本发明专利技术涉及一种聚合物的组合物，包含：（ａ）一种聚苯并咪唑，该聚苯并咪唑衍生自：（ａ１）至少一种双－（邻－二氨基）芳香族化合物，以及（ａ２）至少一种芳香族羧酸或其衍生物，各自包含至少两个酸基团以及在一个羧基基团的α－位置上的至少一个羟基基团；（ｂ）正磷酸；以及（ｃ）具有化学式（Ｉ）ＨＯ［Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）］ｎ Ｈ的多磷酸其中ｎ是从２到２０的一个整数，其中具有化学式（Ｉ）的多磷酸以基于正磷酸（ｂ）和多磷酸（ｃ）的摩尔总数的少于２ｍｏｌ％的量存在，并且其中（ｂ）以每摩尔从（ａ１）和（ａ２）所形成的苯并咪唑基团１到７５摩尔的量存在，包含该聚合物的组合物的一种聚合物膜，用于制备该膜的一种优选的方法，以及包含该膜的一种燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,包含该的聚合物膜,用于制备它的方法以及包含该膜的燃料电池的制作方法，包含该的聚合物膜，用于制备 它的方法以及包含该膜的燃料电池本专利技术涉及适合用于固体聚合物电解质膜的一种，包含该聚合物 组合物的一种聚合物膜，用于制备该膜的一种优选的方法，以及包含该膜的一种燃料电 池。燃料电池是实用的并且多用途的电源，它们可以比其他电源更有效并且具有更 少的环境损害。因此燃料电池的应用潜力正在快速增长。燃料电池将以化学形式储存的 能量转化为电能。与蓄电池相反，它们外部地氧化供给的燃料并且无须被再充电。燃料电池能用多种电解质、燃料以及工作温度以众多方式进行配置。例如，燃 料(像氢气或甲醇)可以被直接提供给燃料电池电极或燃料(像甲烷或甲醇)可以在电池 本身的外部转化成富氢气的气体混合物(燃料重整)并且随后提供给该燃料电池。在大 多数燃料电池中的氧气来源是空气并且在一些情况下是过氧化氢或一种低温储存系统。虽然理论上有电解质、燃料、氧化剂、温度等等的无限数量的组合，但惯例的 系统在许多情况下是基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术，它使用一种固体聚合物电 解质系统，用氢气或甲醇作为燃料来源并使用氧气或空气作为氧化剂。PEMFC具有如下 优点，即当与其他类型的燃料电池相比时它可以小型化并且因此适合作为移动电源或作 为小容量电源。PEMFC中的聚合物电解质膜起质子交换膜的作用。在该燃料电池的工作条件 下，它必须具有优异的离子电导率，物理强度，气体隔离性能，化学稳定性，电化学稳 定性以及热稳定性。通常地用于PEMFC的膜是由全氟化的磺酸(PFSA)聚合物，例如 来自DuPont的NAFION 树脂制备的。这些膜已经证明在氧化和还原环境中都具有良好 的性能，长期的稳定性并且在完全水合的条件下(80%-100%相对湿度(RH))在低温下 (高达80°C)具有显著的质子电导率，并且要求一套复杂的水分管理(系统复杂性)。此 外，由于甲醇的交换，这些膜不适合于一种DMFC(直接甲醇燃料电池)。已经采用了很大的努力开发用于在100°C以上温度下工作的质子交换膜。传导质 子，例如酸-掺杂的聚吡咯膜可以在工作温度100°c以上时用于燃料电池中。用于PEM 燃料电池中的这些膜通常掺杂浓磷酸或浓硫酸并且然后在聚合物电解质膜燃料电池中起 质子导体和隔离体的作用。膜-电极单元中的基于贵金属的催化剂的活性以及在燃料电 池的长期工作过程中的对显著地更高浓度的CO杂质的耐受性可能因此而增加。基于聚吡咯的传导质子的聚合物膜(该膜特别适合用作用于生产用于PEM 燃料电池的膜_电极单元的聚合物电解质膜(PEM)描述于例如EP 1739115 Al、WO 2005/063862 Al、WO 2004/055097 Al、WO 2005/063852 Al 中以及在以下文章中“High-Temperature Polybenzimidazole Fuel Cell Membranes via a Sol-Gel Process” by L.Xia，H.Zhang, E.Scanlon, L.s.Ramanathan, Eui-Won Choe，D.Rogers, T.Apple and B.C.Benicewicz” in Chem.Mater.2005，Vol.17, pages 5328-5333。最有前途的方法是聚苯并咪唑(PBI)/H3PO4酸掺杂膜，该膜不要求外部增湿， 具有高的质子电导率(在温度高于150°C下)，产物水的影响小，具有接近零的电渗水阻力并且甲醇渗透性比NAFION 树脂至少低10倍。美国专利2004/0096734 Al披露了基于聚吡咯的一种传导质子的聚合物膜，它通 过包含以下过程的一种方法可以得到A)将一种或多种芳香族四氨基化合物与一种或多种芳香基羧酸或其酯进行混 合，它们每羧酸单体含有至少两个酸基团的，或将一种或多种芳香族和/或杂芳香族的 二氨基羧酸在多磷酸中进行混合以形成一种溶液和/或分散体，qB)使用步骤Α)的混合物将一种层施用到一种支撑物上，C)将如步骤B)中所述的可得到的平的结构/层在惰性气体下加热到高达350°C 的温度，优选高达280°C，以形成该聚吡咯聚合物，D)处理步骤C)中形成的膜直到它成为自身支撑的。美国专利US 2004/0096734 Al在几种芳香族四氨基化合物中披露了使用3， 3’，4，4，-四氨基二苯基、2，3，5，6-四氨基吡啶以及1，2，4，5-四氨基苯以及在几种芳香族二羧酸中使用间苯二甲酸、对苯二甲酸、5羟基间苯二甲酸、4-羟基间苯二 甲酸、2-羟基对苯二甲酸、以及2，5-二羟基对苯二甲酸。然而，已知的ΡΒΙ/Η3Ρ04掺杂膜具有较大的缺点。为了用于燃料电池，该膜应 该具有足够良好的机械性能。优选地，这些膜应该至少是可自支撑的。这在掺杂膜中 尤其是一个问题，因为该酸用作掺杂剂，例如正磷酸，用作增塑剂。因为要求高的酸掺 杂级从而获得足够的电导率，由于掺杂剂的增塑作用因此他们的机械强度是有限的。并 且，磷酸含量随时间减少，特别是当它用液体产物水冲洗时在启动和关闭过程中。由于 燃料电池中膜的这些自相矛盾的要求，到目前为止还没有实现电导率与机械特性的充分 的平衡。由具有侧基的OH-基团的聚芳唑制成的纤维从WO 06/105232 Al是已知的。作 为一个例子，披露了来自单体1，2，4，5-四氨基苯(DAB)的以及2，5-二羟基对苯二 甲酸(DHTA)单体的聚苯并咪唑。因此本专利技术的一个目标是提供包含聚苯并咪唑的一种，它可以用 于制备在燃料电池中是有用的一种聚合物膜，并且具有改进的机械性能和电导率性能之 间的平衡。因此本专利技术是针对一种，包括(a) —种聚苯并咪唑，该聚苯并咪唑衍生自al)至少一种双_(邻_ 二氨基)芳香族化合物以及a2)至少一种芳香族羧酸或其衍生物，各自包含至少两个酸基团以及在一个羧基 基团的α-位置上的至少一个羟基基团；(b)正磷酸；以及(c)具有化学式⑴的多磷酸HOnH (I)其中η是从2到20的一个整数，其中具有化学式⑴的多磷酸以基于正磷酸(b)和多磷酸(C)的摩尔总数的少于 2mol%的量存在，并且其中(b)以每摩尔从(al)和(a2)所形成苯并咪唑基团1到75摩 尔的量存在。因此从(al)至少一种双-(邻二氨基)芳香族化合物和(a2)至少一种芳香族羧 酸或其衍生物(每个都含有至少两个酸基团和在一个羧酸基团α-位置上的至少一个羟基 基团)得到本专利技术的中的聚苯丙咪唑。为了本专利技术的目的，术语“双_(正-二氨基)芳香族化合物(al)”的含义包 含原样的双_(邻-二氨基)芳香族化合物以及与酸例如盐酸，硫酸和磷酸形成的它的盐类。可以根据本专利技术使用的双_(邻_ 二氨基)芳香族化合物(化合物(al))没有特 别的限制。然而对于该双_(邻-二氨基)芳香族化合物(化合物(al))的优选的例子是 1，1，- 二苯基-3，3，，4，4，-四胺(DAB)、1，2，4，5-四氨基苯、3，3'，4， 4'-四氨基二苯醚、3，3'，4，4'-四氨基二苯基硫醚、3，3'，4，4'-四氨基二 苯砜、2，2-双(3，4-二氨基苯基)丙烷、双(3，4-二氨基苯基)甲烷、2，2-双(3， 4-二氨基苯基)六氟丙烷、本文档来自技高网...
【技术保护点】
聚合物组合物，其包含： （ａ）聚苯并咪唑，该聚苯并咪唑衍生自 （ａ１）至少一种双－（邻－二氨基）芳香族化合物以及 （ａ２）至少一种芳香族羧酸或其衍生物，其各自含有至少两个酸基团以及在羧基基团的α－位置上的至少一个羟基基团； （ｂ）正磷酸；以及 （ｃ）具有化学式（Ⅰ）的多磷酸； ＨＯ［Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）］↓［ｎ］Ｈ （Ⅰ） 其中ｎ是从２到２０的整数， 其中所述具有化学式（Ⅰ）的多磷酸以基于正磷酸（ｂ）和多磷酸（ｃ）的摩尔总数的少于２ｍｏｌ％的量存在，并且其中（ｂ）以每摩尔从（ａ１）和（ａ２）所形成的苯并咪唑基团１到７５摩尔的量存在。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰马丁，让皮埃尔卡蒂纳，让拉裴尔卡耶，韦罗尼克范佩，
申请(专利权)人：索维公司，
类型：发明
国别省市：BE
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