CN105720287A - 使用路易斯酸/布朗斯台德酸络合物的新颖电解质 - Google Patents

使用路易斯酸/布朗斯台德酸络合物的新颖电解质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用路易斯酸/布朗斯台德酸络合物的新颖电解质。本发明在此描述了一种传导质子的聚合物，该聚合物总体上包括一种给出质子的聚合物以及一种路易斯酸。这些路易斯酸可以包括一种或多种稀土三氟甲磺酸盐。该传导质子的聚合物在低湿度环境下显示出优异的质子传导率。

Description

使用路易斯酸/布朗斯台德酸络合物的新颖电解质
本申请是申请日为2008年5月7日，申请号为200880014988.X，发明名称为“使用路易斯酸/布朗斯台德酸络合物的新颖电解质”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求了于2007年5月8日提交的美国专利申请序号11/745,782的优先权，其内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及传导质子的聚合物。更具体地说，本发明涉及在燃料电池中使用的传导质子的聚合物。
背景技术
燃料电池是一种能量转换装置，该装置使燃料(诸如氢气以及氧气)发生电化学反应以产生电流。一种特殊类型的燃料电池是质子交换膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池具有大约80℃的工作温度，这使它们对许多应用是有利的，特别是汽车应用。
PEM燃料电池总体上包括一个或多个电连接的膜电极组件(MEA)。每个MEA包括由一种固体电解质分隔开的一个阳极和一个阴极，该固体电解质允许质子从中转移通过。该固体电解质典型地是处于一种隔膜的形式。这些MEA被安置在流场之间，这些流场提供了遍布与隔膜相对的阳极表面的氢气分布以及遍布与隔膜相对的阴极表面的氧气分布。为了催化在阳极和阴极处的反应，将催化剂沉积在电极的表面上。在PEM燃料电池中所使用的典型的催化剂是铂。
在工作过程中，氢气被供应至阳极并且氧气被供应至阴极以产生一个电流。通过以下反应，氢气与氧气在适当的电极发生反应：
阳极：2H2→4H++4e-
阴极：O2+4H++4e-→2H2O
总反应：2H2+O2→2H2O+e-
在阳极处，氢气被离解成氢离子和电子。氢离子穿过隔膜渗透至阴极，而电子穿过外电路流至阴极。在阴极处，氧气与氢离子和电子反应以形成水。通过外电路从阳极至阴极的电子流可以用作一个电源。
在PEM燃料电池中所使用的固体电解质是一种酸性的传导质子的聚合物。聚合物的酸性使得质子能够从阳极转移至阴极并阻止电子从中转移通过。对于在PEM燃料电池中所使用的酸性的传导质子的聚合物类来说，磺化的氟聚合物类是最普及的选择。这些最普及的导电聚合物之一是(DuPont的注册商标)。磺化的氟聚合物类的普及是由于它们的高的耐化学性、能够形成非常薄的隔膜的能力、以及由于它们吸水的能力而导致的高传导率。磺化的氟聚合物类吸收大量水的能力是由于聚合物之内的磺酸基团的亲水性质。这些磺酸基团在聚合物之内提供水合区域的产生，这些水合区域由于对磺酸基团有一种更弱的吸引而允许氢离子更自由地移动穿过该聚合物。在氢离子和磺酸基团之间的更弱的吸引增加了聚合物的传导率，从而增加了燃料电池的性能。这样，氢离子的传导率是直接与磺化的氟聚合物的水合量成比例的。
在PEM燃料电池中电解质的水合作用是一个重要的考虑因素，在PEM燃料电池中的空气的湿度必须仔细地进行监测和控制。若空气具有太高的湿度的话，则电池将会被在燃料电池工作过程中所产生的水淹没，导致由于电极孔的堵塞而带来的性能上的下降。若空气具有太低的湿度的话，则电解质可能干透，从而降低了电解质的传导率，导致降低的燃料电池性能。这样，控制系统和增湿系统必须与PEM燃料电池一起使用。使用这些系统会不利地影响PEM燃料电池系统的成本、规模、以及质量。这样，在本领域中对于在低湿度环境中显示出高传导率的传导质子的聚合物类存在一种需要。
发明内容
在此描述了一种传导质子的聚合物，该聚合物包括一种给出质子的聚合物以及一种吸电子物质。该吸电子物质可以包括一种路易斯酸。该路易斯酸可以包括一种稀土三氟甲磺酸盐。“三氟甲磺酸盐(Triflate)”，更正式地已知为三氟甲磺酸盐(trifluoromethanesulfonate)，是具有式CF3SO3的官能团。如在此所使用的，基团CF3SO3可以被指定为OTf。根据本发明可以使用的稀土三氟甲磺酸盐的例子包括Sc(OTf)3、Y(OTf)3、以及La(OTf)3。根据本发明可以使用的其他路易斯酸包括Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2。传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃的范围内的温度下可以显示出大于0.015S/cm的阳离子传导率。给出质子的聚合物可以包括一个磺酸基团。传导质子的聚合物可以包括磺化的聚砜。根据本发明可以使用的其他给出质子的聚合物类包括磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚苯类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物。优选地，给出质子的酸基团与路易斯酸之间的摩尔比是在0.1至3.0、更优选0.2至1.2的范围内。
在此还描述了一种燃料电池，该燃料电池包括一个阳极、一个阴极、以及一个阳离子交换膜，该阳离子交换膜包括一种给出质子的聚合物以及一种吸电子物质。该吸电子物质可以包括一种路易斯酸。该路易斯酸包括一种稀土三氟甲磺酸盐。根据本发明可以使用的稀土三氟甲磺酸盐的例子包括Sc(OTf)3、Y(OTf)3、以及La(OTf)3。根据本发明可以使用的其他路易斯酸包括Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2。传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃的范围内的温度下可以显示出大于0.015S/cm的阳离子传导率。
附图说明
图1是对根据本发明的机理的一种描绘。
图2是示出了根据本发明的传导质子的聚合物的传导率与磺化的聚砜相比的线图。
具体实施方式
在此描述了提供质子从中转移的导电聚合物。传导质子的聚合物可以在燃料电池作为电解质使用，该燃料电池是诸如PEM燃料电池、直接甲醇燃料电池、或使用质子导电材料作为电解质的任何其他类型的燃料电池。该传导质子的聚合物在低湿度环境下提供高的质子传导率。
该传导质子的聚合物总体上包括一种给出质子的聚合物以及一种吸电子物质。该吸电子物质可以包括一种路易斯酸。该传导质子的聚合物可以用路易斯酸掺杂。给出质子的聚合物与路易斯酸的比例可以基于给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与路易斯酸之间的摩尔比而确定。优选地，给出质子的酸基团与路易斯酸之间的摩尔比是在0.1至3.0、更优选0.2至1.2的范围内。
该路易斯酸可以选自与给出质子的聚合物相容的任何类型的路易斯酸。一些常见的路易斯酸包括氯化铝、五氯化铌，并且许多的金属离子是强路易斯酸。然而，为了能够在燃料电池的环境中使用，路易斯酸不应包括在水中经历了水解而形成碱式盐的金属离子。优选地，路易斯酸可以包括一种或多种稀土三氟甲磺酸盐。根据传导质子的聚合物可以使用的稀土三氟甲磺酸盐的例子包括Sc(OTf)3、Y(OTf)3、以及La(OTf)3。路易斯酸还可以包括选自Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2的一种或多种。根据本发明可以使用的其他路易斯酸包括镧系三氟甲磺酸盐，例如Ce(OTf)3、Pr(OTf)3；镧系以及氯化物，例如ScCl3、YCl3、YbCl3；镧系四氧合氯化物，例如Ce(ClO4)3、Y(ClO4)3、La(ClO4)3；包含Fe(II)、Cd(II)、Pb(II)、或其他金属(III)元素的氯化物，例如FeCl2；包含Fe(II)、Cd(II)、Pb(II)、或其他金属(III)元素的四氧合氯化物，例如Cu(ClO4)3、Zr(ClO4)3、Cd(ClO4)2、Fe(ClO4)2；以及包含Fe(II)、Cd(II)、Pb(II)、或其他金属(III)元素的其他三氟甲磺酸盐类。
给出质子的聚合物可以包括含磺酸基团或膦酸基团的聚合物。特别地，给出质子的聚合物可以包括磺化的聚砜。根据本发明可以使用的其他给出质子的聚合物类包括磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚苯类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、磺化的全氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物。优选地，给出质子的聚合物具有大于1.0的离子交换能力。更优选地，给出质子的聚合物具有大于1.2的离子交换能力。
总体而言，质子在强酸性条件下非常容易移动。通过将路易斯酸加入给出质子的聚合物中，路易斯酸的强酸性允许质子更加容易地移动穿过该导电聚合物。不被理论所束缚，诸位发明人相信，路易斯酸的高的酸性从质子给体基团吸引电子，这允许氢离子容易地移动穿过该导电聚合物。一旦从给出质子的聚合物中吸附电子，给出质子的聚合物的电子密度就移向路易斯酸的电子密度。因为在质子与给出质子的聚合物的一个或多个酸基团之间的电子密度可能下降，所以在质子与一个或多个酸基团之间的离子键将减弱，从而允许质子容易地被分离。该机理总体上描绘在图1中。
某些路易斯酸，诸如在此描述的那些，在潮湿环境中是稳定的并且是相容的。这些路易斯酸无法在燃料电池环境中分解。这样，它们可以在隔膜和/或其他聚合物电解质中保持“在原位”。与含水环境的这种相容性使得燃料电池能够从路易斯酸的强酸性中获益。
根据本发明的传导质子的聚合物可以通过将如在此描述的一种给出质子的聚合物与一种路易斯酸进行混合而制备。给出质子的聚合物和路易斯酸可以处于粉末形式并且一起机械地混合。给出质子的聚合物和路易斯酸还可以溶解在溶液中并且与将被蒸发掉的溶剂一起混合来获得传导质子的聚合物。传导质子的聚合物还可以通过将给出质子的聚合物浸入路易斯酸并且随后进行干燥而获得。
传导质子的聚合物可以形成如在电化学电池中使用的一种隔膜。为了获得具有传导质子的聚合物的隔膜，可以将给出质子的聚合物和路易斯酸在溶液中结合并且允许进行干燥。典型地，可以将给出质子的聚合物和路易斯酸溶解在一种有机溶剂中，例如N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、或二甲亚砜(DMSO)。可以向该溶液中加入一些水以帮助溶解路易斯酸。一旦所有给出质子的聚合物和路易斯酸都已溶解，则将溶剂蒸发掉以获得薄膜。可以将该溶液加热以帮助溶解给出质子的聚合物和路易斯酸。包括传导质子的聚合物的隔膜还可以通过制备具有给出质子的聚合物的隔膜并且用路易斯酸浸渍该隔膜而获得。该隔膜可以通过将该隔膜浸入路易斯酸溶液并且随后进行干燥、将路易斯酸溶液喷雾到隔膜上并且随后进行干燥、或任何其他普遍已知的沉积技术来用路易斯酸进行浸渍。
当在燃料电池中用作质子传导电解质时，质子传导电解质可以形成一种如先前所讨论的离子交换膜并且结合进燃料电池中。当结合进燃料电池中时，该离子交换膜被安置在阳极和阴极之间并且与其处于电化学联通。在燃料电池工作过程中，质子穿过离子交换膜从阳极转移至阴极而电子穿过外电路从阳极转移至阴极。
由本发明的传导质子的聚合物形成的离子交换膜可以用于膜电极组件(MEA)中。MEA包括一个阳极、一个阴极、以及安置在阳极和阴极之间的一个相应的离子交换膜。燃料电池或其他装置中可以使用一个或多个根据本发明的膜电极组件。
实例
根据本发明制备了一个传导质子的聚合物的样品。为了制备该聚合物样品，将0.816g的磺化的聚砜粉末以及1.2g的三氟甲磺酸钪粉末与1.0ml的水进行混合。磺化的聚砜与三氟甲磺酸钪之间的混合比是基于0.5的路易斯酸/-SO3H的分子之比进行计算的。添加的水是1-3g，这取决于样品的状态。在制备了这些混合物之后，将这些混合物干燥以获得粉末样品。
通过将大致0.5g-1.0g的所制备的粉末样品用1t/cm2的载荷进行压铸来制造一种测试粒料。通过将大致0.5g-1.0g的磺化的聚砜粉末进行压铸来制造一种第二粒料。这些粒料具有大致10mm的高度以及大约1.5mm的厚度。每种粒料单独地放置在维持于20％的相对湿度下的温度-湿度室中。通过交流电阻抗(AC阻抗)方法对这些粒料的离子传导率单个地进行测量。在测试过程中，经由与粒料相接触的铂电极跨过每一粒料施加电流。然后在从20℃至120℃不同的温度下测量这些粒料的离子传导率。实验结果在图2中示出。
虽然在此已经描述了确信是本发明的多个优选的实施方案，但本领域的那些技术人员应认识到，在不背离本发明的精神下可以对其做出其他的以及另外的修改和变更，并且本申请旨在对落入本发明的真正范围之内的所有此类修改和变更都提出权利要求。

Claims (17)

1.一种传导质子的聚合物，包括：一种给出质子的聚合物以及一种路易斯酸的结合，其中所述给出质子的聚合物是选自下组的一种或多种，该组的构成是：磺化的聚砜类、磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚亚苯基类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、磺化的全氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物，且所述路易斯酸在潮湿环境下是稳定的、不应包括在水中经历水解而形成碱式盐的金属离子，其中所述路易斯酸是选自下组的一种或多种，该组的构成是：Sc(OTf)3、Y(OTf)3、La(OTf)3、Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2、Ce(OTf)3、Pr(OTf)3、ScCl3、YCl3、YbCl3、Ce(ClO4)3、Y(ClO4)3、La(ClO4)3、Cu(ClO4)3、Zr(ClO4)3、Cd(ClO4)2、Fe(ClO4)2、以及FeCl2，其中所述路易斯酸在传导质子的聚合物中保持原位。
2.根据权利要求1所述的传导质子的聚合物，其中所述给出质子的聚合物是用所述路易斯酸掺杂的。
3.根据权利要求1所述的传导质子的聚合物，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在0.1至3.0的范围内。
4.根据权利要求1所述的传导质子的聚合物，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在0.2至1.2的范围内。
5.根据权利要求1所述的传导质子的聚合物，其中所述传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃的范围内的温度下显示出大于0.015S/cm的阳离子传导率。
6.一种燃料电池，包括：
一个阳极；
一个阴极；
以及一个阳离子交换膜，该阳离子交换膜包括一种给出质子的聚合物以及一种路易斯酸的结合，其中所述给出质子的聚合物是选自下组的一种或多种，该组的构成是：磺化的聚砜类、磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚亚苯基类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、磺化的全氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物，且所述路易斯酸在潮湿环境下是稳定的、不应包括在水中经历水解而形成碱式盐的金属离子，其中所述路易斯酸是选自下组的一种或多种，该组的构成是：Sc(OTf)3、Y(OTf)3、La(OTf)3、Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2、Ce(OTf)3、Pr(OTf)3、ScCl3、YCl3、YbCl3、Ce(ClO4)3、Y(ClO4)3、La(ClO4)3、Cu(ClO4)3、Zr(ClO4)3、Cd(ClO4)2、Fe(ClO4)2、以及FeCl2，其中所述路易斯酸在传导质子的聚合物中保持原位。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述给出质子的聚合物是用所述路易斯酸掺杂的。
8.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在0.5至3.0的范围内。
9.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在1.5至2.5的范围内。
10.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃范围内的温度下显示出大于0.015S/cm的阳离子传导率。
11.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述给出质子的聚合物包括磺化的聚砜。
12.一种传导质子的聚合物，包括一种给出质子的聚合物和一种路易斯酸的结合，其中所述给出质子的聚合物是选自下组的一种或多种，该组的构成是：磺化的聚砜类、磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚亚苯基类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、磺化的全氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物，且所述路易斯酸在潮湿环境下是稳定的、不应包括在水中经历水解而形成碱式盐的金属离子，其中所述路易斯酸是选自下组的一种或多种，该组的构成是：Sc(OTf)3、Y(OTf)3、La(OTf)3、Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2、Ce(OTf)3、Pr(OTf)3、ScCl3、YCl3、YbCl3、Ce(ClO4)3、Y(ClO4)3、La(ClO4)3、Cu(ClO4)3、Zr(ClO4)3、Cd(ClO4)2、Fe(ClO4)2、以及FeCl2，所述传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃范围内的温度下具有大于0.015S/cm的阳离子传导率，其中所述路易斯酸在传导质子的聚合物中保持原位。
13.一种电解质膜，包括一种给出质子的聚合物以及一种路易斯酸的结合，其中所述给出质子的聚合物是选自下组的一种或多种，该组的构成是：磺化的聚砜类、磺化的聚醚酮类、磺化的聚苯乙烯类、磺化的聚亚苯基类、磺化的三氟苯乙烯类、磺化的聚磷腈类、磺化的氟聚合物类、磺化的全氟聚合物类、聚苯硫醚类、包含一个或多个氟化的磺酰胺基团的聚合物类、两性离子紫罗烯类、离聚物类、磺化的聚酰胺类、磺化的聚吡咯类、磺化的有机硅类、用磷酸掺杂的聚苯并咪唑、nafion、以及它们的任何衍生物，且所述路易斯酸在潮湿环境下是稳定的、不应包括在水中经历水解而形成碱式盐的金属离子，其中所述路易斯酸是选自下组的一种或多种，该组的构成是：Sc(OTf)3、Y(OTf)3、La(OTf)3、Sc(ClO4)3、Pb(ClO4)3、以及Fe(OSO2CF3)2、Ce(OTf)3、Pr(OTf)3、ScCl3、YCl3、YbCl3、Ce(ClO4)3、Y(ClO4)3、La(ClO4)3、Cu(ClO4)3、Zr(ClO4)3、Cd(ClO4)2、Fe(ClO4)2、以及FeCl2，其中所述路易斯酸在传导质子的聚合物中保持原位。
14.根据权利要求13所述的电解质膜，其中所述给出质子的聚合物是用所述路易斯酸掺杂的。
15.根据权利要求13所述的电解质膜，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在0.1至3.0的范围内。
16.根据权利要求13所述的电解质膜，其中所述给出质子的聚合物的给出质子的酸基团与所述路易斯酸之间的摩尔比是在0.2至1.2的范围内。
17.根据权利要求13所述的电解质膜，其中所述传导质子的聚合物在小于25％的相对湿度下在40℃至80℃范围内的温度下显示出大于0.015S/cm的阳离子传导率。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2011102596A (ru) * 2008-07-25 2012-07-27 Сони Корпорейшн (JP) Протонпроводящий композитный электролит, сборка мембрана-электрод с его использованием и электрохимическое устройство, использующее сборку мембрана-электрод
WO2011010742A1 (ja) * 2009-07-22 2011-01-27 ソニー株式会社 イオン伝導性複合電解質とこれを用いた膜電極接合体、及び膜電極接合体を用いた電気化学装置、並びにイオン伝導性複合電解質膜の製造方法
JP6252886B2 (ja) * 2012-05-16 2017-12-27 国立研究開発法人物質・材料研究機構 パーフルオロスルホン酸ポリマー−アゾール−酸ブレンド膜及びその製造方法、パーフルオロスルホン酸ポリマー−アゾールブレンド膜及びその製造方法、並びにプロトン交換膜燃料電池
US20130330653A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 GM Global Technology Operations LLC Novel PPS-S Membrane
US20140045093A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 GM Global Technology Operations LLC Imbibing PolyPhenyleneSulfide (PPS) and Sulfonated-PPS Fibers with Ionomer
CN107078326B (zh) 2014-05-12 2021-07-06 乔纳·莱迪 镧系元素和锕系元素电化学
JP6760646B2 (ja) * 2016-08-23 2020-09-23 東京都公立大学法人 表面修飾ナノファイバー、電解質膜、電解質膜の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池
CN113812024A (zh) 2019-05-31 2021-12-17 旭化成株式会社 高分子电解质膜、膜电极接合体、固体高分子电解质型燃料电池、及高分子电解质膜的制造方法
CN110760184A (zh) * 2019-09-27 2020-02-07 金旸（厦门）新材料科技有限公司 一种改善涂料附着效果的聚酰胺材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1121080A (zh) * 1991-06-28 1996-04-24 埃克森化学专利公司 一种聚合阳离子聚合性单体的方法
US20040038105A1 (en) * 2000-12-13 2004-02-26 Volker Hennige Cation-conducting or proton-conducting ceramic membrane infiltrated with an ionic liquid, method for the production thereof and use of the same
JP2005025945A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Teijin Ltd プロトン伝導体、触媒電極とプロトン伝導体との接合体、燃料電池およびプロトン伝導体の製造方法
CN1659733A (zh) * 2002-06-10 2005-08-24 纳幕尔杜邦公司 基于羧酸的离子交联聚合物燃料电池
CN1697852A (zh) * 2002-06-27 2005-11-16 佩密斯股份有限公司 质子导电膜及其应用

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3592696A (en) * 1969-01-07 1971-07-13 Leesona Corp Direct hydrocarbon fuel cell containing electrolyte comprising a halogenated acid and a lewis acid
US6025096A (en) * 1990-08-27 2000-02-15 Hope; Stephen F. Solid state polymeric electrolyte for electrochemical devices
DE4141416A1 (de) 1991-12-11 1993-06-17 Schering Ag Verfahren zur beschichtung von oberflaechen mit feinteiligen feststoff-partikeln
US5512391A (en) 1993-09-07 1996-04-30 E.C.R. - Electro-Chemical Research Ltd. Solid state electrochemical cell containing a proton-donating aromatic compound
US5731105A (en) * 1993-09-07 1998-03-24 E.C.R. - Electro-Chemical Research Ltd. Battery electrochemical cell with a non-liquid electrolyte
US5475069A (en) 1994-10-31 1995-12-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Polymerization of vinyl ethers
US5529707A (en) 1994-11-17 1996-06-25 Kejha; Joseph B. Lightweight composite polymeric electrolytes for electrochemical devices
US5849432A (en) * 1995-11-03 1998-12-15 Arizona Board Of Regents Wide electrochemical window solvents for use in electrochemical devices and electrolyte solutions incorporating such solvents
FR2743011B1 (fr) 1995-12-29 1998-02-20 Rhone Poulenc Fibres Procede de preparation electrochimique de catalyseurs a base de metal de transition et de phosphine
JP3458049B2 (ja) 1997-04-25 2003-10-20 株式会社リコー イオン伝導性高分子固体電解質および該固体電解質を含む電気化学素子
JP2000002961A (ja) 1998-06-15 2000-01-07 Konica Corp ハロゲン化銀写真感光材料及び画像形成方法
US6383682B1 (en) * 2000-04-07 2002-05-07 Telcordia Technologies, Inc. Yttrium-ion rechargeable battery cells
US7012124B2 (en) 2000-06-16 2006-03-14 Arizona Board Of Regents, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Solid polymeric electrolytes for lithium batteries
JP2002033130A (ja) 2000-07-14 2002-01-31 Mitsui Chemicals Inc 高分子固体電解質および二次電池
DE10109829A1 (de) * 2001-03-01 2002-09-05 Celanese Ventures Gmbh Polymermembran, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
US7387784B2 (en) * 2001-05-16 2008-06-17 O'brien Michael Joseph Process for making cosmetic compositions using polyether siloxane copolymer network compositions
DE60233745D1 (de) 2001-11-09 2009-10-29 Yardney Tech Prod Wasserfreie elektrolyte für elektrochemische lithiumzellen
JP2004171907A (ja) 2002-11-20 2004-06-17 Hitachi Ltd リチウム二次電池
JP5002804B2 (ja) 2005-05-10 2012-08-15 国立大学法人三重大学 高分子固体電解質
JP5095089B2 (ja) * 2005-05-31 2012-12-12 株式会社豊田中央研究所 固体高分子電解質、並びに、固体高分子型燃料電池及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1121080A (zh) * 1991-06-28 1996-04-24 埃克森化学专利公司 一种聚合阳离子聚合性单体的方法
US20040038105A1 (en) * 2000-12-13 2004-02-26 Volker Hennige Cation-conducting or proton-conducting ceramic membrane infiltrated with an ionic liquid, method for the production thereof and use of the same
CN1659733A (zh) * 2002-06-10 2005-08-24 纳幕尔杜邦公司 基于羧酸的离子交联聚合物燃料电池
CN1697852A (zh) * 2002-06-27 2005-11-16 佩密斯股份有限公司 质子导电膜及其应用
JP2005025945A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Teijin Ltd プロトン伝導体、触媒電極とプロトン伝導体との接合体、燃料電池およびプロトン伝導体の製造方法

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