聚合物电解质组合物、电解质膜、膜电极组件和燃料电池制造技术

本申请提供一种聚合物电解质组合物、电解质膜、膜电极组件和燃料电池。根据本申请的一个示例性实施方案的聚合物电解质组合物包含：第一溶剂，与第一溶剂不同的第二溶剂，以及与第一溶剂和第二溶剂反应的聚合物。所述聚合物包含通过第一反应能与第一溶剂反应以及通过第二反应能与第二溶剂反应的官能团。所述第二反应能小于所述第一反应能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本申请提供一种聚合物电解质组合物、电解质膜、膜电极组件和燃料电池。根据本申请的一个示例性实施方案的聚合物电解质组合物包含：第一溶剂，与第一溶剂不同的第二溶剂，以及与第一溶剂和第二溶剂反应的聚合物。所述聚合物包含通过第一反应能与第一溶剂反应以及通过第二反应能与第二溶剂反应的官能团。所述第二反应能小于所述第一反应能。【专利说明】聚合物电解质组合物、电解质膜、膜电极组件和燃料电池
本申请涉及聚合物电解质组合物、电解质膜、膜电极组件和燃料电池，更具体地，涉及对所述聚合物具有优异溶解特性的聚合物电解质组合物和使用该组合物的电解质膜等。本申请要求2012年3月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2012-0027059的优先权和权益，其全部内容以引用方式并入本专利技术。
技术介绍
固态聚合物型燃料电池(下文中有时称为“燃料电池”)是一种应用燃料气体(其例子包括氢气)与氧气的化学反应产生电力的发电装置，对其在电器工业或汽车工业等的领域中作为一种新一代能源发挥作用寄予厚望。燃料电池由具有两个催化剂层和插入所述两个催化剂层之间的聚合物电解质膜的基本单元构成。当使用氢气作为典型燃料电池的燃料气体简要说明燃料电池的发电原理时，氢气在一个催化剂层上离子化以产生氢离子，所产生的氢离子通过聚合物电解质膜传导(离子传导)至另一个催化剂层，在该催化剂层中氢离子与氧反应形成水。此时，当所述两个催化剂层连接至外部电路时，电流流动以将电力供应至外部电路。聚合物电解质膜的离子传导通过离子与水一起移动通过聚合物电解质膜中的亲水性通道而产生，因此，为有效产生离子传导，需要使聚合物电解质膜保持湿润状态。这种发电机理使得构成燃料电池的聚合物电解质膜的润湿状态根据燃料电池的启动和终止而改变。当聚合物电解质膜的润湿状态改变时，聚合物电解质膜因吸水/干燥而交替地溶胀和收缩，因此，有时会产生聚合物电解质膜和催化剂层的界面受到微观损坏的缺陷。在极端的情况下，还可能导致燃料电池故障。因此，要求燃料电池中使用的聚合物电解质膜能够在尽可能低的吸水比下有效地产生离子传导性，以进一步减小吸水和干燥导致的溶胀和收缩(吸水造成的尺寸变化)。 在上述分析中，尝试了使用溶液浇铸法，由嵌段型共聚物聚合物电解质制备聚合物电解质膜的方法。
技术实现思路
技术问题 本申请致力于改善通过溶液浇铸法制备电解质膜时的问题，并且具体地，通过借助具有不同化学性质的嵌段之间的排斥性容易形成相分离结构，并控制所述相分离结构而在聚合物电解质膜中有效形成亲水性通道。 因此，本申请的一个问题是提供一种聚合物电解质组合物，其包含能够调节聚合物的溶解度的溶剂。 本申请的另一个问题是提供一种用所述聚合物电解质组合物制备的电解质膜。 本申请的又一个问题是提供一种包括所述电解质膜的膜电极组件。 本申请的再一个问题是提供一种包括所述膜电极组件的燃料电池。 本申请待解决的问题不限于前述技术问题，根据以下说明，本领域的普通技术人员可以清楚理解此处未提及的其它技术问题。 技术方案 本申请的一个示例性实施方案提供一种聚合物电解质组合物，其包括第一溶剂、化学式不同于第一溶剂的第二溶剂、以及与第一溶剂和第二溶剂反应的聚合物，其中，所述聚合物包含通过第一反应能与第一溶剂反应以及通过第二反应能与第二溶剂反应的官能团，并且第二反应能小于第一反应能。本申请的另一个示例性实施方案提供一种用所述聚合物电解质组合物制备的电解质膜。 本申请的又一个示例性实施方案提供一种包括所述电解质膜的膜电极组件。 本申请的再一个示例性实施方案提供一种包括所述膜电极组件的燃料电池。 其他示例性实施方案的具体细节包含于【具体实施方式】和附图中。 有益效果 本申请提供一种对所述聚合物具有优异溶解特性的聚合物电解质组合物。因此，可以形成有效的形态，从而提供一种具有改善的阳离子传导性的电解质膜。本申请还提供了包括所述电解质膜的膜电极组件和燃料电池。 【专利附图】【附图说明】 图1说明在70°C和RH100%下测定燃料电池性能的数据。 图2说明在70°C和RH50%下测定燃料电池性能的数据。 【具体实施方式】 参照以下详述的示例性实施方案及附图，本申请的优势和特点以及实现它们的方法将变得显而易见。然而，本申请不限于以下公开的示例性实施方案，而是可以以多种彼此不同的形式实施。提供示例性实施方案仅用于使本申请公开完整并完整告知本申请涉及的领域的普通技术人员本专利技术的范围，本申请仅由权利要求书的范围限定。附图中标注的构成元件的尺寸和相对尺寸可能为清晰说明的目的而放大。 除非另外定义，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)可以以本申请涉及的领域的普通技术人员通常理解的意义使用。还应理解，除非明确和特别限定，否则常用字典中定义的术语不应以理想化的或夸大的意义进行阐释。 下文中，将参照图1和图2说明根据本申请示例性实施方案的聚合物电解质组合物、聚合物电解质膜、膜电极组件和燃料电池。 根据本申请的示例性实施方案的聚合物电解质组合物可以包含第一溶剂、第二溶剂和聚合物。 所述聚合物可以为包含亲水性嵌段和疏水性嵌段的嵌段型共聚物。 亲水性嵌段是指具有离子交换基团作为官能团的嵌段。此处，所述官能团可以为选自-S03H、-SO3If、-C00H、-COOlf、-PO3H2, -PO3Hlf 和-PO32IM+ 中的至少一种。此处，M 可以为金属元素。即，所述官能团可以是亲水性的。 所述亲水性嵌段的重均分子量可以为1，000至500，000 (g/mol)，所述疏水性嵌段的重均分子量为I, 000至500，000 (g/mol)。 此处，术语“具有离子交换基团的嵌段”是指当以构成相应嵌段的每一个结构单元的离子交换基团的数目表示时，具有平均为0.5以上数目的嵌段，更优选地，该嵌段的每一个结构单元具有平均为1.0以上的数目。 疏水性嵌段是指基本上不具有离子交换基团的聚合物嵌段。 此处，术语“基本上不具有离子交换基团的嵌段”是指当以构成相应嵌段的每一个结构单元的离子交换基团的数目表示时，具有平均低于0.1的嵌段，优选具有平均为0.05以下的数目的嵌段，更优选不具有离子交换基团的嵌段。 同时，除了亲水性嵌段和疏水性嵌段形成主链结构的共聚反应模式的共聚物之外，本申请中术语“嵌段型共聚物”的概念还包括接枝聚合反应的共聚反应模式的共聚物(其中一侧上的嵌段形成主链结构，另一侧上的嵌段形成侧链结构)。同时，本申请中使用的聚合物不限于上述嵌段型共聚物，还可以使用包含基于氟的元素的聚合物。此时，包含基于氟的元素的聚合物还可以包含官能团，并且所述官能团可以为亲水性的。例如，所述官能团可以为选自-S03H、-S03lf、-C00H、-C001f、-P03H2、-PO3Hlf 和-PO广2M+ 中的至少一种。此处，M可以为金属元素。 本申请中，各式中表示的O、N、S、Si和H分别指氧、氮、硫、硅和氢。 本申请中使用的嵌段型共聚物聚合物可以为，例如，包含由以下的式I表示的重复单元和以下的式2表示的重复单元的嵌段型共聚物，但不限于此。 【权利要求】1.一种聚合物电解质组合物，包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物电解质组合物，包含：第一溶剂；与所述第一溶剂不同的第二溶剂；以及与所述第一溶剂和所述第二溶剂反应的聚合物，其中，所述聚合物包含通过第一反应能与所述第一溶剂反应以及通过第二反应能与所述第二溶剂反应的官能团，并且所述第二反应能小于所述第一反应能。

【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：崔盛皓，金慧美，赵惠星，金赫，崔溁哲，李祥雨，鲁台根，成京儿，金度莹，闵敏圭，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR