746486号授权的政府支持下完成的。政府享有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0005]目前用于燃料电池、电解槽、氧化还原液流电池和水净化的聚合物电解质具有低的耐久性、机械强度和导电性。现有材料没有针对性能、耐久性和成本进行优化，这降低了新技术的商业可行性。因此，高性能聚合物电解质的特征在于在严苛的化学条件下及在高温下的高离子导电性和耐久性。

技术实现思路

[0006]在第一实施方案中，本专利技术是一种复合材料，其包含增强材料和与所述增强材料接触的聚电解质，其中所述聚电解质包含选自由结构式I、II、II或IV表示的部分的第一重复单元：
[0007][0008][0009]其中：
[0010]指示与其他重复单元的附接点；
[0011]R
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，其包含增强材料和与所述增强材料接触的聚电解质，其中所述聚电解质包含选自由结构式I、II、II或IV表示的部分的第一重复单元：其中：指示与其他重复单元的附接点；R
11
、R
21
、R
31
及R
41
各自独立地是C1‑4烷基；R
12
、R
13
、R
22
、R
23
、R
32
、R
33
、R
42
及R
43
各自独立地是C1‑4烷基或C5‑7环烷基；Z
11
、Z
21
、Z
31
及Z
41
各自独立地是C1‑
10
亚烷基或*O
‑
(C1‑
10
亚烷基)，其中*指示与聚合物主链的附接点；X
‑
是卤离子、OH
‑
、HCO3‑
、CO
32
‑
、CO2(R
10
)
‑
、O(R
10
)
‑
、NO3‑
、CN
‑
、PF6‑
、或BF4‑
；及R
10
是C1‑4烷基。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述增强材料包含聚合物、无机材料或其组合。3.根据权利要求1或2中任一项所述的复合材料，其中所述增强材料包含聚烯烃、聚亚苯基、聚酯、聚酰胺或聚砜。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合材料，其中所述增强材料包含全氟化聚烯烃。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合材料，其中所述增强材料包含聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯砜、聚苯醚、聚四氟乙烯、硝酸纤维素、二乙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯腈、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚乙烯基三甲基硅烷、聚三甲基甲硅烷基丙炔、聚(醚酰亚胺)、聚(醚砜)、聚噁二唑、聚(苯硫醚)、或聚(亚苯基氧化物)、或其组合或共聚物。
6.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合材料，其中所述增强材料包含聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯或聚乙烯基二氟乙烯。7.根据权利要求6所述的复合材料，其中所述增强材料包含聚四氟乙烯。8.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合材料，其中所述增强材料包含玻璃纤维或陶瓷材料。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料是所述增强材料和所述聚电解质的混合物。10.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的复合材料，其中所述增强体是第一层；所述电解质是第二层；及所述第一层与至少一个第二层接触。11.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的复合材料，其中所述增强体是多孔材料；及所述多孔材料浸渍有所述电解质。12.根据权利要求11所述的复合材料，其中所述多孔材料具有约40％至约90％的孔隙度。13.根据权利要求11或12所述的复合材料，其中所述多孔材料具有约70％至约85％的孔隙度。14.根据权利要求11
‑
13中任一项所述的复合材料，其中所述多孔材料具有约73％的孔隙度。15.根据权利要求11
‑
14中任一项所述的复合材料，其中所述多孔材料的孔的平均尺寸为约50nm至约500μm。16.根据权利要求11
‑
15中任一项所述的复合材料，其中所述多孔材料的孔的平均尺寸为约100nm至约10μm。17.根据权利要求11
‑
16中任一项所述的复合材料，其中所述多孔材料的孔的平均尺寸为约300nm至约1μm。18.根据权利要求11
‑
17中任一项所述的复合材料，其中所述多孔材料的孔的平均尺寸为约450nm。19.根据权利要求1
‑
18中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料是具有约1μm至约300μm的厚度的薄膜。20.根据权利要求1
‑
19中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料是具有约25μm至约75μm的厚度的薄膜。21.根据权利要求1
‑
20中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料是具有约50μm的厚度的薄膜。22.根据权利要求1
‑
21中任一项所述的复合材料，其中所述聚电解质还包含第二重复单元Z2，其中Z2为直链C2‑8亚烷基或由以下结构式表示的化学部分：其中：指示与其他重复单元的附接点；
所述直链C2‑8亚烷基未被取代或被一个或多个C1‑3烷基、C1‑3卤代烷基、C1‑3烷基(C6‑
14
芳基)、或
‑
(C1‑3亚烷基)O(C1‑3亚烷基)C6‑
14
芳基取代，其中每个芳基任选被1至3个C1‑3烷基或C1‑3卤代烷基取代；及R4及R5各自独立地是H、C1‑3烷基、C1‑3卤代烷基、C3‑8烯基、C1‑3烷基(C6‑
14
芳基)、或
‑
(C1‑3亚烷基)O(C1‑3亚烷基)(C6‑
14
芳基)，其中每个芳基任选被1至3个C1‑3烷基或C1‑3卤代烷基取代，或R4及R5与它们所附接的碳原子一起形成C5‑7环烷基；其中所述C5‑7环烷基任选地被
‑
C(O)O(C1‑3烷基)或C3‑8烯基取代。23.根据权利要求1
‑
22中任一项所述的复合材料，其中所述聚电解质包含至少第一聚合物链和第二聚合物链，并且所述第一聚合物链与所述第二聚合物链交联。24.根据权利要求23所述的复合体，其中所述聚电解质还包含至少一个连接部分，其中所述连接部分选自由以下结构式表示的部分：其中指示所述连接部分与所述第一聚合物链的附接点；指示所述连接部分与所述第二聚合物链的附接点；Y
11
、Y
13
、Y
21
及Y
23
各自独立地是C1‑3亚烷基；Y
31
及Y
33
各自独立地是C1‑5亚烷基；R
15
及R
25
各自独立地是C1‑4烷基；及Y
12
、Y
23
及Y
32
各自独立地是C2‑
10
亚烷基或(C1‑3亚烷基)(C6芳基)(C1‑3亚烷基)。25.根据权利要求1
‑
22中任一项所述的复合材料，其中所述聚电解质包含至少第一聚合物链、第二聚合物链和第三聚合物链，并且所述第一聚合物链与所述第二聚合物链和所述第三聚合物链交联。26.根据权利要求25所述的复合材料，其中所述聚电解质还包含至少一个连接部分，其中所述连接部分选自由以下结构式表示的部分：其中指示所述连接部分与所述第一聚合物链的附接点；指示所述连接部分与所述第二聚合物链的附接点；指示所述连接部分与所述第三聚合物链的附接点；及
R6是H或
‑
C(O)O(C1‑3烷基)。27.根据权利要求1
‑
26中任一项所述的复合材料，其中R
11
是甲基。28.根据权利要求1
‑
27中任一项所述的复合材料，其中R
21
是甲基。29.根据权利要求1
‑
27中任一项所述的复合材料，其中R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：生态电子学公司，
类型：发明
国别省市：