本發(fā)明涉及一種用于具有高質(zhì)子電導(dǎo)率和耐久性的膜電極組件的基于烴的離聚物(hydrocarbon-based?ionomer)以及包括該離聚物的膜電極組件。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜(pem)是用于包括燃料電池在內(nèi)的各種能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存裝置的核心材料，作為電解質(zhì)和隔膜可用于選擇性地僅轉(zhuǎn)移陽(yáng)離子。因此，質(zhì)子交換膜需要質(zhì)子電導(dǎo)率高、物理化學(xué)穩(wěn)定性出色、易于大規(guī)模生產(chǎn)(可擴(kuò)展)和生產(chǎn)成本低等特性。

2、目前，使用最廣泛的質(zhì)子交換膜包括杜邦公司(dupont)的全氟電解質(zhì)戈?duì)柟?gore)的全氟多孔填充結(jié)構(gòu)膜等。由于這些膜的質(zhì)子電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性高，它們被廣泛應(yīng)用于商業(yè)燃料電池或調(diào)試燃料電池、氧化/還原液流電池(oxidation/reduction?flow?cell)、電化學(xué)氫壓縮機(jī)系統(tǒng)等。

3、然而，由于氧自由基導(dǎo)致的分解問(wèn)題，焚燒過(guò)程中氫氟酸和污染物導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題以及使用大量氟化表面活性劑的復(fù)雜制造工藝導(dǎo)致的單位成本高，現(xiàn)有的全氟化質(zhì)子交換產(chǎn)品在應(yīng)用于環(huán)保和高效低成本型能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存系統(tǒng)時(shí)存在問(wèn)題或擔(dān)憂(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一種用于膜電極組件的基于烴的離聚物可以包括嵌段共聚物。所述嵌段共聚物可以包括一個(gè)以上的親水域(hydrophilic?domain)和一個(gè)以上的疏水域(hydrophobicdomain)。

2、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的疏水域可以包括第一疏水域和第二疏水域。嵌段共聚物可以包括在嵌段共聚物的第一端(first?end)的第一疏水域和在嵌段聚合物的第二端(second?end)的第二疏水域。

3、在一些實(shí)施方案中，嵌段共聚物可以包括由a1n1-bm-a2n2表示的三嵌段共聚物。a1是第一疏水域，b是親水域，a2是第二疏水域，n1和n2各自是大于或等于100且小于或等于4000的整數(shù)，m是大于或等于100且小于或等于8000的整數(shù)。

4、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的親水域可以包括由式1表示的質(zhì)子傳導(dǎo)重復(fù)部分(proton?conductive?repeating?portion)，其中式1對(duì)應(yīng)于：

5、

6、m是大于或等于100且小于或等于8000的整數(shù)。

7、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的疏水域可以包括硬鏈段(hard?segment)和抗氧化鏈段(antioxidative?segment)。

8、在一些實(shí)施方案中，硬鏈段可以包括由式2-1、式2-2和式2-3表示的重復(fù)部分中的至少一種。式2-1對(duì)應(yīng)于：

9、

10、式2-1的r1至r5各自包括氫、具有1個(gè)至12個(gè)碳原子的烷基、叔丁基、苯基、

11、a對(duì)應(yīng)于數(shù)字1、2或3。r6包括氫或具有1個(gè)至12個(gè)碳原子的烷基，式2-1的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

12、式2-2對(duì)應(yīng)于：

13、

14、式2-2中的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

15、式2-3對(duì)應(yīng)于：

16、

17、式2-3的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

18、在一些實(shí)施方案中，抗氧化鏈段可以包括一個(gè)以上的一氧化氮(no)自由基(radical)。

19、在一些實(shí)施方案中，抗氧化鏈段可以包括由式3-1、式3-2、式3-3和式3-4表示的重復(fù)部分中的至少一種。

20、式3-1對(duì)應(yīng)于：

21、

22、式3-1的r7包括氫或具有1個(gè)至4個(gè)碳原子的烷基，式3-1的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

23、式3-2對(duì)應(yīng)于：

24、

25、式3-2的r8、r9和r10各自包括氫或式3-2的r11包括叔丁基或式3-2的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

26、式3-3對(duì)應(yīng)于：

27、

28、式3-3的r12和r13各自包括式3-3的r14包括氫或具有1個(gè)至4個(gè)碳原子的烷基，式3-3中的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

29、式3-4對(duì)應(yīng)于：

30、

31、式3-4的r15包括式3-4的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

32、在一些實(shí)施方案中，嵌段共聚物的重均分子量mw可以大于或等于60000g/mol且小于或等于200000g/mol。

33、一種膜電極組件可以包括電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜的第一表面上的第一電極和設(shè)置在電解質(zhì)膜的第二表面上的第二電極。例如，電解質(zhì)膜、第一電極和第二電極中的至少一個(gè)可以包括基于烴的離聚物。例如，基于烴的離聚物可以包括包含親水域和疏水域的嵌段共聚物。

34、在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)膜包括可以用基于烴的離聚物浸漬(impreg?nated)的增強(qiáng)層。

35、在一些實(shí)施方案中，增強(qiáng)層包括膨體聚四氟乙烯(e-ptfe)。

36、一種燃料電池可以包括膜電極組件。膜電極組件可以包括電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜的第一表面上的第一電極和設(shè)置在電解質(zhì)膜的第二表面上的第二電極。例如，電解質(zhì)膜、第一電極和第二電極中的至少一個(gè)可以包括基于烴的離聚物。例如，基于烴的離聚物可以包括包含親水域和疏水域的嵌段共聚物。

37、一種水電解裝置可以包括膜電極組件。膜電極組件包括電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜的第一表面上的第一電極和設(shè)置在電解質(zhì)膜的第二表面上的第二電極。例如，電解質(zhì)膜、第一電極和第二電極中的至少一個(gè)包括基于烴的離聚物。例如，基于烴的離聚物可以包括包含一個(gè)以上的親水域和一個(gè)以上的疏水域的嵌段共聚物。

38、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的疏水域可以包括第一疏水域和第二疏水域。嵌段共聚物可以包括在嵌段共聚物的第一端的第一疏水域和在嵌段共聚物的第二端的第二疏水域。

39、在一些實(shí)施方案中，嵌段共聚物可以包括由a1n1-bm-a2n2表示的三嵌段共聚物。a1是第一疏水域，b是親水域，a2是第二疏水域，n1和n2各自是大于或等于100且小于或等于4000的整數(shù)，m是大于或等于100且小于或等于8000的整數(shù)。

40、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的親水域可以包括由式1表示的質(zhì)子傳導(dǎo)重復(fù)部分，其中式1對(duì)應(yīng)于：

41、

42、m是大于或等于100且小于或等于8000的整數(shù)。

43、在一些實(shí)施方案中，一個(gè)以上的疏水域可以包括硬鏈段和抗氧化鏈段。

44、在一些實(shí)施方案中，硬鏈段可以包括由式2-1、式2-2和式2-3表示的重復(fù)部分中的至少一種。式2-1對(duì)應(yīng)于：

45、

46、式2-1的r1至r5各自包括氫、具有1個(gè)至12個(gè)碳原子的烷基、叔丁基、苯基、

47、a對(duì)應(yīng)于數(shù)字1、2或3。r6包括氫或具有1個(gè)至12個(gè)碳原子的烷基，式2-1的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

48、式2-2對(duì)應(yīng)于：

49、

50、式2-2的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

51、式2-3對(duì)應(yīng)于：

52、

53、式2-3的x對(duì)應(yīng)于大于0且小于或等于0.9的數(shù)字。

54、在一些實(shí)施方案中，抗氧化鏈段可以包括一個(gè)以上的一氧化氮(no)自由基。