本公開涉及一種聚合物電解質(zhì)膜，包括：包含離子導(dǎo)體的聚合物膜；和多根復(fù)合纖維，其中所述復(fù)合纖維包括沿所述復(fù)合纖維的長(zhǎng)度方向連續(xù)形成的核心部以及包圍所述核心部的基體部，并且所述核心部包含離子交換官能團(tuán)。并且所述核心部包含離子交換官能團(tuán)。并且所述核心部包含離子交換官能團(tuán)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】聚合物電解質(zhì)膜和包括該聚合物電解質(zhì)膜的膜
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電極組件
[0001]本公開涉及一種聚合物電解質(zhì)膜、該聚合物電解質(zhì)膜的制造方法以及包括該聚合物電解質(zhì)膜的膜
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電極組件，并且更具體地，涉及一種在具有優(yōu)異的形態(tài)穩(wěn)定性的同時(shí)具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率性能的聚合物電解質(zhì)膜和包括該聚合物電解質(zhì)膜的膜
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電極組件。
技術(shù)介紹
[0002]燃料電池是設(shè)置有將如甲醇、乙醇和天然氣的烴類燃料物質(zhì)內(nèi)包含的氫與氧的氧化/還原反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)的電池，并且由于它們的生態(tài)友好特性和高能量效率以及低污染物排放作為可以替代化石能量的下一代清潔能源而備受青睞。
[0003]這種燃料電池具有通過(guò)堆疊單位電池的堆疊構(gòu)造可以輸出各種范圍的輸出功率的優(yōu)點(diǎn)，并且與小型鋰電池相比表現(xiàn)出4倍至10倍的能量密度，因此作為小型和移動(dòng)便攜電源而受到關(guān)注。
[0004]在燃料電池中實(shí)際上產(chǎn)生電的堆疊體具有堆疊了數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)由膜
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電極組件(MEA)與隔膜(也稱為雙極板)組成的單位電池的結(jié)構(gòu)。通常，膜
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電極組件具有將陽(yáng)極或燃料電極和陰極或空氣電極分別設(shè)置在電解質(zhì)膜的兩側(cè)使電解質(zhì)膜位于它們之間的結(jié)構(gòu)。
[0005]燃料電池根據(jù)電解質(zhì)的狀態(tài)和種類可以分為堿性電解質(zhì)燃料電池、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)等。其中聚合物電解質(zhì)膜燃料電池由于其諸如小于100℃的低工作溫度、快速啟動(dòng)與響應(yīng)特性以及優(yōu)異的耐久性的優(yōu)點(diǎn)，作為手提電腦、車輛和家庭用電源裝置而備受青睞。
[0006]聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的代表性實(shí)例可以包括使用氫氣作為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和使用液體甲醇作為燃料的直接甲醇型燃料電池(DMFC)。
[0007]對(duì)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行概括，首先，在將氫氣等燃料供應(yīng)至陽(yáng)極時(shí)，在陽(yáng)極通過(guò)氫的氧化反應(yīng)生成氫離子(H
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)與電子(e
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)。生成的氫離子通過(guò)聚合物電解質(zhì)膜傳遞至陰極，生成的電子通過(guò)外部電路傳遞至陰極。將氧供應(yīng)至陰極，氧與氫離子和電子結(jié)合通過(guò)氧的還原反應(yīng)生成水。
[0008]同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的商業(yè)化，仍然存在許多待解決的技術(shù)障礙，并且必不可少的改進(jìn)因素包括實(shí)現(xiàn)高性能、長(zhǎng)壽命和降低生產(chǎn)成本。對(duì)此具有最大影響的部件是膜
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電極組件，并且其中，聚合物電解質(zhì)膜是對(duì)膜
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電極組件的性能和價(jià)格具有最大影響的關(guān)鍵因素之一。
[0009]對(duì)于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池運(yùn)行所需要的聚合物電解質(zhì)膜的要求包括高氫離子電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性、低燃料滲透性、高機(jī)械強(qiáng)度、低含水量、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性等。常規(guī)的聚合物電解質(zhì)膜往往難以在特定溫度和相對(duì)濕度環(huán)境下、尤其是在高溫/低濕條件下正常表現(xiàn)出高性能。因此，應(yīng)用常規(guī)的聚合物電解質(zhì)膜的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的使用范圍受到限制。
[0010]為了同時(shí)確保這種聚合物電解質(zhì)膜的性能、耐久性以及機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)進(jìn)
行了應(yīng)用增強(qiáng)材料的強(qiáng)化復(fù)合膜型聚合物電解質(zhì)膜的開發(fā)。然而，在導(dǎo)入增強(qiáng)材料以提高電解質(zhì)膜的機(jī)械耐久性時(shí)，電阻損失增加并且電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率降低，因此作為結(jié)果具有可以使包括增強(qiáng)材料的燃料電池的性質(zhì)下降的缺點(diǎn)。
[0011]同時(shí)，強(qiáng)化復(fù)合膜可以通過(guò)將多孔增強(qiáng)材料浸入其中分散有離子導(dǎo)體的分散溶液中制造，或者通過(guò)在其一面或兩面額外加入離子導(dǎo)體層來(lái)形成。由于不包含能夠?qū)潆x子傳遞至增強(qiáng)材料的官能團(tuán)，因此存在增強(qiáng)材料本身作為電解質(zhì)膜的電阻由此使聚合物電解質(zhì)膜整體的氫離子傳遞能力下降的問(wèn)題。
[0012]因此，為了使聚合物電解質(zhì)膜商業(yè)化，應(yīng)當(dāng)通過(guò)在具有高性能的同時(shí)提高濕干燥過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性來(lái)提高機(jī)械耐久性。為此，要求確保強(qiáng)化復(fù)合膜的最佳結(jié)構(gòu)并且同時(shí)提高離子電導(dǎo)率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0013]技術(shù)問(wèn)題
[0014]本公開的一個(gè)目的是提供一種聚合物電解質(zhì)膜，該聚合物電解質(zhì)膜通過(guò)具有優(yōu)異的形態(tài)穩(wěn)定性改善電解質(zhì)膜的物理和機(jī)械耐久性并且同時(shí)具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率。
[0015]本公開的另一目的是提供一種包括所述聚合物電解質(zhì)膜的膜
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電極組件。
[0016]本公開的又一目的是提供一種包括所述膜
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電極組件的燃料電池。
[0017]技術(shù)方案
[0018]本公開的一個(gè)實(shí)施方案提供一種聚合物電解質(zhì)膜，該聚合物電解質(zhì)膜包括：包含離子導(dǎo)體的聚合物膜；以及多根復(fù)合纖維，其中所述復(fù)合纖維包括沿所述復(fù)合纖維的長(zhǎng)度方向連續(xù)形成的核心部以及包圍所述核心部的基體部，并且所述核心部包含離子交換官能團(tuán)。
[0019]所述復(fù)合纖維可以包含在所述核心部的包含離子交換官能團(tuán)的離子導(dǎo)體、位于所述基體部的內(nèi)表面上的離子交換官能團(tuán)或者它們的組合。
[0020]所述復(fù)合纖維可以沿所述聚合物膜的厚度方向(TP)取向。
[0021]所述復(fù)合纖維可以包括絲狀、纖維狀、針狀、導(dǎo)線狀或者它們的組合。
[0022]所述離子交換官能團(tuán)可以包括磺酸基、羧基、硼酸基、磷酸基、酰亞胺基、磺酰亞胺基、磺酰胺基、磺酰氟基或者它們的組合。
[0023]所述復(fù)合纖維的平均直徑可以為1nm至10μm。
[0024]所述復(fù)合纖維的核心部的平均直徑可以在所述復(fù)合纖維的平均直徑的50％至95％的范圍內(nèi)。
[0025]所述聚合物電解質(zhì)膜在80℃和50％的相對(duì)濕度(RH)下可以具有0.02S/cm至0.2S/cm的氫離子電導(dǎo)率。
[0026]所述聚合物電解質(zhì)膜在80℃和95％的相對(duì)濕度(RH)下可以具有0.1S/cm至1.0S/cm的氫離子電導(dǎo)率。
[0027]本公開的另一實(shí)施方案提供一種膜
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電極組件，該膜
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電極組件包括：彼此相對(duì)放置的陽(yáng)極電極和陰極電極，以及位于所述陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間的所述聚合物電解質(zhì)膜。
[0028]本公開的又一實(shí)施方案提供一種燃料電池，所述燃料電池包括所述膜
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電極組件。
[0029]有益效果
[0030]本公開的聚合物電解質(zhì)膜將賦予離子導(dǎo)電性的復(fù)合纖維引入聚合物膜中以具有優(yōu)異的形態(tài)穩(wěn)定性并且同時(shí)改善電解質(zhì)膜的機(jī)械耐久性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)膜。
附圖說(shuō)明
[0031]圖1是示意性地示出根據(jù)本公開的一實(shí)施方案的聚合物電解質(zhì)膜的示意圖。
[0032]圖2示出根據(jù)本公開的一實(shí)施方案的聚合物電解質(zhì)膜中包括的復(fù)合纖維的剖面。
[0033]圖3是示意性地示出根據(jù)本公開的一實(shí)施方案的膜
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電極組件的剖面圖。
[0034]圖4是示出根據(jù)本公開的一實(shí)施方案的燃料電池的整體構(gòu)造的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0035]下文中，將詳細(xì)地描述本公開的實(shí)施方案，以使本公開所屬
的技術(shù)人員可以容易地實(shí)現(xiàn)本公開。然而，本公開可以實(shí)現(xiàn)為本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】1.一種聚合物電解質(zhì)膜，包括：包含離子導(dǎo)體的聚合物膜；以及多根復(fù)合纖維，其中，所述復(fù)合纖維包括沿所述復(fù)合纖維的長(zhǎng)度方向連續(xù)形成的核心部以及包圍所述核心部的基體部，并且所述核心部包含離子交換官能團(tuán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中，所述復(fù)合纖維包含在所述核心部的包含離子交換官能團(tuán)的離子導(dǎo)體、位于所述基體部的內(nèi)表面上的離子交換官能團(tuán)或者它們的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中，所述復(fù)合纖維沿所述聚合物膜的厚度方向TP取向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中，所述復(fù)合纖維包括絲狀、纖維狀、針狀、導(dǎo)線狀或它們的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中，所述離子交換官能團(tuán)包括磺酸基、羧基、硼酸基、磷酸基、酰亞胺基、磺酰亞胺基、磺酰胺基、磺酰氟基或它們的組合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金娜玲，李瞳熏，李殷受，樸重華，李蕙松，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：可隆工業(yè)株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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