DE10347457B4 - Highly resistant polymer electrolyte composite - Google Patents

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Abstract

Hochbeständiger Polymerelektrolyt-Verbundstoff, bestehend aus einer Mischung eines Fluorpolymerelektrolyten gemäß Formel (1) oder (2):

Figure 00000002
worin x eine ganze Zahl von 0 bis 2, y eine ganze Zahl von 2 oder 3 ist und n/m Bereich von 1 bis 10 liegt,
Figure 00000003
worin n/m im Bereich von 0,1 bis 2 liegt, und einer Alkylphosphonsäure-haltigen Verbindung, wobei die Alkylphosphonsäure-haltige Verbindung wenigstens eine von Xylidylphosphonsäure und Benzylphosphonsäure umfasst.Highly resistant polymer electrolyte composite consisting of a mixture of a fluoropolymer electrolyte according to formula (1) or (2):
Figure 00000002
wherein x is an integer from 0 to 2, y is an integer of 2 or 3 and n / m is from 1 to 10,
Figure 00000003
wherein n / m is in the range of 0.1 to 2, and an alkylphosphonic acid-containing compound, wherein the alkylphosphonic acid-containing compound comprises at least one of xylidylphosphonic acid and benzylphosphonic acid.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen hochbeständigen Polymerelektrolyt-Verbundstoff. Genauer betrifft die Erfindung einen hochbeständigen Polymerelektrolyt-Verbundstoff, die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation und dergleichen zeigen, und die für eine Elektrolytmembran, eine Elektrode usw. geeignet sind, welche für Brennstoffzellen, für die Wasserelektrolyse, die Halogenhalogenid-Elektrolyse, die Salzelektrolyse, für Sauerstoffkonzentratoren, Feuchtigkeitssensoren, Gassensoren und dergleichen geeignet sind.The The invention relates to a highly resistant polymer electrolyte composite. More particularly, the invention relates to a highly resistant polymer electrolyte composite, the excellent resistance against oxidation and the like, and those for an electrolyte membrane, an electrode, etc. which are suitable for fuel cells, for the electrolysis of water, halogen halide electrolysis, salt electrolysis, for oxygen concentrators, Moisture sensors, gas sensors and the like are suitable.

Stand der TechnikState of the art

Ein Polymerelektrolyt ist ein festes Polymermaterial mit einer elektrolytfunktionellen Gruppe, wie einer Sulfonsäuregruppe oder dergleichen, in der Polymerkette. Der Polymerelektrolyt bindet sich fest an ein bestimmtes Ion oder ist selektiv durchlässig für ein positives Ion oder ein negatives Ion. Daher wird der Polymerelektrolyt zu Teilchen, Fasern oder Membranen geformt und für verschiedene Zwecke verwendet, einschließlich von Elektrodialyse, Diffusionsdialyse, für Batterie-Membranen und dergleichen.One Polymer electrolyte is a solid polymer material with an electrolyte-functional Group, such as a sulfonic acid group or the like, in the polymer chain. The polymer electrolyte binds is firmly attached to a particular ion or is selectively permeable to a positive one Ion or a negative ion. Therefore, the polymer electrolyte becomes too Particles, fibers or membranes shaped and used for various purposes, including of electrodialysis, diffusion dialysis, for battery membranes and the like.

Eine Brennstoffzelle weist z. B. ein Paar Elektroden auf, die jeweils an der Oberfläche einer protonenleitenden Polymerelektrolyt-Membran vorgesehen sind. Wasserstoffgas, das durch Reformieren eines Kohlenwasserstoffs mit niedrigem Molekulargewicht, wie Methan, Methanol oder dergleichen, erhalten wird, wird als Brenngas zu einer der Elektroden (der Brennstoffelektrode) geliefert, während Sauerstoffgas oder Luft als Oxidationsmittel zur anderen Elektrode (der Luftelektrode) geliefert wird. Auf diese Weise wird eine elektromotorische Kraft aus der Brennstoffzelle erhalten. Wasserelektrolyse ist ein Verfahren, bei dem durch die Elektrolysierung von Wasser mittels einer Polymerelektrolyt-Membran Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden.A Fuel cell has z. B. a pair of electrodes, each on the surface a proton-conducting polymer electrolyte membrane are provided. Hydrogen gas by reforming a hydrocarbon with low molecular weight, such as methane, methanol or the like, is obtained as fuel gas to one of the electrodes (the fuel electrode) delivered while Oxygen gas or air as oxidant to the other electrode (the air electrode) is delivered. In this way, an electromotive Obtained power from the fuel cell. Water electrolysis is a Process in which by the electrolyzation of water by means of a polymer electrolyte membrane generates hydrogen and oxygen become.

Im Fall von Brennstoffzellen oder der Wasserelektrolyse entsteht in der katalytischen Schicht, die an der Grenze zwischen der Polymerelektrolyt-Membran und den Elektroden gebildet wird, Peroxid. Während es diffundiert, wird das entstandene Peroxid in ein Peroxidradikal umgewandelt und bewirkt eine Reaktion, welche die Qualität der Polymerelektrolyt-Membran herabsetzt. Im Fall von Brennstoffzellen oder Wasserelektrolyse ist es daher problematisch, eine Elektrolytmembran vom Kohlenwasserstoff-Typ zu verwenden, da deren Oxidationsbeständigkeit nicht ausreicht. Aus diesem Grund wird auf dem Gebiet der Brennstoffzellen oder der Wasserelektrolyse im allgemeinen eine Perfluorsulfonsäure-Membran verwendet, die eine gute Protonenleitfähigkeit und eine gute Oxidationsbeständigkeit zeigt.in the Case of fuel cells or water electrolysis arises in the catalytic layer, which is at the boundary between the polymer electrolyte membrane and the electrodes is formed, peroxide. As it diffuses, it becomes converted the resulting peroxide into a peroxide radical and causes a reaction that the quality the polymer electrolyte membrane degrades. In the case of fuel cells or water electrolysis, it is therefore problematic to use an electrolyte membrane to use hydrocarbon type, since their oxidation resistance not enough. For this reason, in the field of fuel cells or water electrolysis generally a perfluorosulfonic acid membrane used, which has good proton conductivity and good oxidation resistance shows.

Die Salzelektrolyse ist ein Verfahren, bei dem durch Elektrolysieren einer Natriumchloridlösung mittels einer Polymerelektrolyt-Membran Natriumhydroxid, Chlor und Wasserstoff erzeugt werden. Da die Polymerelektrolyt-Membran der Einwirkung von Chlor und einer Lösung, die sehr heiß ist und hochkonzentriertes Natriumhydroxid enthält, ausgesetzt wird, ist es unmöglich, in diesem Fall eine Elektrolytmembran vom Kohlenwasserstoff-Typ zu verwenden, da deren Beständigkeit gegenüber Chlor oder heißen, hochkonzentrierten Natriumhydroxid-Lösungen nicht ausreicht. Aus diesem Grund wird für die Salzelektrolyse im allgemeinen eine Perfluorsulfonsäure-Membran, die gegenüber Chlor und heißen, hochkonzentrierten Natriumhydroxid-Lösungen beständig ist, und in deren Oberfläche teilweise Carbonsäuregruppen eingeführt wurden, um die Rückdiffundierung der erzeugten Ionen zu verhindern, als Polymerelektrolyt-Membran verwendet.The Salt electrolysis is a process by which electrolysis a sodium chloride solution by means of a polymer electrolyte membrane sodium hydroxide, chlorine and Be generated hydrogen. Since the polymer electrolyte membrane of Action of chlorine and a solution, which is very hot and exposed to highly concentrated sodium hydroxide impossible, in this case, a hydrocarbon-type electrolyte membrane to use because of their durability across from Chlorine or hot, highly concentrated sodium hydroxide solutions is insufficient. Out This reason is for salt electrolysis generally a perfluorosulfonic acid membrane, the opposite Chlorine and hot, highly concentrated sodium hydroxide solutions, and in the surface partially Carboxylic acid groups introduced were to back diffusion to prevent the generated ions as a polymer electrolyte membrane used.

Fluorelektrolyt-Membranen, beispielsweise Perfluorsulfonsäure-Membranen, weisen eine C-F-Bindung auf und sind daher chemisch sehr stabil. So werden Fluorelektrolyt-Membranen nicht nur als die oben genannte Polymerelektrolyt-Membran für Brennstoffzellen, für die Wasserelektrolyse oder die Salzelektrolyse verwendet, sondern auch als Polymerelektrolyt-Membran für die Halogensäureelektrolyse. Aufgrund ihrer Protonenleitfähigkeit werden Fluorelektrolyt-Membranen in großem Umfang auf dem Gebiet der Feuchtigkeitssensoren, Gassensoren, Sauerstoffkonzentratoren usw. eingesetzt.Fluorine electrolyte membranes, for example, perfluorosulfonic acid membranes, have a C-F bond and are therefore chemically very stable. Thus, fluoroelectrolyte membranes become not only as the above Polymer electrolyte membrane for Fuel cells, for used the electrolysis of water or salt electrolysis, but also as a polymer electrolyte membrane for the electrolysis of halo acids. Due to their proton conductivity Fluorolith membranes are widely used in the field of Humidity sensors, gas sensors, oxygen concentrators, etc. used.

Insbesondere sind Fluorelektrolyt-Membranen, beispielsweise die Perfluorsulfonsäure-Membran, die unter dem Handelsnamen Nafion® bekannt ist (Hersteller Du Pont Co., Ltd.), chemisch sehr stabil und kommen somit als Elektrolytmembranen in Frage, die unter schwierigen Bedingungen verwendet werden können.In particular, fluorine electrolyte membranes, such as the perfluorosulfonic acid membrane known by the trade name Nafion ® (manufacturer Du Pont Co., Ltd.), chemically very stable and thus are used as electrolyte membranes in question, which can be used under difficult conditions.

Fluorelektrolyte haben jedoch den Nachteil, daß sie schwierig herzustellen und äußerst teuer sind.fluorine electrolytes However, they have the disadvantage that they difficult to manufacture and extremely expensive are.

Dagegen weisen Elektrolytmembranen vom Kohlenwasserstoff-Typ den Vorteil auf, daß sie im Gegensatz zu Fluorelektrolyt-Membranen wie beispielsweise Nafion® leicht herzustellen und preiswert sind. Trotzdem besteht bei Elektrolytmembranen vom Kohlenwasserstoff-Typ das Problem der niedrigen Oxidationsbeständigkeit, wie oben beschrieben. Diese niedrige Oxidationsbeständigkeit resultiert aus der Tatsache, daß Kohlenwasserstoffe allgemein eine niedrige Beständigkeit gegenüber Radikalen aufweisen und daß Elektrolyte mit Kohlenwasserstoff-Skeletten leicht eine schädliche Reaktion bewirken können, die durch Radikale ausgelöst wird (eine durch Peroxidradikale ausgelöste Oxidationsreaktion).In contrast, the electrolyte membranes of the hydrocarbon type have the advantage that they are opposed to fluorine electrolyte membranes such as Nafion ® easy to manufacture and inexpensive. Nevertheless For example, in hydrocarbon type electrolyte membranes, there is a problem of low oxidation resistance as described above. This low oxidation resistance results from the fact that hydrocarbons generally have low resistance to radicals and that electrolytes with hydrocarbon skeletons can easily cause a deleterious reaction triggered by radicals (an oxidation reaction initiated by peroxide radicals).

Mit dem Ziel der Bereitstellung eines Polymerelektrolyten mit langer Lebensdauer, dessen Oxidations beständigkeit der von Fluorelektrolyten zumindest gleich ist oder dessen Oxidationsbeständigkeit in der Praxis ausreicht, und der kostengünstig hergestellt werden kann, wurden Patente angemeldet, die einen Polymerelektrolyten mit langer Lebensdauer betreffen, der aus einer Polymerverbindung mit einem Kohlenwasserstoff-Anteil, in die eine funktionelle, phosphorhaltige Gruppe eingeführt wird, besteht ( japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-11755 , sowie ein Polymerelektrolyt-Verbundmaterial, das durch Mischen einer Polymerverbindung, die eine elektrolytfunktionelle Gruppe und einen Kohlenwasserstoff-Anteil aufweist, mit einer phosphorhaltigen Verbindung erhalten wird ( japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-11756 ).With the aim of providing a long life polymer electrolyte whose oxidation resistance is at least equal to or excellent in oxidation resistance in practice, and which can be produced inexpensively, patents pertaining to a long life polymer electrolyte composed of a polymer electrolyte have been filed Polymer compound having a hydrocarbon moiety into which is introduced a functional phosphorus-containing group ( Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-11755 and a polymer electrolyte composite obtained by mixing a polymer compound having an electrolyte-functional group and a hydrocarbon moiety with a phosphorus-containing compound ( Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-11756 ).

Wenn jedoch ein Elektrolyt vom Kohlenwasserstoff-Typ in einer Brennstoffzelle verwendet wird, führt die Verwendung des hochbeständigen Polymerelektrolyten und des hochbeständigen Polymerelektrolyt-Verbundmaterials, die in den genannten Patentanmeldungen, nämlich in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-11755 und der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-11756 als Elektrodenmaterial (für Anoden und Kathoden) offenbart ist, weitgehend dazu, daß Brenngas (Wasserstoff oder dergleichen) oder oxidierendes Gas (Sauerstoff, Luft oder dergleichen) am Kontakt mit dem Katalysator (Platin oder dergleichen) gehindert werden, da der hochbeständige Polymerelektrolyt und der hochbeständige Polymerelektrolyt-Verbundstoff Gas weitgehend abhalten können. Infolgedessen verschlechtert sich die Leistung der Brennstoffzelle stark. Wie bisher beschrieben, wirft die Idee des Kombinierens eines Elektrolyten vom Kohlenwasserstoff-Typ mit einer phosphorhaltigen funktionellen Gruppe oder einer phosphorhaltigen Verbindung Probleme auf. Als Stand der Technik seien zudem genannt die JP 1135410 A , DE 102 20818 A1 , WO 01/70858 A2 und WO 01/71839 A2 .However, when a hydrocarbon-type electrolyte is used in a fuel cell, the use of the high-resistance polymer electrolyte and the high-resistance polymer electrolyte composite material described in the aforementioned patent applications, namely in US Pat Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-11755 and the Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-11756 As electrode material (for anodes and cathodes), it is largely to prevent fuel gas (hydrogen or the like) or oxidizing gas (oxygen, air or the like) from coming into contact with the catalyst (platinum or the like) since the highly resistant polymer electrolyte and the highly resistant polymer electrolyte composite gas can largely deter. As a result, the performance of the fuel cell greatly deteriorates. As described so far, the idea of combining a hydrocarbon-type electrolyte with a phosphorus-containing functional group or a phosphorus-containing compound raises problems. As state of the art are also called the JP 1135410 A . DE 102 20818 A1 . WO 01/70858 A2 and WO 01/71839 A2 ,

Aufgabenstellungtask

Gegenstand der Erfindung ist es, die Lebensdauer eines Polymerelektrolyten, der für eine Brennstoffzelle oder dergleichen verwendet wird, drastisch zu erhöhen.object the invention is the life of a polymer electrolyte, the for a fuel cell or the like is used drastically to increase.

Infolge von intensiven Forschungen haben die Erfinder ein Verfahren entwickelt, mit dem die Oxidationsbeständigkeit eines Fluorpolymerelektrolyten, der an sich chemisch sehr stabil ist, drastisch verbessert wird, und dies liegt dieser Erfindung zugrunde.As a result from in-depth research, the inventors have developed a method with the oxidation resistance a fluoropolymer electrolyte which is chemically very stable per se is dramatically improved, and this is the object of this invention based.

Die Erfindung betrifft einen hochbeständigen Polymerelektrolyt-Verbundstoff, der einen Polymerelektrolyten und eine Alkylphosphonsäure-haltige Verbindung einschließt, gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 5.The The invention relates to a highly resistant polymer electrolyte composite, the one polymer electrolyte and an alkylphosphonic acid-containing Includes connection according to claim 1. Preferred embodiments The invention can be found in the dependent claims 2 to 5.

Fluorpolymere sind an sich chemisch stabil, da die Bindungen zwischen Kohlenstoff und Fluor stark sind. Eigentlich wurde es als unrealistisch betrachtet, Maßnahmen zu ergreifen, um Fluorpolymere noch zu stabilisieren. Jedoch haben die Erfinder die Erkenntnis gewonnen, daß das folgende Phänomen auch im Fall von Fluorpolymeren auftritt. Das heißt, wenn ein Wasserstoffperoxid-Radikal oder dergleichen in einem Fluorpolymer erzeugt wird, zerfällt das Fluorpolymer allmählich Schritt für Schritt in Ethereinheiten, die ein Fluorpolymer an einer Seitenkette enthalten. Sobald der Zerfallsprozeß beginnt, wird eine großes Maß an Wärme erzeugt, da die Bindungsenergie zwischen den Atomen auf hohem Niveau liegt. Infolgedessen schreitet die thermische Zersetzung rasch voran.fluoropolymers are chemically stable per se, because the bonds between carbon and fluorine are strong. Actually, it was considered unrealistic, activities to stabilize fluoropolymers. However, have the inventors gained the knowledge that the following phenomenon also in the case of fluoropolymers occurs. That is, when a hydrogen peroxide radical or the like is generated in a fluoropolymer, it decomposes Fluoropolymer gradually step for Step in ether units containing a fluoropolymer on a side chain contain. Once the decay process begins, a large amount of heat is generated because the binding energy between the atoms is at a high level. As a result, the thermal decomposition progresses rapidly.

In dieser Erfindung wird die Alkylphosphonsäure-haltige Verbindung mit dem Fluorpolymerelektrolyten gemischt, wodurch die Alkylphosphonsäure-haltige Verbindung nicht nur das Wasserstoffperoxid-Radikal abfängt, das im Fluorpolymerelektrolyten erzeugt wird, sondern auch das Zerfallsradikal, das während des Zerfalls des Fluorpolymerelektrolyten erzeugt wird. So wird die Oxidationsbeständigkeit des Fluorpolymerelektrolyten erheblich verbessert. In This invention is the alkylphosphonic acid-containing compound with the fluoropolymer electrolyte, whereby the alkylphosphonic acid-containing Compound not only catches the hydrogen peroxide radical that is produced in the fluoropolymer electrolyte, but also the decomposition radical, that while the decay of the fluoropolymer electrolyte is generated. So will the oxidation resistance of the fluoropolymer electrolyte significantly improved.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich, worin ähnliche Zahlen verwendet werden, um ähnliche Elemente zu bezeichnen, und worin:The above and other objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein like numbers are used to designate similar elements, and wherein:

1 eine Grafik ist, die das Verhalten während der SO2-Erzeugung in einer Brennstoffzellen-Elektrode darstellt; 1 Fig. 10 is a graph showing the behavior during SO 2 generation in a fuel cell electrode;

2 eine Grafik ist, die das Verhalten während der Fluorkohlenstoff-Erzeugung in der Brennstoffzellen-Elektrode darstellt; 2 Fig. 10 is a graph showing behavior during fluorocarbon generation in the fuel cell electrode;

3 eine Grafik ist, welche die anfänglichen I-V Eigenschaften der Brennstoffzelle zeigt; und 3 Fig. 10 is a graph showing the initial IV characteristics of the fuel cell; and

4 eine Grafik ist, welche die Veränderung der austretenden Gasmenge zeigt, die während der Beschleunigungsbeständigkeits-Prüfung der Brennstoffzelle beobachtet wurde. 4 Fig. 10 is a graph showing the change in the amount of gas leaked observed during the acceleration-resistance test of the fuel cell.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Der Fluorpolymerelektrolyt der Erfindung ist ein Polymer mit einer durch die Formeln (1) oder (2) ausgedrückten Struktur:

Figure 00030001
(Es sei darauf hingewiesen, daß in der obigen Formel ”x” eine ganze Zahl von 0 bis 2 darstellt, ”y” eine ganze Zahl von 2 oder 3 aufweist, und daß ”n/m” im Bereich von 1 bis 10 liegt.)
Figure 00040001
(Es sei darauf hingewiesen, daß in der obigen Formel ”n/m” im Bereich von 0,1 bis 2 liegt.)The fluoropolymer electrolyte of the invention is a polymer having a structure expressed by the formulas (1) or (2):
Figure 00030001
(It should be noted that in the above formula, "x" represents an integer of 0 to 2, "y" has an integer of 2 or 3, and "n / m" ranges from 1 to 10. )
Figure 00040001
(It should be noted that in the above formula, "n / m" ranges from 0.1 to 2.)

Als Polymere, die durch die Formel (1) dargestellt werden, sind ”Nafion®”, hergestellt von Du Pont Co., Ltd. ”Asiplex-S®”, hergestellt von Asahi Kasei Corporation, und dergleichen bekannt. Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 8-512358 offenbart, daß ein Polymer, das durch die Formel (2) dargestellt wird, für eine Brennstoffzelle verwendet wird. Von diesen Polymeren ist ein Perfluorpolymer, das durch die Formel (1) dargestellt wird, aufgrund seiner ausgezeichneten Stabilität beim Einsatz in einer Brennstoffzelle gut für diese Erfindung geeignet. The polymers represented by the formula (1) are shown, "Nafion ®", manufactured by Du Pont Co., Ltd. "Asiplex-S ®", manufactured by Asahi Kasei Corporation, and the like are known. The Japanese Patent Laid-Open Publication No. 8-512358 discloses that a polymer represented by the formula (2) is used for a fuel cell. Of these polymers, a perfluoropolymer represented by the formula (1) is well suited to this invention because of its excellent stability when used in a fuel cell.

Als Antioxidations, das dem Fluorpolymerelektrotyl-Verbundstoff der Erfindung zugesetz wird, dient wenigstens eines von Xylidylphosphonsäure und Benzylphosphonsäure. Zusätzlich können als Antioxidationsmittel eine große Vielfalt an bekannten Inhibitoren für das Polymercompoundieren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Metalldesaktivator, eine Phenolverbindung, eine Aminverbindung, eine Schwefelverbindung usw. genannt werden. Als konkretes Beispiel für den Metalldesaktivator kann Diphenyloxamid genannt werden.When Antioxidations, the fluoropolymer Elektrotyl composite of the Invention is used, serves at least one of xylidylphosphonic and Benzylphosphonic. additionally can as antioxidant a wide variety of known inhibitors for the Polymer compounding can be used. For example, a metal deactivator, a phenol compound, an amine compound, a sulfur compound etc. are called. As a concrete example of the metal deactivator can Be called diphenyloxamide.

Als Phenolverbindung sind eine gehinderte Phenolverbindung ebenso wie Hydrochinon p-Cresol, BHT und dergleichen zu nennen. Als konkrete Beispiele für die gehinderte Phenolverbindung können 2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol, 2,2'-Methylenbis(4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2'-Methylen-bis(4-ethyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-Thiobis(3-methyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-Butylidenbis(3-methyl-6-tert-butylphenol), Triethylenglycol-bis-[3-(3-tert-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl)propionat], 1,6-Hexandiol-bis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], 2,2-Thiodiethylenbis[3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionat), Octadecyl-3-[3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl]propionat, 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxybenzylphosphonatdiethylester, 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylbenzol), Isooctyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hyroxyphenyl)propionat und dergleichen genannt werden.As the phenol compound, a hindered phenol compound as well as hydroquinone p-cresol, BHT and the like. As concrete examples of the hindered phenol compound, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, 2,2'-methylenebis (4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2'-methylene-bis (4 ethyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-tert-butylphenol), triethylene glycol bis- [3- (3-tert-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 1,6-hexanediol bis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 2 , 2-Thiodiethylenebis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], octadecyl-3- [3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl] propionate, 3,5-di-tert-butyl Tert-butyl-4-hydroxybenzylphosphonate diethyl ester, 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylbenzene), isooctyl-3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylbenzene); tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate and the like.

Als konkrete Beispiele für die Aminverbindung können Phenyl-2-naphthylamin-, Phenothiazin-, Diphenylphenylendiamin-, Naphthylamin-, Diphenylamin-, das eine Octylgruppe (4,4'-Dioctyladiphenylamin) enthält, 4,4'-Dicumyldiphenylamin-, 6-Ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydrochinolin-, 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin-Polymere und dergleichen genannt werden.When concrete examples of the amine compound can Phenyl-2-naphthylamine, phenothiazine, diphenylphenylenediamine, Naphthylamine, diphenylamine, which has one octyl group (4,4'-dioctyl-adiphenylamine) contains 4,4'-dicumyldiphenylamine, 6-Ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymers and the like.

Als konkrete Beispiele für die Schwefelverbindung können 2-Mercaptobenzimidazol, 2,4-Bis[(octylthio)methyl]-o-cresol, 2,4-Bis(n-octylthio)-6-(4-hydroxy-3,5-ditert-butylanilino)-1,3,5-Triazin adk stab® AO-412S (Hersteller Asahi Denka Co., Ltd.) und dergleichen genannt werden.As specific examples of the sulfur compound, 2-mercaptobenzimidazole, 2,4-bis [(octylthio) methyl] -o-cresol, 2,4-bis (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-tert -butylanilino) -1,3,5-triazine adk stab ® AO-412S (manufacturer Asahi Denka Co., Ltd.) and the like are mentioned.

Ein konkretes Beispiel für die Phosphorverbindung kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Triethylphosphit, Triethylphosphat, Triphenylphosphin, Triphenylphosphinoxid, Triphenylphosphinsulfid, Distearylpentaerythrityldiphosphit, organischem Phosphit, Diphenylisodecylphosphit, Diphenylisooctylphosphit, Diisodecylphenylphosphit, Triphenylphosphit und Trisnonylphenylphospit besteht. Außerdem wird ein konkretes Beispiel für die Phosphorverbindung vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus konjugiertem organischem Phosphit, Polyphosphit und Tetrapentaerythritol besteht. Außerdem können adk stab® PER-4C (Hersteller Asahi Denka Co., Ltd.), adk stab® 260 (Hersteller Asahi Denka Co., Ltd.), adk stab® 522A (Hersteller Asahi Denka Co., Ltd.) und dergleichen genannt werden.A concrete example of the phosphorus compound can be selected from a group consisting of triethyl phosphite, triethyl phosphate, triphenyl phosphine, triphenyl phosphine oxide, triphenyl phosphine sulfide, distearyl pentaerythrityl diphosphite, organic phosphite, diphenylisodecyl phosphite, diphenyl isooctyl phosphite, diisodecylphenyl phosphite, triphenyl phosphite and trisnonylphenyl phosphite. In addition, a concrete example of the phosphorus compound is preferably selected from the group consisting of conjugated organic phosphite, polyphosphite and tetrapentaerythritol. In addition, rod-adk ® PER-4C (Manufacturer Asahi Denka Co., Ltd.), ADK STAB ® 260 (manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.), ADK STAB 522A ® (manufacturer Asahi Denka Co., Ltd.) and the like to be named.

Es können eines oder mehrere der Antioxidationsmittel verwendet werden. Ein Polymerelektrolyt-Verbundstoff enthält normalerweise 0,005 bis 10 Gew.-% Antioxidationsmittel und vorzugsweise 0,01 bis 5 Gew.-% Antioxidationsmittel.It can one or more of the antioxidants are used. One Polymer electrolyte composite normally contains 0.005 to 10% by weight of antioxidant and preferably 0.01 to 5% by weight Antioxidant.

Die Methode, mit der ein Fluorpolymerelektrolyt und ein Oxidationsstabilisator miteinander vermischt werden, unterliegt keiner Beschränkung. Das heißt, man kann auf verschiedene Weise vorgehen. Beispielsweise können sie mit Hilfe von Lösungen miteinander dotiert oder gemischt werden. Wenn sowohl der Fluor polymerelektrolyt als auch der Oxidationsstabilisator wärmeschmelzbar sind, können sie durch Aufschmelzen miteinander vermischt werden.The Method using a fluoropolymer electrolyte and an oxidation stabilizer are mixed with each other, subject to no restriction. The is called, You can act in different ways. For example, they can with the help of solutions doped or mixed with each other. When both the fluorine polymer electrolyte as well as the oxidation stabilizer are heat-meltable, they can be melted together by melting.

Eine Struktur, in der ein Oxidationsstabilisator homogen im gesamten Polymerelektrolyten verteilt ist, kann durch homogenes Mischen eines Oxidationsstabilisators mit einem Fluorpolymerelektrolyten erhalten werden.A Structure in which an oxidation stabilizer is homogeneous throughout Polymer electrolyte is distributed, by homogeneously mixing a Oxidation stabilizer can be obtained with a fluoropolymer electrolyte.

Alternativ dazu ist es auch möglich, daß der größte Teile des Polymerelektrolyten ausschließlich aus einem Fluorpolymerelektrolyten besteht, und daß nur der Teil des Polymerelektrolyten, der einen Oxidationsschutz benötigt, aus der Fluorpolymerelektrolyt/Oxidationsstabilisator-Mischung besteht.alternative it is also possible that the biggest parts of the polymer electrolyte exclusively from a fluoropolymer electrolyte exists, and that only the part of the polymer electrolyte which needs oxidation protection the fluoropolymer electrolyte / oxidation stabilizer mixture.

In einer Umgebung, in der Radikale statistisch verteilt erzeugt werden, beispielsweise beim Erwärmen einer Polymerelektrolytmembran, während sie in einer Peroxidlösung eingeweicht wird, ist es von Vorteil, eine Struktur zu übernehmen, in der ein Oxidationsstabilisator homogen mit dem Fluorpolymerelektrolyten vermischt und dadurch homogen in der gesamten Polymerelektrolytmembran dispergiert wird.In an environment in which radicals are generated statistically distributed, for example, when heating a Polymer electrolyte membrane while in a peroxide solution it is beneficial to take over a structure in which an oxidation stabilizer is homogeneous with the fluoropolymer electrolyte mixed and thereby homogeneous throughout the polymer electrolyte membrane is dispersed.

Andererseits ist es in einer Umgebung, in der ein Peroxid in einer Katalysatorschicht an der Membranoberfläche erzeugt wird, und in der das erzeugte Peroxid beim Diffundieren in ein Peroxidradikal umgewandelt wird, und dieses Peroxidradikal eine Verschlechterungsreaktion bewirkt, wie im Fall einer Elektrolytmembran für die Wasserelektrolyse oder für Brennstoffzellen, nicht notwendig, daß ein Oxidationsstabilisator homogen in der Membran verteilt wird. In diesem Fall reicht es aus, wenn nur der Oberflächenabschnitt der Membran, wo die durch eine Oxidierung hervorgerufene Verschlechterungsreaktion am heftigsten abläuft, aus einer Mischung aus Oxidationsstabilisator und Fluorpolymerelektrolyt hergestellt wird, und zwar durch Dotieren des letztgenannten mit dem erstgenannten.on the other hand it is in an environment where a peroxide is in a catalyst layer at the membrane surface and in which the generated peroxide diffuses is converted to a peroxide radical, and this peroxide radical causes a deterioration reaction, as in the case of an electrolyte membrane for the Water electrolysis or for Fuel cells, not necessary that an oxidation stabilizer is distributed homogeneously in the membrane. In that case, it will be enough if only the surface section the membrane where the deterioration reaction caused by oxidation most violent, from a mixture of oxidation stabilizer and fluoropolymer electrolyte is prepared by doping the latter with the former.

Alternativ dazu wird auch ein Verfahren, bei dem ein Membran-Formteil, das aus einer Mischung aus Fluorpolymerelektrolyt und Oxidationsstabilisator besteht, in den Abstand zwischen einer Elektrode und einem Elektrolyten, der nur aus Fluorpolymerelektrolyt besteht, eingeführt wird, als wirksam für die Aufrechterhaltung der Qualität einer Elektrolytmembran angesehen.Alternatively, a method in which a membrane molding, which consists of a mixture of Fluoropolymer electrolyte and oxidation stabilizer is introduced into the gap between an electrode and an electrolyte consisting only of fluoropolymer electrolyte, considered effective for maintaining the quality of an electrolyte membrane.

Das Mischungsverhältnis zwischen der phosphorhaltigen Verbindung und der Fluorpolymerelektrolyt-Membran können gemäß den Eigenschaften eingestellt werden, die vom Polymerelektrolyten erwartet werden, d. h. der elektrischen Leitfähigkeit, der Oxidationsbeständigkeit und dergleichen.The mixing ratio between the phosphorus-containing compound and the fluoropolymer electrolyte membrane can according to the characteristics which are expected from the polymer electrolyte, d. H. the electrical conductivity, the oxidation resistance and the same.

Das heißt, die Oxidationsbeständigkeit wird verbessert, wenn die Menge des untergemischten Oxidationsstabilisators steigt. Da viele Oxidationsstabilisatoren jedoch schwach saure Gruppen sind, sinkt die elektrische Leitfähigkeit des Materials insgesamt, wenn die untergemischte Menge steigt. Daher ist es für Verwendungszwecke, bei denen nur auf Oxidationsbeständigkeit Wert gelegt wird und für die keine hohe elektrische Leitfähigkeit notwendig ist, angemessen, wenn das Mischungsverhältnis des Oxidationsstabilisators zur Polymerverbindung, die einen Fluorpolymerelektrolyten aufweist, gesteigert wird.The is called, the oxidation resistance is improved when the amount of the mixed oxidation stabilizer increases. Because many oxidation stabilizers, however, weakly acidic groups are, the electrical conductivity of the material decreases overall, when the mixed amount increases. Therefore, it is for uses, where only oxidation resistance Value is laid and for which does not have high electrical conductivity is necessary, appropriate, if the mixing ratio of the Oxidation stabilizer for polymer compound, which is a fluoropolymer electrolyte has increased.

Wenn andererseits eine hohe elektrische Leitfähigkeit ebenso wie eine hohe Oxidationsbeständigkeit erforderlich sind, wie im Fall von Brennstoffzellen oder bei der Wasserelektrolyse, ist es angemessen, wenn der Oxidationsstabilisator und der Fluorpolymerelektrolyt, in den eine Sulfonsäuregruppe eingeführt wurde, in einem vorgegebenen Verhältnis miteinander vermischt werden. Falls eine hohe Chlorbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen hochkonzentriertes wäßriges Natriumhydroxid erforderlich ist, um eine Ionen-Rückdiffundierung zu verhindern, wie im Fall der Salzelektrolyse, ist es angemessen, daß der Oxidationsstabilisator und der Fluorpolymerelektrolyt, in den eine Sulfonsäuregruppe eingeführt wurden, in einem vorgegebenen Verhältnis miteinander vermischt werden.If On the other hand, a high electrical conductivity as well as a high Oxidation resistance required are, as in the case of fuel cells or in the electrolysis of water, it is appropriate if the oxidation stabilizer and the fluoropolymer electrolyte, in the one sulfonic acid group introduced was mixed together in a predetermined ratio become. If high chlorine resistance, temperature resistance and durability against highly concentrated aqueous sodium hydroxide is required to prevent ion backdiffusion, As in the case of salt electrolysis, it is appropriate that the oxidation stabilizer and the fluoropolymer electrolyte into which a sulfonic acid group introduced were mixed together in a predetermined ratio become.

Wenn die Menge des einzumischenden Oxidationsstabilisators jedoch unter 0,1 Mol% sämtlicher elektrolytfunktioneller Gruppen sinkt, reicht die Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit nicht mehr aus. Daher ist es erforderlich, daß die Menge des Oxidationsstabilisators, der untergemischt wird, mindestens 0,1 Mol% der gesamten elektrolytfunktionellen Gruppen ausmacht. Insbesondere im Fall von Polymerelektrolyten, die unter schwierigen Bedingungen verwendet werden, beispielsweise für Brennstoffzellen, für die Wasserelektrolyse, die Salzelektrolyse und dergleichen, liegt die Menge der phosphorhaltigen Verbindung vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 Mol%.If the amount of einzumischenden oxidation stabilizer, however, under 0.1 mol% of all electrolyte-functional groups decreases, the improvement of the oxidation resistance not anymore. Therefore, it is necessary that the amount of the oxidation stabilizer, which is mixed in, at least 0.1 mol% of the total electrolyte-functional Makes up groups. Especially in the case of polymer electrolytes, which are used under difficult conditions, for example for fuel cells, for the Water electrolysis, salt electrolysis and the like, is the Amount of phosphorus-containing compound preferably in the range of 5 to 100 mol%.

Wie bisher ausführlich beschrieben, wird der hochbeständige Polymerelektrolyt-Verbundstoff durch Mischen eines Fluorpolymerelektrolyten mit einem Oxidationsstabilisator mit einer Phosphonsäuregruppe, welche die Aufgabe hat, eine oxidative Reaktion zu unterdrücken, erhalten.As so far in detail described, the highly resistant Polymer electrolyte composite by mixing a fluoropolymer electrolyte with an oxidation stabilizer having a phosphonic acid group which the task has been to suppress an oxidative reaction obtained.

Ausführungsbeispiel (nicht erfindungsgemäß)embodiment (not according to the invention)

(1) Herstellung einer Brennstoffzellen-Elektrode, der Polyvinylphosphonsäure zugesetzt wird(1) Production of a fuel cell electrode the polyvinylphosphonic acid is added

[Vergleichsbeispiel][Comparative Example]

Durch Zugabe von 3,3 ml einer elektrolytischen Lösung (einer handelsüblichen Lösung, die 5% Nafion® enthält) und einer vorgegebenen Wassermenge zu 1100 mg Kohlenstoff, der 60% Platin trägt, und Rühren wurde eine homogene Dispersionslösung hergestellt. Die Dispersionslösung wurde mittels einer Rakel auf ein Elektroden-Flächengebilde aufgebracht. Dieses Flächengebilde wurde unter verringertem Druck 8 Stunden lang bei einer Temperatur von 80°C getrocknet, wobei ein Brennstoffzellenelektroden-Flächengebilde erhalten wurde.By addition of 3.3 ml of an electrolytic solution (a commercial solution containing 5% Nafion ® contains) and a predetermined amount of water to 1,100 mg carbon carrying 60% of platinum, and stirring was produced a homogenous dispersion solution. The dispersion solution was applied to an electrode sheet by means of a doctor blade. This sheet was dried under reduced pressure for 8 hours at a temperature of 80 ° C, whereby a fuel cell electrode sheet was obtained.

Dies ist eine üblicherweise verwendete Brennstoffzellen-Elektrode (erhalten durch Trocknen und Festwerden lassen einer Nafion®-Dispersionslösung von Kohlenstoff, der Platin trägt). Es sei darauf hingewiesen, daß Pt:C:Nafion® = 60:40:28.This is a commonly used fuel cell electrode (obtained by drying and solidifying a Nafion ® dispersion solution of carbon, supporting the platinum). It should be noted that Pt: C: Nafion ® = 60:40:28.

[Referenzbeispiel][Reference Example]

Bei der Herstellung der Dispersionslösungen des obigen Vergleichsbeispiels wurden 160 mg Polyvinylphosphonsäure (Hersteller General Science Co., Ltd.) zugegeben, wodurch ein Elektroden-Flächengebilde mit Antioxidationsmittel-Zusatz erhalten wurde.at the preparation of the dispersion solutions of the above comparative example, 160 mg of polyvinylphosphonic acid (manufacturer General Science Co., Ltd.) was added, whereby an electrode sheet with Antioxidant additive was obtained.

Dieses wird durch Zugabe von Polyvinylphosphonsäure (PVPA) zur Elektrode des obigen Vergleichsbeispiels erhalten. Es sei hier darauf hingewiesen, daß Pt:C:Nafion®:PVPA = 60:40:28:14.This is made by adding polyvinylphosphonic acid (PVPA) to the electrode of the above comparison obtained for example. It should be noted here that Pt: C: Nafion ®: PVPA = 60: 40: 28: 14th

(2) Analyse des Dispersionsverhaltens durch TG-MS(2) Analysis of dispersion behavior by TG-MS

Die Gasmengen, die von den Elektroden-Flächengebilden mit Antioxidationsmittel-Zusatz bei bestimmten Temperaturen erzeugt wurden, wurden mittels TG-MS gemessen, um die Wirkung einer Polyvinylphosphonsäure-(PVPA-)Zugabe auf die Pyrolyse während eines Anstiegs der Umgebungstemperatur mit einer Rate von 10°C/min in einer He-Atmosphäre zu untersuchen. Von den bei dieser Analyse erzeugten Stoffen wurde das Verhalten bei der Erzeugung von SO2 (1) und von Fluorkohlenstoff (2) als einer durch den Zerfall des Nafions® erzeugten Komponente dargestellt.The amounts of gas generated from the anti-oxidant additive electrode sheets at particular temperatures were measured by TG-MS to determine the effect of polyvinylphosphonic acid (PVPA) addition on pyrolysis during an ambient temperature ramp at a rate of 10 ° C / min in a He atmosphere. Of the substances generated in this analysis, the behavior in the production of SO 2 ( 1 ) and of fluorocarbon ( 2 ) Is shown as one produced by the decay of the Nafion ® component.

SO2, das in einem Temperaturbereich, der in 1 durch ”X” bezeichnet ist, entsteht, wird durch Oxidation des auf dem Kohlenstoff adsorbierten Schwefels durch den auf dem Kohlenstoff adsorbierten Sauerstoff erhalten. Das so erzeugte SO2 hat nichts mit dem Zerfall des Nafions® zu tun. Die SO2 Menge, die durch den Zerfall des Nafions® erzeugt wird, steigt bei oder ab einer Temperatur von 200°C an. Die SO2-Menge, die in diesem Beispiel entsteht, ist jedoch viel kleiner als die SO2-Menge, die im Vergleichsbeispiel entsteht.SO 2 , which in a temperature range in 1 is formed by oxidation of the sulfur adsorbed on the carbon by the oxygen adsorbed on the carbon. The SO 2 produced in this way has nothing to do with the decomposition of the Nafions ® . The amount of SO 2 that is produced by the decay of the Nafion ®, increases at or above a temperature of 200 ° C. However, the amount of SO 2 produced in this example is much smaller than the amount of SO 2 produced in the comparative example.

Was 2 betrifft, so wurde im Vergleichsbeispiel die Erzeugung von CF3 + und C2F5 + in einem Temperaturbereich von 250°C und darüber beobachtet. Diese Erzeugung von CF3 + und C2F5 + ist die Folge des Nafion®-Zerfalls. Andererseits wurde im Beispiel keine Erzeugung von C3F5 + beobachtet, sondern nur die Erzeugung von CF3 + What 2 In the comparative example, the generation of CF 3 + and C 2 F 5 + in a temperature range of 250 ° C and above was observed. This generation of CF 3 + and C 2 F 5 + is the result of Nafion ® decay. On the other hand, no generation of C 3 F 5 + was observed in the example, but only the production of CF 3 +

Außerdem ist die CF3 +-Menge im Beispiel geringer als die CF3 +-Menge im Vergleichsbeispiel.In addition, the CF 3 + amount in the example is less than the CF 3 + amount in the comparative example.

Das genannte Analyseergebnis hat offenbart, daß die Zugabe von Polyvinylphosphonsäure (PVPA) die Stabilität gegenüber einem thermischen Abbau des Nafion® in der Elektrode stark erhöht. Obwohl dieser Mechanismus der Zerfallsunterdrückung nicht ganz klar ist, kann gefolgert werden, daß eine Zerfallskettenreaktion durch Stabilisieren eines Kohlenstoffrests nach der Freisetzung einer Sulfonsäuregruppe zum Stillstand gebracht worden ist.The analytical result above revealed that the addition of polyvinyl phosphonic acid (PVPA) greatly increased the stability to thermal degradation of the Nafion ® in the electrode. Although this mechanism of decomposition suppression is not entirely clear, it can be concluded that a decay chain reaction has been halted by stabilizing a carbon residue after the release of a sulfonic acid group.

(3) Prüfung der Stabilitätsveränderungen im Lauf der Zeit aufgrund einer Batterieprüfung(3) exam the stability changes over time due to a battery test

[Anfangseigenschaften][Top Properties]

3 stellt das Ergebnis einer I-V-Prüfung (Strom/Spannungs-Prüfung) dar, die unter folgenden Bedingungen durchgeführt wurde: Zelle: 80°C, A-Sprudler (Anode): H2, 275 cm3/min, K-Sprudler (Kathode): Luft, 912 cm3/min, und beide Elektroden: 2 Atü. 3 represents the result of an IV test (current / voltage test) carried out under the following conditions: cell: 80 ° C, A-bubbler (anode): H 2 , 275 cm 3 / min, K-bubbler (cathode ): air, 912 cm 3 / min, and both electrodes 2 Atü.

3 zeigt, daß, obwohl in dem Beispiel Polyvinylphosphonsäure (PVPA) zugegeben wurde, der Gradient des Beispiels und der Gradient des Vergleichsbeispiels im wesentlichen gleich sind. Außerdem gleichen sich das Beispiel und das Vergleichsbeispiel weitgehend in ihrem Übergangswiderstand zwischen der Membran und der Elektrode. Außerdem gleichen sich das Beispiel und das Vergleichsbeispiel bezüglich ihres Stromgrenzwerts und der Ableitungseigenschaften der Elektrode. Generell zeigt die Tatsache, daß der Grenzstrom trotz der Erhöhung des Gewichts um den Faktor 1,5 und der Zunahme des Volumens um etwa den Faktor 2 aufgrund der Zugabe der Polyvinylphosphonsäure (PVPA) im wesentlichen unverändert bleibt, daß die Zugabe von Polyvinylphosphonsäure (PVPA) die Ableitungseigenschaften nicht herabsetzt. Darüber hinaus zeigt 3, daß die Spannung im Beispiel insgesamt niedriger ist als im Vergleichsbeispiel. Man nimmt an, daß dies eine Folge der Katalysatoraktivität ist. Die Spannung kann jedoch durch Reduzieren der zugesetzten Menge an Polyvinylphosphonsäure (PVPA) angepaßt werden. 3 shows that although polyvinylphosphonic acid (PVPA) was added in the example, the gradient of the example and the gradient of the comparative example are substantially the same. In addition, the example and the comparative example are largely similar in their contact resistance between the membrane and the electrode. In addition, the example and the comparative example are similar in their current limit value and the discharge characteristics of the electrode. In general, the fact that the addition of polyvinylphosphonic acid (PVPA) shows that the limiting current remains essentially unchanged despite the increase in weight by a factor of 1.5 and the increase in volume by about a factor of 2 due to the addition of the polyvinylphosphonic acid (PVPA). does not degrade the derivative properties. In addition, shows 3 in that the tension in the example is lower overall than in the comparative example. It is believed that this is a consequence of the catalyst activity. However, the stress can be adjusted by reducing the amount of polyvinylphosphonic acid (PVPA) added.

Das genannte Ergebnis der Prüfung hat offenbart, daß die Zugabe von Polyvinylphosphonsäure (PVPA) keine Veränderung der Brennstoffzellen-Eigenschaften hervorruft, insbesondere keine Änderung des Widerstands oder des Stromgrenzwerts.The mentioned result of the test has revealed that the Addition of polyvinylphosphonic acid (PVPA) no change the fuel cell properties causes, in particular no change of resistance or current limit.

[Gasleckmenge im Beschleunigungsbeständigkeitstest][Gas leak quantity in the acceleration resistance test]

Ein kontinuierlicher Betrieb wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Zelle: 80°C, A: angefeuchtetes H2-Gas, und C: angefeuchtete Luft, und unter Lastbedingungen, die einen offenen Stromkreis umfaßten. Das Ergebnis ist in 4 dargestellt.Continuous operation was performed under the following conditions: cell: 80 ° C, A: humidified H 2 gas, and C: humidified air, and under load conditions involving an open circuit. The result is in 4 shown.

4 zeigt, daß, obwohl die Gasleckmenge des Vergleichsbeispiel schon bald steigt, die Gasleckmenge des Beispiels auch nach 250 Stunden noch stabil ist. Obwohl eigentlich erwartet wurde, daß im Elektrolyten der Elektrode aufgrund der Zugabe von Polyvinylphosphonsäure (PVPA) ein Antioxidationseffekt auftritt, zeigt das in 4 dargestellte Ergebnis, daß die Elektrolytmembran auch vor einer Verschlechterung geschützt wird. Obwohl der Grund für dieses Phänomen nicht ganz klar ist, wird angenommen, daß Peroxidradikale, die in der Elektrode erzeugt werden, oder Zerfallsradikale durch das Antioxidationsmittel desaktiviert werden und daß infolgedessen möglicherweise die Diffusion der Radikale in die Elektrolytmembran unterdrückt wird. 4 shows that although the gas leakage amount of the comparative example is soon increased, the gas leakage amount of the example is still stable even after 250 hours. Although it was actually expected that an antioxidation effect would occur in the electrolyte of the electrode due to the addition of polyvinylphosphonic acid (PVPA), this is shown in FIG 4 shown result that the electrolyte membrane is also protected from deterioration. Although the reason for this phenomenon is not entirely clear, it is believed that peroxide radicals generated in the electrode or decomposition radicals are deactivated by the antioxidant and, as a result, possibly the diffusion of the radicals into the electrolyte membrane is suppressed.

Durch Kombinieren eines Fluorpolymerelektrolyten mit einem Antioxidationsmittel wird es möglich, die Erzeugung von Wasserstoffperoxid-Radikalen auch dann zu unterdrücken, wenn diese Radikale bei hohen Temperaturen erzeugt würden. Infolgedessen wird die Lebensdauer des Fluorpolymerelektrolyten verlängert. Da die Mikrophasentrennung zwischen hydrophilen Abschnitten des Fluorpolymers und dem Antioxidationsmittel und hydrophoben Abschnitten des Fluorpolymers und dem Antioxidationsmittel zu einer Erhöhung der Porosität führt, wird außerdem das Protonenaustauschmaterial daran gehindert, den Katalysator in der Elektrode zu überziehen. Somit kann die Leistung der Brennstoffzelle aufrechterhalten werden.By Combining a fluoropolymer electrolyte with an antioxidant will it be possible to suppress the generation of hydrogen peroxide radicals even if these radicals would be generated at high temperatures. As a result, the Life of the fluoropolymer electrolyte extended. Because the microphase separation between hydrophilic sections of the fluoropolymer and the antioxidant and hydrophobic portions of the fluoropolymer and the antioxidant to an increase the porosity leads, will also preventing the proton exchange material from introducing the catalyst into to coat the electrode. Thus, the performance of the fuel cell can be maintained.

Claims (5)

Hochbeständiger Polymerelektrolyt-Verbundstoff, bestehend aus einer Mischung eines Fluorpolymerelektrolyten gemäß Formel (1) oder (2):
Figure 00100001
worin x eine ganze Zahl von 0 bis 2, y eine ganze Zahl von 2 oder 3 ist und n/m Bereich von 1 bis 10 liegt,
Figure 00100002
worin n/m im Bereich von 0,1 bis 2 liegt, und einer Alkylphosphonsäure-haltigen Verbindung, wobei die Alkylphosphonsäure-haltige Verbindung wenigstens eine von Xylidylphosphonsäure und Benzylphosphonsäure umfasst.
Highly resistant polymer electrolyte composite consisting of a mixture of a fluoropolymer electrolyte according to formula (1) or (2):
Figure 00100001
wherein x is an integer from 0 to 2, y is an integer of 2 or 3 and n / m is from 1 to 10,
Figure 00100002
wherein n / m is in the range of 0.1 to 2, and an alkylphosphonic acid-containing compound, wherein the alkylphosphonic acid-containing compound comprises at least one of xylidylphosphonic acid and benzylphosphonic acid.
Polymerelektrolyt-Verbundstoff nach Anspruch 1, worin der Polymerelektrolyt-Verbundstoff 0,005 bis 10 Gew.-% der Alkylphosphonsäure-haltigen Verbindung enthält.A polymer electrolyte composite according to claim 1, wherein the polymer electrolyte composite contains 0.005 to 10% by weight of the alkylphosphonic acid-containing ones Contains connection. Polymerelektrolyt-Verbundstoff nach Anspruch 2, worin der Polymerelektrolyt-Verbundstoff 0,01 bis 5 Gew.-% der Alkylphosphonsäurehaltigen Verbindung enthält.A polymer electrolyte composite according to claim 2, wherein the polymer electrolyte composite contains 0.01 to 5% by weight of the alkylphosphonic acid Contains connection. Polymerelektrolyt-Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die eingemischte Menge der Alkylphosphonsäure-haltigen Verbindung 5 bis 100 Mol% der Gesamtmenge der elektrolytfunktionellen Gruppen im Polymerelektrolyt ausmacht. Polymer electrolyte composite according to one of claims 1 to 3, wherein the blended amount of the alkylphosphonic acid-containing Compound 5 to 100 mol% of the total amount of the electrolyte-functional Makes up groups in the polymer electrolyte. Polymerelektrolyt-Verbundstoff nach einem der vorhergehenden Anspürche, umfassend zusätzlich mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Metalldesaktivator, Phenolverbindung, Aminverbindung und Schwefelverbindung.Polymer electrolyte composite according to one of the preceding Anspürche, additionally at least one compound from the group of metal deactivator, phenolic compound, Amine compound and sulfur compound.
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