【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
离子交换分散体和膜具有直接掺入到组合物中的cexm1-xoy化合物，以改善燃料电池或水电解应用中膜的化学稳定性和耐久性。
技术介绍
1、燃料电池、水电解槽或其它应用中的聚合物电解质膜经受致使膜减薄和过早失效的化学应力。燃料电池或水电解槽中的反应和离子传输发生在离子交换膜(诸如由全氟磺酸离聚物制成的离子交换膜)中，并且穿过包括阳极和阴极的膜电极组件。在燃料电池中，由引入到阳极中的氢的电化学反应生成的氢离子通过膜迁移到作为还原电极的阴极，并且电子通过外部电路迁移到阴极，从而产生电。在阴极中，氧分子、氢离子和电子彼此反应以生成热量和水。在水电解槽中，由引入到阳极中的水的析氧电化学反应驱动的质子通过膜迁移到作为还原电极的阴极，并且电子通过外部电路迁移到阴极。在阴极中，由质子和电子的组合析出氢气。然而，在任一应用中的离子交换过程中，也可形成过氧化氢和过氧化物自由基，其可攻击并降解膜聚合物。
2、先前使用的一种解决方案是将铈化合物(诸如氧化铈、六水合铈(iii))添加到膜中以清除引发降解的自由基物质。其它相关参考文献(诸如us 11,038,189)包括cexzr1-xo4纳米纤维作为膜组件中的抗氧化剂。还有其它参考文献建议将抗氧化剂化合物添加到阳极层或阴极层中，这将有助于防止有害自由基迁移通过离子交换膜。然而，尽管这些化合物改善了化学稳定性，但它们还没有显示出适用于重型应用(诸如可运行工作至少5,000小时的重型卡车)的所需稳定性和耐久性。
技术实现思路
1、本专利技术的组合物和
2、在一个实施方案中，本专利技术涉及一种离子交换膜，该离子交换膜包含约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至29.99重量％的任选的添加剂，所有这些均基于该膜的总干重计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni。
3、本专利技术还涉及一种离子交换分散体，该离子交换分散体包含液体载体、约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至29.99％的任选的添加剂，所有这些均基于该分散体的总固体重量计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni。
4、在另一个实施方案中，本专利技术涉及一种离子交换膜，该离子交换膜包含约70重量％至97.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约2重量％至29.99重量％的包括增强层的添加剂，所有这些均基于该膜的总干重计；其中x为0.2至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni；并且其中该增强层嵌入该离子交换膜中。
5、在另一个实施方案中，本专利技术涉及一种离子交换膜，该离子交换膜包含约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy化合物和约0重量％至29.99重量％的任选的添加剂，所有这些均基于该膜的总干重计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni；如果该膜是未增强的，则根据开路电压加速应力测试，该膜在0.8v以下降解之前持续至少400小时；或者如果该膜是增强的，则根据该开路电压加速应力测试，该膜在0.8v以下降解之前持续至少1,500小时。
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1.一种离子交换膜，所述离子交换膜包含约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的CexM1-xOy纳米颗粒和约0重量％至29.99重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且M选自Zr、Gd、Pr、Eu、Nd、La、Hf、Tb、Pd、Pt或Ni。
2.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中存在所述任选的添加剂，并且所述任选的添加剂包括嵌入所述离子交换膜中的增强层。
3.根据权利要求2所述的离子交换膜，其中所述增强层选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜或液晶聚合物。
4.根据权利要求3所述的离子交换膜，其中所述增强层是膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。
5.根据权利要求1至4所述的离子交换膜，其中M为Zr。
6.根据权利要求1至5所述的离子交换膜，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒具有1:1至1:10的长径比。
7.根据权利要求6所述的离子交换膜，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒具有1:1至1
8.根据权利要求1至7所述的离子交换膜，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒的平均粒度为约1nm至25nm。
9.根据权利要求8所述的离子交换膜，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒的所述平均粒度为约1nm至15nm。
10.根据权利要求1至9所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约1000g/mol的当量重量(EW)。
11.根据权利要求10所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约900g/mol的EW。
12.根据权利要求1至11所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约20μm的干厚度。
13.根据权利要求1至11所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有约40μm至120μm的干厚度。
14.根据权利要求1至13所述的离子交换膜，所述离子交换膜包含约75重量％至99.90重量％的氟化离聚物、约0.1重量％至1.0重量％的CexM1-xOy纳米颗粒和约0重量％至24.90重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计。
15.根据权利要求1至14所述的离子交换膜，其中所述氟化离聚物是具有磺酸根基团的氟化聚合物。
16.一种离子交换分散体，所述离子交换分散体包含液体载体、约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的CexM1-xOy纳米颗粒和约0重量％至29.99％的任选的添加剂，所有这些均基于所述分散体的总固体重量计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且M选自Zr、Gd、Pr、Eu、Nd、La、Hf、Tb、Pd、Pt或Ni。
17.根据权利要求16所述的离子交换分散体，其中M为Zr。
18.根据权利要求16至17所述的离子交换分散体，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒具有1:1至1:10的长径比。
19.根据权利要求16至18所述的离子交换分散体，其中所述CexM1-xOy纳米颗粒的平均粒度为约1nm至25nm。
20.根据权利要求16至19所述的离子交换分散体，所述离子交换分散体具有小于约1000g/mol的当量重量(EW)。
21.根据权利要求16至20所述的离子交换分散体，所述离子交换分散体包含约75重量％至99.90重量％的氟化离聚物、约0.1重量％至1.0重量％的CexM1-xOy纳米颗粒和约0重量％至24.90重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述分散体的总固体重量计。
22.根据权利要求16至21所述的离子交换分散体，其中所述氟化离聚物是具有磺酸根基团的氟化聚合物。
23.一种膜组件，所述膜组件包括根据权利要求1至15所述的离子交换膜，其中所述膜组件包括位于所述离子交换膜的一侧上的阴极催化剂层和位于所述离子交换膜的另一侧上的阳极催化剂层。
24.一种离子交换膜，所述离子交换膜包含约70重量％至97.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的CexM1-xOy纳米颗粒和约2重量％至29.99重量％的包括增强层的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计；其中x为0.2至0.9，y为1至3，并且M选自Zr、Gd、Pr、Eu、Nd、La、Hf、Tb、Pd、Pt或Ni；并且其中所述增强层嵌入所述离子交换膜中。
25.根据权利要求24所述的离子交换膜，其中所述增强层选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜或液晶聚合物。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种离子交换膜，所述离子交换膜包含约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至29.99重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni。
2.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中存在所述任选的添加剂，并且所述任选的添加剂包括嵌入所述离子交换膜中的增强层。
3.根据权利要求2所述的离子交换膜，其中所述增强层选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜或液晶聚合物。
4.根据权利要求3所述的离子交换膜，其中所述增强层是膨胀聚四氟乙烯(eptfe)。
5.根据权利要求1至4所述的离子交换膜，其中m为zr。
6.根据权利要求1至5所述的离子交换膜，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒具有1:1至1:10的长径比。
7.根据权利要求6所述的离子交换膜，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒具有1:1至1:3的长径比。
8.根据权利要求1至7所述的离子交换膜，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒的平均粒度为约1nm至25nm。
9.根据权利要求8所述的离子交换膜，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒的所述平均粒度为约1nm至15nm。
10.根据权利要求1至9所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约1000g/mol的当量重量(ew)。
11.根据权利要求10所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约900g/mol的ew。
12.根据权利要求1至11所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有小于约20μm的干厚度。
13.根据权利要求1至11所述的离子交换膜，所述离子交换膜具有约40μm至120μm的干厚度。
14.根据权利要求1至13所述的离子交换膜，所述离子交换膜包含约75重量％至99.90重量％的氟化离聚物、约0.1重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至24.90重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计。
15.根据权利要求1至14所述的离子交换膜，其中所述氟化离聚物是具有磺酸根基团的氟化聚合物。
16.一种离子交换分散体，所述离子交换分散体包含液体载体、约70重量％至99.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至29.99％的任选的添加剂，所有这些均基于所述分散体的总固体重量计；其中x为0.6至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni。
17.根据权利要求16所述的离子交换分散体，其中m为zr。
18.根据权利要求16至17所述的离子交换分散体，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒具有1:1至1:10的长径比。
19.根据权利要求16至18所述的离子交换分散体，其中所述cexm1-xoy纳米颗粒的平均粒度为约1nm至25nm。
20.根据权利要求16至19所述的离子交换分散体，所述离子交换分散体具有小于约1000g/mol的当量重量(ew)。
21.根据权利要求16至20所述的离子交换分散体，所述离子交换分散体包含约75重量％至99.90重量％的氟化离聚物、约0.1重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约0重量％至24.90重量％的任选的添加剂，所有这些均基于所述分散体的总固体重量计。
22.根据权利要求16至21所述的离子交换分散体，其中所述氟化离聚物是具有磺酸根基团的氟化聚合物。
23.一种膜组件，所述膜组件包括根据权利要求1至15所述的离子交换膜，其中所述膜组件包括位于所述离子交换膜的一侧上的阴极催化剂层和位于所述离子交换膜的另一侧上的阳极催化剂层。
24.一种离子交换膜，所述离子交换膜包含约70重量％至97.99重量％的氟化离聚物、约0.01重量％至1.0重量％的cexm1-xoy纳米颗粒和约2重量％至29.99重量％的包括增强层的添加剂，所有这些均基于所述膜的总干重计；其中x为0.2至0.9，y为1至3，并且m选自zr、gd、pr、eu、nd、la、hf、tb、pd、pt或ni；并且其中所述增强层嵌入所述离子交换膜中。
25.根据权利要求24所述的离子交换膜，其中所述增强层选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜或液晶聚合物。
26.根据权利要求25所述的离子交换膜，其中所述增强层是膨胀聚四氟乙烯(eptfe)。
27.根据权利要求24至26所述的离子交换膜，其中m为zr。
28.根据权利要求24至27所述的离子交换膜，...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·帕克，S·巴尔图什卡，G·W·布朗，R·格布哈特，B·M·S·赖特，
申请(专利权)人：科慕埃弗西有限公司，
类型：发明
国别省市：
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