本发明专利技术涉及一种用于燃料电池粘合剂组合物，其包含质子导体以及一种或多种选自下列的粘合剂：聚［２，２′－（间亚苯基）－５，５′－二苯并咪唑］（ＰＢＩ），聚［２，５－苯并咪唑］（ＡＢＰＢＩ），聚苯并噁唑（ＰＢＯ），及聚苯并噻唑（ＰＢＴ）。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池的粘合剂组合物以及燃料电池的膜电极组件及其制备方法
本专利技术一种用于燃料电池的粘合剂组合物，膜电极组件(MEA)及其制备方法。更具体地，本专利技术涉及在100℃以上的温度下具有改进的质子传导性的用于燃料电池的粘合剂组合物，利用该粘合剂组合物制备的膜电极组件，及该膜电极组件的制备方法。
技术介绍
燃料电池是高效和清洁的发电机，其通过电化学反应，直接将空气中的氧和烃燃料(如甲醇、天然气等)中的氢转化成电能。上个世纪七十年代，美国开发出燃料电池，作为为宇宙飞船和军事用途提供动力的手段。从那时起，为了开发民用的燃料电池，已经进行了大量的研究。目前，在很多国家，如美国、日本和欧洲国家等，正在轰轰烈烈地研发用于日常生活的实用燃料电池(即军民两用的常用电源)。依据所用电解液的类型，燃料电池可以分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型、聚合物电解液型或碱性燃料电池。其中，已经开发出聚合物电解液膜燃料电池(PEMFC)，其具有减少了的腐蚀或蒸发问题，因其单位面积的高电流密度而带来的优于常规燃料电池的功率特性，及较低的工作温度。这种燃料电池的优点在于，它们可应用于宽阔的领域，如用于汽车的可移动电源，用于家庭或公共建筑的分电源，及用于电子设备的小型电源。单个电池包括由质子交换膜制成的固体聚合物电解质，附着在固体电解质一侧的燃料电极，及附着在固体电解质另一侧的空气电极。常规燃料电池设计成将这些单个电池连接在一起，形成电池组，以提供更有用的电压。结果，通过堆叠很多层这种单个电池而制成的燃料电池组，是燃料电池发电站系统的核心部件，该燃料电池发电站系统可以产生数瓦至数百千瓦的电力。在聚合物燃料电池发电站系统中，膜电极组件的性能(或能力)对发电特性具有巨大的影响。上述膜电极组件包括聚合物电解液膜和催化剂电极层。-->作为聚合物电解液膜，广泛使用氟基电解液膜如NafionTM(DuPont)，Flemion(Asahi Glass)，Asiplex(Asahi Chemical)，及Dow XUS(Dow Chemical)。然而，作为实用电源，聚合物电解液膜燃料电池的商业化是困难的，因为目前所用的聚合物电解液膜较为昂贵。另外，为了将上述聚合物电解液膜附着在催化剂电极层上，通常使用具有质子传导性的氟基聚合物溶液作为制备催化剂电极层的粘合剂。然而，这种氟基聚合物溶液在温度高于80℃和湿度低于60％时，往往具有低质子传导性。而且，氟基聚合物溶液具有低的甲醇互串(cross-over)。于与这些原因，当工作温度高于100℃时，该氟基聚合物溶液不能用于燃料电池。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，提供一种具有优异粘结作用和高温质子传导性的粘合剂组合物。根据本专利技术的另一实施方案，提供一种用于燃料电池的膜电极组件，其是利用所述粘合剂组合物制备的。根据本专利技术的又一实施方案，提供一种制备上述用于燃料电池的膜电极组件的方法。根据本专利技术的一个实施方案，用于燃料电池的粘合剂组合物包含粘合剂和质子导体，所述粘合剂为选自下列中的至少一种：聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑](PBI)，聚[2，5-苯并咪唑](ABPBI)，聚苯并噁唑(PBO)，及聚苯并噻唑(PBT)。本专利技术还提供一种用于燃料电池的膜电极组件，其包括：a)用于燃料电池的聚合物电解液膜；b)布置在上述聚合物电解液膜两侧的催化剂层，其包含催化剂、粘合剂和具有质子传导性的材料；及c)布置在催化剂层两侧的电极基材。适宜的粘合剂包括聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑](PBI)，聚[2，5-苯并咪唑](ABPBI)，聚苯并噁唑(PBO)，聚苯并噻唑(PBT)，及其组合。本专利技术还提供制备膜电极组件的方法，该方法包括下列步骤：a)通过施用催化剂和上述粘合剂组合物，在电极基材一侧形成催化剂层；及b)将具有催化剂层的电极基材布置在燃料电池之聚合物电解液膜的两侧，并使它们结合在一起。--> 附图说明引入本说明书并构成其一部分的附图，图示了本专利技术的实施方案，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理：图1是本专利技术的膜电极组件的截面示意图。 具体实施方式在下面的详细说明中，简单地通过图示的方式，给出并说明本专利技术的实施方案。应当认识到，本专利技术的很多方面都是可以改变的，所有这些改变均不脱离本专利技术。因而，附图和说明书应当理解为说明性的而非限制性的。图1是本专利技术的膜电极组件的截面示意图。图1表明，本专利技术的膜电极组件10包括：a)用于燃料电池的聚合物电解液膜100；b)布置在上述聚合物电解液膜两侧的催化剂层110和110′，其中包含催化剂、粘合剂和具有质子传导性的材料；及c)布置在催化剂层上的电极基材120和120′。在本专利技术中，用于燃料电池的粘合剂组合物包含聚苯并咪唑粘合剂、聚苯并噁唑粘合剂或聚苯并噻唑粘合剂中的一种或多种，以及质子导体。优选除质子导体之外，用于燃料电池的粘合剂组合物还包含选自下列的材料：聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑]，聚[2，5-苯并咪唑]，聚苯并噁唑，聚苯并噻唑，及其组合。在本专利技术中，粘合剂组合物还可以溶解于有机溶剂中，以有助于将组合物涂布在电极上。优选的有机溶剂为极性溶剂。适宜的极性溶剂包括三氟乙酸，N-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，及其组合。适宜的质子导体包括一种或多种选自下列的酸化合物：H2SO4，CH3COOH，及H3PO4。对粘合剂在粘合剂组合物中的量没有具体的限制。然而，根据本专利技术的一个实施方案，粘合剂以0.01～0.5g/ml的浓度加到整个粘合剂组合物中，以提高催化剂层的涂布能力。此外，在本专利技术的一个实施方案中，质子导体在整个粘合剂组合物中的浓度为25～75％重量。这样的用量可以提高质子传导性。这种粘合剂组合物在约100℃或更高的温度下，在质子传导性、催化剂的吸附性及对聚合物电解液膜的粘结能力方面是优异的。因此，上述用于燃料电池的粘合剂组合物可用于形成膜电极组件的催化剂层。然而，该粘合剂-->组合物也可以用于制备其它类型燃料电池的膜电极组件。通常，燃料电池的膜电极组件(MEA)是指其上附有催化剂层的聚合物电解液膜的术语。然而，在本专利技术，膜电极组件意指涂有催化剂的电极基材与聚合物电解液膜的层叠物。适宜的粘合剂包括聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑]，聚[2，5-苯并咪唑]，聚苯并噁唑，聚苯并噻唑，及其组合。适宜的质子导体包括选自下列的酸化合物：H2SO4，CH3COOH，H3PO4，及其组合。根据本专利技术的一个实施方案，优选燃料电池膜之电极组件的催化剂层在粘合剂聚合物的每个重复单元中包含3～5分子的质子导体。当粘合剂聚合物的每个重复单元中的质子导体的分子数小于3时，质子传导性一般不充分，而当该分子数大于5时，粘附性能下降，且效率不随质子导体的量的增加而增加。适宜的质子传导聚合物包括选自下列的质子传导聚合物：全氟-基聚合物，苯并咪唑-基聚合物，聚酰亚胺-基聚合物，聚醚聚酰亚胺-基聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃料电池的粘合剂组合物，包含：质子导体；及粘合剂，该粘合剂选自聚［２，２′－（间亚苯基）－５，５′－二苯并咪唑］（ＰＢＩ），聚［２，５－苯并咪唑］（ＡＢＰＢＩ），聚苯并噁唑（ＰＢＯ），聚苯并噻唑（ＰＢＴ），及其组合。
【技术特征摘要】
KR 2004-6-30 50768/041.一种用于燃料电池的粘合剂组合物，包含：质子导体；及粘合剂，该粘合剂选自聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑](PBI)，聚[2，5-苯并咪唑](ABPBI)，聚苯并噁唑(PBO)，聚苯并噻唑(PBT)，及其组合。2.根据权利要求1的粘合剂组合物，进一步包含选自下列的溶剂：三氟乙酸，N-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，及其组合。3.根据权利要求1的粘合剂组合物，其中所述质子导体为选自下列的酸化合物：H2SO4，CH3COOH，H3PO4，及其组合。4.根据权利要求1的粘合剂组合物，其中所述粘合剂的存在量为0.01～0.5g/ml的全部粘合剂组合物。5.根据权利要求1的粘合剂组合物，其中所述质子导体的存在量为25～75％重量的全部粘合剂组合物。6.一种用于燃料电池的膜电极组件，包括：用于燃料电池的聚合物电解液膜；布置在聚合物电解液膜两侧的催化剂层，其中各催化剂层包含催化剂，选自聚[2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑](PBI)、聚[2，5-苯并咪唑](ABPBI)、聚苯并噁唑(PBO)、聚苯并噻唑(PBT)及其组合的粘合剂，及质子导体；以及布置在各催化剂层上的电极基材。7.根据权利要求6的膜电极组件，其中所述聚合物电解液膜选自全氟-基聚合物，苯并咪唑-基聚合物，聚酰亚胺-基聚合物，聚醚聚酰亚胺-基聚合物，聚苯硫醚-基聚合物，聚砜-基聚合物，聚醚砜-基聚合物，聚醚酮-基聚合物，聚醚醚酮-基聚合物，聚喹喔啉-基聚合物，聚苯并噁唑-基聚合物，聚苯并噻唑-基聚合物，及其组合。8.根据权利要求6的膜电极组件，其中所述聚合物电解液膜包括选自下列的聚合物：聚全氟磺酸，聚全氟羧酸，四氟乙烯与氟乙烯基醚的含磺酸基的共聚物，脱氟的聚醚酮硫化物，芳基酮，聚(2，2′-(间亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑)(PBI)，聚(2，5-苯并咪唑)(ABPBI)，聚苯并噁唑(PBO)，聚苯并噻唑(PBT)，及其组合。9.根据权利要求6的膜电极组件，其中所述催化剂层包含至少一种选-->自下列的催化剂：铂，...
【专利技术属性】
技术研发人员：金亨俊，殷莹讃，安圣镇，曹诚庸，金周龙，尹海权，权镐真，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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