質子導體和使用該質子導體的電化學裝置的製作方法
2023-06-11 13:36:11 2
專利名稱：質子導體和使用該質子導體的電化學裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種質子導體，更具體地，本發明涉及一種質子導體和一種使用該質子導體的電化學裝置，該質子導體相比傳統的質子導體即使沒有潤溼在超過100℃的高溫環境裡也具有優異的質子導電性，並且可在低溫下製備。
背景技術：
燃料電池是通過燃料和氧氣的電化學反應產生電能的電化學裝置。因為他們不會受卡諾循環熱力的限制，與熱力發電機不同，他們的理論功率效率非常高。
已知燃料電池根據在電池中使用的電解質類型可以分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體燃料電池(SOFC)。燃料電池的操作溫度和組成元件的材料按照電解質的類型而改變。
質子導體可以用於電解質膜和電極中。
電解質膜用作防止陽極和陰極物理接觸的隔離層，同時作為負責將氫離子(質子)從陽極傳送到陰極的離子導體。這裡，分布在電解質膜中的質子導體實際上作為離子導體。
質子導體通常由稱作Nafion的全氟磺酸酯聚合物製成。這種全氟磺酸酯聚合物基質子導體具有優異的機械強度、化學穩定性和離子導電性，但是由於水份損失不能在超過80℃的高溫下使用。因此，使用這種全氟磺酸酯聚合物基質子導體的燃料電池不具有高溫操作的優點。
考慮到這些問題，已經積極進行了關於非溼潤聚合物電解質的研究。已經主要研究了使用磷酸作為質子導體的聚苯並咪唑(PBI)-磷酸(H3PO4)的系統。然而，用於PBI-磷酸系統中的磷酸是流體，所以沒有均勻地分布在構成電極的催化劑/碳電極顆粒的表面上，而是局部地浸漬在催化劑/碳電極顆粒間的間隙裡，由此導致了不均勻問題。
就是說，在電極上的氧化還原反應發生在催化劑的表面上。同時，氧化還原反應最活躍地發生在接近氣相和液相(液體磷酸)之間界面的催化劑上，在此從氣相到液相的材料的傳輸順利地進行。然而，由於催化劑被液體磷酸包圍，因此存在來自氣相供應的材料幾乎不參與氧化還原反應的困難，從而降低了整個催化劑效率。
另外，在電解質膜或電極中的磷酸會由於其洩露導致碳雙極板的腐蝕，這裡，「腐蝕」指的是通過洩露的磷酸和碳表面的官能團之間的反應形成了雜質。在這個方面，可以考慮通過2800℃或更高的高溫處理來消除碳雙極板的官能團，但是導致了製備成本顯著增加的問題。
考慮到磷酸的上述缺點，已經考慮使用金屬磷酸鹽特別是磷酸錫(SnP2O4)或磷酸鋯(ZrP2O7)作為質子導體。然而，具有超過500℃高溫處理的金屬磷酸鹽的製備與鉑-碳負載型催化劑的製備不能現場同時進行，鉑-碳負載型催化劑在超過400℃的高溫下易碎。
根據傳統技術製備的質子導體示於圖2A、2B和3中。圖2A和2B表示由被磷酸包圍的磷酸錫(SnP2O4)製備的質子導體。參照圖2A和2B，很多質子導體顆粒通過磷酸凝聚。圖3表示用85％的磷酸(H3PO4)和硼酸製備的質子導體。參照圖3，BPO4顆粒被磷酸包圍並大量凝聚。這些傳統的質子導體不均勻地分散在催化劑層中，其原因是他們具有易於凝聚的傾向，並由於他們的吸溼性在一定時間內從固態轉化為液態，從而導致逐漸阻塞了用於原料傳輸通道的孔隙。
發明內容
本發明提供了一種即使在高溫和非潤溼環境下仍具有持續和優異的離子導電性的質子導體。
本發明還提供了一種在低溫下製備質子導體的方法。
本發明還提供了一種包括質子導體的聚合物電解質膜。
本發明還提供了一種製備聚合物電解質膜的方法。
本發明還提供了一種包括質子導體的燃料電池電極。
本發明還提供了一種製備包括質子導體的燃料電池電極的方法。
本發明還提供了一種包括質子導體的電化學裝置。
參照本發明的一個方面，提供了一種質子導體，其包括P2O5和選自B2O3、ZrO2、SiO2、WO3和MoO3中的至少一種，並具有60wt％或更多的非晶相。
參照本發明的另一個方面，提供了製備質子導體的方法，該方法包括如下步驟(a)將溶劑與硼酸(H3BO3)和偏磷酸(HPO3)混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
參照本發明的另外一個方面，提供了一種包括質子導體的聚合物電解質膜。
參照本發明的另外一個方面，提供了一種製備聚合物電解質膜的方法，該方法包括如下步驟(a)將溶劑與聚合物基體、偏磷酸和硼酸混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
根據本發明的另外一個方面，提供了一種包括質子導體的燃料電池電極。
根據本發明的另外一個方面，提供了一種製備燃料電池電極的方法，該方面包括(a)將溶劑與負載型催化劑、偏磷酸和硼酸混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
根據本發明的另外一個方面，提供了一種包括質子導體的電化學裝置。
附圖簡述通過參照附圖詳細地描述代表性實施方式，本發明的上述和其他特點與優點將變得顯而易見，其中
圖1A和1B是根據本發明分別在120℃和150℃通過熱處理製備的質子導體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；圖2A和2B是由磷酸錫(SnP2O7)製得的質子導體的SEM照片；圖3是利用85％磷酸和硼酸製備的質子導體的SEM照片；圖4是圖1A、1B和3中的質子導體的X-射線衍射(XRD)圖；圖5是根據本發明的實施例1製備的質子導體的熱重分析(TGA)圖；圖6是根據本發明的實施例2製備的質子導體的TGA圖；圖7是根據對比例製備的質子導體的TGA圖。
具體實施例方式
現在參照附圖將更加完整地描述本發明，其中將示出本發明的代表性實施方式。
本發明的質子導體包括P2O5和選自B2O3、ZrO2、SiO2、WO3和MoO3中的至少一種並具有60wt％或更多的非晶相。
如此後所述的製備本發明的質子導體，將偏磷酸(HPO3)和硼酸(H3BO3)混合併進行熱處理。在此，根據下面的反應式1和2製備非晶P2O5和B2O3反應式1
反應式2
根據本發明製備的60％或更多的P2O5和B2O3以非晶相存在。
同時，偏磷酸和硼酸以1∶0.2到1∶0.6的重量比混合來製備本發明的質子導體。如果採用正磷酸代替偏磷酸，發生下面反應式3和4表示的化學反應反應式3
反應式4
就是說，通過如反應式3所示的過量正磷酸和硼酸的活性反應，熱處理正磷酸和硼酸來製備晶體BPO4。如反應式4表示剩餘的正磷酸產生P2O5。如本發明上面所述，偏磷酸和硼酸的重量比在1∶0.2到1∶0.6的範圍內。如果採用正磷酸代替在上面的重量比中的偏磷酸，那麼非晶相的含量理論上不超過60％。
在本發明的質子導體中，優選P2O5和B2O3的重量比為1∶0.12至1∶0.40，P2O5和ZrO2的重量比為1∶0.21至1∶0.71，P2O5和SiO2的重量比為1∶0.10至1∶0.35，P2O5和WO3的重量比為1∶0.40至1∶1.33，P2O5和MoO3的重量比為1∶0.25至1∶0.83。如果B2O3、ZrO2、SiO2、WO3或MoO3之間的比例過高，則質子導體的離子導電性會降低。另一方面，如果P2O5的比例過高，則凝固不能很好地進行，因而降低了可成形性並導致了流體化。
本發明的質子導體的離子導電性受質子導體的結晶度的影響。隨著質子導體的結晶度的降低，也就是，隨著非晶相所佔比率的上升，離子導電性增加。
根據本發明的方法製備的質子導體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片示於圖1A和1B。圖1A示出了在120℃通過熱處理製備的質子導體，圖1B示出了在150℃通過熱處理製備的質子導體。
本發明的質子導體主要由如圖1A和1B的SEM照片中所示的非晶相組成。而且，質子導體以固相存在，由此可以均勻的分散在催化劑的表面上。
本發明的質子導體製備如下。
首先，將硼、鋯、矽、鎢或鉬的固體酸和偏磷酸混合在溶劑中。硼酸(H3BO3)作為硼的固體酸是特別優選的。只要該溶劑是能夠溶解固體酸和偏磷酸的單組分或多組分分散劑，那麼就不特別限定該溶劑。該溶劑的實例包括水、甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯，但不局限於此。這些溶劑可以單獨使用或混合使用。特別優選水、乙醇和IPA。溶劑的量不特別限定。然而，如果溶劑的量太小，混合固體酸和偏磷酸會有困難。另一方面，如果溶劑的量太大，熱處理需要的時間會增加。在這點上，必須選擇合適量的溶劑。
偏磷酸是具有化學式(HPO3)x(x約為6)的材料，並且能很好地溶解在水和醇類中。具體地，當溶解在水中時，偏磷酸逐漸地轉化為H3PO4。
如果偏磷酸的含量太大，離子導體的固化會較差。另一方面，如果固體酸的含量太大，離子導電性會降低。在這點上，偏磷酸和固體酸的重量比優選為1∶0.01至1∶1，更優選為1∶0.2至1∶0.6。
上述所得混合物在加熱器中進行熱處理，例如在烤箱或火爐中。熱處理溫度為100至400℃，更優選為120至200℃。如果熱處理溫度超過400℃，製備的質子導體的離子導電性會降低。另一方面，如果熱處理溫度低於100℃，質子導體的製備時間會增加。對熱處理時間不具體限定，但是可以根據混合組分的量在能夠製備非晶產品的充分時間內進行選擇，該非晶產品通過反應物和溶劑蒸發來製備。例如，熱處理時間可以為2至36小時。
將該由此製備的質子導體冷卻到室溫、研磨成粉並製備成合適的形狀。
也就是，通過熱處理製備的質子導體通過將其包含在電極或聚合物電解質膜中可以用於包括燃料電池的電化學裝置中。然而，由於額外的工藝過程將單獨製備的質子導體包含在電極或聚合物電解質膜中增加了製備成本。
在這方面，需要同時製備質子導體和電極或聚合物電解質膜。
對於同時製備質子導體和聚合物電解質膜，可以製備包括質子導體的聚合物電解質膜。
詳細地，將聚合物基體、固體酸和偏磷酸加入溶劑中並充分混合以獲得均勻的溶液。只要該溶劑是能夠溶解固體酸和偏磷酸的單組分或多組分分散劑，那麼對該溶劑不具體限定，如同上述質子導體的製備過程。溶劑的實例包括水、甲醇、乙醇、IPA、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯，但不局限於此。這些溶劑可以單獨使用或混合使用。特別優選水、乙醇和IPA。溶劑的量不特別限定。然而，如果溶劑的量太小，混合固體酸和偏磷酸會有困難。另一方面，如果溶劑的量太大，熱處理需要的時間會增加。在這點上，必須選擇合適量的溶劑。
聚合物基體可以選自各種用於製備聚合物電解質膜的抗熱聚合物基體。然而，優選使用耐受在100至400℃高溫下的熱處理，並且在用於燃料電池時在約150℃或更低的操作溫度下穩定的聚合物。
具體地，聚合物基體可以是選自下列中至少一種物質製成的薄膜全氟聚合物(例如Nafion離子交聯聚合物)，烴聚合物，聚醯亞胺(特別是芳香族的聚醯亞胺)，聚偏二氟乙烯，聚苯並咪唑(PBI)，聚碸，聚醚碸，聚醚酮，聚苯硫醚，聚苯醚，聚膦嗪，聚萘二甲酸乙二酯，聚酯，聚醯胺(特別是芳香族的聚醯胺)，及其混合物。
如上所述，偏磷酸和固體酸的重量比優選為1∶0.01至1∶1，更優選為1∶0.2至1∶0.6。
優選偏磷酸和固體酸組成的混合物的用量為50至80重量份，基於該混合物和聚合物基體的總重量(100重量份)。
所得的混合物在加熱裝置烘箱或爐子中進行熱處理。熱處理溫度為100至400℃，優選為120至200℃。如果熱處理溫度超過400℃，製備的質子導體的離子導電性會降低。另一方面，如果熱處理溫度低於100℃，質子導體的製備時間會增加。對熱處理時間不具體限定，但是可以根據混合組分的量在能夠製備非晶產品的充分時間內進行選擇，該非晶產品通過反應物和溶劑蒸發來製備。熱處理時間可以為2至36小時。
對於同時製備質子導體和電極來說，可以製備包括質子導體的電極。
更詳細地，將含有金屬催化劑顆粒的負載型催化劑、固體酸和偏磷酸加入到溶劑中並混合。只要該溶劑是能夠溶解固體酸和偏磷酸的單組分或多組分分散劑，那麼對該溶劑不具體限定，如同質子導體的上述製備過程。溶劑的實例包括水、甲醇、乙醇、IPA、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯，但不局限於此。這些溶劑可以單獨使用或混合使用。特別優選水、乙醇和IPA。溶劑的量不特別限定。然而，如果溶劑的量太小，混合固體酸和偏磷酸會很困難。另一方面，如果溶劑的量太大，熱處理需要的時間會增加。在這點上，必須選擇合適量的溶劑。
關於偏磷酸和固體酸的重量比，如果偏磷酸的含量太大，離子導體的固化會較差。另一方面，如果固體酸的含量太大，導電性會降低。在這點上，如上所述，優選調整偏磷酸和固體酸的重量比為1∶0.01至1∶1，更優選為1∶0.2至1∶0.6。
優選，固體酸和偏磷酸的混合物的含量為負載型催化劑重量的5至25％。如果固體酸和偏磷酸混合物的含量低於5wt％，質子導體的產量會相對降低，這使得很難實現所需的離子導電率。另一方面，如果固體酸和偏磷酸混合物的含量超過25wt％，在負載材料之間的電接觸會降低，從而降低了電極效率。
金屬催化劑顆粒的實例包括鉑(Pt)、釕(Ru)、錫(Sn)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鉬(Mo)、硒(Se)、鎢(W)、銥(Ir)、鋨(Os)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉛(Pb)及其混合物，但不局限於此。特別優選納米尺寸的鉑及其合金。
將所得混合物在加熱裝置如烘箱或爐子中進行熱處理。熱處理溫度為100至350℃，優選為120至200℃。如果熱處理溫度超過350℃，催化劑顆粒會燃燒。而且，超過400℃的熱處理溫度會降低質子導體的離子導電性。另一方面，如果熱處理溫度低於100℃，製備時間會增加。對熱處理時間不具體限定，但是可以根據混合組分的量在能夠製備非晶產品的充分時間內進行選擇，該非晶產品通過反應物和溶劑蒸發來製備。熱處理時間可以為2至36小時。
通過上述熱處理進行乾燥的電極如下形成為預定形狀。首先，將上述製備的電極研磨成粉並與溶劑混合以製備漿料。具體地，溶劑可以是不能溶解所製備的質子導體的有機溶劑。該溶劑的實例包括丙酮、四氫呋喃(THF)、二甲基亞碸(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙醯胺(DMAc)、二甲基甲醯胺(DMF)、m-甲酚、甲苯、乙二醇(EG)、γ-丁內酯和六氟異丙醇(HFIP)，但不局限於此。這些溶劑可以單獨或混合使用。
將漿料塗布在氣體擴散層上。該氣體擴散層可以是碳紙，更優選為防水碳紙，更加優選為塗布有防水碳黑層的防水碳紙或碳布。
防水碳紙包括約5至50wt％的諸如聚四氟乙烯(PTFE)的憎水性聚合物。憎水性聚合物可以進行燒結。對氣體擴散層的防水處理是確保用於極性液體反應物和氣體反應物的通道。
防水碳紙的防水碳黑層包括碳黑和憎水性聚合物，該憎水性聚合物例如是作為憎水性粘合劑的含量約為20至50wt％的PTFE。如上所述，將防水碳黑層粘附到防水碳紙的表面上。燒結該防水碳黑層的憎水性聚合物。
可以通過絲網印刷方法、刮刀法、塗抹法和噴塗法等將該漿料塗布到氣體擴散層上。在約60至100℃的溫度下乾燥已塗布的漿料。
燃料電池的陰極和陽極可以通過很多文獻中公開的各種方法進行製備，從而，省略了對其的詳細描述。
本發明還提供一種包括質子導體的電化學裝置。該電化學裝置可以是包括陰極、陽極和插入陰極和陽極之間的電解質膜的燃料電池，在該燃料電池中至少陰極、陽極和電解質膜中的一個包括質子導體。
可以通過很多文獻中公開的各種方法製備這種燃料電池，從而，省略了對其的詳細描述。
以下，參照下列實施例將更加具體地描述本發明。下列實施例僅是示意性目的，因而不限定本發明的範圍。
實施例1
10g偏磷酸((HPO3)6)和4g硼酸(H3BO3)溶解在100g水中。這時，由於在高溫下偏磷酸公知地與玻璃容器(PYREX)反應，所以使用Teflon燒杯。將通過偏磷酸和硼酸完全溶解於水中而得到的清澈溶液，在設定為120℃的對流烘箱中進行24小時的熱處理。
作為熱處理的結果，獲得純的非晶樣品。將樣品冷卻至室溫並研磨成粉。所得的0.3g粉末放置在製片夾具中，並施加3000psia的壓力一分鐘，得到直徑1.3cm和厚1mm的壓片。所獲得的壓片插入直徑為1.5cm的SUS電極的中間並施壓，以測量質子導電率。結果，在120℃下質子導電率為0.035S/cm。
實施例2
除了熱處理溫度是150℃外以與實施例1相同的方法製備質子導體，以及以與實施例1相同的條件測量質子導體的質子導電率。在120℃下質子導體的質子電率為0.022S/cm。
對比例
10g 85％的液體磷酸(H3PO4)和4g硼酸(H3BO3)溶解在100g水中。這時，由於在高溫下液體磷酸公知地與玻璃容器(PYREX)反應，所以使用Teflon燒杯。通過將磷酸和硼酸完全溶解於水中得到的清澈溶液在設定為120℃的對流烘箱中進行24小時的熱處理。
將熱處理後所得的樣品冷卻至室溫並在研缽中研磨成粉。所得的0.3g粉末放置在製片夾具中並施加3000psia的壓力一分鐘以獲得直徑1.3cm和厚1mm的壓片。所獲得的壓片插入直徑為1.5cm的SUS電極的中間並施壓以測量質子導電率。結果，在120℃下質子導電率為0.00357S/cm。
對實施例1和實施例2與對比例中製備的質子導體進行熱重分析(TGA)，結果分別示於圖5至圖7中。從圖5至圖7中，獲得實施例1和實施例2與對比例中質子導體的剩餘質量值並示於如下表1中。
表1
剩餘質量基本上由晶體BPO4的質量構成。在熱重分析過程中，在本發明的質子導體中起重要作用的非晶B2O3和P2O5在200℃以上的溫度下轉化為晶體BPO4，然後在650℃以上的溫度下蒸發消失。在這點上，根據質子導體的製備過程在1000℃下的剩餘質量由現有的BPO4質量構成並且BPO4的質量是由B2O3和P2O5轉換來的。
如表1所示，對比例中BPO4的剩餘質量明顯比實施例1和2中的高。這意味著在實施例1和2中非晶相的比率比對比例中的高很多。
另外，對實施例1和2與對比例中製備的質子導體進行X-射線衍射(XRD)分析，分析結果示於圖4中。參照圖4，按照對比例使用85％磷酸和硼酸製備的質子導體表現出較高的結晶度，然而實施例1和2的質子導體表現出較低的結晶度。具體地，與實施例2中通過較高溫度熱處理製備的質子導體相比，實施例1中通過較低溫度熱處理製備的質子導體表現出較高的非結晶性。此外，如上所述，對上述質子導電性的測量表明隨著非結晶性增加，離子導電性增加。
實施例3
10g偏磷酸((HPO3)6)和4g硼酸(H3BO3)溶解在100g水中並且在其中加入100g作為負載型催化劑的Pt/C催化劑。反應混合物以與實施例1相同的方法進行熱處理。將10g作為粘合劑的聚二氟乙烯和70ml N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入所得到的產物中並且充分攪拌以製備漿料。採用常規方法將該漿料塗布到防水碳布的表面上，從而製備電極。
實施例4
10g偏磷酸((HPO3)6)和4g硼酸(H3BO3)溶解在100g水中並且在其中加入20g作為聚合物基體的聚偏二氟乙烯(PVDF)。將所得到的混合物放入模型中以與實施例1相同的方法進行熱處理，從而製備電解質薄膜。
實施例5
採用常規方法將實施例3中製備的電極粘附到實施例4中製備的電解質薄膜的兩個表面上，從而製備電池單元。在操作溫度120℃下對電池單元進行性能測試，此時以10ml/分鐘的速率供應氫作為燃料並以200ml/分鐘的速率供應空氣作為氧化劑。結果，在電流密度200mA/cm2下獲得較高的電壓0.65V。
本發明的質子導體相比傳統的質子導體即使沒有潤溼在超過100℃的高溫環境裡也具有更優異和持久的質子導電性。而且，由於質子導體以固相存在，當用於電極中時質子導體能最大限度提高催化劑效率，並且當用於聚合物電解質膜中時可以避免隔膜的腐蝕。此外，由於質子導體在低溫下製備，因而可以利用現場電極製備工藝。
儘管已經參照其中的代表性實施方式進行示出和描述了本發明，對本領域技術人員來說很容易理解到對其中所作的各種形式和細節變化都不會超出如以下權利要求所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種質子導體，其包括P2O5和選自B2O3、ZrO2、SiO2、WO3和MoO3中的至少一種，並具有60wt％或更多的非晶相。
2.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和選自B2O3、ZrO2、SiO2、WO3和MoO3中的至少一種的重量比為1∶0.10至1∶1.33。
3.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和B2O3的重量比為1∶0.12至1∶0.40。
4.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和ZrO2的重量比為1∶0.21至1∶0.71。
5.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和SiO2的重量比為1∶0.10至1∶0.35。
6.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和WO3的重量比為1∶0.40至1∶1.33。
7.根據權利要求1的質子導體，其中P2O5和MoO3的重量比為1∶0.25至1∶0.83。
8.一種製備質子導體的方法，該方法包括如下步驟(a)將溶劑與硼酸(H3BO3)和偏磷酸混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
9.根據權利要求8的方法，其中偏磷酸和硼酸的重量比為1∶0.01至1∶1。
10.根據權利要求8的方法，其中偏磷酸和硼酸的重量比為1∶0.2至1∶0.6。
11.根據權利要求8的方法，其中溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯或其混合物。
12.根據權利要求8的方法，其中步驟(b)在100至400℃的溫度下進行。
13.一種聚合物電解質膜，其包括根據權利要求1至7中任一項的質子導體和聚合物基體。
14.一種製備聚合物電解質膜的方法，該方法包括如下步驟(a)將溶劑與聚合物基體、偏磷酸和硼酸混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
15.根據權利要求14的方法，其中在步驟(a)中，偏磷酸和硼酸的重量比為1∶0.2至1∶0.6。
16.根據權利要求14的方法，其中在步驟(a)中，溶劑為水、甲醇、乙醇、IPA、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯或其混合物。
17.根據權利要求14的方法，其中在步驟(a)中，聚合物基體為全氟聚合物、烴聚合物、聚醯亞胺、聚偏二氟乙烯、聚苯並咪唑、聚碸、聚醚碸、聚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚、聚膦嗪、聚萘二甲酸乙二酯、聚酯、聚醯胺或其混合物。
18.根據權利要求14的方法，其中在步驟(a)中，基於100重量份的偏磷酸、固體酸和聚合物基體，偏磷酸和硼酸的總含量為50至80重量份
19.根據權利要求14的方法，其中步驟(b)在100至400℃的溫度下進行。
20.一種燃料電池電極，其包括根據權利要求1至7中任一項的質子導體和負載型催化劑。
21.一種製備燃料電池電極的方法，該方法包括如下步驟(a)將溶劑與負載型催化劑、偏磷酸和硼酸混合；以及(b)熱處理在步驟(a)中得到的混合物。
22.根據權利要求21的方法，其中在步驟(a)中，偏磷酸和硼酸的重量比為1∶0.2至1∶0.6。
23.根據權利要求21的方法，其中在步驟(a)中，溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、乙酸叔丁酯和乙酸正丁酯或其混合物。
24.根據權利要求21的方法，其中在步驟(a)中，硼酸和偏磷酸的總量為負載型催化劑重量的5至25％。
25.根據權利要求21的方法，其中步驟(b)在100至350℃的溫度下進行。
26.一種燃料電池，其包括陰極、陽極和插在陰極和陽極之間的電解質膜，其中陰極、陽極和電解質膜中的至少一個包括根據權利要求1的質子導體。
全文摘要
本發明提供了一種質子導體，其包括P
文檔編號H01M4/86GK1794363SQ20051012462
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月14日 優先權日2004年12月23日
發明者姜孝郎 申請人:三星Sdi株式會社