專利名稱：導電組合物及制法、聚合物及電極、電解質膜和燃料電池的制作方法
導電組合物及制法、聚合物及電極、電解質膜和燃料電池技術領域
本發明的各方面涉及導電組合物、其聚合物、制備所述組合物的方法、包含所述組合物或所述聚合物的用于燃料電池的電極和電解質膜、以及含其的燃料電池。
背景技術：
燃料電池是作為化石能量替代品的未來的清潔能源。燃料電池還具有高的輸出密度和高的能量轉換效率，這意味著燃料電池可適用于大范圍的領域例如無污染車輛、家用發電系統、和移動電子設備例如移動通信設備、醫療設備、及用于軍事和航空航天應用的各種設備。
燃料電池包括陰極、陽極以及設置在陰極和陽極之間的電解質膜。在向其供應燃料氣體的陽極中，發生燃料氣體的氧化。在向其供應氧氣的陰極中，發生氧氣的還原。由陰極和陽極中的反應產生的電子產生電，并且附帶產生熱和水汽。
典型地，燃料電池的這樣的電極包括由炭黑和聚四氟乙烯構成的微孔層。然而，這樣的電極可得不到令人滿意的導電特性，并且因此在這點上的改進是必要的。發明內容
本發明的各方面提供導電組合物、其聚合物、制備所述導電組合物的方法、各自包含所述組合物或所述聚合物的用于燃料電池的電極和電解質膜、以及含其的燃料電池。
根據本發明的一個方面，組合物包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種；和能交聯的化合物
式I
O八 N R5
式權利要求
1.組合物，包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種
2.權利要求I的組合物，其中R5和R5’各自獨立地為由下式5A 5C表不的基團之一
3.權利要求I的組合物，其中式2的化合物選自由下式6 8表示的化合物式6
4.權利要求I的組合物，其中式2的化合物選自由下式9 11和19表示的化合物 式9
5.權利要求I的組合物，進一步包含能交聯的化合物。
6.權利要求5的組合物，其中所述能交聯的化合物為選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚夂惡唑的至少一種材料。
7.權利要求5的組合物，其中所述能交聯的化合物的量為5重量份 210重量份，基于 100重量份的式I和2的化合物。
8.權利要求5的組合物，其中所述能交聯的化合物包括選自由下式12 14表示的化合物的至少一種化合物
9.聚合物，其為權利要求1-8中任一項的組合物的聚合產物。
10.包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種的組合物的制備方法，所述方法包括對以下酚化合物(A)、甲醛、以下胺化合物(B)、非質子極性溶劑和有機溶劑的混合物進行熱處理以獲得式I和2的化合物的至少一種
11.權利要求10的方法，其中所述非質子極性溶劑與所述有機溶劑的混合比以體積計為 I : 9 9 : I。
12.權利要求10的方法，其中所述非質子極性溶劑為選自如下的至少一種溶劑N， N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四亞甲基砜、I，2- 二甲基-2-咪唑烷酮、和N-甲基甲酰胺。
13.權利要求10的方法，其中所述有機溶劑包括選自如下的至少一種溶劑1，4_二氧六環、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃(THF)、基于苯的溶劑、以及其混合物。
14.權利要求10的方法，其中所述有機溶劑為選自苯、甲苯和二甲苯的至少一種基于苯的溶劑。
15.權利要求10的方法，其中在將所述酚化合物(A)、所述甲醛、和所述胺化合物(B) 混合在一起時，進一步加入選自對甲苯磺酸、五氯化磷(PC15)、和磷酰氯(POCl3)的至少一種催化劑。
16.權利要求10的方法，其中所述熱處理在80°C 250°C的溫度下進行。
17.燃料電池電極，所述電極包括包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種的組合物
18.權利要求17的電極，進一步包含能交聯的化合物。
19.權利要求18的電極，其中所述能交聯的化合物為選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚夂惡唑的至少一種材料。
20.權利要求18的電極，其中所述能交聯的化合物的量為5重量份 210重量份，基于 100重量份的式I和2的化合物。
21.燃料電池電極，所述電極包含聚合物，所述聚合物為包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種的組合物的聚合產物式I
22.權利要求21的電極，其中所述電極進一步包括氣體擴散層、和微孔層以及催化劑層的至少一個；并且所述氣體擴散層、微孔層和催化劑層的至少一個包含所述聚合物。
23.權利要求22的電極，其中所述微孔層包含導電材料，和所述微孔層中所述聚合物的量為0. I重量份 0. 5重量份，基于I重量份的所述導電材料。
24.權利要求22的電極，其中所述微孔層具有12QcmVcm 14 Q cm2/cm的電阻。
25.權利要求22的電極，其中所述催化劑層包含催化劑，和所述催化劑層中所述聚合物的量為0. 001重量份 0. 5重量份，基于I重量份的所述催化劑。
26.權利要求21的電極，其中所述電極進一步包括氣體擴散層、微孔層和催化劑層；并且所述氣體擴散層和所述微孔層包含所述聚合物。
27.權利要求21的電極，進一步包含能交聯的化合物。
28.權利要求27的電極，其中所述能交聯的化合物為選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚夂惡唑的至少一種材料。
29.燃料電池的電解質膜，所述電解質膜包含由包含由下式I表示的化合物和由下式 2表示的化合物的至少一種的組合物聚合獲得的聚合物
30.權利要求29的電解質膜，進一步包含能交聯的化合物。
31.權利要求30的電解質膜，其中所述能交聯的化合物為選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚惡唑的至少一種材料。
32.燃料電池，包括陰極；陽極；和在所述陰極和所述陽極之間的電解質膜，其中所述陰極、所述陽極和所述電解質膜的至少一個包括包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種的組合物
33.權利要求32的燃料電池，進一步包含選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚1 ,|唑的至少一種能交聯的化合物。
34.燃料電池，包括陰極；陽極；和在所述陰極和所述陽極之間的電解質膜，其中所述陰極、所述陽極和所述電解質膜的至少一個包含聚合物，所述聚合物為包含由下式I表示的化合物和由下式2表示的化合物的至少一種的組合物的聚合產物式I
35.權利要求34的燃料電池，進一步包含選自基于聚唑的材料、聚酰亞胺和聚惡唑的至少一種能交聯的化合物。
全文摘要
導電組合物、由所述導電組合物獲得的聚合物、制備所述組合物的方法、各自包含所述組合物和所述聚合物的至少一種的燃料電池電極和電解質膜、及包含所述組合物和所述聚合物的至少一種的燃料電池。所述導電組合物包含至少一種具有導電官能團的基于苯并嗪的化合物和能交聯的化合物。包含導電官能團的組合物和作為所述組合物聚合產物的聚合物展現出良好的對化學品、熱和酸的耐受性。包括其的用于燃料電池的電極展現出改善的導電性。
文檔編號C08G73/08GK102532535SQ20111041836
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者劉大鐘, 崔成宇, 樸昭英 申請人:三星電子株式會社