CN101150196A - 包括纳米复合物离子络合物的电解质膜、其制法及含其的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
包括纳米复合物离子络合物的电解质膜，该纳米复合物离子络合物为纳米复合物与碱性聚合物的反应产物。该纳米复合物包括具有磺酸基的聚合物和未改性粘土。该未改性粘土具有层状结构并分散在该具有磺酸基的聚合物中，并且该聚合物插入到该未改性粘土的各层之间，或者，该改性粘土具有页状剥落结构并且该改性粘土的页状剥落层分散在该聚合物中。即使当具有磺酸基的聚合物的磺化度高时，该电解质膜也显示出高的机械强度、高的离子传导率、以及优异的甲醇渗透阻挡性能。当使用甲醇水溶液作为燃料时，包括该电解质膜的燃料电池具有低的甲醇渗透，因而具有高的工作效率和长的寿命。
Description
技术领域
本发明的方面涉及包括纳米复合物离子络合物(nanocomposite ioncomplex)的电解质膜、其制造方法、以及包括其的燃料电池。更具体而言，本发明的方面涉及包括通过将碱性聚合物(basic polymer)引入到通过将粘土在纳米尺度基础上分散到磺化聚砜中所得到的纳米复合物中而得到的纳米复合物离子络合物并且具有优异的氢离子传导率、低的甲醇渗透(crossover)、以及优异的机械强度的电解质膜。
背景技术
根据所使用的电解质的种类，至今发展的燃料电池已分为聚合物电解质膜(PEM)燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐电解质燃料电池、以及固体氧化物燃料电池。依据所使用的电解质，燃料电池包括不同的构成要素，并且在不同工作温度下工作。
当粘土在纳米尺度基础上分散到聚合物中时，粘土表现出无法在常规复合物中实现的优越性能，如尺寸稳定性、耐热性、机械强度、阻透性。在日本专利特许公开No.2000-290505和2003-277610中公开了使用粘土和聚合物形成复合物的技术。
但是，由于缩聚要求高的单体纯度、单体反应性控制、脱水、以及温度控制，当使用粘土形成复合物时，难以得到高分子量聚合物。
发明内容
本发明的方面提供具有优异的机械强度和提高的离子传导率的电解质膜及其制造方法。
本发明的方面还提供包括该电解质膜并且具有高的燃料效率和高的能量密度的燃料电池。
根据本发明的一个方面，提供包括纳米复合物离子络合物的电解质膜，该纳米复合物离子络合物是纳米复合物和碱性聚合物的反应产物，其中该纳米复合物包括具有磺酸基的聚合物和分散在该具有磺酸基的聚合物中的未改性粘土，其中该未改性粘土具有层状结构并且该具有磺酸基的聚合物插入到该粘土的各层之间，或者该未改性粘土具有页状剥落(exfoliated)结构，并且该未改性粘土的页状剥落层分散在该具有磺酸基的聚合物中。
根据本发明的另一方面，提供制备电解质膜的方法，该方法包括：通过热处理在溶剂中的未改性粘土、用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进行聚合以得到溶解在该溶剂中的纳米复合物；以及将溶解在该溶剂中的该纳米复合物与碱性聚合物混合，然后将所得混合物涂覆到支撑体上以得到电解质膜。
根据本发明的另一方面，提供制备电解质膜的方法，该方法包括：通过热处理在溶剂中的用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进行缩聚；将未改性粘土加到该缩聚的所得产物中以得到溶解在该溶剂中的纳米复合物；以及将溶解在该溶剂中的该纳米复合物与碱性聚合物混合，然后将所得混合物涂覆到支撑体上，从而形成电解质膜。
根据本发明的另一方面，提供制备电解质膜的方法，该方法包括：将磺化聚砜溶解在溶剂中以制备磺化聚砜溶液；将粘土分散在分散介质中以得到粘土分散溶液；将该磺化聚砜溶液与该粘土分散溶液混合以得到第一混合物；以及将该第一混合物与碱性聚合物混合以得到所得混合物并且将包括碱性聚合物的该所得混合物涂覆到支撑体上，从而形成电解质膜。
根据本发明的另一方面，提供包括阴极、阳极、以及插入到阴极与阳极之间的上述电解质膜的燃料电池。
本发明的其他方面和/或优点将在以下描述中部分地展示，并且将从该描述中部分地显而易见，或可以部分地从本发明的实践中获悉。
附图说明
当结合附图考虑时，从对实施方式的以下描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得明晰并且更易理解，其中：
图1是说明根据本发明的实施方式形成包括在电解质膜中的纳米复合物离子络合物的过程的概念视图；
图2-4是说明根据本发明的实施方式制备纳米复合物的方法的图；
图5是根据实施例1制备的电解质膜的光学显微镜图像；
图6A是说明由根据实施例1制备的纳米复合物离子络合物形成的电解质膜的X-射线衍射分析的结果的图；
图6B是说明根据实施例4和5制备的纳米复合物离子络合物形成的电解质膜的X-射线衍射分析的结果的图；
图7A-7C是根据实施例3制备的电解质膜的透射电子显微镜(TEM)图像；
图8是根据实施例1和比较例2制备的燃料电池的传导率对温度的图；以及
图9是根据实施例1和比较例3制备的燃料电池的电流密度对工作时间的图，其说明有效电池(active cell)性能的评估结果。
具体实施方式
现在将详细提及本发明的本实施方式，其实例在附图中说明，其中同样的附图标记始终是指同样的要素。以下通过参考附图描述该实施方式以解释本发明。
现在将参考附图更充分地描述本发明的方面。
根据本发明的方面的电解质膜包括纳米复合物离子络合物(图1中的“纳米复合物离子络合物C”)，该纳米复合物离子络合物是通过将碱性聚合物(图1中的“碱性聚合物B”)与纳米复合物(图1中的“纳米复合物A”)反应而得到的酸碱络合物，该纳米复合物是通过将粘土在纳米尺度基础上分散到具有磺酸基的聚合物例如磺化聚砜中而制备的。即，根据图1，纳米复合物A的磺化聚砜的磺酸基的酸基与碱性聚合物B的碱基反应以形成纳米复合物离子络合物C。本领域技术人员根据所使用的原料将知道最终产物的组成和结构。
当使用通过将粘土分散到具有高磺化度的具有磺酸基的聚合物中制备的纳米复合物形成电解质膜时，使用酸碱络合物可以防止产生问题。即，以这种方式形成的电解质膜的离子传导率高，但由于具有磺酸基的聚合物对水的溶胀度高，在水的存在下在燃料电池的工作过程中，聚合物凝胶化，使得电解质膜失去其机械强度或完全溶解在水中。因此，离子传导率大大降低。相反，当使用在此所述的纳米复合物离子络合物形成电解质膜时，即使当使用具有高磺化度的聚合物形成电解质膜时，通过在潮湿环境下补偿电解质膜的机械强度也可以得到具有高的氢离子传导率、低的甲醇渗透、以及高的机械强度的聚合物络合物电解质膜。
该纳米复合物包括具有磺酸基的聚合物和分散在该具有磺酸基的聚合物中的未改性粘土。未改性粘土可以具有层状结构，并且该聚合物可以插入到该未改性粘土的各层之间。或者，未改性粘土可以是页状剥落的，并且从具有层状结构的未改性粘土上页状剥落的纳米大小的颗粒可以分散在该聚合物中。
术语“未改性粘土”是指在其中层间距通过水或插层物(intercalant)增大的硅酸盐。未改性粘土比改性粘土(其为用有机鏻基团等改性的粘土)更易生产，因而具有高的生产效率并且便宜。另外，未改性粘土具有非常亲水的表面并且与水相互作用比与甲醇相互作用强烈得多。因此，当粘土在纳米尺度基础上以页状剥落形式或插层形式分散在聚合物中时，即使小量的粘土也足以阻止甲醇渗透。由于粘土的吸收性质，可以使如在加入无机材料时通常发生的电解质膜的传导率的减小最小化。
本实施方式中使用的未改性粘土可以是蒙脱石粘土如蒙脱土、膨润土、皂石、贝保石、绿脱石、锂蒙脱石、富镁蒙脱石、合成锂皂石等。
在根据本发明的实施方式的纳米复合物离子络合物中，粘土具有层状结构并且均匀分散在磺化聚砜中。特别地，磺化聚砜可以插入到具有层状结构的未改性粘土的各层之间。或者或另外，未改性粘土的各层之间的层间距可以增大使得各层可页状剥落。
其中具有层状结构的粘土以插层形式或页状剥落形式分散在具有高离子传导率的磺化聚砜中并且磺化聚砜的磺酸基与碱性聚合物的碱基结合的根据本发明的实施方式的纳米复合物离子络合物具有优异的机械强度、耐热性和离子传导率。另外，当纳米复合物离子络合物最初用水湿润时，极性有机燃料如甲醇或乙醇不能渗透到该纳米复合物离子络合物中。由于纳米复合物离子络合物可以阻止极性有机燃料的渗透，它对形成其中极性有机燃料直接提供到阳极的燃料电池的聚合物电解质很有用。
该磺化聚砜可以由式1表示：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基；
p为0-4的整数；
X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-PY’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5；
M为Na、K、或H；
m为0.1-10的实数；
n为0.1-10的实数；以及
k为5-500的实数。
在式1中，m与n的比是不包括SO3M基团的磺化聚砜重复单元与具有SO3M基团的磺化聚砜重复单元的混合比例。根据该混合比例，式1表示的磺化聚砜的离子传导率可以改变。为得到优异的离子传导率，m可以在0.1-4范围内，以及n可以在0.1-4的范围内。
在式1中，当p＝0时，(R1)0表示氢。
式1表示的磺化聚砜可以具有10,000-300,000的数均分子量、20,000-500,000的重均分子量和40-80％的磺化度。
作为非限制性实例，式1表示的化合物可以为式2表示的化合物：
其中，m为0.1-4的实数，n为0.1-4的实数，以及k为5-500的实数。
式2表示的化合物具有与粘土强烈吸引的S＝O和S-O部分，使得粘土可以与聚合物充分相互作用。
另外，可以选择位于分子末端的官能团以有助于聚合物与粘土之间的相互作用增加。特别地，式1表示的磺化聚砜的两端可以用作为粘土改性剂的端基封端，使得磺化聚砜与粘土具有强的相互作用。在此，粘土改性剂包括选自以下的至少一种基团：通过与包括在粘土的各层之间的阳离子如Na+、K+、或H+的交换反应如阳离子交换反应而与粘土强烈吸引的氨基、以及可以与粘土的表面形成范德华、极性、或离子相互作用的官能团如苄基、甲基、硫酸根、羰基、或酰氨基。
作为非限制性实例，作为粘土改性剂的磺化聚砜的端基可为以下的至少一种：2-乙酰氨基苯酚、3-乙酰氨基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3-乙基苯酚、2-氨基-4-氯苯酚、6-氨基-2，4-二氯-3-甲基苯酚、4-氨基-3-甲基苯酚、2-氨基-3-硝基苯酚、2-氨基苯酚、2-仲丁基苯酚、3-氨基苯酚、3-二乙基氨基苯酚、4，4′-磺酰基联苯酚、2-甲基-3-硝基苯酚、3-叔丁基苯酚、2，3-二甲氧基苯酚、4-氨基-2，5-二甲基苯酚、2，6-二甲基-4-硝基苯酚、4-仲丁基苯酚、4-异丙基苯酚、2-氨基-4-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基-2-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-氨基-5-硝基苯酚、5-异丙基-3-甲基苯酚、4-(甲基氨基)苯酚硫酸酯、4-仲丁基苯酚、3-甲氧基苯酚、3，5-二甲基苯硫酚、3，5-二甲基苯酚、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、3-(N，N′-二乙基氨基)-苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、4-乙酰氨基苯酚、2-氨基-4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2-乙基苯酚、4-乙基苯酚、或其混合物或组合。
用在本实施方式中的碱性聚合物是具有碱性基团例如包括氮的基团的聚合物。碱性聚合物的非限制性实例包括聚(4-乙烯基吡啶)、聚乙烯亚胺、聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酰胺例如在Brandup J.，Polymer Handbook 3rd ed.VI 217，(John Wiley &Sons 1989)(以下称为“Polymer Handbook，3rded.”)中公开的聚丙烯酰胺、聚氨酯例如在Polymer Handbook 3rded.VI 238中公开的聚氨酯、聚酰胺例如在Polymer Handbook 3rded.VI 243中公开的聚酰胺、聚亚胺例如在PolymerHandbook 3rded.VI 248中公开的聚亚胺、聚脲例如在Polymer Handbook 3rded.VI 249中公开的聚脲、聚苯并唑例如在Polymer Handbook 3rded.VI 250中公开的聚苯并唑、聚苯并咪唑例如在Polymer Handbook 3rded.VI 253中公开的聚苯并咪唑、以及聚吡咯烷酮例如在Polymer Handbook 3rded.VI 257中公开的聚吡咯烷酮。该碱性聚合物与具有磺酸基的聚合物发生离子相互作用并且与存在于粘土的各层之间的阳离子如Na+或K+进行离子交换反应，使得该碱性聚合物与粘土强烈吸引。因此，可以形成具有优异的机械强度和传导率以及低的渗透性能的电解质膜。
基于100重量份的具有磺酸基的聚合物即磺化聚砜，碱性聚合物的量可在0.1-40重量份，优选0.1-10重量份范围内。当碱性聚合物的量小于0.1重量份时，产生的离子络合物的量小。另一方面，当碱性聚合物的量大于40重量份时，电解质膜的传导率降低。
为了制备用于形成根据本发明的实施方式的电解质膜的纳米复合物离子络合物，首先，使用粘土和具有磺酸基的聚合物制备具有优异的机械强度和尺寸稳定性的纳米复合物，然后该纳米复合物与碱性聚合物反应。
现在将描述根据本发明的三种方法实施方式制备纳米复合物的方法。
在根据本发明的第一方法实施方式制备纳米复合物中，将不含水分的未改性粘土与用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体和二醇化合物(第三单体)混合，然后进行原位聚合。
在根据本发明的第二方法实施方式制备纳米复合物中，首先，将第一可聚合单体、第二可聚合单体和二醇化合物混合，然后进行聚合。然后，在聚合的后面部分时，将不含水分的未改性粘土加到该混合物中。
在根据本发明的第三方法实施方式制备纳米复合物中，将第一可聚合单体、第二可聚合单体和二醇化合物混合，然后进行聚合，从而得到磺化聚砜。将磺化聚砜溶解在溶剂中以得到磺化聚砜溶液。然后，将磺化聚砜溶液与通过将粘土分散到在溶剂中得到的粘土分散溶液混合。
现在将参考图2-4详细描述这些方法实施方式，这些方式实施方式只是出于说明性目的而不是用于限制本发明。在图2-4中所述的方法实施方式中，第一可聚合单体可以是式3表示的化合物，第二可聚合单体可以是式4表示的化合物，并且二醇化合物(在此也被称为“第三可聚合单体”)可以是式5表示的化合物：
其中，R1和p与对式1的描述相同(即，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基，以及p为0-4的整数)；以及
Y为Cl、F、Br、或I；
其中，M与以上在式1中所描述的相同(即M为Na、K、或H)；以及Y为Cl、F、Br、或I；以及
其中，R1、X和p与在式1中描述的相同(即，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基，p为0-4的整数，以及X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-PY’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5)。
除了在图2中所说明的由式3表示的化合物之外或作为其替代物，第一可聚合单体还可以是4，4’-二氟二苯甲酮、4，4’-二氯二苯甲酮、间二氯苯、或间二氟苯。
作为非限制性实例，第一可聚合单体可以是4，4’-二氯二苯基砜(DCDPS)、或4，4’-二氟二苯基砜。作为非限制性的实例，第二可聚合单体可以是磺化-4，4’-二氯二苯基砜(S-DCDPS)。
作为非限制性的实例，二醇化合物可以是4，4’-(六氟亚异丙基)联苯酚(HFIPDP)、4，4’-磺酰联苯酚、4，4’-亚异丙基联苯酚、4，4’-硫代联苯酚、3，3’-(亚乙二氧基)联苯酚、4，4’-(9-亚芴基)联苯酚、4，4’-(1，3-金刚烷二基)联苯酚、3，4’-亚异丙基联苯酚、或双酚A。
当这些化合物与式4表示的可聚合单体混合时，可以得到期望的聚砜。
现在将详细描述洗涤粘土的方法。为了从粘土中除去杂质，在容器中用蒸馏水以100rpm球磨研磨粘土3天或更多天，以得到含水粘土分散体。然后，离心分离该粘土分散体、用三级蒸馏水(tertiary distilled water)洗涤、重新分配、再次离心分离、然后洗涤。随后，所得物再次重新分配、离心分离、然后洗涤。所得洗涤过的粘土通过加热或冷冻干燥进行干燥，然后将干燥的粘土研磨成粉末状。
为了从未改性粘土中除去水分，在大气压下在100℃下加热粘土5小时或更长时间，然后在减压下在60℃或更高的温度下加热4小时或更长时间。基于100重量份的纳米复合物，粘土的量可以在0.1-50重量份范围内。当粘土的量小于0.1重量份时，不能得到粘土的阻透性。另一方面，当粘土的量大于50重量份时，粘土具有高粘度并且易碎。
在根据本发明的第一方法实施方式制备纳米复合物中，如图2所说明的，如上所述从粘土中除去水分，然后将该不含水分的未改性粘土分散在分散介质中以得到粘土分散溶液。将所得物与式3表示的第一可聚合单体、式4表示的第二可聚合单体、式5表示的二醇化合物、溶剂及碱混合。作为非限制性的实例，该分散介质可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等。基于100重量份的未改性粘土，该分散介质的量可以在50-1000重量份范围内。在此范围内，粘土可以均匀分散。
作为非限制性的实例，该溶剂可以是甲苯、苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、或二甲亚砜。基于100重量份的第一可聚合单体、第二可聚合单体和第三可聚合单体的总重量，该溶剂的量可以在50-500重量份范围内。
作为非限制性的实例，该碱可以是K2CO3或Na2CO3。基于1摩尔的第三可聚合单体，该碱的量可以在0.5-3摩尔范围内。
聚合温度可以是在用甲苯回流的同时可除去亲核反应过程中所产生的水分的任何温度。作为非限制性的实例，聚合可以在100-180℃或例如120-160℃的温度下进行，然后在140-195℃或例如160-180℃的温度下进行。或者，聚合可以在140℃下通过回流进行4小时，然后，该反应混合物可以在160℃下静置4小时或更长时间，然后在180℃下静置4小时。
在100-180℃的第一温度下进行聚合的过程中，除去所产生的水并且形成用于形成聚砜的前体。在140-195℃的第二温度下进行聚合的过程中，聚合充分发生使得粘度随时间增加。
随后，热处理所得物以完成聚合。冷却聚合产物，然后进行整理过程(work-up process)，如用乙醇或蒸馏水沉淀。结果，可以得到纳米复合物。
基于1摩尔的第一可聚合单体，第二可聚合单体的量可以在0.1-3摩尔范围内。当第二可聚合单体的量小于0.1摩尔时，电解质膜的离子传导率低。另一方面，当第二可聚合单体的量大于3摩尔时，聚合物对水的溶胀度高，使得可难以形成电解质膜。
基于1摩尔的第一可聚合单体和第二可聚合单体，二醇化合物的量可以在0.7-1.3摩尔的范围内。当二醇化合物的量在此范围之外时，不能得到期望的聚合反应性。
根据本发明的第一方法实施方式，粘土改性剂如在通过上述聚合形成的聚合物上形成端基的化合物可以加到第一可聚合单体、第二可聚合单体和二醇化合物的混合物中。
基于1摩尔的式3表示的第一可聚合单体、式4表示的第二可聚合单体、以及式5表示的二醇化合物，粘土改性剂的量可以在0.001-0.5摩尔的范围内。当粘土改性剂的量小于0.001摩尔时，可以接触粘土的粘土改性剂的量少，因此没有改性效果。另一方面，当粘土改性剂的量大于0.5摩尔时，纳米复合物的分子量不增大。
在根据本发明的第二方法实施方式制备纳米复合物中，如图3所说明的，首先，将式3表示的第一可聚合单体、式4表示的第二可聚合单体、以及式5表示的二醇化合物与溶剂混合并一起加热以进行聚合。这时，加热条件以及溶剂、第一、第二可聚合单体和二醇化合物的量和种类与本发明的第一方法实施方式中的相同。
在聚合的后面部分中，如果需要，可以将粘土改性剂加到混合物中，然后可以允许聚合在50-195℃的温度下继续进行。当热处理温度高于195℃时，发生解聚使得难以得到具有期望分子量的纳米复合物。另一方面，当热处理温度低于50℃时，聚合反应的反应性降低。
冷却聚合产物至20-150℃，然后往其中加入通过将未改性粘土分散到分散介质中制备的粘土分散溶液。聚合产物和粘土分散溶液在70℃下混合6-48小时，或作为更具体的非限制性实例，混合约24小时。然后将所得产物进行用蒸馏水沉淀的整理过程。结果，使用本发明的第二方法实施方式可以得到纳米复合物。
粘土改性剂、未改性粘土、以及分散介质的种类和量与本发明的第一方法实施方式相同。
现在将参考图4详细描述根据本发明的第三方法实施方式制备纳米复合物的方法。
首先，将式3表示的第一可聚合单体、式4表示的第二可聚合单体、式5表示的二醇化合物和溶剂混合，然后热处理以实现聚合。结果，产生式1表示的磺化聚砜。这时，聚合温度在室温(如约20℃)-50℃的范围内。
将式1表示的磺化聚砜溶解在溶剂中，然后往其中加入通过将未改性粘土分散到分散介质中制备的粘土分散溶液。磺化聚砜和粘土分散溶液的混合物在室温约20℃下剧烈搅拌6-48小时，或作为更具体的非限制性实例，剧烈搅拌约24小时。作为非限制性的实例，使用的溶剂可以是二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等。基于100重量份的式1表示的磺化聚砜，溶剂的量可以为100-600重量份。
随后，反应产物进行用蒸馏水沉淀的整理过程以得到根据本发明的第三方法实施方式的纳米复合物。
在第三方法实施方式中，当聚合完成时，可以加入粘土改性剂。粘土改性剂的种类和量与以上所述的相同。
根据上述过程得到的磺化聚砜可以具有20,000-500,000的重均分子量和10,000-300,000的数均分子量。当磺化聚砜的重均分子量和数均分子量分别低于20,000和10,000时，成膜性降低使得难以得到电解质膜。另一方面，当磺化聚砜的重均分子量和数均分子量分别高于500,000和300,000时，加工性能可能恶化。
根据本发明的方面的纳米复合物可以通过X-射线衍射分析来鉴别。干燥的未改性粘土的衍射图案的2θ值为7.8°(当层间距为1.14时)。当层间距变宽时，X-射线衍射图案的2θ值为1.2°(机械的最下限)，最终，干燥的未改性粘土失去X-射线衍射图案，即，干燥的未改性粘土具有页状剥落结构。在空气气氛中在室温(20℃)下用CuK-αX-射线(波长1.541)对粉末状或薄膜态的样品进行X-射线衍射。
根据X-射线衍射分析结果，粘土的001面的峰可消失(表明页状剥落结构)或可加宽(表明插层结构)。
现在将详细描述使用根据本发明的纳米复合物制备燃料电池的电解质膜的方法。
将通过混合如上所述制备的纳米复合物、碱性聚合物和溶剂制备的电解质膜形成组合物流延到或涂覆到支撑体上，然后干燥以形成包括纳米复合物离子络合物的电解质膜。作为非限制性的实例，该溶剂可以是二甲基乙酰胺、N，N’-二甲亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等。
基于100重量份的纳米复合物，该溶剂的量可以在100-600重量份的范围内。当该溶剂的量在此范围之外时，在流延或涂覆过程中的加工性能恶化，并且该电解质膜的机械性能降低。
在一些情况下，可以将其中在磺化聚砜的末端存在-OH的纳米复合物和碱性聚合物溶解在溶剂中，然后，往其中加入丙烯酰基多元醇(acryl polyol)和固化剂。流延或涂覆所得混合物以形成电解质膜。丙烯酰基多元醇和固化剂可以通过溶解在溶剂中而加入。溶解丙烯酰基多元醇和固化剂的溶剂可以是可溶解丙烯酰基多元醇的任何溶剂。作为非限制性的实例，该溶剂可以是甲苯、2-丙醇、或苯。另一方面，溶解磺化聚砜的溶剂可以是N，N’-二甲亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等。
通过包括由丙烯酰基多元醇和固化剂的固化反应形成的基于丙烯酰基的聚合物，电解质膜具有优异的成膜性，因而容易生产。特别地，即使当磺化聚砜的分子量小于10,000时，也可以容易实现成膜并且该电解质膜的机械性能得以改善。
基于100重量份的具有磺酸基的聚合物即磺化聚砜，丙烯酰基多元醇的量可以在0.001-20重量份的范围内。当丙烯酰基多元醇的量小于0.001重量份时，固化度低。另一方面，当丙烯酰基多元醇的量大于20重量份时，固化度高使得电解质膜的传导率降低。
作为非限制性的实例，丙烯酰基多元醇可以包括选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸和丙烯酸的至少一种(甲基)丙烯酸或烷基(甲基)丙烯酸酯。
作为非限制性实例，固化剂可以是包括异氰酸酯的化合物，如对苯二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1，5-亚萘基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、以及二环己基甲烷二异氰酸酯。基于100重量份的具有磺酸基的聚合物即磺化聚砜，固化剂的量可以在0.01-20重量份的范围内。当固化剂的量小于0.01重量份时，丙烯酰基多元醇的交联度降低。另一方面，当固化剂的量大于20重量份时，未进行交联反应的过量的固化剂残留。
例如，通过丙烯酰基多元醇和二异氰酸酯的固化反应，可以形成具有氨基甲酸酯键的基于丙烯酰基的聚合物。特别地，如果异氰酸酯基与-OH基团的摩尔比为2，可以使用反应式1形成具有氨基甲酸酯键的基于丙烯酰基的聚合物：
2OCN-R-NCO+HO-R′-OH---＞OCNR-NHCOOR′COONH-RNCO。
参考反应式1，在丙烯酰基多元醇与固化剂的固化反应中，异氰酸酯基与-OH基团的摩尔比可以在3-0.1范围内。
如上所述制备的电解质膜可以进行酸处理。将电解质膜浸渍在硫酸水溶液中，在60-99℃的温度下加热，用去离子水洗涤，然后在室温下静置24小时。所得产物用去离子水洗涤。硫酸水溶液可以具有0.1-3M的浓度，或者作为特别的非限制性的实例，可以具有约0.5-2M的浓度。
根据本发明的实施方式的电解质膜的厚度不受限制。但是，当电解质膜太薄时，电解质膜的强度太低。另一方面，当电解质膜太厚时，燃料电池的内阻太高。因此，电解质膜可以具有约20-约200μm的厚度。
现在将详细描述包括根据本发明的实施方式的电解质膜的燃料电池。
根据本发明的实施方式的电解质膜可以用在任何包括含有聚合物电解质的电解质膜的燃料电池中，如用氢作为燃料的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中。PEMFC的具体实例是直接甲醇燃料电池，它使用甲醇和水的混合蒸气或甲醇水溶液作为燃料。特别地，根据本发明的实施方式的电解质膜可以更有用地用在使用甲醇水溶液作为燃料的直接甲醇燃料电池中。
在包括其中氧被还原的阴极、其中燃料被氧化的阳极、以及插入到阴极和阳极之间的电解质膜的燃料电池中，使用的电解质膜为根据本发明的方面的上述电解质膜。
阴极包括促进氧还原的催化剂层。催化剂层包括催化剂颗粒和具有阳离子交换剂的聚合物。催化剂可以是例如碳负载型Pt催化剂(Pt/C催化剂)。
阳极包括促进燃料如氢、天然气、甲醇或乙醇氧化的催化剂层。催化剂层包括催化剂颗粒和具有阳离子交换剂的聚合物。催化剂可以为，例如碳负载型Pt催化剂或碳负载型Pt-Ru催化剂。当除氢之外的有机燃料直接提供给阳极时，碳负载型Pt-Ru催化剂是有用的。
用在阴极和阳极中的催化剂包括催化剂金属颗粒和催化剂载体。催化剂载体可以是具有传导性和使得催化剂载体负载催化剂金属颗粒的微孔的固体颗粒。这种固体颗粒可以是，例如，碳粉，如炭黑、科琴(Ketjen)黑、乙炔黑、活性炭粉末、碳纤维粉末或这些的混合物。具有阳离子交换剂的聚合物可以是上述聚合物。
阴极和阳极的催化剂层接触电解质膜。
除了催化剂层之外，阴极和阳极各自可进一步包括气体扩散层。气体扩散层包括具有导电性的多孔材料。气体扩散层担当集电体和反应物以及产生的反应产物通过其移动的通道。作为非限制性的实例，气体扩散层可以由炭纸，优选防水炭纸，并且更优选以防水炭黑层涂覆的防水炭纸形成。防水炭纸包括疏水聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)。烧结该疏水聚合物。在气体扩散层中防水材料的使用允许极性液体反应物和气体反应物通过其移动。在具有防水炭黑层的防水炭纸中，防水炭黑层包括炭黑和作为疏水粘合剂的疏水聚合物如PTFE，并且附在防水炭纸的一个表面上。烧结防水炭黑层的疏水聚合物。
可以采用在许多文献中公开的各种方法制造阴极和阳极，因此不作详细描述。
提供给根据本发明的实施方式的燃料电池的阳极的燃料可以是氢、天然气、甲醇或乙醇。
作为非限制性的实例，将包括极性有机燃料和水的液体燃料提供给阳极。作为具体的非限制性的实例，该极性有机燃料可以是甲醇或乙醇。
液体燃料可以是甲醇水溶液。在根据本发明的实施方式的燃料电池中，极性有机燃料的渗透被电解质膜阻挡，这使得能够使用高浓度的甲醇水溶液。在常规的直接甲醇燃料电池中，通常由于甲醇渗透而使用6-16重量％的低浓度的甲醇水溶液。另一方面，即使当根据本发明的燃料电池使用这种低浓度的甲醇水溶液时，通过该电解质膜可以更加防止极性有机燃料的渗透，因此，该燃料电池具有长的寿命和高的效率。
将参考以下实施例进一步详细描述本发明的方面。这些实施例仅仅出于说明性目的，而不是用于限制本发明的范围。
实施例1：电解质膜的制造
在包括迪安斯达克(Dean Stark)装置的反应容器中，用120mL N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和100mL甲苯作为溶剂，在150℃下回流0.1摩尔磺化-4，4’-二氯二苯基砜(S-DCDPS)、0.35摩尔4，4’-二氯二苯基砜(DCDPS)、0.459摩尔4，4’-(六氟亚异丙基)联苯酚(HFIPDP)以及0.55摩尔K2CO3达12小时，并且除去所产生的水。在确认水分不再经过迪安斯达克装置中流出后，用迪安斯达克装置的阀除去甲苯。在2小时内反应混合物的温度增加至180℃，然后在同样温度下，进行缩聚4小时。
在聚合过程中，溶液的粘度随着时间而增加。当聚合完成时，冷却聚合产物至70℃。将分散在20克NMP中的2.0克作为未改性粘土的蒙脱土(MMT)(基于S-DCDPS、DCDPS和HFIPDP的总重量的3重量％)加到冷却的聚合产物中，并一起混合24小时。将所得混合物冷却至室温，然后用蒸馏水沉淀。结果，得到磺化聚砜纳米复合物(磺化度：约60％，数均分子量：约60,000)。
将100重量份的如上所述得到的磺化聚砜纳米复合物溶解在200重量份的二甲基乙酰胺中，然后将5重量份的聚苯并咪唑加到其中并混合。用刮刀将所得混合物涂覆在玻璃基底上，在90℃下干燥30分钟，然后在100℃下干燥10分钟，从而得到具有约50μm厚度的电解质膜。
用硫酸的水溶液处理该电解质膜以便电解质膜变为酸式。
组装电解质膜、具有Pt-Ru黑催化剂的阳极、以及具有Pt黑催化剂的阴极以形成燃料电池。
测量燃料电池的电池电压对电流密度的变化。此时，工作温度为约50℃，燃料为2M的甲醇水溶液，并且氧化剂为空气。
实施例2
以与在实施例1中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了使用双酚A代替HFIPDP以外。
实施例3
以与在实施例1中相同的方式合成磺化聚砜纳米复合物，除了使用两种二醇，具体而言，使用30重量％的HFIPDP和70重量％的双酚A以外。以与在实施例1中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了用合成锂皂石作为粘土，并且为了形成电解质膜，将向其中加入5重量份的聚苯并咪唑的混合物与混合重量比分别为8∶400∶0.8的作为丙烯酰基多元醇的聚(甲基丙烯酸甲酯-共-丙烯酸丁酯-共-甲基丙烯酸羟乙酯)、作为溶剂的1-丙醇、和作为固化剂的1，6-六亚甲基二异氰酸酯混合以外。
实施例4
以与在实施例1中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了以合成锂皂石代替MMT以外。
实施例5
以与在实施例2中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了以合成锂皂石代替MMT以外。
比较例1
以与在实施例1中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了不使用该未改性粘土以外。
比较例2
以与在实施例1中相同的方式制造燃料电池，除了使用NAFION112(DuPont)作为电解质膜以外。
比较例3
以与在实施例1中相同的方式制造燃料电池，除了使用NAFION115(DuPont)作为电解质膜以外。
比较例4
以与在实施例1中相同的方式制造电解质膜和燃料电池，除了聚苯并咪唑的量为10重量份并且未使用作为未改性粘土的MMT以外。
使用光学显微镜测量根据实施例1制备的电解质膜。结果示于图5。
参考图5，发现在根据实施例1制备的电解质膜中未产生相分离。
对由根据实施例1制备的纳米复合物离子络合物形成的电解质膜进行X-射线衍射分析。结果示于图6A。在图6A中，使用MMT本身的图作为参照。
对由根据实施例4和5制备的纳米复合物离子络合物形成的电解质膜进行X-射线衍射分析。结果示于图6B。在图6B中，使用合成锂皂石本身的图作为参照。
使用透射电子显微镜(TEM)测量根据实施例3制备的电解质膜。结果示于图7A-7C。图7B和7C是图7A逐渐放大的图像。
参考图7A、B和C，发现粘土失去其规则性并且分散在磺化聚砜基体中。即，在根据实施例3使用合成锂皂石制备的复合物中，粘土失去其层间规则性并具有页状剥落结构。为了得到透射电子显微镜(TEM)图像，将粉末态的样品压制并形成片，且这些片进行环氧模塑并切割。图7A中相对较亮的部分为环氧。
测量由根据实施例1和比较例1制备的纳米复合物离子络合物形成的电解质膜的抗张强度和韧性(toughness)。结果示于表1。在表1中，N115表示由DuPont生产的NAFION 115。
表1
| 抗张强度(N/mm2) | 韧性(J/mm3) | |
| N115 | 24.1 | 5.4×107 |
| 实施例1 | 48.6 | 5.2×106 |
| 比较例1 | 不可测 | 不可测 |
参考表1，发现含有具有高磺化度(60％)的聚砜的电解质膜的强度显著增大。测量根据实施例1及比较例1和4制备的电解质膜的离子传导率。结果示于表2。采用4点探针法测量离子传导率。将连接在4点元件(4-point cell)上的膜置于去离子水中，并在20℃、40℃、50℃和60℃的温度下对其施加20mV和500000Hz-0.1Hz的交流电以得到尼奎斯特(Nyquist)图。
表2
| 离子传导率(S/cm) | ||||
| 20℃ | 40℃ | 50℃ | 60℃ | |
| 实施例1 | 0.090 | 0.124 | 0.137 | 0.149 |
| 比较例1 | N.A. | N.A. | N.A. | N.A. |
| 比较例4 | 0.02 | - | - | - |
| NAFION 112 | 0.089 | 0.121 | 0.133 | 0.146 |
参考表2，发现即使当使用碱性聚合物时，根据实施例1制备的电解质膜也显示出优异的传导率。(一般而言，使用碱性聚合物导致低的传导率)。
测量根据实施例1和比较例2制造的燃料电池的传导率随温度的变化。结果示于图8。
通过测量根据实施例1和比较例3制造的燃料电池的电流密度对于工作时间的变化来评估有效电池性能。结果示于图9。
参考图9，根据实施例1制备的燃料电池比使用NAFION的燃料电池显示出更好的性能。
根据本发明的方面的电解质膜包括通过碱性聚合物与纳米复合物的酸碱反应形成的纳米复合物离子络合物，在该纳米复合物中具有层状结构的未改性粘土在纳米尺度基础上分散在具有优异的离子传导率的含有磺酸基的聚合物如磺化聚砜中。即使当磺化聚砜的磺化度高时，该电解质膜也显示出高的机械强度、优异的离子传导率、以及优异的甲醇渗透阻挡性能。
当在使用甲醇作为燃料的燃料电池中使用该电解质膜时，甲醇渗透被更加阻止，因此该燃料电池具有高的工作效率和长的寿命。
尽管已经参照其示例性实施方式详细展示和描述了本发明，本领域的技术人员理解，在不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
尽管已经展示和描述了本发明的一些实施方式，本领域的技术人员应当理解，在不背离在权利要求及其等价物中限定其范围的本发明的原则和精神的情况下，可以对该实施方式进行改变。
Claims (34)
1.包括纳米复合物离子络合物的电解质膜，该纳米复合物离子络合物为纳米复合物与碱性聚合物的反应产物，该纳米复合物包括具有磺酸基的聚合物和分散在该具有磺酸基的聚合物中的未改性粘土，其中该未改性粘土具有层状结构并且该具有磺酸基的聚合物插入到粘土的各层之间，或者该未改性粘土具有页状剥落结构并且该未改性粘土的页状剥落层分散在该具有磺酸基的聚合物中。
2.权利要求1的电解质膜，其中该具有磺酸基的聚合物为式1表示的磺化聚砜：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基；
p为0-4的整数；
X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-PY’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5；
M为Na、K、或H；
m为0.1-10的实数；
n为0.1-10的实数；以及
k为5-500的实数。
3.权利要求2的电解质膜，其中该磺化聚砜由式2表示：
其中，m为0.1-4的实数，n为0.1-4的实数，以及k为5-500的实数。
4.权利要求1的电解质膜，其中该碱性聚合物包括选自以下的至少一种化合物：聚(4-乙烯基吡啶)、聚乙烯亚胺、聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚酰胺、聚亚胺、聚脲、聚苯并唑、聚苯并咪唑、以及聚吡咯烷酮。
5.权利要求1的电解质膜，其中基于100重量份的该具有磺酸基的聚合物，该碱性聚合物的量在0.1-40重量份范围内。
6.权利要求1的电解质膜，进一步包括基于丙烯酰基的聚合物，该聚合物是丙烯酰基多元醇与固化剂的固化反应产物。
7.权利要求1的电解质膜，其中该未改性粘土是基于蒙脱石的粘土。
8.权利要求7的电解质膜，其中该基于蒙脱石的粘土包括选自蒙脱土、膨润土、皂石、贝保石、绿脱石、锂蒙脱石、合成锂皂石、和富镁蒙脱石的至少一种粘土。
9.权利要求2的电解质膜，其中该磺化聚砜具有10,000-300,000的数均分子量、20,000-500,000的重均分子量、以及40-80％的磺化度。
10.制备电解质膜的方法，该方法包括：
通过热处理在溶剂中的未改性粘土、用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进行聚合以得到溶解在该溶剂中的纳米复合物；以及
将溶解在该溶剂中的纳米复合物与碱性聚合物混合，并且将所得混合物涂覆到支撑体上以形成电解质膜。
11.权利要求10的方法，其中，未改性粘土、用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进一步包括选自以下的化合物：2-乙酰氨基苯酚、3-乙酰氨基苯酚、2，6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、3-乙基苯酚、2-氨基-4-氯苯酚、6-氨基-2，4-二氯-3-甲基苯酚、4-氨基-3-甲基苯酚、2-氨基-3-硝基苯酚、2-氨基苯酚、2-仲丁基苯酚、3-氨基苯酚、3-二乙基氨基苯酚、4，4′-磺酰基联苯酚、2-甲基-3-硝基苯酚、3-叔丁基苯酚、2，3-二甲氧基苯酚、4-氨基-2，5-二甲基苯酚、2，6-二甲基-4-硝基苯酚、4-仲丁基苯酚、4-异丙基苯酚、2-氨基-4-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基-2-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-氨基-5-硝基苯酚、5-异丙基-3-甲基苯酚、4-(甲基氨基)苯酚硫酸酯、4-仲丁基苯酚、3-甲氧基苯酚、3，5-二甲基苯硫酚、3，5-二甲基苯酚、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、3-(N，N′-二乙基氨基)-苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、4-乙酰氨基苯酚、2-氨基-4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2-乙基苯酚、4-乙基苯酚、以及其混合物或组合。
12.权利要求10的方法，其中，所述进行聚合包括：
在100-160℃的温度下回流该混合物以除去产生的水；以及
在140-195℃的温度下加热该回流的混合物以进行聚合反应。
13.权利要求10的方法，进一步包括将溶解在溶剂中的纳米复合物与丙烯酰基多元醇和固化剂混合。
14.权利要求10的方法，其中，该第一可聚合单体为式3表示的卤化物：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基，
p为0-4的整数；以及
Y为Cl、F、Br、或I，或
4，4’-二氟二苯甲酮、4，4’-二氯二苯甲酮、间二氯苯、或间二氟苯或其组合。
15.权利要求10的方法，其中，该第二可聚合单体为式4表示的卤化物：
其中，M为Na、K、或H；以及
Y为Cl、F、Br、或I。
16.权利要求10的方法，其中，该二醇化合物由式5表示：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基；
p为0-4的整数；以及
X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-PY’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5。
17.制备电解质膜的方法，该方法包括：
通过热处理在溶剂中的用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进行缩聚；
将未改性粘土加到该缩聚的所得产物中以得到溶解在该溶剂中的纳米复合物；以及
将溶解在溶剂中的纳米复合物与碱性聚合物混合，然后将所得混合物涂覆到支撑体上以形成电解质膜。
18.权利要求17的方法，其中，用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物的混合物进一步包括选自以下的化合物以在该缩聚的所得产物上形成至少一个端基：2-乙酰氨基苯酚、3-乙酰氨基苯酚、2，6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、3-乙基苯酚、2-氨基-4-氯苯酚、6-氨基-2，4-二氯-3-甲基苯酚、4-氨基-3-甲基苯酚、2-氨基-3-硝基苯酚、2-氨基苯酚、2-仲丁基苯酚、3-氨基苯酚、3-二乙基氨基苯酚、4，4′-磺酰基联苯酚、2-甲基-3-硝基苯酚、3-叔丁基苯酚、2，3-二甲氧基苯酚、4-氨基-2，5-二甲基苯酚、2，6-二甲基-4-硝基苯酚、4-仲丁基苯酚、4-异丙基苯酚、2-氨基-4-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基-2-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-氨基-5-硝基苯酚、5-异丙基-3-甲基苯酚、4-(甲基氨基)苯酚硫酸酯、4-仲丁基苯酚、3-甲氧基苯酚、3，5-二甲基苯硫酚、3，5-二甲基苯酚、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、3-(N，N′-二乙基氨基)-苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、4-乙酰氨基苯酚、2-氨基-4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2-乙基苯酚、4-乙基苯酚、以及其混合物或组合。
19.权利要求17的方法，进一步包括将溶解在溶剂中的纳米复合物与丙烯酰基多元醇以及固化剂进行混合。
20.权利要求17的方法，其中，所述进行缩聚包括：
在100-160℃的温度下回流该混合物以除去产生的水；以及
在140-195℃的温度下加热该回流的混合物以进行聚合。
21.权利要求17的方法，其中，该第一可聚合单体为式3表示的卤化物：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基，
p为0-4的整数；以及
Y为Cl、F、Br、或I，或
4，4’-二氟二苯甲酮、4，4’-二氯二苯甲酮、间二氯苯、或间二氟苯或其组合。
22.权利要求17的方法，其中，该第二可聚合单体为式4表示的卤化物：
其中，M为Na、K、或H；以及
Y为Cl、F、Br、或I；
23.权利要求17的方法，其中，该二醇化合物由式5表示：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基；
p为0-4的整数；以及
X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-Py’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5。
24.制备电解质膜的方法，该方法包括：
将磺化聚砜溶解在溶剂中以制备磺化聚砜溶液；
将粘土分散在分散介质中以得到粘土分散溶液；
将该磺化聚砜溶液与该粘土分散溶液混合以得到第一混合物；以及
将该第一混合物与碱性聚合物混合以得到所得混合物并且将该所得混合物涂覆到支撑体上，从而形成电解质膜。
25.权利要求24的方法，其中，该磺化聚砜包括选自以下的至少一种端基：2-乙酰氨基苯酚、3-乙酰氨基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3-乙基苯酚、2-氨基-4-氯苯酚、6-氨基-2，4-二氯-3-甲基苯酚、4-氨基-3-甲基苯酚、2-氨基-3-硝基苯酚、2-氨基苯酚、2-仲丁基苯酚、3-氨基苯酚、3-二乙基氨基苯酚、4，4′-磺酰基联苯酚、2-甲基-3-硝基苯酚、3-叔丁基苯酚、2，3-二甲氧基苯酚、4-氨基-2，5-二甲基苯酚、2，6-甲基-4-硝基苯酚、4-仲丁基苯酚、4-异丙基苯酚、2-氨基-4-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基-2-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-氨基-5-硝基苯酚、5-异丙基-3-甲基苯酚、4-(甲基氨基)苯酚硫酸酯、4-仲丁基苯酚、3-甲氧基苯酚、3，5-二甲基苯硫酚、3，5-二甲基苯酚、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、3-(N，N′-二乙基氨基)-苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、4-乙酰氨基苯酚、2-氨基-4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2-乙基苯酚、4-乙基苯酚、或其混合物或组合。
26.权利要求24的方法，其中，所述分散粘土在10-90℃的温度下进行。
27.权利要求24的方法，其中，该磺化聚砜由式1表示：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基；
p为0-4的整数；
X为-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、或-PY’(＝O)-，其中Y’为H或C6H5；
M为Na、K、或H；
m为0.1-10的实数；
n为0.1-10的实数；以及
k为5-500的实数。
28.权利要求27的方法，其中，该磺化聚砜通过将用于形成磺化聚砜的第一可聚合单体、用于形成磺化聚砜的第二可聚合单体、以及二醇化合物聚合而得到。
29.权利要求28的方法，其中，该第一可聚合单体为式3表示的卤化物：
其中，各R1独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、苯基、和硝基，
p为0-4的整数；以及
Y为Cl、F、Br、或I，或
4，4’-二氟二苯甲酮、4，4’-二氯二苯甲酮、间二氯苯、或间二氟苯或其组合。
30.权利要求24的方法，其中，除了碱性聚合物以外，该所得混合物进一步与丙烯酰基多元醇以及固化剂混合。
31.权利要求28的方法，其中，在聚合过程中进一步加入粘土改性剂。
32.包括纳米复合物与碱性聚合物的反应产物的纳米复合物离子络合物，该纳米复合物包括具有磺酸基的聚合物和分散在该具有磺酸基的聚合物中的未改性粘土，其中，该未改性粘土具有层状结构并且该具有磺酸基的聚合物插入到粘土的各层之间，或者，该未改性粘土具有页状剥落结构并且该未改性粘土的页状剥落层分散在该具有磺酸基的聚合物中。
33.燃料电池，包括：
阴极；
阳极；以及
权利要求1-9中任一项的电解质膜。
34.权利要求33的燃料电池，进一步包括极性有机燃料，其中通过该电解质膜抑制该极性有机燃料的渗透。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101575446B (zh) * | 2008-05-08 | 2012-11-21 | 现代自动车株式会社 | 用于燃料电池的聚合mea |
| CN103788374A (zh) * | 2012-10-29 | 2014-05-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种磺化聚芳醚砜和反渗透膜及其制备方法 |
| CN109830725A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-05-31 | 大连理工大学 | 一种长侧链型聚苯并咪唑阴离子膜及其制备方法 |
| CN117903588A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-19 | 广州昊毅新材料科技股份有限公司 | 一种离子导电材料及其制备方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010027605A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-02-04 | Canon Inc | イオン伝導性構造体、イオン伝導性高分子複合膜、膜電極接合体、燃料電池、イオン伝導性構造体の製造方法およびイオン伝導性高分子複合膜の製造方法 |
| JP2010027606A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-02-04 | Canon Inc | イオン伝導性高分子複合膜、膜電極接合体、燃料電池およびイオン伝導性高分子複合膜の製造方法 |
| US8647793B2 (en) | 2008-12-26 | 2014-02-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solid proton conductor for fuel cell and fuel cell using the same |
| KR101233384B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2013-02-14 | 제일모직주식회사 | 연료전지용 고분자 막 조성물, 이로부터 제조되는 고분자 막, 및 이를 포함하는 막-전극 접합체 및 연료전지 |
| JP5820576B2 (ja) * | 2010-10-20 | 2015-11-24 | 株式会社Kri | 複合材料の製造方法 |
| WO2013085463A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | Shogo Takamuku | Polymeric material comprising ortho-positioned acidic groups |
| US20130341277A1 (en) * | 2012-06-25 | 2013-12-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Porous Film |
| EP2868689A4 (en) * | 2012-06-29 | 2015-12-02 | Oceans King Lighting Science | METHOD FOR PRODUCING A POLYACRYLNITRILE-METHYL-METHACRYLATGEL ELECTROLYTE FILM, CORRESPONDING ELECTROLYTE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF |
| JP6566950B2 (ja) * | 2013-10-18 | 2019-08-28 | エルジー・ケム・リミテッド | イオン伝達素材、これを含む電解質膜およびその製造方法 |
| CN106104888B (zh) * | 2014-03-07 | 2019-07-19 | 东丽株式会社 | 高分子电解质膜、及使用其的带催化剂层的电解质膜、膜电极复合体及固体高分子型燃料电池 |
| WO2018151254A1 (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 国立大学法人弘前大学 | 液状組成物、固体高分子電解質膜および膜電極接合体 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0767529B2 (ja) * | 1985-09-30 | 1995-07-26 | 日東電工株式会社 | スルホン化ポリアリールエーテル系ポリマーからなる分離用膜 |
| JP2552169B2 (ja) * | 1988-04-06 | 1996-11-06 | ダイセル化学工業株式会社 | 新規芳香族ポリスルホン及びその製造方法 |
| JP2551455B2 (ja) * | 1988-04-06 | 1996-11-06 | ダイセル化学工業株式会社 | 新規芳香族ポリスルホン及びその製造方法 |
| DE4007061A1 (de) * | 1990-03-07 | 1991-09-12 | Bayer Ag | Estergruppen enthaltende aromatische polyether |
| JPH09245818A (ja) * | 1996-02-29 | 1997-09-19 | Aisin Aw Co Ltd | 燃料電池用電解質膜及びその製造方法 |
| JP2000290505A (ja) | 1999-04-07 | 2000-10-17 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | ポリサルホン樹脂組成物および製造方法 |
| DE19919881A1 (de) | 1999-04-30 | 2000-11-02 | Univ Stuttgart | Organisch-Anorganische Komposites und Kompositmembranen aus Ionomeren oder Ionomerblends und aus Schicht- oder Gerätsilicaten |
| JP3962548B2 (ja) * | 2001-01-19 | 2007-08-22 | 本田技研工業株式会社 | 高分子電解質型燃料電池 |
| JP2003277610A (ja) | 2002-03-22 | 2003-10-02 | Mitsui Chemicals Inc | 熱可塑性芳香族ポリスルホン樹脂組成物 |
| US6630265B1 (en) * | 2002-08-13 | 2003-10-07 | Hoku Scientific, Inc. | Composite electrolyte for fuel cells |
| JP2004131662A (ja) * | 2002-10-15 | 2004-04-30 | Nippon Kayaku Co Ltd | スルホアルキル化ポリスルホン系イオン交換樹脂及びそれを含有するイオン交換膜 |
| KR100496936B1 (ko) * | 2002-11-30 | 2005-06-28 | 학교법인 서강대학교 | 양성자 전도성 고분자 막, 이의 제조방법, 이를 이용한막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 |
| KR100486728B1 (ko) * | 2002-12-12 | 2005-05-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | 나노복합전해질막 및 이를 채용한 연료전지 |
| JP2006031970A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Hitachi Chem Co Ltd | プロトン伝導性高分子電解質膜、高分子電解質膜−電極接合体、それらの製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
| KR100708713B1 (ko) * | 2005-09-24 | 2007-04-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 나노복합체, 나노복합 전해질막 및 이를 이용한 연료전지 |
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Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN101575446B (zh) * | 2008-05-08 | 2012-11-21 | 现代自动车株式会社 | 用于燃料电池的聚合mea |
| CN103788374A (zh) * | 2012-10-29 | 2014-05-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种磺化聚芳醚砜和反渗透膜及其制备方法 |
| CN109830725A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-05-31 | 大连理工大学 | 一种长侧链型聚苯并咪唑阴离子膜及其制备方法 |
| CN109830725B (zh) * | 2019-02-22 | 2021-04-20 | 大连理工大学 | 一种长侧链型聚苯并咪唑阴离子膜及其制备方法 |
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