CN118216025A - 聚合物电解质膜、其制造方法和包括其的电化学装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种包括离子导体的聚合物电解质膜，其中所述聚合物电解质膜包含抗氧化剂释放材料。

Description

聚合物电解质膜、其制造方法和包括其的电化学装置

技术领域

本公开涉及一种聚合物电解质膜，和一种包括所述聚合物电解质膜的电化学装置，所述聚合物电解质膜通过包含一种释放抗氧化剂的抗氧化剂释放材料，并因此通过由燃料电池运行过程中产生的水分引起的水解反应来释放抗氧化剂，从而允许长时间保持抗氧化效果并且能够防止燃料电池性能劣化。

背景技术

燃料电池是将由燃料的氧化产生的化学能直接转化为电能的电池，由于其高能效和低污染物排放的环境友好特性，因此作为下一代能源而备受瞩目。

燃料电池通常具有这样的结构：在电解质膜置于阳极与阴极之间的状态下，阳极和阴极分别形成在电解质膜的两侧，这种结构被称为膜电极组件(MEA)。

根据电解质膜的类型，可以将燃料电池分为碱性电解质燃料电池、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)等，其中的聚合物电解质膜燃料电池由于其诸如低于100℃的低工作温度、快速启动和响应特性、优异的耐久性等优势，作为便携式、汽车和家用电源设备而备受瞩目。

这种聚合物电解质膜燃料电池的典型实例可以包括使用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。

总结聚合物电解质膜燃料电池中发生的反应，首先，当将燃料诸如氢气供应至阳极时，通过氢的氧化反应在阳极产生氢离子(H⁺)和电子(e^-)。将产生的氢离子(H⁺)通过聚合物电解质膜转移至阴极，将产生的电子(e^-)通过外部电路转移至阴极。氧气由阴极供应，通过氧的还原反应，氧气与氢离子(H⁺)和电子(e^-)结合产生水。

由于聚合物电解质膜是阳极产生的氢离子(H⁺)转移至阴极的通道，因此氢离子(H⁺)的导电性必须基本上是优异的。此外，聚合物电解质膜必须具有优异的分离能力，以分离供应至阳极的氢气与供应至阴极的氧气。此外，它必须具有优异的机械强度、尺寸稳定性、耐化学性等，并且要求诸如其在高电流密度下必须具有小欧姆损耗的特性。

聚合物电解质膜燃料电池运行所需的聚合物电解质膜的要求包括高氢离子导电性、化学稳定性、低燃料渗透性、高机械强度、低水分含量、优异的尺寸稳定性等。常规的聚合物电解质膜在特定的温度和相对湿度环境中，尤其是高温/低湿度条件下，往往难以表现出正常的高性能。因此，应用了常规聚合物电解质膜的聚合物电解质膜燃料电池的使用范围受到限制。

聚合物电解质膜的寿命由于运行过程中的电化学降解和物理降解而缩短。电化学降解的主要原因是氢和氧穿过聚合物电解质膜并在铂电极催化剂上产生自由基。

在铂电极催化剂上形成的自由基与聚合物电解质膜的离子导体反应，从而通过反应诸如切割离子导体链来降解聚合物电解质膜。

同时，由于在燃料电池运行过程中从阴极供应氧，并且通过将氧与氢离子(H⁺)和电子(e^-)结合而通过氧的还原反应产生水，因此存在的问题在于，诸如加入到聚合物电解质膜中的各种添加剂的材料容易被水流失或被水移动，从而降低其分散性。

因此，可能会出现这样的问题，即添加剂诸如抗氧化剂没有正常发挥作用，或者相对于添加的量没有充分发挥抗氧化效果。

因此，需要开发可以防止聚合物电解质膜的电化学降解，并且同时长期保持抗降解效果的技术。

[相关技术文献]

(0001)韩国专利No.0972525(2010.07.28)

(0002)欧洲专利No.2002451(2014.03.26)

(0003)韩国专利公开No.2008-0045421(2008.05.23)

发明内容

技术问题

本公开具有通过防止聚合物电解质膜的降解来改善化学耐久性的效果。

本公开具有通过与燃料电池运行过程中产生的副产物反应，逐渐释放抗氧化剂，从而长时间保持抗氧化效果的效果。

本公开还具有减少由于在燃料电池运行过程中产生的水分而导致的添加剂的损失量，从而降低聚合物电解质膜的制造成本，并且抑制由于添加剂的加入而导致的电阻增加，从而防止燃料电池性能的劣化的效果。

技术方案

根据本公开的一个方面，可以提供一种包括离子导体的聚合物电解质膜，其中所述聚合物电解质膜包含抗氧化剂释放材料。

所述抗氧化剂可以是选自水杨酸、姜黄素、叶酸、香豆酸、咖啡酸和阿魏酸中的一种或多种。

所述抗氧化剂释放材料可以是通过水解释放抗氧化剂的材料。

所述抗氧化剂可以是水杨酸。

所述抗氧化剂释放材料可以包括选自酯基、酸酐基、酰胺基、硫酯基和醚基中的一种。

所述抗氧化剂释放材料可以是双水杨酸酯。

所述离子导体可以是选自烃类离子导体、氟类离子导体和阴离子导体中的一种或多种。

所述聚合物电解质膜可以包括：多孔载体；和浸渍到所述多孔载体的孔中的离子导体。

根据本公开的另一方面，可以提供一种包括上述聚合物电解质膜的膜电极组件，所述膜电极组件包括：彼此相对设置的阳极和阴极；和位于所述阳极与所述阴极之间的聚合物电解质膜。

根据本公开的又一方面，可以提供一种包括上述膜电极组件的电化学装置。

有益效果

根据本公开的聚合物电解质膜具有长期保持抗氧化效果的效果。

根据本公开的聚合物电解质膜可以通过防止添加剂的损失来降低燃料电池的制造成本，以与加入的添加剂的量相比具有优异的抗氧化效果同时，使得与抗氧化效果相比添加剂的含量能够降低。

附图说明

图1是根据本公开的聚合物电解质膜的垂直横截面图。

图2是根据本公开的包括聚合物电解质膜的膜电极组件的垂直横截面图。

图3是示出根据本公开的一个实施方案的燃料电池的整体构造的示意图。

具体实施方式

在下文中，将更详细地描述本公开的各个构造，使得本公开所属领域的技术人员可以容易地实现本公开，但是这仅仅是一个示例，并且本公开的权利范围不受下面内容的限制。

本公开中使用的“优选的”或“优选地”是指在特定条件下具有特定优势的本公开的一个实施方案。然而，在相同或不同的条件下，也可以优选其它实施方案。此外，一个或多个优选的实施方案并不意味着其它实施方案没有用，并且也不排除在本公开的范围内的其它实施方案。

本说明书中使用的术语“包括”用于列出在本公开中有用的材料、组合物、装置和方法，并且不限于其列出的示例。

本说明书中的“电化学装置”可以包括所有发电装置，例如，燃料电池和能量存储装置，例如，氧化还原液流电池。优选地，本说明书中的电化学装置可以是燃料电池。

根据本公开的聚合物电解质膜是包括离子导体的聚合物电解质膜，并且该聚合物电解质膜包含抗氧化剂释放材料。

抗氧化剂释放材料是一种本身不起抗氧化剂作用的材料，但是能够通过附加反应例如氧化反应而被水解来释放起抗氧化剂作用的材料。

特别地，抗氧化剂释放材料的特征在于，它与燃料电池运行过程中形成的水分或氢离子反应，以释放可以起抗氧化剂作用的材料。

抗氧化剂释放材料本身不以任何形式起抗氧化剂作用，但不受限制，只要它可以通过附加反应释放抗氧化剂即可。

例如，它可以是包含抗氧化剂保护基团的材料、通过水解反应释放抗氧化剂的材料、或者在核中包含抗氧化剂并设置有保护所述核的壳的核-壳结构形式，也可以处于其中抗氧化剂负载在多孔结构内的形式。

优选地，它可以是包含抗氧化剂保护基团的材料或者通过水解反应释放抗氧化剂的材料。

可以无特别限制地使用抗氧化剂，只要其可以在燃料电池技术领域中用作抗氧化剂即可。例如，抗氧化剂可以是诸如金属颗粒、金属氧化物或有机酸的材料。

更优选地，抗氧化剂可以是选自水杨酸、姜黄素、叶酸、香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等中的一种或多种，最优选地为水杨酸。抗氧化剂释放材料是通过缩合反应、聚合、二聚化或三聚化而由水杨酸、姜黄素、叶酸、香豆酸、咖啡酸或阿魏酸组成的材料，并且可以是能够在燃料电池运行过程中释放抗氧化剂的材料。例如，抗氧化剂释放材料可以是水杨酸二聚体、水杨酸三聚体、姜黄素二聚体、叶酸二聚体、香豆素二聚体、香豆素聚合物、咖啡酸二聚体、咖啡酸三聚体、阿魏酸二聚体等，特别地，它可以是在其分子结构中包含可水解基团，因此可以在电化学装置的运行过程中通过水解分解成水杨酸、姜黄素、叶酸、香豆酸、咖啡酸或阿魏酸的材料。

当抗氧化剂是水杨酸时，抗氧化剂释放材料可以由能够通过水解释放水杨酸的材料组成。

水杨酸是一种其中羧基被取代的酚类化合物，水杨酸是2-羟基苯甲酸的通用名称。作为一种具有强酸性的材料，它包含羧基和羟基两者，使得在相关官能团处可以发生缩合反应。

在本公开中，具体地，在抗氧化剂诸如水杨酸和姜黄素的两个官能团中的一个以上处发生缩合反应以形成抗氧化剂释放材料，形成该抗氧化剂释放材料使得其可以在聚合物电解质膜内在电化学装置运行过程中通过氧化反应来水解，以释放作为抗氧化剂的有机抗氧化剂诸如水杨酸、姜黄素等。

因此，抗氧化剂释放材料包括由羧基和/或羟基的反应形成的键，所述羧基和/或羟基是水杨酸的缩合反应官能团。

具体地，抗氧化剂释放材料可以包括选自酯基、酸酐基、酰胺基、硫酯基和醚基中的一种。

即，抗氧化剂释放材料可以由缩合反应物组成。

优选地，它可以包含酯基或酸酐基，最优选地，它可以包含酯基。

官能团可以与水反应并水解成包含羧基和/或羟基的化合物，以释放抗氧化剂诸如水杨酸。

释放水杨酸作为抗氧化剂的抗氧化剂释放材料可以是，例如，双水杨酸酯。

双水杨酸酯是2-[(2-羟基苯基)羰氧基]苯甲酸的通用名称，它可以通过两个水杨酸分子的酯化缩合反应形成。

因此，当本公开中的抗氧化剂释放材料是双水杨酸酯时，由于通过水解反应释放出两个水杨酸分子，使得其可以具有更优异的抗氧化效果，因此本公开中最优选的抗氧化剂释放材料可以是双水杨酸酯。

同时，由于抗氧化剂释放材料可以如上所述以各种形式形成，因此不限于通过使少量反应物反应而得到的材料，诸如两个分子如双水杨酸酯。

例如，缩合反应官能团可以接枝到大结构诸如多孔载体的表面上，因此可以进行与抗氧化剂的缩合反应以形成抗氧化剂释放材料。

本公开可以以各种形式配置，而不限于材料的形状、尺寸等，只要它是可以由于在燃料电池运行过程中产生的水分来逐渐释放抗氧化剂的材料即可。

根据本公开的一个实施方案，基于聚合物电解质膜中聚合物的总重量，可以以0.05重量％至15重量％，例如，0.1重量％至10重量％、0.2重量％至5重量％或0.5重量％至4重量％的量使用抗氧化剂释放材料。通过使用上面量的抗氧化剂释放材料，在保持聚合物电解质膜的固有物理性能的同时，可以有效地得到抗氧化剂释放的效果。

作为本公开的聚合物电解质膜，任何形式都可以，诸如：通过将具有离子导电性的离子导体放置在模具中，并浇铸放置在模具中的具有离子导电性的离子导体而形成的单膜；和包含复合材料的增强复合膜，所述复合材料通过将多孔载体浸入分散有离子导体的分散体中而制备。

通过包括多孔载体和填充在多孔载体的孔中的离子导体，增强复合膜具有改善尺寸稳定性以及物理和机械性能的效果，并且具有保持燃料电池本身优异的性能和寿命的优势，因为即使聚合物电解质膜本身的电阻有所增加，增强复合膜也能防止电池性能劣化。

构成增强复合膜的多孔载体由聚合物材料制成，其形式通常包括：由于聚合物原纤维的微结构而包括多个孔的全氟化聚合物片材、或其中纳米纤维以包括多个孔的非织造织物的形式集成的纳米网等。

如上面在本公开中所述，将抗氧化剂以能够释放其的形式接枝到多孔载体的表面上，然后多孔载体也可以通过诸如与抗氧化剂的缩合反应、聚合、二聚化和三聚化的反应，由抗氧化剂释放材料组成。

多孔载体由三维不规则且非连续连接的纳米纤维的聚集体制成，并且相应地包括多个均匀分布的孔。由这种多个均匀分布的孔组成的多孔载体具有优异的孔隙率和可以补充离子导体的物理性能的性能(尺寸稳定性等)。

孔径，即在多孔载体中形成的孔的直径，可以形成在0.05μm至30μm(微米)的范围内，并且如果孔径形成为小于0.05μm，则聚合物电解质的离子电导率可能降低，孔径超过30μm，聚合物电解质的机械强度可能降低。

此外，表示多孔载体的孔形成程度的孔隙率可以在50％至98％的范围内形成。

如果多孔载体的孔隙率小于50％，则聚合物电解质的离子电导率可能降低，如果孔隙率超过98％，则聚合物电解质的机械强度和形状稳定性可能降低。

孔隙率(％)可以通过空气体积与多孔载体的总体积的比来计算，如下面式1所示。

[式1]

孔隙率(％)＝(空气体积/总体积)×100

此时，多孔载体的总体积通过制造矩形多孔载体的样品并测量其宽度、长度和厚度来计算，多孔载体的空气体积可以通过在测量多孔载体样品的质量之后从多孔载体的总体积中减去由密度反算的聚合物体积来得到。

构成多孔载体的纳米纤维可以具有0.005μm至5μm(微米)的平均直径范围。如果纳米纤维的平均直径小于0.005μm，则多孔载体的机械强度可能降低，如果纳米纤维的平均直径超过5μm，则可能不容易控制多孔载体的孔隙率。

多孔载体可以是选自尼龙、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚(亚芳基醚砜)、聚醚醚酮、它们的共聚物和它们的组合中的任意一种，但本公开不限于此。

多孔载体可以形成为5μm至30μm(微米)的厚度。如果多孔载体的厚度小于5μm，则聚合物电解质的机械强度和形状稳定性可能降低，如果多孔载体的厚度超过30μm，则聚合物电解质的欧姆损耗可能增加。

离子导体可以是各自独立地具有阳离子交换基团诸如质子的阳离子导体，或者具有阴离子交换基团诸如如羟基离子、碳酸根或碳酸氢根的阴离子导体。

阳离子交换基团可以是选自磺酸基、羧基、硼酸基、磷酸基、酰亚胺基、磺酰亚胺基、磺酰胺基、磺酰氟基和它们的组合中的任意一种，并且通常可以是磺酸基或羧基。

阳离子导体包含阳离子交换基团，并且可以包括：主链中包含氟的氟类聚合物；烃类聚合物诸如苯并咪唑、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、聚酯、聚砜、聚醚、聚醚酰亚胺、聚酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚亚芳基醚砜、聚磷腈或聚苯基喹喔啉；部分氟化聚合物诸如聚苯乙烯-接枝-乙烯四氟乙烯共聚物或聚苯乙烯-接枝-聚四氟乙烯共聚物；砜酰亚胺；等。

更具体地，当阳离子导体是氢离子阳离子导体时，聚合物可以在其侧链中包含选自磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基和它们的衍生物的阳离子交换基团，聚合物的具体实例可以包括：氟类聚合物，包括：聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、四氟乙烯和包含磺酸基的氟乙烯基醚的共聚物、脱氟聚醚酮硫化物或它们的混合物；和烃类聚合物，包括：磺化聚酰亚胺(S-PI)、磺化聚亚芳醚砜(S-PAES)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、磺化聚苯并咪唑(SPBI)、磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚苯乙烯(S-PS)、磺化聚磷腈、磺化聚喹喔啉、磺化聚酮、磺化聚苯醚、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚亚苯砜、磺化聚亚苯硫醚、磺化聚亚苯硫醚砜、磺化聚亚苯硫醚砜腈、磺化聚亚芳基醚、磺化聚亚芳基醚腈、磺化聚亚芳醚醚腈、磺化聚亚芳醚砜酮或它们的混合物，但不限于此。

阴离子导体是能够转移阴离子诸如羟基离子、碳酸根或碳酸氢根的聚合物，阴离子导体可以以氢氧化物或卤化物(通常为氯化物)的形式商购得到，并且阴离子导体可以用于工业水净化、金属分离、催化工艺等。

作为阴离子导体，通常可以使用掺杂有金属氢氧化物的聚合物，并且具体地，可以使用掺杂有金属氢氧化物的聚(醚砜)、聚苯乙烯、乙烯基类聚合物、聚氯乙烯、和聚(偏二氟乙烯)、聚(四氟乙烯)、聚(苯并咪唑)、聚(乙二醇)等。

在上面离子导体中，可以使用氟类聚合物。氟类聚合物可以是，例如，全氟磺酸(PFSA)类聚合物或全氟羧酸(PFCA)类聚合物，但不限于此。Nafion(Dupont)可以用作全氟磺酸类聚合物，Flemion(Asahi Glass)可以用作全氟羧酸类聚合物。

离子导体可以具有240g/mol至200,000g/mol，具体地240g/mol至100,000g/mol的重均分子量。

在下文中，将基于附图更详细地描述本公开。

然而，这仅仅是解释本公开的示例，并且本公开的权利范围不受下面描述的限制。

图1是根据本公开的聚合物电解质膜的垂直横截面图。

参照图1，根据本公开的一个实施方案的聚合物电解质膜示出了包括多个孔的多孔载体21和其中多孔载体的孔浸渍有离子导体(未示出)的增强复合膜的垂直横截面，并且可以具有进一步包括分别位于浸渍有离子导体的多孔载体的一个表面和另一个面上的离子导体层31和离子导体层32的结构。

如上所述，位于多孔载体的一个表面和另一表面上的离子导体层31和离子导体层32也可以薄地形成位于多孔载体表面上的离子导体层，使得其与形成自由基的电极相邻，以将多孔载体配置为更好地用作自由基清除剂。

图2是示意性地示出根据本公开的包括聚合物电解质膜的膜电极组件的横截面图。当参照图2描述时，膜电极组件100包括：聚合物电解质膜50；以及电极20和电极20′，分别设置在聚合物电解质膜50的两个表面上。电极20和电极20′包括：电极基底40和电极基底40′；以及催化剂层30和催化剂层30′，形成在电极基底40和电极基底40′的表面上；并且可以进一步包括微孔层(未示出)，该微孔层包含导电细粒子诸如碳粉、炭黑等，以便促进来自电极基底40和电极基底40′的材料在电极基底40和电极基底40′与催化剂层30和催化剂层30′之间的扩散。

在膜电极组件100中，将设置在聚合物电解质膜50的一个表面上以引起氧化反应的电极20称为阳极，所述氧化反应由通过电极基底40转移至催化剂层30的燃料产生氢离子与电子；将设置在聚合物电解质膜50的另一表面上以引起还原反应的电极20′称为阴极，所述还原反应由通过聚合物电解质膜50供应的氢离子和通过电极基底40′转移至催化剂层30′的氧化剂产生水。

多孔导电基底可以用作电极基底40和电极基底40′，以便平稳地实现氢或氧的供应。多孔导电基底的典型的实例可以包括碳纸、碳布、碳毡或金属布(是指以纤维状态的金属布制成的多孔膜、或者其中在由聚合物纤维形成的布的表面上形成金属膜的多孔膜)，但不限于此。此外，优选地使用经氟类树脂处理的疏水电极基底40和电极基底40′，以防止反应物扩散效率因燃料电池运行过程中产生的水而降低。氟类树脂可以包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟烷氧基乙烯基醚、氟化乙烯丙烯、聚氯三氟乙烯或它们的共聚物。

根据本公开的一个实施方案的燃料电池包括膜电极组件，并且可以是，例如，使用氢气作为燃料的燃料电池。

图3是示出燃料电池的整体构造的示意图。

参照图3，燃料电池200包括：燃料供应单元210，供应其中燃料与水混合的混合燃料；重整单元220，将混合燃料重整以产生包含氢气的重整气体；电池堆230，其中从重整单元220供应的包含氢气的重整气体引起与氧化剂的电化学反应以产生电能；和氧化剂供应单元240，将氧化剂供应至重整单元220和电池堆230。

电池堆230设置有多个单体电池，其通过引发从重整单元220供应的包含氢气的重整气体与从氧化剂供应单元240供应的氧化剂之间的氧化/还原反应来产生电能。

每个单体电池是指发电的单体电池，并且包括：膜电极组件，使包含氢气的重整气体和氧化剂中的氧氧化/还原；和隔膜(或称为双极板，下文中称为“隔膜”)，用于将包含氢气的重整气体和氧化剂供应至膜电极组件。在膜电极组件位于中心的状态下，隔膜设置在膜电极组件的两侧。此时，位于堆叠体最外侧的隔膜可以具体被称为端板。

在隔膜中，端板设置有：管状第一供应管231，用于注入从重整单元220供应的包含氢气的重整气体；和管状第二供应管232，用于注入氧气，另一端板设置有：第一排出管233，用于将最终未反应并保留在多个单体电池中的包含氢气的重整气体排出至外部；和第二排出管234，用于将最终未反应并保留在上述单体电池中的氧化剂排出至外部。

在下文中，将基于本公开的实施例，更详细地描述本公开，但是这仅是用于理解本公开的示例性描述，并且本公开的权利范围不限于或限制于下面实施例。

[制备例]

<实施例1>-Nafion单膜

将双水杨酸酯(对应于分散体中聚合物总重量的2重量％的量)加入到NafionD2021分散体(分散体中的聚合物含量为20重量％)中，并在玻璃基底上形成膜，以制备厚度为20μm的单膜。

<实施例2>-烃类离子导体单膜

在将15重量％的磺化聚(醚砜)(SPES)溶解于DMAc中之后，向其中加入双水杨酸酯(对应于分散体中聚合物总重量的2重量％的量)，并在玻璃基底上形成膜，以制备厚度为20μm的单膜。

<实施例3>-Nafion增强复合膜

除了用上述实施例1中的分散体浸渍PTFE载体以增强复合膜的形式制备之外，以与实施例1中相同的方式制备Nafion增强复合膜。

<实施例4>-烃类离子导体增强复合膜

除了用上述实施例2中的分散体浸渍PPS载体以增强复合膜的形式制备之外，以与实施例1中相同的方式制备烃类离子导体增强复合膜。

<比较例1>-Nafion单膜，与实施例1相比

除了在分散体中加入相同量的水杨酸代替上面实施例1中的双水杨酸酯之外，以与实施例1中相同的方式制备Nafion单膜。

<比较例2>-烃类离子导体单膜，与实施例2相比

除了在分散体中加入相同量的水杨酸代替上面实施例2中的双水杨酸酯之外，以与实施例2中相同的方式制备烃类离子导体单膜。

<比较例3>-Nafion增强复合膜，与实施例3相比

除了在分散体中加入相同量的水杨酸代替上面实施例3中的双水杨酸酯之外，以与实施例3中相同的方式制备Nafion增强复合膜。

<比较例4>-烃类离子导体增强复合膜，与实施例4相比

除了在分散体中加入相同量的水杨酸代替上面实施例4中的双水杨酸酯之外，以与实施例4中相同的方式制备烃类离子导体增强复合膜。

<比较例5>-Nafion单膜，与实施例1相比

除了上面实施例1中的添加剂诸如双水杨酸酯之外，以相同的方式制备Nafion单膜。

<比较例6>-烃类离子导体单膜，与实施例2相比

除了上面实施例2中的添加剂诸如双水杨酸酯之外，以与实施例2中相同的方式制备烃类离子导体单膜。

<比较例7>-Nafion增强复合膜，与实施例3相比

除了上面实施例3中的添加剂诸如双水杨酸酯之外，以与实施例3中相同的方式制备Nafion增强复合膜。

<比较例8>-烃类离子导体增强复合膜，与实施例4相比

除了上面实施例4中的添加剂诸如双水杨酸酯之外，以与实施例4中相同的方式制备烃类离子导体增强复合膜。

[实验方法]

1)电池性能评价：

根据转印法，阴极和阳极各自用Pt/C催化剂形成，并将其与聚合物电解质膜结合，以制备和评估膜电极组件。通过膜电极组件的I-V测量来评价输出性能。具体地，为了确认在实际燃料电池运行条件下的输出性能，将膜电极组件固定到燃料电池单体电池评价装置上，并且将温度保持在65℃。将氢气(100％RH)和空气(100％RH)分别以适合化学计量1.2/2.0的量供应至阳极和阴极。测量在0.6V下的电流密度，结果数值越高，则显示出的输出性能越好。

2)化学耐久性评价：

将评价单元置于OCV状态，并以规则的时间间隔测量单元电压，以计算与初始OCV相比的降低速率。使用Scribner 850燃料电池试验系统作为测量设备(在90℃、30％RH和50kPa的条件下评价)进行测量。具体地，每24小时测量OCV(V)/初始OCV(V)随时间(hr)的变化。当该比率等于或小于0.8时，终止评价，并以测量时间作为耐久性的标准。

使用上面实施例和比较例的聚合物电解质膜制造膜电极组件，并对其进行电池性能评价、电池寿命评价和化学耐久性评价，并在下面表1中示出。

[表1]

参考表1，尽管膜电极组件具有相似的电池性能，但是它们在化学耐久性方面显示出差异。这是因为，当水杨酸作为抗氧化剂并被消耗时，双水杨酸酯用作抗氧化剂，然后分解成水杨酸，从而显示出作为附加抗氧化剂的功能。

Claims (10)

1.一种包括离子导体的聚合物电解质膜，其中，所述聚合物电解质膜包含抗氧化剂释放材料。

2.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述抗氧化剂是选自水杨酸、姜黄素、叶酸、香豆酸、咖啡酸和阿魏酸中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述抗氧化剂释放材料是通过水解释放抗氧化剂的材料。

4.根据权利要求2所述的聚合物电解质膜，其中，所述抗氧化剂是水杨酸。

5.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述抗氧化剂释放材料包括选自酯基、酸酐基、酰胺基、硫酯基和醚基中的一种。

6.根据权利要求4所述的聚合物电解质膜，其中，所述抗氧化剂释放材料是双水杨酸酯。

7.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述离子导体是选自烃类离子导体、氟类离子导体和阴离子导体中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其中，所述聚合物电解质膜包括：

多孔载体；和

离子导体，浸渍到所述多孔载体的孔中。

9.一种膜电极组件，包括根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，所述膜电极组件包括：

阳极和阴极，彼此相对设置；和

聚合物电解质膜，位于所述阳极和所述阴极之间。

10.一种电化学装置，包括根据权利要求9所述的膜电极组件。