CN113130954A - 能够防止催化剂中毒的用于燃料电池的电解质膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够防止催化剂中毒的用于燃料电池的电解质膜及其制备方法。所述用于燃料电池的电解质膜包括离子传输层以及催化复合物，所述离子传输层包括具有质子传导性的离聚物，所述催化复合物分散在所述离子传输层中，其中所述催化复合物包括：催化颗粒，其包括具有分解过氧化氢的活性的催化金属组分；以及保护层，其形成在所述催化颗粒的至少一部分表面上以防止离聚物与催化金属组分接触。

Description

能够防止催化剂中毒的用于燃料电池的电解质膜及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种能够防止催化剂中毒的用于燃料电池的电解质膜及其制造方法。
背景技术
通常用于车辆的燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。为了使聚合物电解质膜燃料电池正常地发挥至少几十千瓦或更高的高功率，它们应该在较宽的电流密度范围内稳定地工作。
燃料电池的发电反应发生在膜电极组件(MEA)中，该膜电极组件包括全氟磺酸(PFSA)离聚物基膜和一对电极，即阳极和阴极。供应到阳极(作为氧化电极)的氢被分解成质子和电子，然后质子穿过膜移动到还原电极(即阴极)，并且电子通过外部电路移动到阴极。然后，在该阴极，一个氧分子、质子和电子相互反应产生电，同时产生水(H2O)和热量作为副产物。
氢和氧是燃料电池的反应气体，可能会交叉通过电解质膜。在此过程中，可能会产生过氧化氢(HOOH)。当过氧化氢分解为含氧自由基时，例如羟基自由基(·OH)和氢过氧自由基(·OOH)，这些自由基会侵蚀电解质膜，导致电解质膜发生化学降解，最终产生燃料电池的耐用性降低的不期望的效果。
在相关领域里，作为减轻电解质膜的这种化学降解的方法，已经提出了向电解质膜中添加各种抗氧化剂的方法。抗氧化剂包括用作自由基清除剂或猝灭剂的主抗氧化剂，用作过氧化氢分解剂的副抗氧化剂等。
用于聚合物电解质膜燃料电池的代表性主抗氧化剂的示例包括：铈基抗氧化剂(例如氧化铈(二氧化铈))和硝酸铈(III)六水合物抗氧化剂、对苯二甲酸酯基抗氧化剂等。
氧化铈可以广泛地包括纯氧化铈(CeO2)和改性氧化铈(改性CeO2)。改性的氧化铈包括：铈-锆氧化物(CeZrOx)、铈-锰氧化物(CeMnOx)、掺杂氧化铈的二氧化硅、掺杂氧化铈的氧化钇、掺杂氧化铈的氧化锆等。
同时，用于电解质膜的代表性的副抗氧化剂包括锰基催化剂(如氧化锰)和贵金属催化剂(如铂(Pt))。近来，已经进行了关于将铂催化剂添加到用于燃料电池的电解质膜的各种研究。
铂非常稳定，对氧还原反应(ORR)具有很高的活性。然而，铂可能因中毒而丧失催化活性。
例如，由碳腐蚀产生的一氧化碳(CO)可能被吸附到催化剂的表面上，导致催化剂丧失其催化活性。另外，用作电极中的质子导体和粘合剂的全氟磺酸离聚物的磺酸根阴离子吸附在铂的表面上，从而降低了铂的活性。此时，电极中使用的全氟磺酸离聚物粘合剂的含量通常为基于电极总重量的10重量％至60重量％。如上所述，在电解质膜主要由全氟磺酸离聚物组成的情况下，电极中部分存在的全氟磺酸离聚物粘合剂使铂催化剂中毒的问题可能进一步恶化。换句话说，构成电解质膜的全氟磺酸离聚物可以使作为抗氧化剂添加用于提高电解质膜的化学耐久性的铂中毒。
因此，为了提高电解质膜的化学耐久性，重要的是保护铂不会因离聚物而中毒并保持原始铂作为抗氧化剂的固有活性。
公开于提供的背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
在一个优选的方面，提供了一种用于燃料电池的电解质膜及其制造方法，该电解质膜能够有效地除去交叉穿过电解质膜的氢气和氧气。
在一个优选的方面，提供了一种用于燃料电池的电解质膜及其制造方法，其能够防止包含在电解质膜中的离聚物使包含在电解质膜中的催化金属组分中毒。
一方面，提供了一种用于燃料电池的电解质膜，其包括离子传输层和催化复合物，所述离子传输层包括具有质子传导性的离聚物，所述催化复合物分散在所述离子传输层中。所述催化复合物可以包括：催化颗粒，其包括具有分解过氧化氢的活性的催化金属组分；以及保护层，其形成在所述催化颗粒的至少一部分表面上以防止离聚物与催化金属组分接触。
离聚物可以具有质子传导性官能团。
催化颗粒可以包括没有载体的催化金属组分。
或者，催化颗粒可以包括负载在载体上的催化金属组分。
所述催化金属组分可以适当地包括选自铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和钌(Ru)的一种或更多种。
所述载体包括选自如下的一种或更多种：碳；二氧化硅；沸石；选自第4B、5B、6B、7B和8B族的过渡金属；以及所述过渡金属的氧化物或碳化物。
保护层可以包括在侧链中不具有质子传导性官能团并且在主链中不具有离子基团的聚合物。
保护层可以与离聚物不相容。
保护层可以包括具有约10巴勒(barrer)或更大的气体渗透性的聚合物。
保护层可以包括具有约0.20或更大的自由体积的聚合物，并且所述聚合物包括选自聚炔烃聚合物、降冰片烯聚合物、氟代烃聚合物、固有微孔聚合物(PIM)和它们的取代物或衍生物中的一种或更多种。
聚炔烃聚合物可以适当地包括选自聚(1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔(PTMSP)，聚(4-甲基-2-戊炔)(PMP)，聚(叔丁基乙炔)(PTBA)，聚(1-苯基-1-丙炔)(PPP)及其组合的一种或更多种。
所述降冰片烯聚合物可以适当地包括聚(三甲基甲硅烷基降冰片烯)(PTMSN)。
所述氟代烃聚合物可以适当地包括聚[4,5-二氟-2,2-双(三氟甲基)-1,3-二恶唑-共-四氟乙烯]。
电解质膜可以适当地包括0.01mg/cm2至0.90mg/cm2的量的催化复合物。
电解质膜可以进一步包括增强层，使得离子传输层可以形成在增强层的至少一个表面上。
在另一方面，提供了一种用于燃料电池的电解质膜的制造方法。所述方法可以包括：制备包括催化颗粒的催化复合物，所述催化颗粒包括具有分解过氧化氢的活性的催化金属组分以及保护层，所述保护层形成在所述催化颗粒的至少一部分表面上；制备包括催化复合物和离聚物的分散体混合物；并且，通过施加分散体混合物形成离子传输层。
可以通过在约80℃至200℃的温度下干燥包括催化颗粒与构成保护层的聚合物的混合物来制备催化复合物。
可以通过将分散体混合物施加在增强层的至少一个表面上来形成离子传输层。
进一步提供了一种燃料电池，其包括本文所述的电解质膜。
还提供了一种车辆，其包括本文所述的燃料电池。
下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。
附图说明
接下来将参照某些示例性实施方案及其所显示的附图详细地描述本发明的以上和其它特征，在此之后所给附图仅作为显示的方式，因而对本发明是非限定性的，其中：
图1是示意性示出根据本发明示例性实施方案的示例性膜电极组件的截面图；
图2示出了根据本发明示例性实施方案的示例性电解质膜；
图3A示出了根据本发明示例性实施方案的示例性催化复合物的一个示例；
图3B示出了根据本发明示例性实施方案的催化复合物的另一个示例；
图4示出了在没有保护层的情况下电解质膜中所含的催化金属组分中毒；
图5示出了当根据本发明的示例性实施方案形成示例性保护层时，防止了示例性电解质膜中所包含的示例性催化金属组分的中毒；和
图6、图7以及图8示出了根据本发明示例性实施方案的示例性改变的电解质膜。
具体实施方式
通过以下优选实施方案并参考附图，将清楚地理解上述以及其他目的、特征和优点。然而，本发明不限于这些实施方案，并且将以不同的形式实施。所建议的实施方案仅是为了提供对所公开的内容的透彻和完整的理解，并足以向本领域技术人员充分告知本发明的技术概念。
在整个附图的描述中，相同的附图标记指代相同的元件。在附图中，为了清楚起见，放大了结构的尺寸。应理解的是，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等描述各个元件，这些元件不应被解释为受这些术语的限制，并且它们仅用于区别一个元件和另一个元件。例如，在本发明定义的范围内，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。除非上下文另有明确说明，否则单数形式旨在也包括复数形式。
还将理解当在本说明书中使用术语“包含”、“包括”、“具有”等时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件、组件、或其组合，但是不排除存在或加入一个或多个其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件或其组合。另外，将理解当元件例如层、膜、区域或基材被称为“在另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或者也可以存在介入元件。将理解当元件例如层、膜、区域或基材被称为“在另一个元件下”时，其可以直接在另一个元件下或者也可以存在介入元件。
除非上下文另有明确说明，否则在本说明书中代表成分、反应条件、聚合物组分和混合物的量的所有数字、数值和/或表述均为近似值，特别反映了获得这些数值时固有发生的各种测量不确定性。由于这个原因，应当理解，在所有情况下，术语“约”应被理解为修饰所有数字、数值和/或表述。此外，除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均2个标准偏差内。“约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文清楚的，本文提供的所有数值通过术语“约”进行修饰。
另外，当在说明书中公开数值范围时，除非另外定义，否则这些范围是连续的并且包括从最小值到最大值(包括该范围内的最大值)的所有数字。此外，当范围是整数时，除非另外定义，否则它包括从最小值到最大值(包括该范围内的最大值)的所有整数。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电力动力的车辆。
图1是示意性示出根据本发明示例性实施方案的示例性膜电极组件(MEA)10的截面图。如图1所示，膜-电极组件10包括阴极100、阳极200以及置于它们之间的电解质膜300。
阴极100是与空气中的氧气反应的组分，阳极200是与氢气反应的组分。具体地，阳极200通过氢氧化反应(HOR)将氢分解成氢离子(质子)和电子。氢离子通过与阳极200接触的电解质膜300移动到阴极100。电子通过外部导线(未示出)移动到阴极100。
阴极100和阳极200可以包括催化剂，例如负载于碳的Pt。阴极100和阳极200还可以包含用于质子传导的离聚物(或粘合剂)。
图2示出了根据本发明的一个实施方案的电解质膜300。参考图2，电解质膜300包括离子传输层400和分散在离子传输层400中的多个催化复合物500。
离子传输层400可以包括具有氢离子(质子)传导性的离聚物。即，离聚物可以是具有质子传导性官能团的聚合物。质子传导性官能团可以包括磺酸基、磺酸酯基、羧酸基、羧酸酯基、磷酸基、磷酸酯基等。例如，离聚物可以包括具有质子传导性官能团的全氟磺酸离聚物(PFSA)。当包含在离聚物中的质子传导性官能团与诸如铂(Pt)的催化金属组分反应时，催化金属组分可能中毒并因此失去其活性。稍后将描述其细节。
图3A示出了每个催化复合物500的示例。如图3A所示，催化复合物500包括催化颗粒510和形成在催化颗粒510的至少一部分表面上的保护层520。图3A示出了保护层520完全覆盖催化颗粒510。然而，这是为了更好地理解本发明而提供的，因此根据本发明的催化复合物500不应被解释为限制于图3A所示的形状。例如，保护层520围绕催化颗粒510的表面积的至少约1％、至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％或100％。
图3B示出了催化复合物500的另一个示例。如图3B所示，催化颗粒510可以仅包括催化金属组分511而没有载体，并且保护层520可以形成在每个催化颗粒510的至少一部分表面上。在下文中，为了便于描述，假定催化颗粒510具有催化金属组分511负载在载体512上的结构。但是，本发明的范围还应解释为包括不具有这种载体512的催化颗粒510。
催化金属组分511可以包括具有分解过氧化氢活性的金属，其例如选自铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)及其组合。
所述载体512并没有具体限制，可以包括选自如下的一种或更多种：碳；二氧化硅；沸石；选自第4B、5B、6B、7B和8B族的过渡金属；以及所述过渡金属的氧化物或碳化物。
载体512优选地可以具有大的比表面积。如上所述，催化剂也可以被添加至阴极100和/或阳极200。载体512可以具有比用于上述电极的催化剂的载体大得多的比表面积。特别地，用于电极的载体应该具有高的石墨化度以承受当电极暴露于大于1V的高压时会迅速发生的碳腐蚀。然而，由于在石墨化度和比表面积之间存在折衷，因此在实际中难以获得既具有高石墨化度又具有大比表面积的载体。因此，可以使用具有高比表面积的载体而不管石墨化程度，这是因为在电解质膜中仅需要承受大约0V至1V的电压差。载体512可具有约100m2/g至3,000m2/g，约500m2/g至3,000m2/g，或特别是约800m2/g至3,000m2/g的比表面积。因此，载体512可以负载大量的催化金属组分。
另外，载体512可以具有约10nm至200nm，特别地或具体地约50nm至200nm的平均粒径。
催化复合物500可以在催化颗粒510的至少一部分表面或特别是催化金属组分511的一部分表面上包括保护层520，所述保护层520能防止催化颗粒510中毒并且包含有效地使穿过电解质膜300的诸如氢气和氧气的气体渗透的聚合物。
图4示出了当不存在保护层520时，离子传输层400的离聚物410使催化金属组分511中毒。如图4所示，磺酸根(-SO3H)的氧元素可能使催化金属组分511中毒，该磺酸根是离聚物410的质子传导性官能团。
图5示出了当如本发明形成保护层520时防止了催化金属组分511的中毒。如图5所示，保护层520物理地防止离聚物410中包含的质子传导性官能团与催化金属组分511接触，从而防止离聚物410使催化金属组分511中毒。
另外，如上所述，保护层520可以由具有高气体渗透性的聚合物形成，并且因此表现出比与其相邻的离子传输层400更大的气体渗透性。因此，可以促使交叉穿过电解质膜300的氢气和氧气流更容易到达催化金属组分511。
结果，可以防止离聚物410使催化金属组分511中毒并且使氢气和氧气能够到达催化金属组分511从而分解氢气和氧气。因此，可以大大提高电解质膜300的化学耐久性。
保护层520可以包括化学性质非常稳定的或不与催化金属组分511反应的聚合物。特别地，保护层520可以包括非离子聚合物。例如，保护层520可以适当地包括在侧链中不具有质子传导性官能团且在主链中不具有离子基团的聚合物。这样，可以通过保护层520防止催化金属组分511中毒。
保护层520可以包括与离聚物不相容的聚合物。在此，术语“不相容”是指当两种物质混合时，它们在分子水平上不能均匀地混合，并且由于它们之间化学性质的差异而相分离或形成界面。
保护层520可以包括具有10barrer或更大，或100barrer或更大的气体渗透性的聚合物。气体渗透性的上限没有特别限制，并且可以是物理化学可达到的理论值。例如，聚合物的气体渗透性可以为约1,000barrer或更小。当保护层520中包括的聚合物的气体渗透性小于约10barrer时，气体渗透性可能太低，以至于氢气和氧气无法渗透并到达催化金属组分511。
术语“barrer”是水溶性气体渗透性的非国际单位制(non-SI)单位，其中1barrer为10-11cm3(STP)·cm·cm-2·s-1·mmHg-1。术语“cm3(STP)”是指气体的摩尔量而不是实际体积(即，根据理想气体定律计算的在标准温度和压力下1平方厘米吸收的气体量)。术语“cm”是指评估渗透性的材料的厚度，并且术语“cm-2”是材料表面积的倒数。
保护层520可以含有具有0.20或更大的自由体积的聚合物，所述聚合物包括选自聚炔烃聚合物、降冰片烯聚合物、氟代烃聚合物、固有微孔聚合物(PIM)和它们的取代物或衍生物中的一种或更多种。
聚炔烃聚合物可以适当地包括选自聚(1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔(PTMSP)，聚(4-甲基-2-戊炔)(PMP)，聚(叔丁基乙炔)(PTBA)和聚(1-苯基-1-丙炔)(PPP)的一种或更多种。例如，聚炔烃聚合物可以包括由下式1表示并且具有约0.33的自由体积的聚(1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔(PTMSP)。
[式1]
Figure BDA0002774333780000091
降冰片烯聚合物可以适当地包括由下式2表示并且具有约0.28的自由体积的聚(三甲基甲硅烷基降冰片烯)(PTMSN)。
[式2]
Figure BDA0002774333780000092
氟代烃聚合物可以适当地包括由下式3表示且具有约0.33的自由体积的聚[4,5-二氟-2,2-双(三氟甲基)-1,3-二恶唑-共-四氟乙烯]。
[式3]
Figure BDA0002774333780000101
固有微孔聚合物(PIM)通常是包含四面体碳作为扭曲点的聚合物。固有微孔聚合物(PIM)可以包括通过刚性连接基团相互连接的有机平面大分子。连接基团具有连接两个平面大分子的至少一个扭曲点，并且两个平面大分子在非共面方向上刚性互连。扭曲点可以是例如螺环基团，桥环部分或与之相邻的旋转受限的共价键。固有微孔聚合物(PIM)可以例如包括由下式4表示并且具有约0.24至0.26的自由体积的PIM-1。
[式4]
Figure BDA0002774333780000102
电解质膜300可以包括约0.01mg/cm2至0.90mg/cm2或约0.05mg/cm2至0.40mg/cm2的量的催化复合物500。当催化复合物500的含量过低时，电解质膜的化学耐久性增加的效果可能不明显。当含量过高时，成本会大大增加，并且可能难以确保电解质膜中的电绝缘。
图6至图8均示出了根据本发明示例性实施方案的电解质膜300的改变的结构。
电解质膜300可以包括增强层600以及形成在增强层600的至少一个表面上的离子传输层400。
增强层600可以包括用于改善电解质膜300的机械强度(刚性)的组分。增强层300可以适当地包括选自聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀聚四氟乙烯(e-PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯醚(PPO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)、聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚氯乙烯(PVC)的一种或更多种，并且可以是具有大量孔的多孔膜。
增强层600可以是多孔的，并且可以用上述离聚物浸渍。
如图6所示，电解质膜300可以包括位于浸渍有离聚物的增强层600的一个表面上的包含催化复合物500的离子传输层400，并且可以包括位于增强层600的另一表面上的仅包含离聚物的离聚物层700。
如图7所示，电解质膜300可以包括位于浸渍有离聚物的增强层600的两个表面上的包含催化复合物500的离子传输层400和400′。
如图8所示，电解质膜300可以包括位于浸渍有离聚物的增强层600的一个表面上的离子传输层400和位于增强层600的另一表面上的另一离聚物层700'，所述离子传输层400包括离聚物层700和催化复合物500。
图6至图8仅示例性地示出根据本发明的电解质膜300的各种实施方案，但并不限制电解质膜300的范围。即，只要在增强层600的至少一个表面上形成包含催化复合物500的离子传输层400，则除了图6至图8所示构造之外的任何构造都落入根据本发明的电解质膜300的范围内。
根据本发明的电解质膜300的制造方法包括：制备催化复合物500，所述催化复合物500包括催化颗粒510和形成在催化颗粒510的至少一部分表面上的保护层520；将催化复合物500与离聚物混合以制备分散体混合物；并且，施加所述分散体混合物以形成离子传输层400。
上面已经描述了催化颗粒510、保护层520、催化复合物500等的各个组分的细节，下面将会省略。
可以通过在80℃至200℃下干燥混合物(其通过混合催化颗粒与构成保护层的上述聚合物而获得)来制备催化复合物500。在这种情况中，可以通过将催化颗粒和聚合物加入溶剂中接着搅拌来制备混合物。当该混合物的干燥温度低于约80℃时，溶剂不能充分蒸发，因此难以粉化催化复合物500，并且当温度高于约200℃时，材料可能被热解。
施加分散体混合物的方法没有特别限制。例如，可以通过丝网印刷、喷涂、使用刮刀的涂布、凹版涂布、浸涂、丝网漏印、涂漆、利用狭缝式模头的涂布等来施加分散体混合物。
如上所述，电解质膜300可以包括增强层600。
图6所示的电解质膜300可以通过以下方法来制造，所述方法包括：将离聚物溶液施加到基板上，向该离聚物溶液提供多孔增强层600以用离聚物浸渍增强层600，从而形成离聚物层700，将分散体混合物施加至增强层600的背对离聚物层700的一个表面上以形成离子传输层400，并进行干燥和热处理。然而，制造方法不限于此，并且可以通过适当地修改特定的手段(诸如每个步骤的顺序和施加)来执行。另外，可以通过其他方法(诸如浸渍和转印以及施加)来制造电解质膜300。这也适用于稍后描述的其他制造方法的情况。
形成离子传输层400之后的干燥可以在约100℃或更低的温度下进行约30分钟或更久。当干燥温度大于约100℃时，离聚物可能被热解。另一方面，当干燥时间少于30分钟时，干燥可能不充分。
热处理可以在约110℃或更高的温度下进行约20分钟或更少。当热处理时间过长时，离聚物可能被热解。
图7所示的电解质膜300可以通过以下方法来制造，所述方法包括：将多孔增强层600提供至分散体混合物中以用离聚物浸渍增强层600从而形成一个离子传输层400'，并将分散体混合物施加至增强层600的背对离子传输层400'的一个表面上形成另一离子传输层400，并进行干燥和热处理。
图8所示的电解质膜300可以通过以下方法来制造，所述方法包括：将多孔增强层600提供至离聚物溶液中以用离聚物浸渍增强层600从而形成一个离聚物层700'，将离聚物施加在增强层600的背对离聚物层700′的一个表面上以形成另一离聚物层700，将分散体混合物施加至离聚物层700上以形成离子传输层400，并进行干燥和热处理。
上面已经描述了根据本发明的各种示例性实施方案的电解质膜300及其制造方法。本发明的关键特征是将包含具有分解过氧化氢活性的催化金属组分511的催化颗粒500注入到电解质膜300，并且在电解质膜300表面上形成能够防止因电解质膜300表面的离聚物造成的中毒并且具有高气体渗透性的保护层520，从而可以提高电解质膜300的抗氧化性和化学耐久性。显而易见的是，由上述各种实施方案设计或修改的其他实施方案可以容易地从本发明中得出并且落入本发明的范围内，只要这些实施方案具有上述目的和效果即可。
电解质膜可以包括保护层，所述保护层通过用化学性质稳定且具有高气体渗透性的聚合物涂覆催化颗粒而形成，从而防止催化颗粒因离聚物而中毒，并且同时有效地除去交叉穿过电解质膜的氢气和氧气，从而大大提高了电解质膜的抗氧化性和化学耐久性。
本发明的效果不限于上述效果。应当理解，本发明的效果包括可以从本发明的前述描述中推断出的所有效果。
已经参考各个示例性实施方案详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解可以在这些实施方案中做出改变而不偏离本发明的原理和精神，本发明的范围在所附权利要求及其等价形式中限定。

Claims (18)

1.一种用于燃料电池的电解质膜，包括
离子传输层，其包括具有质子传导性的离聚物；以及
催化复合物，其分散在所述离子传输层中，
其中，所述催化复合物包括：
催化颗粒，其包括具有分解过氧化氢的活性的催化金属组分；以及
保护层，其形成在所述催化颗粒的至少一部分表面上以防止离聚物与催化金属组分接触。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述离聚物具有质子传导性官能团。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述催化颗粒包括没有载体的催化金属组分。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述催化颗粒包括负载在载体上的催化金属组分。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述催化金属组分包括选自铂、金、钯、银、锇、铱和钌的一种或更多种。
6.根据权利要求4所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述载体包括选自如下的一种或更多种：碳；二氧化硅；沸石；选自第4B、5B、6B、7B和8B族的过渡金属；以及所述过渡金属的氧化物或碳化物。
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述保护层包括在侧链中不具有质子传导性官能团并且在主链中不具有离子基团的聚合物。
8.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述保护层与离聚物不相容。
9.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述保护层包括具有10barrer或更大的气体渗透性的聚合物。
10.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述保护层包括具有0.20或更大的自由体积的聚合物，所述聚合物包括选自聚炔烃聚合物、降冰片烯聚合物、氟代烃聚合物、固有微孔聚合物和它们的取代物或衍生物中的一种或更多种。
11.根据权利要求10所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述聚炔烃聚合物包括选自聚(1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔，聚(4-甲基-2-戊炔)，聚(叔丁基乙炔)和聚(1-苯基-1-丙炔)的一种或更多种，
所述降冰片烯聚合物包括聚(三甲基甲硅烷基降冰片烯)，
所述氟代烃聚合物包括聚[4,5-二氟-2,2-双(三氟甲基)-1,3-二恶唑-共-四氟乙烯]。
12.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述电解质膜包括0.01mg/cm2至0.90mg/cm2的量的催化复合物。
13.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜，其中，所述电解质膜进一步包括增强层，
其中，所述离子传输层形成在所述增强层的至少一个表面上。
14.一种根据权利要求1所述的用于燃料电池的电解质膜的制造方法，所述方法包括：
制备包括催化颗粒的催化复合物，所述催化颗粒包括具有分解过氧化氢的活性的催化金属组分以及保护层，所述保护层形成在所述催化颗粒的至少一部分表面上；
制备包括催化复合物和离聚物的分散体混合物；
通过施加分散体混合物形成离子传输层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过在80℃至200℃的温度下干燥包括催化颗粒与构成保护层的聚合物的混合物来制备催化复合物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，通过将分散体混合物施加在增强层的至少一个表面上而形成离子传输层。
17.一种燃料电池，其包括权利要求1所述的电解质膜。
18.一种车辆，其包括权利要求17所述的燃料电池。
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