CN102532535A

CN102532535A - 导电组合物及制法、聚合物及电极、电解质膜和燃料电池

Info

Publication number: CN102532535A
Application number: CN2011104183629A
Authority: CN
Inventors: 刘大钟; 崔成宇; 朴昭英
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-04
Also published as: JP5923291B2; JP2012126900A

Abstract

导电组合物、由所述导电组合物获得的聚合物、制备所述组合物的方法、各自包含所述组合物和所述聚合物的至少一种的燃料电池电极和电解质膜、及包含所述组合物和所述聚合物的至少一种的燃料电池。所述导电组合物包含至少一种具有导电官能团的基于苯并

Description

导电组合物及制法、聚合物及电极、电解质膜和燃料电池

技术领域

本发明的各方面涉及导电组合物、其聚合物、制备所述组合物的方法、包含所述组合物或所述聚合物的用于燃料电池的电极和电解质膜、以及含其的燃料电池。

背景技术

燃料电池是作为化石能量替代品的未来的清洁能源。燃料电池还具有高的输出密度和高的能量转换效率，这意味着燃料电池可适用于大范围的领域例如无污染车辆、家用发电系统、和移动电子设备例如移动通信设备、医疗设备、及用于军事和航空航天应用的各种设备。

燃料电池包括阴极、阳极以及设置在阴极和阳极之间的电解质膜。在向其供应燃料气体的阳极中，发生燃料气体的氧化。在向其供应氧气的阴极中，发生氧气的还原。由阴极和阳极中的反应产生的电子产生电，并且附带产生热和水汽。

典型地，燃料电池的这样的电极包括由炭黑和聚四氟乙烯构成的微孔层。然而，这样的电极可得不到令人满意的导电特性，并且因此在这点上的改进是必要的。

发明内容

本发明的各方面提供导电组合物、其聚合物、制备所述导电组合物的方法、各自包含所述组合物或所述聚合物的用于燃料电池的电极和电解质膜、以及含其的燃料电池。

根据本发明的一个方面，组合物包含：由下式1表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一种；和能交联的化合物：

式1

式2

其中，在式1和2中，R₁～R₄各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；

R₆选自取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基、-C(＝O)-、及-SO₂-；和

R₅和R₅’各自独立地选自由下式3表示的基团、由下式4表示的基团、-S≡N、和-C≡CH，

式3

式4

其中，在式3和4中，X₁和X₂各自独立地为取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、或者取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基；

R₇和R₈各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、氨基、或者氰基；和

m和n各自独立地为1～3的整数。

本发明的另一方面提供作为所述组合物聚合产物的聚合物。

根据本发明的另一方面，制备组合物的方法包括对以下的酚化合物(A)、甲醛、以下的胺化合物(B)、非质子极性溶剂和有机溶剂的混合物进行热处理以获得式1和2的化合物的至少一种：

R₅NH₂或R₅’NH₂

(B)

式1

式2

其中，在式1和2中和在酚化合物(A)和胺化合物(B)的式中，R₁～R₄各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；

式3

式4

m和n各自独立地为1～3的整数。

根据本发明的另一方面，用于燃料电池的电极包含上述组合物或者上述聚合物。

根据本发明的另一方面，用于燃料电池的电解质膜包含上述组合物或者上述聚合物。

根据本发明的另一方面，燃料电池包括：阴极、阳极、及设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质膜，其中所述阴极、所述阳极和所述电解质膜的至少一个包含上述组合物或者上述聚合物。

本发明的另外的方面和/或优点将在以下描述中部分地阐明，并且部分地将由所述描述明晰，或者可由本发明的实践获知。

附图说明

由结合附图考虑的实施方式的以下描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明晰和更容易理解，其中：

图1显示由式9表示并且根据合成实施例1制备的化合物的核磁共振(NMR)谱图；

图2为说明测量实施例1、3、4和对比例1中形成的微孔层的导电性的结果的图；

图3和4分别为实施例3和对比例1的微孔层的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图5为实施例1和对比例1中制造的燃料电池的电池电压对电流密度的图；和

图6为说明测量实施例1、5和对比例1中形成的微孔层的导电性的结果的图。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的当前实施方式，其实例说明在附图中。以下通过参照附图描述实施方式以说明本发明的各方面。

本发明的一个方面提供组合物，其包含由式1表示的化合物和由式2表示的化合物的至少一种，和能交联的化合物。

式1

式2

在式1和2中，R₁～R₄各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；

R₆选自取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基、-C(＝O)-、和-SO₂-；

R₅和R₅’为导电官能团，其各自选自由式3表示的基团、由式4表示的基团、-S＝N、和-C≡CH，

式3

式4

在式3和4中，X₁和X₂各自独立地为取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、或者取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基；

R₇和R₈可各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、氨基、或者氰基；

m和n各自独立地为1～3的整数。

R₅和R₅’各自独立地为由下式5A～5C表示的基团之一：

式5A 式5B 式5C

在式5A中，a为1～5的整数。

而且，在式3和4中，X₁和X₂可各自为亚甲基、亚乙基、亚苯基等。

当所述组合物包含式1的化合物和式2的化合物两者时，式2的化合物可为约0.1重量份～约100重量份，基于100重量份的式1的化合物。

本发明的另一方面提供作为上述组合物聚合产物的聚合物。

式1和2的化合物可耐化学品、热和酸，并且可由于其中的导电官能团而具有导电特性。

在形成燃料电池电极时，可使用包含式1和2的化合物的至少一种的组合物、和作为所述组合物聚合产物的聚合物。所述组合物可进一步包含能交联的化合物。

当用于微孔层中时，所述组合物以及来自于其的聚合物可改善所述微孔层中组分的分散性和结合强度，从而防止所述微孔层在非均匀的厚度下破裂。所述微孔层可用于形成具有良好导电特性的电极。

式2的化合物的实例包括由下式6～8表示的化合物：

式6

式7

式8

在式6-8中，R₇、R₇’和R₇”各自独立地为氢原子、C₁-C₂₀烷基、C₆-C₂₀芳基、C₂-C₂₀杂芳基、C₂-C₂₀杂芳氧基、C₄-C₂₀碳环基团、C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；并且在式6中，a为1～5的整数。

式2的化合物可包括由下式9-11和式19表示的化合物之一。

式9

式10

式11

式19

所述能交联的化合物可包括具有可与式1和2的化合物的至少一种交联的官能团的任何化合物。所述能交联的化合物包括任何含氮的芳族化合物，包括五元环状的含氮的芳族化合物、和六元环状的含氮的芳族化合物，例如聚嘧啶。

所述能交联的化合物可为选自基于聚唑的材料、聚

唑和聚酰亚胺的至少一种材料。

当使用基于聚唑的材料作为所述能交联的化合物时，最终产物可为由式1和2的化合物的至少一种的聚合物和所述基于聚唑的材料的接枝聚合获得的接枝共聚物。如本文中使用的术语“式1和2的化合物的至少一种和基于聚唑的材料的聚合产物”指上述接枝共聚物。

所述基于聚唑的材料表示其重复单元包含具有至少一个氮原子的至少一个芳基环的聚合物。所述芳基环可包括具有1～3个氮原子的5元或6元原子环，其可与另外的环例如另外的芳基环或杂芳基环稠合。在这点上，所述氮原子可用氧、磷和/或硫原子代替。所述芳基环的实例包括苯基、萘基、六氢吲哚基、茚满基、四氢萘基等。

所述基于聚唑的材料可在如上所述的重复单元中具有至少一个氨基。在这点上，所述至少一个氨基可为伯、仲或叔氨基，其作为所述芳基环的一部分或者所述芳基环的取代基的一部分。

术语“氨基”表示具有与至少一个碳或杂原子共价结合的氮原子的基团。所述氨基可指例如-NH₂。

术语“氨基”还指具有与至少一个另外的烷基结合的氮的“烷基氨基基团”、以及具有与一个或两个所选芳基结合的氮原子的“芳基氨基”和“二芳基氨基”基团。

制备所述基于聚唑的材料以及包括所述基于聚唑的材料的聚合物膜的方法公开于US 2005/256296A中。

所述基于聚唑的材料的实例包括由式21～34表示的基于聚唑的材料。

式21

式22

式23

式24

式25

式26

式27

式28

式29

式30

式31

式32

式33

式34

在式21～34中，总称为Ar的基团可为Ar、或者Ar⁰～Ar¹¹。各个这样的Ar可与各个其它这样的Ar相同或不同，并且可为单环或多环C₆-C₂₀芳基或者C₂-C₂₀杂芳基。

X₃～X₁₁可彼此相同或不同，并且可为氧原子、硫原子或者-N(R’)；并且R’可为氢原子、C₁-C₂₀烷基、C₁-C₂₀烷氧基或C₆-C₂₀芳基；

R₉可彼此相同或不同，并且可为氢原子、C₁-C₂₀烷基或者C₆-C₂₀芳基；和

n₀、n₄～n₁₆、和m₂可各自独立地为10或更大的整数，并且在一些实施方式中，可各自为100或更大的整数，并且在一些其它实施方式中，可各自为100～100,000的整数。

所述芳基或杂芳基的实例包括苯、萘、联苯、二苯基醚、二苯基甲烷、二苯基二甲基甲烷、bisphenone、二苯基砜、喹啉、吡啶、联吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、四嗪、吡咯、吡唑、蒽、苯并吡咯、苯并三唑、苯并

噻唑、苯并

二唑、苯并吡啶、苯并吡嗪、苯并哒嗪、苯并嘧啶、苯并三嗪、吲嗪、喹嗪、吡啶并吡啶、咪唑并嘧啶、吡嗪并嘧啶、咔唑、吖丙啶、吩嗪、苯并喹啉、吩

嗪、吩噻嗪、苯并蝶啶、菲咯啉和菲基团，其中这些芳基或杂芳基可具有取代基。

以上定义的Ar¹、Ar⁴、Ar⁶、Ar⁷、Ar⁸、Ar⁹、Ar¹⁰和Ar¹¹可具有任何可取代型式。例如，如果Ar¹、Ar⁴、Ar⁶、Ar⁷、Ar⁸、Ar⁹、Ar¹⁰和Ar¹¹为亚苯基，则Ar¹、Ar⁴、Ar⁶、Ar⁷、Ar⁸、Ar⁹、Ar¹⁰和Ar¹¹可为邻亚苯基、间亚苯基或者对亚苯基。

所述烷基可为C₁-C₄短链烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基或者叔丁基。所述芳基可为例如苯基或者萘基。

所述取代基的实例包括卤原子例如氟、氨基、羟基、和C₁-C₄短链烷基例如甲基或乙基。

所述基于聚唑的材料的实例包括聚咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并

唑、聚

二唑、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚吡啶、聚嘧啶、和聚四氮杂芘。

所述基于聚唑的材料可包括包含选自由以上式21～34表示的单元的至少两种单元的共聚物或者共混物。所述基于聚唑的材料可包括包含选自式21～34的单元的至少两种单元的嵌段共聚物(二嵌段或三嵌段)、无规共聚物、周期共聚物或者交替聚合物。

在一些实施方式中，所述基于聚唑的材料可仅包含由式21和22表示的单元的至少一种。

所述基于聚唑的材料的实例包括由下式35～61表示的聚合物：

式35

式36

式37

式38

式39

式40

式41

式42

式43

式44

式45

式46

式47

式48

式49

式50

式51

式52

式53

式54

式55

式56

式57

式58

式59

式60

式61

在式35～61中，l、n₁₇～n₄₃、和m₃～m₇可各自为10或更大的整数，并且在一些实施方式中，可为100或更大的整数，z可为化学键、-(CH₂)_S-、-C(＝O)-、-SO₂-、-C(CH₃)₂-、或者-C(CF₃)₂-；并且s可为1～5的整数。

所述基于聚唑的材料可包括：包括由下式12表示的间-聚苯并咪唑(PBI)的化合物、或者包括由下式13表示的对-PBI的化合物。

式12

在式12中，n₁为10或更大的整数；

式13

在式13中，n₂为10或更大的整数。

式12和13的化合物可各自具有1,000,000或更小的数均分子量。

例如，所述基于聚唑的材料可包括由下式14表示的基于苯并咪唑的聚合物。

式14

在式14中，R₉和R₁₀各自独立地为氢原子、未取代或取代的C₁-C₂₀烷基、未取代或取代的C₁-C₂₀烷氧基、未取代或取代的C₆-C₂₀芳基、未取代或取代的C₆-C₂₀芳氧基、未取代或取代的C₃-C₂₀杂芳基、或者未取代或取代的C₃-C₂₀杂芳氧基，其中R₉和R₁₀可连接形成C₄-C₂₀碳环基团或者C₃-C₂₀杂环基团；

Ar¹²为取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基或者取代或未取代的C₃-C₂₀亚杂芳基；

R₁₁～R₁₃各自独立地为选自如下的单取代或多取代的取代基：氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₃-C₂₀杂芳基、和取代或未取代的C₃-C₂₀杂芳氧基。

L表示连接体，和其选自单键、取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基、-C(＝O)-和-SO₂-；

m₁为0.01～1；

a₁为0或1；

n₃为0～0.99的数；和

k为10～250的数。

所述基于苯并咪唑的聚合物可包括由下式15表示的化合物或者由下式16表示的化合物：

式15

在式15中，k₁表示聚合度并且为10～300的数。

式16

在式16中，m₈为0.01～1的数，并且在一些实施方式中，可为1或者0.1～0.9的数；并且n₄₄为0～0.99的数，并且在一些实施方式中，可为0或者0.1～0.9的数；和

k₂为10～250的数。

当使式1和2的化合物的至少一种与所述基于聚唑的化合物聚合时，所述能交联的化合物的量可为约5重量份～约210重量份，并且在一些实施方式中，可为约40重量份～约210重量份，基于100重量份的所述式1和2的化合物的至少一种。当所述能交联的化合物的量在这些范围内时，由该聚合得到的聚合物的质子导电性可为良好的。

下文中，将描述根据本发明实施方式的包含式1和2的化合物的至少一种的组合物的制备方法。首先，合成式1和2的化合物的至少一种。随后，如果需要，可将根据上述过程获得的式1的化合物和式2的化合物混合在一起以获得目标组合物。式2的化合物的量可为约0.01重量份～约100重量份，基于100重量份的式1的化合物。

现在将在下文中描述制备式1和2的化合物的至少一种的方法。将酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)混合在一起，然后热处理。

R₅NH₂或R₅’NH₂

(B)

式1

式2

在式1和2以及酚化合物(A)和胺化合物(B)的式中，R₁～R₄各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；

R₅和R₅’为导电官能团，其各自独立地选自由式3表示的基团、由式4表示的基团、-S≡N、和-C≡CH，

式3

式4

在式3和4中，X₁和X₂可各自独立地为取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基、或者取代或未取代的C₂-C₂₀亚杂芳基；

R₇和R₈可各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、氨基、或者氰基；和

m和n各自独立地为1～3的整数。

当将酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)混合在一起时，可加入非质子极性溶剂和有机溶剂。酚化合物(A)、甲醛、胺化合物(B)、非质子极性溶剂、和有机溶剂的加入和混合顺序没有特别限制。将非质子极性溶剂和有机溶剂加入到酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)中的顺序也没有特别限制。在一个实施方式中，可将非质子有机溶剂和有机溶剂加入到甲醛和胺化合物(B)的混合物中，然后可向其中加入酚化合物(A)并且将该组合混合在一起。

如上所述的非质子极性溶剂和有机溶剂的加入使得能够将酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)均匀混合，以高的产率获得式1和2的化合物的至少一种。如果未使用非质子极性溶剂将酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)混合在一起，获得式1和2的化合物的至少一种可为困难的。

非质子极性溶剂可包括选自如下的至少一种溶剂：N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四亚甲基砜、1，2-二甲基-2-咪唑烷酮、和N-甲基甲酰胺。

所述有机溶剂可包括1，4-二氧六环、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃(THF)、基于苯的溶剂、或其混合物。

在一个实施方式中，所述有机溶剂可包括基于苯的溶剂。所述基于苯的溶剂可包括选自苯、甲苯和二甲苯的至少一种溶剂。

非质子极性溶剂与有机溶剂的混合比以体积计可为约1∶9～约9∶1，并且在一些实施方式中，以体积计可为约1∶5～约5∶1。在一个实施方式中，非质子极性溶剂与有机溶剂的混合比以体积计可为约1∶3。

在将酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)混合在一起时，可进一步加入选自对甲苯磺酸、五氯化磷(PCl₅)、和磷酰氯(POCl₃)的至少一种催化剂。所述催化剂的量可为约10^-6摩尔～约5×10^-1摩尔，基于1摩尔的酚化合物(A)。当所述催化剂的量在该范围内时，可以高产率获得式1和2的化合物的至少一种。

所述热处理可在约80℃～约250℃的温度下进行。

甲醛的量可为约2摩尔～约5摩尔，并且在一些实施方式中，可为约4.4摩尔，基于1摩尔的酚化合物(A)。胺化合物(B)的量可为约1摩尔～约4摩尔，并且在一些实施方式中，可为约2.2摩尔，基于1摩尔的酚化合物(A)。当甲醛和胺化合物(B)的量在这些相应范围内时，可以高产率获得式1和2的化合物的至少一种。

下文中，将描述根据本发明实施方式的式1和2的化合物的至少一种的聚合物的制备方法。在这点上，将描述作为式2的化合物的实例的由下式6表示的化合物的非限制性的示例性制备方法。

由下式6表示的化合物可通过酚化合物(A)、甲醛和胺化合物(B)的反应制备，如以下反应方案1中所示。所述反应在其中使用非质子极性溶剂和有机溶剂的混合溶剂的条件下进行。

当酚化合物(A)、甲醛、和胺化合物(B)反应时，可进一步加入选自对甲苯磺酸、五氯化磷(PCl₅)、和磷酰氯(POCl₃)的一种催化剂。

可使用与以上所述相同种类和相同量的非质子极性溶剂和有机溶剂。可使用与以上所述相同量的催化剂。

反应温度可为约80℃～约150℃。

反应方案1

式6

在以上反应方案1和式6中，R₇、R₇’、和R₇”各自独立地为氢原子、C₁-C₂₀烷基、C₆-C₂₀芳基、C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、C₄-C₂₀碳环基团、C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、氨基、或者氰基；并且a为1～5的整数。

在以上反应方案1中，甲醛的量可为约2摩尔～约5摩尔，并且在一些实施方式中，可为约4.4摩尔，基于1摩尔的酚化合物(A)。胺化合物(B)的量可为约1摩尔～约4摩尔，并且在一些实施方式中，可为约2.2摩尔，基于1摩尔的酚化合物(A)。当甲醛和胺化合物(B)的量在这些相应范围内时，可以高产率获得式6的化合物。

上式1的化合物也可以其中合成作为式2的化合物的实例的式6的化合物的类似方法合成。

在一些实施方式中，作为所述组合物聚合产物的聚合物可包括由下式17表示的化合物。式17的化合物可为所述聚合物的一部分。

式17

在式17中，n₄₄为5～200的整数。

所述组合物以及由其获得的聚合物的至少一种可用作用于燃料电池的电极添加剂。用于燃料电池的电极可具有包括催化剂层和气体扩散层(GDL)的结构。可在所述GDL和所述催化剂层之间进一步设置微孔层。所述微孔层可降低所述气体扩散层对所述催化剂层的接触电阻并且可促进气体渗透和作为反应副产物的水的排放。

根据本发明的另一方面，用于燃料电池的电极包括气体扩散层和微孔层、以及催化剂层，并且所述气体扩散层、所述微孔层和所述催化剂层的至少一个包含如下的至少一种：上述组合物，以及作为所述组合物的聚合产物的聚合物。例如，所述气体扩散层、所述微孔层和所述催化剂层的至少一个包含所述聚合物。

根据本发明的另一方面，用于燃料电池的电极包括微孔层和催化剂层的至少一个，例如微孔层或催化剂层，其包含如下的至少一种：上述组合物，以及作为所述组合物的聚合产物的聚合物。例如，所述微孔层或者所述催化剂层包含所述聚合物。

根据本发明的另一方面，用于燃料电池的电极包括气体扩散层和微孔层、以及催化剂层；并且所述气体扩散层和所述微孔层包含如下的至少一种：上述组合物，以及作为所述组合物的聚合产物的聚合物。例如，所述气体扩散层和所述微孔层包含所述聚合物。

包含式1和2的化合物的至少一种的组合物可进一步包含能交联的化合物。

首先，将详细描述制造包括催化剂层、微孔层和GDL的用于燃料电池的电极的方法。对于不包括微孔层的电极，所述催化剂层可直接形成于所述GDL上。

所述微孔层可包含如下的至少一种以及导电材料：上述组合物以及作为所述组合物聚合产物的聚合物。

所述组合物以及由其获得的聚合物的至少一种可为约0.1重量份～约0.5重量份，基于1重量份的所述导电材料。当所述组合物和所述聚合物的至少一种的量在该范围内时，所述导电材料可有效地结合在所述导电层中，从而降低电极电阻。所述导电材料可包括炭黑、石墨、玻璃碳、活性炭(activated charcoal)、碳纤维、活性碳(activated carbon)、碳气凝胶、或者其混合物。

形成所述微孔层的方法如下。首先，将所述导电材料分散或者溶解在溶剂中以制备混合物A。所述溶剂的实例包括乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等。所述溶剂的量可为约200重量份～约500重量份，基于100重量份的所述导电材料。当所述溶剂的量在该范围内时，可实现在所述微孔层形成方面的良好加工性。

同时，将式1和2的化合物的至少一种分散或者溶解在溶剂中以制备混合物B。可向所述混合物B进一步加入能交联的化合物。所述溶剂可包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等。

所述溶剂的量可为约1,000重量份～约2,000重量份，基于100重量份的式1和2的化合物的至少一种。当所述溶剂的量在该范围内时，这可导致在所述微孔层形成方面的良好加工性。

将混合物A和混合物B混合在一起以获得混合物，将该混合物涂布在所述GDL上。涂布方法的非限制性实例包括刮条涂布、带式流延、丝网印刷等。

可使用多孔碳载体作为所述GDL。所述多孔碳载体的实例包括炭纸、碳布等。

任选地对所述GDL上涂布有所述混合物的所得结构进行热处理以形成微孔层。热处理温度可为约200℃～约270℃。

根据上述方法形成的微孔层可具有约30nm～约80nm的厚度、以及约12Ωcm²/cm～约14Ωcm²/cm(约12Ω～约14Ω)的电阻。

然后，在所述微孔层上形成所述催化剂层，从而完成所述用于燃料电池的电极的制造。所述催化剂层包含催化剂。所述催化剂可为铂(Pt)、铂与选自如下的至少一种金属的合金或混合物：金(Au)、钯(Pd)、铑(Ru)、铱(Ir)、钌(Ru)、锡(Sn)、钼(Mo)、钴(Co)、和镉(Cr)。可将所述Pt、所述合金、或者所述混合物负载于碳质载体上。

所述电极的催化剂层可进一步包含粘合剂。所述粘合剂可包括选自如下的至少一种：聚(偏氟乙烯)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、和聚氨酯。

在一些实施方式中，所述粘合剂可包括上述组合物以及由其获得的聚合物的至少一种，其中所述组合物包括式1和2的化合物的至少一种，如上所述。

所述组合物可进一步包含粘合剂。如上所述，当使用上述的包括式1和2的化合物的至少一种的组合物、以及作为所述组合物聚合产物的聚合物的至少一种形成所述微孔层和所述催化剂层时，可形成具有提高的导电材料分散性和结合强度的均匀电极。

所述粘合剂的量可为约0.001重量份～约0.5重量份，并且在一些实施方式中，可为约0.01重量份～约0.1重量份，基于1重量份的所述催化剂。当所述粘合剂的量在这些范围内时，所述电极的导电性可以在电极中提高的导电材料的结合强度而改善。

可使用任意各种已知方法制造所述用于燃料电池的电极的催化剂层。形成所述催化剂层的非限制性的示例性方法如下。首先，将催化剂分散在溶剂中。所述溶剂可包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)等。所述溶剂的量可为约1重量份～约10重量份，基于1重量份的所述催化剂。

将式1和2的化合物的至少一种和溶剂的混合物加入到该分散体中，然后搅拌以获得涂布溶液。可进一步向所述涂布溶液中加入粘合剂。在一个实施方式中，可进一步向所述涂布溶液中加入基于聚唑的材料。

所述溶剂可包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)等。式1和2的化合物的至少一种的量可为约0.001重量份～约0.5重量份，基于1重量份的所述催化剂。当将式1和2的化合物的至少一种与普通粘合剂一起使用时，所述式1和2的化合物的至少一种的量可为约0.001重量份～约0.1重量份，基于1重量份的所述催化剂。当所述式1和2的化合物的至少一种的量在该范围内时，所述电极可具有改善的导电特性。

将所述涂布溶液涂布在所述微孔层的表面上，并且干燥，从而完成所述电极的制造。对于不包括所述微孔层的电极，所述催化剂层可直接形成于所述GDL上。

所述涂布溶液的涂布方法没有特别限制。所述涂布方法的实例包括使用刮刀涂布、刮条涂布、丝网印刷等。

在将所述涂布溶液涂布在所述微孔层的表面上之后，将所得结构在约20℃～约150℃的温度下干燥以除去所述溶剂。干燥时间可取决于干燥温度而变化。在一些实施方式中，干燥时间可为约10分钟～约120分钟。

所述用于电极的催化剂层可以另一方式形成。即，不是直接涂布在所述微孔层或者所述GDL的表面上，而是可将所述涂布溶液涂布在单独的载体上，干燥，和从所述载体分离以制备催化剂层，然后可将所述催化剂层置于所述微孔层或者所述GDL上，从而完成所述电极的制造。所述用于电极的催化剂层也可使用上述组合物以及由其获得的聚合物的至少一种形成。

以下将描述包括上述电极的燃料电池的制造方法。可使用燃料电池中常用的任何电解质膜。电解质膜的合适实例包括聚苯并咪唑电解质膜、聚苯并

嗪-聚苯并咪唑共聚物电解质膜、多孔PTFE膜、基于氟磺酸的膜、基于砜的烃膜、以及如美国专利申请公布No.20070275285A中公开的电解质膜。

以与所述电极类似的方式，所述电解质膜可包含由包含式1和2的化合物的至少一种的组合物的聚合获得的聚合物。

所述电解质膜可进一步包含质子导体。所述质子导体的实例包括多磷酸、亚磷酸(H₃PO₃)、正磷酸(H₃PO₄)、焦磷酸(H₄P₂O₇)、三磷酸(H₅P₃O₁₀)、偏磷酸、以及其衍生物。所述质子导体的浓度可为约80重量％～约98重量％，并且在一些实施方式中，可为80重量％、90重量％、95重量％、或者98重量％。

电解质膜可使用由式1和2的化合物的至少一种的聚合获得的聚合物，根据美国专利申请公布20070275285A中公开的方法制造。

上式中的取代基可如下定义。

如本文中使用的术语“烷基”指完全饱和的支化或者非支化(或者直链或线型)的烃部分。本文中使用的烷基的实例包括，但不限于，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、2，2-二甲基戊基、2，3-二甲基戊基、和正庚基。

所述烷基的至少一个氢原子可被如下代替：卤原子、卤原子取代的C₁-C₂₀烷基(例如，CCF₃、CHCF₂、CH₂F和CCl₃)、C₁-C₂₀烷氧基、C₂-C₂₀烷氧基烷基、羟基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼基、腙基、羧基或其盐、磺酰基、氨磺酰基、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、C₁-C₂₀烷基、C₂-C₂₀烯基、C₂-C₂₀炔基、C₁-C₂₀杂烷基、C₆-C₂₀芳基、C₆-C₂₀芳烷基、C₆-C₂₀杂芳基、C₇-C₂₀杂芳烷基、C₆-C₂₀杂芳氧基、C₆-C₂₀杂芳氧基烷基、或者C₆-C₂₀杂芳烷基。

如本文中使用的术语“卤原子”指氟、溴、氯或碘。

如本文中使用的术语“卤原子取代的C₁-C₂₀烷基”指被一个或多个卤素基团取代的C₁-C₂₀烷基，并且被一个或多个卤素基团取代的C₁-C₂₀烷基的非限制性实例为单卤代烷基、二卤代烷基、和多卤代烷基(包括全卤代烷基)。单卤代烷基在所述烷基中具有一个碘、溴、氯或氟，并且二卤代烷基和多卤代烷基在所述烷基中具有两个或更多个相同的卤素原子或者不同卤素基团的组合。

如本文中使用的术语“烷氧基”指烷基-O-，其中烷基是在本文中以上定义的。烷氧基的实例包括，但不限于，甲氧基、乙氧基、丙氧基、2-丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基等。所述烷氧基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语烷氧基烷基指其中烷基被烷氧基取代的如上定义的烷基。所述烷氧基烷基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基代替。术语烷氧基烷基包括取代的烷氧基烷基部分。

术语“烯基”指具有至少一个碳-碳双键的支化或非支化的烃部分。烯基的实例为，但不限于，乙烯基、烯丙基、丁烯基、异丙烯基或者异丁烯基。所述烯基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“炔基”指具有至少一个碳-碳三键的支化或非支化的烃部分。炔基的实例为，但不限于，乙炔基、丁炔基、异丁炔基或者异丙炔基。炔基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“芳基”单独使用或组合使用，并且指具有一个或多个环的芳烃基团。术语“芳基”还指其中芳环与一个或多个环烷基环稠合的基团。芳基的实例为，但不限于，苯基、萘基、或者四氢萘基。芳基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“芳烷基”为被芳基取代的烷基。芳烷基的实例为苄基或者苯基-CH₂CH₂-。

术语“芳氧基”包括-O-芳基，其中芳基是在本文中定义的。芳氧基的实例为苯氧基等。芳氧基的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基代替。

术语“杂芳基”指含有选自N、O、P和S的一个或多个杂原子并且剩余的环原子为碳原子的单环或双环芳族基团。所述杂芳基可包含例如1～5个杂原子和5～10个环成员。S或N可被氧化至各种氧化态。

典型的单环杂芳基包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、噻唑基、异噻唑基、1，2，3-

二唑基、1，2，4-

二唑基、1，2，5-

二唑基、1，3，4-

二唑基、1，2，3-噻二唑基、1，2，4-噻二唑基、1，2，5-噻二唑基、1，3，4-噻二唑基、异噻唑-3-基、异噻唑-4-基、异噻唑-5-基、

唑-2-基、

唑-4-基、

唑-5-基、异

唑-3-基、异

唑-4-基、异

唑-5-基、1，2，4-三唑-3-基、1，2，4-三唑-5-基、1，2，3-三唑-4-基、1，2，3-三唑-5-基、四唑基、吡啶-2-基、吡啶-3-基、2-吡嗪-2-基、吡嗪-4-基、吡嗪-5-基、2-嘧啶-2-基、4-嘧啶-2-基、和5-嘧啶-2-基。

术语“杂芳基”还指其中杂芳环与一个或多个芳基、脂环族或杂环的环稠合的基团。双环杂芳基的实例为吲哚基、异吲哚基、吲唑基、吲嗪基、嘌呤基、喹嗪基、喹啉基、异喹啉基、噌啉基、酞嗪基、萘啶基、喹唑啉基、喹喔啉基、菲啶基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩

嗪基、苯并异喹啉基、噻吩并[2，3-b]呋喃基、呋喃并[3，2-b]-吡喃基、5H-吡啶并[2，3-d]-o-

嗪基、1H-吡唑并[4，3-d]-唑基、4H-咪唑并[4，5-d]噻唑基、吡嗪并[2，3-d]哒嗪基、咪唑并[2，1-b]噻唑基、咪唑并[1，2-b][1，2，4]三嗪基、7-苯并[b]噻吩基、苯并

唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并氧杂

基(benzoxapinyl)、苯并

嗪基、1H-吡咯并[1，2-b][2]苯并氮杂

基(benzazapinyl)、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并三唑基、吡咯并[2，3-b]吡啶基、吡咯并[3，2-c]吡啶基、吡咯并[3，2-b]吡啶基、咪唑并[4，5-b]吡啶基、咪唑并[4，5-c]吡啶基、吡唑并[4，3-d]吡啶基、吡唑并[4，3-c]吡啶基、吡唑并[3，4-c]吡啶基、吡唑并[3，4-d]吡啶基、吡唑并[3，4-b]吡啶基、咪唑并[1，2-a]吡啶基、吡唑并[1，5-a]吡啶基、吡咯并[1，2-b]哒嗪基、咪唑并[1，2-c]嘧啶基、吡啶并[3，2-d]嘧啶基、吡啶并[4，3-d]嘧啶基、吡啶并[3，4-d]嘧啶基、吡啶并[2，3-d]嘧啶基、吡啶并[2，3-b]吡嗪基、吡啶并[3，4-b]吡嗪基、嘧啶并[5，4-d]嘧啶基、吡嗪并[2，3-b]吡嗪基、和嘧啶并[4，5-d]嘧啶基。所述杂芳基中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“杂芳烷基”被杂芳基取代的烷基。

术语“杂芳氧基”包括-O-杂芳基部分。杂芳氧基中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“杂芳氧基烷基”指被杂芳氧基取代的烷基。杂芳氧基烷基中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基代替。

如本文中使用的术语“碳环”指饱和或部分不饱和的但是非芳族的单环、双环或三环烃基团。示例性的单环烃基团包括环戊基、环戊烯基、环己基和环己烯基。示例性的双环烃基团包括冰片基、十氢萘基、双环[2.1.1]己基、双环[2.2.1]庚基、双环[2.2.1]庚烯基、和双环[2.2.2]辛基。示例性的三环烃基团包括金刚烷基。碳环中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“杂环”指包含杂原子例如N、S、P或O的含有5～10个环原子的环，并且杂环的实例为吡啶基。杂环中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“杂环氧基”包括-O-杂环基，并且杂环氧基中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“磺酰基”包括R”-SO₂-，其中R”为氢、烷基、芳基、杂芳基、芳基-烷基、杂芳基-烷基、烷氧基、芳氧基、环烷基、或者杂环基。

术语“氨磺酰基”包括H₂NS(O)₂-、烷基-NHS(O)₂-、(烷基)₂NS(O)₂-、芳基-NHS(O)₂-、烷基(芳基)-NS(O)₂-、(芳基)₂NS(O)₂-、杂芳基-NHS(O)₂-、(芳基-烷基)-NHS(O)₂-、或者(杂芳基-烷基)-NHS(O)₂-。氨磺酰基中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

术语“氨基”包括其中氮原子与至少一个碳或杂原子共价结合的基团。术语“氨基”还包括-NH₂。

该术语还包括其中氮与至少一个另外的烷基结合的“烷基氨基”。该术语还包括其中氮分别与一个或两个独立选择的芳基结合的“芳基氨基”和“二芳基氨基”基团。

术语“亚烷基”、“亚烯基”、“亚炔基”、“亚芳基”和“亚杂芳基”如以上所述定义的，除了将作为一价基团的“烷基”、“烯基”、“炔基”、“芳基”和“杂芳基”变化为二价基团之外。“亚烷基”、“亚烯基”、“亚炔基”、“亚芳基”和“亚杂芳基”中的至少一个氢原子可被与以上关于所述烷基所述的相同取代基之一代替。

包括具有改善的导电特性的电极的燃料电池可在电流密度方面具有改善的电池性能。所述燃料电池适合于在高温、非增湿条件下使用。

下文中，将参照以下实施例详细地描述本发明的一个或多个实施方式。这些实施例不意图限制本发明的一个或多个实施方式的目的和范围。

合成实施例1：由式9表示的化合物的制备

将4.4摩尔甲醛及2.2摩尔2-噻吩-甲基胺与120ml甲苯及40ml N，N-二甲基甲酰胺混合，并且向其中加入催化量的对甲苯磺酸。使该混合物在约80℃反应1小时，和将1摩尔双酚-S加入到该经反应的混合物中并且在约120℃反应约2小时以获得粗产物。

将该粗产物用1N NaOH水溶液洗涤两次并且用蒸馏水洗涤一次，和用硫酸镁干燥。随后，将所得物过滤，然后从其除去溶剂。然后，将所得物在真空下干燥以获得由下式9表示的化合物，产率为80％。

式9

使用核磁共振(MR)波谱法确认所获得化合物的结构。结果示于图1中。

合成实施例2：由式19表示的化合物的制备

以与合成实施例1中相同的方式制备由下式19表示的化合物，除了使用由下式18表示的4-(噻吩-3-基)苯胺和苯酚分别代替2-噻吩-甲基胺和双酚-S之外。

式18

式19

合成实施例3：由式10表示的化合物的制备

以与合成实施例1中相同的方式制备由下式10表示的化合物，除了使用由下式20表示的4-(噻吩-2-基)苯胺代替2-噻吩-甲基胺之外。

式20

式10

制备实施例1：组合物的制备

将65重量份的通过合成实施例制备的由式9表示的化合物和35重量份的由式12表示的化合物混合以得到组合物。

实施例1：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

将1g炭黑和4g乙二醇混合在一起，然后将该混合物与0.2g由下式9表示的化合物在0.8g N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的混合溶液混合。

[式9]

将所得混合物在用5重量％聚四氟乙烯处理的炭纸上带式流延，然后在约250℃热处理以在所述炭纸上形成微孔层。

同时，将1g Pt/Co催化剂(在碳上的45重量％的Pt和5重量％的Co)和3g用作溶剂的NMP置于搅拌容器中。使用高速搅拌器搅拌该混合物以制备浆料。

接着，向该混合物中加入在NMP中的5重量％偏氟乙烯-共-六氟丙烯共聚物的溶液，直至混合物中偏氟乙烯-共-六氟丙烯共聚物的量达到0.026g，之后混合约10分钟以制备用于形成阴极催化剂层的浆料。

将所述用于形成阴极催化剂层的浆料涂布在微孔层上，和将所得物在室温下干燥1小时，在约80℃干燥约1小时，在约120℃干燥约30分钟，并且在约150℃干燥约15分钟以制造阴极。阴极中负载的Pt的量为1.5mg/cm²。

如下制造阳极。将0.5g Pt/Ru催化剂(负载于碳上的30重量％的Pt和15重量％的Ru)和6g用作溶剂的NMP置于搅拌容器中，并且使用高速搅拌器搅拌约2分钟。随后，向该混合物中加入0.05g聚偏氟乙烯在1g NMP中的溶液，之后进一步搅拌约2分钟以制备用于形成阳极催化剂层的浆料。使用刮条涂布器将所述用于形成阳极催化剂层的浆料涂布在涂布有微孔层的炭纸上，以制造阳极。阳极中负载的Pt的量为0.9mg/cm²。

同时，将65重量份的由下式62表示的化合物和35重量份的由下式12表示的聚苯并咪唑(间-PBI)共混，并且将该共混物在约80℃～约220℃的温度下固化。

式62

[式12]

随后，将所得物用85重量％的磷酸在约80℃浸渍约4小时或更长以形成电解质膜。磷酸的量为约300重量份，基于100份的所述电解质膜的总重量。

将电解质膜设置在阴极和阳极之间以制造膜电极组件(MEA)。

为了防止阴极和阳极之间的气体渗透，将具有200μm厚度的PTFE膜主垫圈和具有20μm厚度的PTFE膜副垫圈接合并且设置在阳极和阴极的每一个与电解质膜之间。使用转矩扳手调节施加至MEA的压力并且使用1、2和3N-m转矩扳手使其逐渐升高。

通过在电解质膜上非增湿的条件下在150℃将氢气供应至阳极(流速：100ccm)和将空气供应至阴极(流速：250ccm)产生电，并且测量燃料电池的特性。基于使用磷酸掺杂的电解质的燃料电池的性能随着时间而改善的事实，将该燃料电池活化，直至运行电压达到峰值电压，然后评价燃料电池的特性。阴极和阳极各自的面积设置为7.84cm²(＝2.8cm×2.8cm)。阴极为约490μm厚和阳极为约390μm厚。

实施例2：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

将1g炭黑和4g乙二醇混合在一起，然后将该混合物与0.2g聚四氟乙烯在0.8g N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的混合溶液混合。

接着，向该混合物中加入式9的化合物在NMP中的20重量％溶液，直至混合物中式9的化合物的量达到0.025g，之后混合约10分钟以制备用于形成阴极催化剂层的浆料。

[式9]

将所述用于形成阴极催化剂层的浆料涂布在微孔层上，和将所得物在室温下干燥约1小时，在约80℃干燥约1小时，在约120℃干燥约30分钟，并且在约150℃干燥约15分钟以制造阴极。阴极中负载的Pt的量为1.5mg/cm²。

如下制造阳极。将2g包括负载于碳上的30重量％的Pt和15重量％的Ru的Pt/Ru催化剂和9g用作溶剂的NMP置于搅拌容器中，并且使用高速搅拌器搅拌约2分钟。

随后，向该混合物中加入0.05g聚偏氟乙烯在1g NMP中的溶液，之后进一步搅拌约2分钟以制备用于形成阳极催化剂层的浆料。使用刮条涂布器将所述用于形成阳极催化剂层的浆料涂布在涂布有微孔层的炭纸上，以制造阳极。阳极中负载的Pt的量为0.9mg/cm²。

同时，将65重量份的由下式62表示的化合物和35重量份的由下式12表示的聚苯并咪唑(间-PBI)共混，并且使该共混物在约80℃～约220℃的温度下固化。

式62

[式12]

随后，将所得物用85重量％的磷酸在约80℃浸渍约4小时或更长以形成电解质膜。磷酸的量为约500重量份，基于100重量份的所述电解质膜。

将电解质膜设置在阴极和阳极之间以制造膜电极组件(MEA)。所述阴极和所述阳极未用磷酸浸渍。

通过在电解质膜上非增湿的条件下在150℃将氢气供应至阳极(流速：100ccm)和将空气供应至阴极(流速：250ccm)产生电，并且测量燃料电池的特性。基于使用磷酸掺杂的电解质的燃料电池的性能随着时间而改善的事实，将该燃料电池活化，直至运行电压达到峰值电压，然后评价燃料电池的特性。阴极和阳极各自的面积设置为7.84cm²(＝2.8cm×2.8cm)。阴极为约390μm厚和阳极为约390μm厚。

实施例3：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造用于燃料电池的电极以及燃料电池，除了在形成微孔层时将式9的化合物的量改变为0.3g之外。

实施例4：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造用于燃料电池的电极以及燃料电池，除了在形成微孔层时将式9的化合物的量改变为0.4g之外。

实施例5：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造用于燃料电池的电极以及燃料电池，除了在形成阴极和阳极时使用通过以下方法制备的气体扩散层作为炭纸代替用5重量％聚四氟乙烯处理的普通炭纸之外。

将由下式9表示的化合物和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合以获得由下式9表示的化合物在NMP中的8重量％溶液。

[式9]

用由式9表示的化合物在NMP中的8重量％溶液对炭纸(Toray 060普通纸)进行浸涂，然后将所得炭纸在约250℃热处理以形成气体扩散层。

将1g炭黑和4g乙二醇混合在一起，然后与0.2g由式9表示的化合物在0.8g N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的混合溶液混合。

将所得混合物在气体扩散层上带式流延，然后在约250℃热处理以形成微孔层。

对比例1：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造用于燃料电池的电极以及燃料电池，除了在形成微孔层时使用0.3g聚四氟乙烯(PTFE)代替0.2g式9的化合物之外。

对比例2：用于燃料电池的电极以及包括所述电极的燃料电池的制造

以与实施例2中相同的方式制造用于燃料电池的电极以及燃料电池，除了在形成阴极催化剂层时使用0.3g聚四氟乙烯(PTFE)代替0.025g式9的化合物之外。

测量实施例1、3、4和对比例1中形成的微孔层的导电性。结果示于图2中。参照图2，发现实施例1、3和4的微孔层与对比例1的微孔层相比具有改善的导电性特性。

使用扫描电子显微镜法(SEM)分析实施例3和对比例1的微孔层。结果分别示于图3和4中。参照图3和4，在实施例3的微孔层中，组分表现为均匀分散。同时，在对比例1的微孔层中，PTFE表现为团聚。

测量实施例1和对比例1中制造的燃料电池的电池电压相对于电流密度的变化。结果示于图5中。参照图5，实施例1的燃料电池与对比例1的燃料电池相比具有改善的电池电压特性。

测量实施例1、5和对比例1中形成的微孔层的导电性的变化。结果示于图6中。参照图6，实施例1和5的微孔层与对比例1的微孔层相比具有改善的导电性。

如上所述，根据本发明的以上实施方式的一个或多个，包含导电官能团的组合物以及作为所述组合物聚合产物的聚合物可具有良好的对化学品、热和酸的耐受性。包括其的用于燃料电池的电极可具有改善的导电性。使用所述电极可制造具有改善的电流密度的燃料电池。

应理解，本文中描述的示例性实施方式应被认为仅是描述意义上的并且不用于限制目的。典型地应认为各实施方式内的特征或方面的描述可用于其它实施方式中的其它类似特征或方面。

虽然已经显示和描述了本发明的一些实施方式，然而本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可在该实施方式中进行变化，本发明的范围在权利要求书以及其等价物中限定。

Claims

1.组合物，包含由下式1表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一种：

式1

式2

式3

式4

m和n各自独立地为1～3的整数。

2.权利要求1的组合物，其中R₅和R₅’各自独立地为由下式5A～5C表示的基团之一：

式5A 式5B 式5C

其中，在式5A中，a为1～5的整数。

3.权利要求1的组合物，其中式2的化合物选自由下式6～8表示的化合物：

式6

式7

式8

其中，在式6～8中，R₇、R₇’和R₇”各自独立地为氢原子、C₁-C₂₀烷基、C₆-C₂₀芳基、C₂-C₂₀杂芳基、C₂-C₂₀杂芳氧基、C₄-C₂₀碳环基团、C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；和

a为1～5的整数。

4.权利要求1的组合物，其中式2的化合物选自由下式9～11和19表示的化合物：

式9

式10

式11

式19

5.权利要求1的组合物，进一步包含能交联的化合物。

6.权利要求5的组合物，其中所述能交联的化合物为选自基于聚唑的材料、聚酰亚胺和聚

唑的至少一种材料。

7.权利要求5的组合物，其中所述能交联的化合物的量为5重量份～210重量份，基于100重量份的式1和2的化合物。

8.权利要求5的组合物，其中所述能交联的化合物包括选自由下式12～14表示的化合物的至少一种化合物：

式12

其中，在式12中，n₁为10或更大的整数；

式13

其中，在式13中，n₂为10或更大的整数，

式14

其中，在式14中，R₉和R₁₀各自独立地为氢原子、未取代或取代的C₁-C₂₀烷基、未取代或取代的C₁-C₂₀烷氧基、未取代或取代的C₆-C₂₀芳基、未取代或取代的C₆-C₂₀芳氧基、未取代或取代的C₃-C₂₀杂芳基、或者未取代或取代的C₃-C₂₀杂芳氧基，其中

R₉和R₁₀任选地连接形成C₄-C₂₀碳环基团或者C₃-C₂₀杂环基团；

R₁₁～R₁₃各自独立地为选自如下的单取代或多取代的取代基：氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₃-C₂₀杂芳基、或者取代或未取代的C₃-C₂₀杂芳氧基；

L表示连接体；

m₁为0.01～1；

a₁为0或1；

n₃为0～0.99的数；和

k为10～250的数。

9.聚合物，其为权利要求1-8中任一项的组合物的聚合产物。

10.包含由下式1表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一种的组合物的制备方法，所述方法包括对以下酚化合物(A)、甲醛、以下胺化合物(B)、非质子极性溶剂和有机溶剂的混合物进行热处理以获得式1和2的化合物的至少一种：

R₅NH₂或者R₅’NH₂

(B)

式1

式2

其中，在式1和2中和在所述酚化合物(A)和所述胺化合物(B)的式中，R₁～R₄各自独立地为氢原子、取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、取代或未取代的C₁-C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂芳氧基、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环基团、取代或未取代的C₄-C₂₀碳环氧基、取代或未取代的C₂-C₂₀杂环基团、卤原子、羟基、或者氰基；