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專利名稱 |
申請國別 |
狀態 |
專利證號 |
專利起期 |
專利迄期 |
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雙層複合質子交換膜及膜電極組 |
台灣 |
獲證 |
I577078 |
20170401 |
20320628 |
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中國大陸 |
ZL201210320104.1 |
20160803 |
20320830 |
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美國 |
審查中 |
主要技術特徵
一種具多功能性之雙層複合質子交換膜及具所述雙層複合質子交換膜的膜電極組。所述雙層複合質子交換膜包括第一複合結構與第二複合結構。第一複合結構包括0.001~10 wt%具二維結構之石墨烯衍生物與99.999~90 wt%有機材料。有機材料包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。第二複合結構包括0.5~30 wt%無機材料與99.5~70 wt%有機材料，其中無機材料之表面積為50~3,000 m2/g；有機材料包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。
功效特點與產業效益
本發明是有關於一種燃料電池之質子交換膜，且特別是有關於一種具多功能性之雙層複合質子交換膜及膜電極(Membrane Electrode Assembly; MEA)。使用高濃度甲醇(>90%)蒸氣進料方式之微型燃料電池，其膜電極組目前面臨兩大考驗，第一是高濃度甲醇易滲透至陰極，造成陰極觸媒被毒化或電位降問題；第二是高濃度甲醇進料使陽極端缺乏關鍵反應物—水。因而膜電極組必須具有回水功能，質子交換膜厚度愈薄則愈有利陰極回水及質子之傳導，但是甲醇滲透問題易隨質子交換膜之厚度變薄而愈趨嚴重。
為了解決高濃度甲醇滲透與缺水兩大關鍵問題，質子交換膜必須兼具低甲醇燃料滲透率及保水之特質，進而才能解決使用高濃度甲醇蒸氣進料之微型燃料電池的關鍵問題。以目前的質子交換膜來看，全氟磺酸樹脂(Nafion)容易形成離子簇(Ion Cluster)之微結構，利於質子傳導，但也導致高溫失水之現象及甲醇滲透問題，而無法在高甲醇濃度及高溫低加濕條件下操作。至於全氟磺酸離子交換樹脂(PFSA)系列之質子交換膜因濕度的關係，導致其導電率嚴重下滑，使MEA阻抗大幅上升，而造成MEA放電特性及耐久性不佳問題。
本發明提供一種雙層複合質子交換膜，可以阻絕燃料穿越同時具有高保水能力。本發明另提供一種膜電極，包含上述雙層複合質子交換膜，進而能提升微型燃料電池之放電功率。
申請專利範圍
一種雙層複合質子交換膜，用於具有一陽極與一陰極的膜電極組，所述雙層複合質子交換膜包括：一第一複合結構，靠近該陽極，所述第一複合結構包括：0.001~10 wt%具二維結構之石墨烯衍生物；以及99.999~90 wt%有機材料，包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料；以及一第二複合結構，與該第一複合結構層合，且所述第二複合結構靠近該陰極，其中所述第二複合結構包括：0.5~30 wt%無機材料，其表面積為50~3,000m2/g；以及99.5~70 wt%有機材料，包括具磺酸根或磷酸根之高分子材料。
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