2024年4月20日发(作者：荣耀v9升级鸿蒙系统)

l、n₁₇～n₄₃、和m₃～m₇可各自

为约10或更大的整数，并且在一些实施

z可为化学键、-(CH₂)_S-、-C(=O)-、-SO₂-、-

C(CH₃)₂-、或者-C(CF₃)₂-；

所述基于唑的聚合物可为包括由下式51表示的聚(2,2'-(间-亚苯基)-5,5'-

式51

在式51中，n₁为约10或更大的整数。

式52

在式52中，n₂为约10或更大的整数。

式51和52的化合物可各自具有约1,000,000或更小的数均分子量。

例如，所述基于唑的聚合物可为由下式53表示的基于苯并咪唑的(苯并

咪唑类)聚合物。

双苯并咪唑)(m-PBI)、或者包括由下式52表示的聚(2,2'-(对-亚苯基)-5,5'-双

苯并咪唑)(p-PBI)的化合物。

并且s可为1～约5的整数。

方式中，可为约100或更大的整数，

式53

其中，在式53中，

R₉和R₁₀各自独立地为氢原子、未取代或取代的

C₁-C₂₀烷基、未取代或 取代的C₁-

C₂₀烷氧基、未取代或取代的C₆-C₂₀芳基、

未取代或取代的C₆-C₂₀芳氧基、未取代或取代的

C₃-C₂₀杂芳基、或者未取代或取代的C₃-

C₂₀杂芳氧 基，其中R₉和R₁₀可连

接形成C₄-C₂₀碳环或者C₃-C₂₀

含杂原子的碳环；

Ar¹²为取代或未取代的C₆-C₂₀亚芳基或者取

代或未取代的C₃-C₂₀亚杂芳

R₁₁～R₁₃各自独立地为氢原子、取代或未取代的

C₁-C₂₀烷基、取代或未 取代的C₁-

基；

C₂₀烷氧基、取代或未取代的C₆-C₂₀芳基、

取代或未取代的C₆-C₂₀芳氧基、取代或未取代的

C₆-C₂₀杂芳基、或者取代或未取代的C₃-

C₂₀杂芳氧

L表示连接体；

m₁为约0.01～约1；

基；

a₁为0或1；

n₃为0～约0.99的数；和

k为约10～约250的数。

所述基于苯并咪唑的聚合物可包括由式54表示的化合物或者由式55表

式54

在式54中，k₁表示聚合度并且为约10～约300的数。

式55

在式55中，m₈为约0.01～约1的数，例如，m₈可为约1、

或者约0.1 约0.9的数；并且n₄₄为约0～约0.99的数，并且

或约0.1～约0.9的数；和

示的化合物：

在一些实施方式中，可为0

k₂为约10～约250的数。

下文中，将更详细地描述由式4～9表示的化合物。

式4的化合物的至少一种的实例为由式56～104表示的化合物。

式56 式57 式58

式59 式60 式61

式62 式63

式65 式66

式69 式70

式72 式73

式75 式76

式78 式79

式64

式67 式68

式71

式74

式77

式80

式81 式82 式83

式84 式85

式87 式88

式91 式92

式96 式97

式100 式101

式103 式104

式86

式89 式90

式93 式94

式98 式99

式102

式95

式5的化合物的至少一种的实例为由式105～109表示的化合物。

式105 式106

式107 式108

式109

在式105～109中，R_5’为-CH₂-CH=CH₂或者

由式110表示的基团。

式110

式5的化合物的至少一种的实例还为由式111～114表示的化合物。

式111 式112

式113 式114

式6的化合物的至少一种的实例为由式115～118表示的化合物：

式115

在式115中，R”’为氢原子或C₁-C₁₀烷基。

式116

式117

式118

在式115～118中， 选自由式118A表示的基团。

式118A

式6的化合物的至少一种的实例包括由式119～139表示的化合物：

式119 式120

式121 式122

式123 式124

式125 式126

式127 式128

式129 式130

式132 式133

式135 式136

式131

式134

式137

式138 式139

在式7的化合物的至少一种中，A’可为由式140或141表示的基团：

式140 式141

在式140和141中，R_k为氢原子、C₁-C₂₀烷

基、C₁-C₂₀烷氧基、C₆-C₂₀

芳基、C₆-C₂₀芳氧基、卤代

C₆-C₂₀芳基、卤代C₆-C₂₀芳氧基、

C₂-C₂₀杂芳基、 C₂-C₂₀杂

芳氧基、卤代C₂-C₂₀杂芳基、卤代C₂-

C₂₀杂芳氧基、C₄-C₂₀碳环基 团、卤

代C₄-C₂₀碳环基团、C₁-C₂₀杂环

基团或者卤代C₁-C₂₀杂环基团。

式7的化合物的至少一种的实例为由式142和143表示的化合物：

式142 式143

在式142和143中，R_k选自由式143A表示的基团:

式143A

式7的化合物的至少一种的实例为由式144～149表示的化合物：

式144 式145

式146 式147

式148 式149

式8的化合物的至少一种的实例为由式150、151和152表示的化合物：

式150

式151

在式150和151中，R₁₇’为C₁-C₁₀烷基、

C₁-C₁₀烷氧基、C₆-C₁₀芳基或者

R₁₉’选自由式151A表示的基团：

式151A

式152

在式152中，R₁₇”为C₆-C₁₀芳基；和

R₁₉”选自由式152A表示的基团：

式152A

由式8表示的化合物的至少一种的实例还为由式153和154表示的化合

式153 式154

在式153和154中，R₁₉’选自由式154A表示的基团：

物。

C₆-C₁₀芳氧基，

式154A

由式8表示的化合物的至少一种的实例还为由下式155～161表示的化

式155 式156

式157 式158

式159 式160

式161

由式9表示的化合物的至少一种的实例为由式162～164表示的化合物。

式162 式163

式164

合物：

在式162～164中，R_j选自由式164A表示的基团：

式164A

由式9表示的化合物的至少一种的实例还为由式165～172表示的化合

式165

式166

式167

式168

式169

物。

式170

式171

式172

所述基于唑的聚合物可为2,5-聚苯并咪唑、聚(2,2'-(间-亚苯基)-5,5'-双苯

所述复合膜可各自进一步包括基于磷酸的材料。

所述基于磷酸的材料的实例为多磷酸、膦酸、磷酸

(H₃PO₄)、焦磷酸

(H₄P₂O₇)、三磷酸

并咪唑)(“m-PBI”)、或者聚(2,2'-(对-亚苯基)-5,5'-双苯并咪唑)(“p-PBI”)。

(H₅P₃O₁₀)、偏磷酸、以及其衍生物。在一个

实施方式中，

所述基于磷酸的材料的浓度可为约80重量%～约100重量%，并且在一

些实施方式中，可为约85重量%。当使用85重量%的磷酸水溶液作为所述

基于磷酸的材料时，所述基于磷酸的材料的量可为约1重量份～约500重量

所述基于磷酸的材料可为磷酸。

份，基于100重量份的所述式1的化合物的至少一种。当所述基于磷酸的材

料的量在这些范围内时，可制造各自具有高电导率和强机械特性的复合膜和

电解质膜。

根据本公开内容的另一实施方式，提供制造复合膜的方法，所述复合膜

首先，将所述由上式1表示的化合物的至少一种和所述能交联的化合物

之后，对所述组合物进行涂布和热处理，以获得包括所述复合物的复合

所述组合物的涂布不限于特定方法，并且可通过浸渍、喷涂、丝网印刷、

在一个实施方式中，所述组合物的涂布可通过如下进行：将所述组合物

使用凹版涂布的涂布、浸涂、辊涂、逗号涂布(comma coating)、丝绢网印刷

(silk screen printing)、或者这些方法的组合进行。

膜。

混合在一起以获得组合物。

包括作为所述由上式1表示的化合物的至少一种和所述能交联的化合物的

聚合产物的复合物，或者包括所述式1的化合物的至少一种、所述能交联的

化合物、以及所述由式4～9表示的化合物的至少一种的复合物。

施加至基底，使所述基底处于预定温度下以容许所述组

匀地铺展，和通过使用涂布器例如刮刀使所述组

式成型。

合物在所述基底上均

合物以具有预定厚度的膜形

所述式1的化合物的至少一种和所述能交联的化合物的混合在加入各

的顺序和溶剂使用方面没有限制。

在所述混合中，例如，可将所述由式1表示的化合物的至少一种、所述

个组分

能交联的化合物、和第一溶剂一起同时混合。通过该混合过程，可使所述组

合物中的各个组分均匀地分散和混合，这可改善使用所述组合物形成

时的可操作性。 复合膜

在一个实施方式中，可进一步将所述由式4～9表示的化合物的至少一

在混合所述由式1表示的化合物的至少一种、所述能交联的化合物、和

所述热处理可在室温(即，约20℃～约25℃)～300℃的温度下进行，并

所述第一和第二溶剂的非限制性实例为醚、四氢呋喃、二甲氧基乙烷、

所述第一和第二溶剂的量取决于所述式1的化合物的至少一种的量。在

当所述第一和第二溶剂的量在这些范围内时，所述组合物可具有合适的

固含量和合适的粘度，这可改善在使用所述组合物形成复合膜时的可操作

性。

一些实施方式中，所述第一溶剂的量可为约100重量份～约1000重量份，

基于所述由式1表示的化合物的至少一种的100重量份的总重量。所述第二

溶剂的量可为约100重量份～约1,000重量份，基于所述式4~9的化合物的

至少一种的100重量份的总重量。

1,4-二氧六环、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基乙酰胺、和N,N'-

二甲基甲酰胺。

且在一些实施方式中，可在约150℃进行。当所述热处理在这些温度范围内

进行时，可获得具有改善的机械性能的复合膜。

所述第一溶剂时，可使用球磨机(例如行星式球磨机)以进行研磨。

种加入到所述组合物中，并且在一些实施方式中，所述由式4～9表示的化

合物的至少一种可与第二溶剂一起加入。

在一个实施方式中，可将所述组合物涂布在基底上并且热处理以形成

所述热处理可在约150℃～约250℃的温度进行。当所述热处理在该温

膜，然后将所述膜从所述基底分离，从而获得复合膜。

度范围内进行时，可获得具有高电导率的复合膜，其具

机械强度的降低。 有均匀的厚度而没有

所述基底没有特别限制。例如，所述基底可为任意的各种载体例如玻璃

所述离型膜的非限制性实例为聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚对苯二

当用作电解质膜时，将基于磷酸的材料供应至所述电解质膜。当供应所

可以各种方式将所述基于磷酸的材料供应至所述电解质膜。例如，可将

通过上述方法制备的电解质膜可具有约1微米(“μm”)～约100μm的

并且在一些实施方式中，可具有约30μm～约90μm、特别地约40μm～

所述电解质膜可用作非增湿质子导体，并且可用于在高温、非增湿条件

下运行的燃料电池。术语“高温”指约250℃～约400℃的温度；然而，所

述高温没有特别限制。

约80μm的厚度。可将所述复合膜形成为具有如上定义的厚度的薄膜。

厚度，

所述电解质膜浸渍在所述基于磷酸的材料中。

述基于磷酸的材料时，反应温度可为约30℃～约120℃，并且在另一实施方

式中，可为约60℃。

甲酸乙二醇酯膜、和mylar膜。

基底、离型膜(release film)或阳极。

根据本公开内容的一个方面,提供燃料电池，其包括设置在阴极和阳极

所述燃料电池可用于任何用途。例如，所述燃料电池可用于实施固体氧

图1为根据本公开内容的一个实施方式的燃料电池1的分解透视图。图

参照图1，燃料电池1包括通过一对支架(holder)12支撑的两个单元电池

虽然在图1中仅示出了两个单元电池11，但单元电池的数量不限于两

如图2中所示，MEA 10包括电解质膜100、设置在电解质膜100的侧

一

面上的催化剂层110和110’、以及分别堆叠在催化剂层110和110’上的第

气体扩散层121和121’、和分别堆叠在第一气体扩散层121和121’

气体扩散层120和120’。

个并且取决于燃料电池的所需性能，燃料电池可具有甚至几十或几百个单元

电池。

11。各单元电池11包括MEA 10和设置在MEA 10的侧面上的双极板20。

各双极板20包括导电金属、碳等，并且在将氧气和燃料提供至相应MEA10

的催化剂层的同时起到集流体的作用。

2为形成图1的燃料电池1的膜电极组件(“MEA”)的截面图。

化物燃料电池(“SOFC”)、质子交换膜燃料电池(“PEMFC”)等。

之间的作为电解质膜的上述复合膜。所述燃料电池可具有高效率特性，因为

其在高温下在非增湿条件下呈现高的质子电导率和寿命特性。

上的第二

电解质膜100可包括根据本公开内容的实施方式的复合膜。

催化剂层110和110’分别起到燃料电极和氧电极(各自在其中包括催化

剂和粘合剂)的作用。催化剂层110和110’可进一步包括可提高催化剂的电

化学表面积的材料。

第一气体扩散层121和121’以及第二气体扩散层120和120’可各自由例

包括MEA 10的燃料电池1在约250℃～约300℃的温度运行。燃料例

如氢气通过双极板20之一供应到第一催化剂层中，并且氧化剂例如氧气通

过另一双极板20供应到第二催化剂层中。然后，氢气在所述第一催化剂层

中被氧化为质子，并且所述质子通过电解质膜4传导至所述第二催化剂层。

然后，所述质子与所述第二催化剂层中的氧气电化学反应以产生水和电能。

可供应由烃或者醇的重整产生的氢气作为所述燃料。作为所述氧化剂

可以空气形式供应。

如碳布(carbon sheet)或碳纸(炭纸，carbon paper)的材料形成。第一气体扩散

层121和121’以及第二气体扩散层120和120’使通过双极板20供应的氧气

和燃料扩散到催化剂层110和110’的整个表面中。

的氧气

下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方式的使用所述电解质膜制

可使用各自包括包括催化剂和粘合剂的催化剂层的用于燃料电池的电

所述催化剂可为铂(Pt)，铂(Pt)和选自包括金(Au)、钯(Pd)、铑(Ru)、铱

例

(Ir)、钌(Ru)、锡(Sn)、钼(Mo)、钴(Co)和铬(Cr)的组的至少一种金属的合金

或混合物。可将所述Pt、所述合金、或者所述混合物负载于碳质载体上。

如，所述催化剂可为选自包括Pt、PtCo合金、和PtRu合金的组的至

可将这些金属负载于碳质载体上。

极。

造燃料电池的方法。

少一种。

所述粘合剂可为如下的至少一种：聚(偏氟乙烯)、聚四氟乙烯、四氟乙

根据一个实施方式，所述燃料电池可通过将电解质膜设置在电极之间而

4～

在一些实施方式中，包含所述由式1表示的化合物的至少一种和能交联

所述组合物可进一步包括所述由式4～9表示的化合物的至少一种。

根据本公开内容的一个实施方式，形成用于燃料电池的电极的方法可包

所述第三溶剂可为N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)、N,N-二甲基乙酰胺

可将所述式1的化合物的至少一种、所述式4～9的化合物的至少一种、

和基于唑的聚合物加入到所述分散体中并且混合在一起，从而形成用于形成

电极催化剂层的组合物。可进一步向所述组合物中加入粘合剂。

(“DMAC”)等。所述第三溶剂的量可为约100重量份～约1000重量份，基

于100重量份的所述催化剂。

括将催化剂分散在第三溶剂中以获得分散体。

的材料的组合物、或者由所述组合物制备的复合物可用于形成用于燃料电池

的电极。

制造，所述电解质膜包括作为式1的化合物的至少一种与能交联的化合物的

聚合产物的复合物，或者包括作为由式1表示的化合物的至少一种、由式

9表示的化合物的至少一种和能交联的化合物的聚合产物的复合物。

烯-六氟丙烯共聚物和全氟乙烯。所述粘合剂的量可为约0.001～约0.5重量

份，基于1重量份的所述催化剂。当所述粘合剂的量在该范围内时，电极催

化剂可具有强的对载体的粘合能力。

可将所述用于电极催化剂层的组合物涂布在碳载体的表面上，从而完成

电极的形成。此处，可将所述碳载体固定在玻璃基底上以便利于所述涂布。

涂布方法没有特别限制，但所述涂布方法的实例可为使用刮刀的涂布、

丝网印刷等。 棒涂、

在所述用于形成电极催化剂层的组合物的涂布之后可进行热处理，其可

最终的用于燃料电池的电极可包括：包括所述式1的化合物的至少一

交联的化合物，或者包括所述式1的化合物的至少一种、所述式4～

合物的至少一种、和能交联的化合物的组合物。在一些实施方式中，

上式中的取代基可如下定义。

如本文中使用的，术语“取代的”表示化合物或基团被至少一个(例如，

1个、2个、3个、4个、5个、6个、或更多个)独立地选自如下的取代基取

代代替氢：卤化物(卤素)(例如，F-、Cl-、Br-、I-)、羟基、烷氧基、氰基、

氨基、C₁~C₂₀烷基、

通过包括所述电极的燃料电池的上述热处理和/或操作，所述电极可包括作

为所述式1的化合物的至少一种和所述能交联的化合物的聚合产物、或者作

为所述式1的化合物的至少一种、所述由式4～9表示的化合物的至少一种

和所述能交联的化合物的聚合产物的复合物。

种、能

9的化

在约20℃～约150℃的温度进行。

C₂~C₁₆炔基、C₆~C₂₀芳基、

C₇~C₁₃芳基烷基、C₁~C₂₀杂

烷基、C₃~C₂₀杂芳基、

C₃~C₂₀杂芳基烷基、C₃~C₂₀环烷

基、C₅~C₁₅杂环烷基、

组合，条件是不超过被取代的原子的正常化合

或者包括前述的至少一种的

价。

如本文中使用的，术语“烷基”表示完全饱和的支化或非支化的(或者

者线型的)烃基。

所述“烷基”基团的非限制性实例为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正

异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、

甲基戊基、2,3-二甲基戊基、和正庚基。

所述烷基的至少一个氢原子可被如下代替：卤素原子，被卤素原子取代

的C₁-C₂₀烷基(例如，CCF₃、

丁基、

2,2-二

直链或

CHCF₂、CH₂F、CCl₃等)、C₁-

C₂₀烷氧基、C₂-C₂₀烷氧基烷基、羟基、硝基、

氰基、氨基、脒基、肼基、腙基、羧基或其盐、 磺酰基、氨磺酰基、

磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、C₁-C₂₀烷基、

C₂-C₂₀烯 基、C₂-C₂₀炔基、

C₁-C₂₀杂烷基、C₆-C₂₀芳基、

C₇-C₂₀芳烷基、C₂-C₂₀杂芳

基、C₃-C₂₀杂芳基烷基、C₂-

C₂₀杂芳氧基、C₃-C₂₀杂芳氧基烷基、或

C₃-C₂₀杂芳基烷基。

术语“卤素原子”表示氟、溴、氯、碘等。

术语“被卤素原子取代的C₁-C20烷基”表示被至少一个卤素基团取代

的C₁-C₂₀烷基。所述被卤素原子取代的

代烷基、二卤

C₁-C₂₀烷基的非限制性实例包括单卤

代烷基、和多卤代烷基，包括全卤代烷基。

单卤代烷基表示包括一个碘、溴、氯或氟的烷基。二卤代烷基和多卤代

如本文中使用的，术语“卤代(卤化)”表示结构部分被一个或多个卤素

代。

如本文中使用的，术语“环烷基”表示具有一个或多个其中所有环成员

饱和环的单价基团(例如，环戊基和环己基)。

如本文中使用的，术语“烷氧基”表示“烷基-O-”，其中所述烷基与 以上描

为碳的

原子取

烷基表示包括至少两个相同或不同的卤素原子的烷基。

述的相同。所述烷氧基的非限制性实例为甲氧基、乙氧基、丙氧基、

2-丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、环丙

所述烷氧基的至少一个氢原子可被与以上关于烷

代基代替。

氧基和环己基氧基。

基所列举的那些相同的取

如本文中使用的，术语“烷氧基烷基”表示具有与以上关于烷氧基所列

同的取代基的烷基。所述烷氧基烷基的至少一个氢原子可被与以上关

如本文中使用的，术语“烯基”表示具有至少一个碳-碳双键的支化或

的烃基。所述烯基的非限制性实例为乙烯基、烯丙基、丁烯基、异丙

如本文中使用的，术语“炔基”表示具有至少一个碳-碳三键的支化或

的烃基。所述“炔基”基团的非限制性实例为乙炔基、丁炔基、异丁

异丙炔基。

举的相

于烷基所列举的那些相同的取代基代替。如以上所定义，术语“烷氧基烷基”

指取代的烷氧基烷基部分。

非支化

烯基和异丁烯基。所述烯基中的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举

的相同的取代基代替。

非支化

炔基和

所述炔基的至少一个氢原子可被与在烷基的以上定义中所列举的那些

相同的取代基代替。

如本文中使用的，术语“芳基”基团(单独使用或组合使用)表示含有至

环的芳族烃基。

术语“芳基”解释为包括其中芳族环稠合到至少一个环烷基环的基团。

所述“芳基”基团的非限制性实例为苯基、萘基和四氢萘基。

所述芳基中的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述的相同取代

基代替。

术语“芳烷基”表示被芳基取代的烷基。所述“芳烷基”的非限制性实

基和苯基-CH₂CH₂-。

如本文中使用的，术语“芳氧基”表示“-O-芳基”。所述芳氧基的实

氧基。所述“芳氧基”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述

相同的取代基代替。

如本文中使用的，术语“杂芳基”表示包括选自氮(N)、氧(O)、磷(P)

的至少一个杂原子的单环或双环有机化合物，其中其余环原子全部

所述杂芳基可包括例如1～5个杂原子，并且在一些实施方式中，可

5～10元环。

在所述杂芳基中，S或N可以各种氧化形式存在。

单环杂芳基的非限制性实例为噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑

少一个

例为苄

例为苯

的那些

和硫(S)

为碳。

包括

基、噻唑基、异噻唑基、1,2,3-二唑基、1,2,4-二唑基、1,2,5-二唑基、

1,3,4-二唑基、1,2,3-噻二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、1,3,4-噻

唑基、异噻唑-3-基、异噻唑-4-基、异噻唑-5-基、唑-2-基、唑-4-基、唑

-5-基、异唑-3-基、异唑-4-基、异唑-5-基、1,2,4-三唑-3-基、1,2,4-三唑

-5-基、1,2,3-三唑-4-基、1,2,3-三唑-5-基、四唑基、吡啶-2-基、吡啶-3-基、

2-吡嗪-2-基、吡嗪-4-基、吡嗪-5-基、嘧啶-2-基、嘧啶-4-基、和嘧啶-5-基。

的杂芳术语“杂芳基”还表示稠合至芳基、脂环族基团和杂环基团的至少一个

族环。

双环杂芳基的非限制性实例为吲哚基、异吲哚基、吲唑基、吲嗪基、嘌

呤基、喹嗪基、喹啉基、异喹啉基、噌啉基、酞嗪基、萘啶基、喹唑啉基、

喹喔啉基、菲啶基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、苯并异

基、噻吩并[2,3-b]呋喃基、呋喃并[3,2-b]-吡喃基、5H-吡啶并[2,3-d]-

1H-吡唑并[4,3-d]-唑基、4H-咪唑并[4,5-d]噻唑基、吡嗪并[2,3-

咪唑并[2,1-b]噻唑基、咪唑并[1,2-b][1,2,4]三嗪基、7-苯并[b]

喹啉

o-嗪基、

d]哒嗪基、

噻吩基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并洛沙平基(benzoxapinyl)、苯

并嗪基、 1H-吡咯并[1,2-b][2]苯并氮杂基(benzazapinyl)、苯并呋喃基、

苯并三唑基、吡咯并[2,3-b]吡啶基、吡咯并[3,2-c]吡啶

基、咪唑并[4,5-b]吡啶基、咪唑并[4,5-c]吡啶基、

并[4,3-c]吡啶基、吡唑并[3,4-c]吡啶基、吡唑并

吡啶基、咪唑并[1,2-a]吡啶基、吡唑并

咪唑并[1,2-c]嘧啶基、吡啶并[3,2-

[3,4-d]嘧啶基、吡啶并[2,3-d]嘧啶

吡嗪基、嘧啶并[5,4-d]嘧啶基、吡

苯并噻吩基、

基、吡咯并[3,2-b]吡啶

吡唑并[4,3-d]吡啶基、吡唑

[3,4-d]吡啶基、吡唑并[3,4-b]

[1,5-a]吡啶基、吡咯并[1,2-b]哒嗪基、

d]嘧啶基、吡啶并[4,3-d]嘧啶基、吡啶并

基、吡啶并[2,3-b]吡嗪基、吡啶并[3,4-b]

嗪并[2,3-b]吡嗪基、和嘧啶并[4,5-d]嘧啶基。

所述杂芳基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述的相同取代

术语“杂芳基烷基”基团表示被杂芳基取代的烷基。

术语“杂芳氧基”基团表示“-O-杂芳基部分”。所述杂芳氧基的至少

原子可被与以上关于烷基所描述的那些相同的取代基代替。

术语“杂芳氧基烷基”基团表示被杂芳氧基取代的烷基。所述杂芳氧基

一个氢

基代替。

烷基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述的那些相同

替。 的取代基代

如本文中使用的，术语“碳环”基团表示饱和的或部分不饱和的非芳族

双环或三环烃基。

的单环、

所述单环烃基的非限制性实例为环戊基、环戊烯基、环己基和环己烯基。

所述双环烃基的非限制性实例为冰片基、十氢萘基、双环[2.1.1]己基、

所述三环烃基的实例为金刚烷基。

所述“碳环基团”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述的那些

取代基代替。

术语“碳环氧基”表示“-O-碳环”。

术语“碳环烷基”表示“-亚烷基-碳环”。

相同的

双环[2.2.1]庚基、双环[2.2.1]庚烯基、和双环[2.2.2]辛基。

术语“杂环烷基”表示“-亚烷基-杂环”。

如本文中使用的，术语“碳环烷基”表示被碳环基团取代的烷基。

上式中的“杂环”基团指的是包括杂原子例如N、S、P、或O的5～

环。所述杂环基团的实例为吡啶基。所述杂环基团中的至少一个氢原

术语“杂环氧基”表示“–O-杂环”。所述杂环氧基的至少一个氢原子

以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的，术语“杂环烷基”表示被杂环基团取代的烷基。

子可被与以上关于烷基所描述的相同取代基代替。

10元

可被与

术语“磺酰基”表示R”SO₂-，其中R”为氢原子、烷基、芳基、杂芳基、

术语“氨磺酰基”基团指H₂NS(O₂)-、烷基-

NHS(O₂)-、(烷基)₂NS(O₂)-、

NHS(O₂)-、烷基-(芳基)-NS(O₂)-、(芳

基)₂NS(O)₂、杂芳基-NHS(O₂)-、(芳

所述氨磺酰基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所描述的那些相

术语“氨基”表示其中氮原子共价结合到至少一个碳或杂原子的基团。

基可指，例如，-NH₂和被-NH₂取代的部分。

所述氨

同的取代基代替。

基-烷基)-NHS(O₂)-、或(杂芳基-烷基)-NHS(O₂)-。

芳基-

芳基-烷基、杂芳基-烷基、烷氧基、芳氧基、环烷基、或杂环基团。

术语“氨基”还指其中氮结合到至少一个另外的烷基的“烷基氨基”，

中至少一个或两个氮原子结合到所选择的芳基的“芳基氨基”和“二

术语“亚烷基”、“亚烯基”、“亚炔基”、“亚芳基”和“亚杂芳基”

以上描述的单价“烷基”、“烯基”、“炔基”、“芳基”和

它们为二价基团之外。

各“亚烷基”、“亚烯基”、“亚炔基”、“亚芳基”和“亚杂芳基” 基团的至少一

替。

分别定义为与

芳基氨基”。

以及其

“杂芳基”相同，除了

个氢原子可被与以上关于烷基所描述的那些相同的取代基代

下文中，将参照以下实施例详细地描述本公开内容的一个或多个实施方

实施例1：复合物和复合膜(腰果酚:PBI=10:90，以重量计)的制备

将1.35g由下式51表示的化合物(m-PBI)、0.15g由式2F表示的化合物

将烘箱温度缓慢地降低至室温，并且将膜从玻璃板的表面分离，从而形

式2F

成包括作为腰果酚和PBI的聚合产物的复合物的复合膜。

(腰果酚)、和8.5g N,N-二甲基乙酰胺混合在一起并且搅拌，直至PBI完全

溶解。将预定量的经搅拌的溶液在玻璃板上流延至约40μm的厚度，并且置

于烘箱中。将烘箱温度从约25℃缓慢地升高至约250℃，以使流延膜干燥和

固化。

式。这些实施例不意图限制本公开内容的所述一个或多个实施方式的用途和

范围。

在式2F中，R₂如下：

在式2F中，以上R₂表达式中的%表示重量百分数(重量%)。

式51

在式51中，n₁为30。

将所述复合膜在约80℃的85重量%H₃PO₄溶液中充分地

浸渍并且从所

实施例2：复合物和复合膜(腰果酚:PBI=20:80，以重量计)的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、复合膜、磷酸掺杂的复合膜，

实施例3：复合物和复合膜(腰果酚:PBI=23:77，以重量计)的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、复合膜、磷酸掺杂的复合膜，

除了使用1.155g由上式51表示的化合物(m-PBI)、和0.345g由式2F表示

的化合物(腰果酚)之外。

除了使用1.2g由上式51表示的化合物(m-PBI)、和0.3g由式2F表示的化

合物(腰果酚)之外。

述溶液取出，从而形成磷酸掺杂的复合膜。

实施例4：复合物和复合膜(腰果酚:PBI=33:67，以重量计)的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、复合膜、磷酸掺杂的复合膜，

实 施例5：复合物和复合膜(腰果酚:PBI=41:59，以重量计)的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、复合膜、磷酸掺杂的复合膜，

实施例6：复合物和复合膜(腰果酚:PBI:tPPOa=42:42:16，以重量计)的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、包括所述复合物的复合膜、和

式158

实施例7：复合物和复合膜的制备

以与实施例1中相同的方式形成复合物、复合膜和磷酸掺杂的复合膜，

实施例8-12：复合物和复合膜的制备

除了使用漆酚代替式2F的化合物(腰果酚)之外。

磷酸掺杂的电解质膜，除了向1.85g由上式51表示的化合物(m-PBI)和0.74

g由上式2F表示的化合物(腰果酚)中进一步加入1.85g由下式158表示的化

合物之外。

除了使用0.885g由上式51表示的化合物(m-PBI)、和0.615g由式2F表示

的化合物(腰果酚)之外。

除了使用1.005g由上式51表示的化合物(m-PBI)、和0.495g由式2F表示

的化合物(腰果酚)之外。

以与实施例2-6中的每一个相同的方式形成复合物、复合膜和磷酸掺杂

对比例1：PBI膜的制造

将1.5g由下式51表示的化合物(m-PBI)和8.5g DMAc混合在一起并且

将烘箱温度缓慢地降低至室温，并且将膜从玻璃板的表面分离，从而形

式51

在式51中，n₁为30。

将所述PBI膜在约80℃的85重量%H₃PO₄溶液中充分地

浸渍并且从所

评价实施例1：复合物的光谱数据

测量实施例1、3、4和5的复合物的红外(IR)光谱。结果示于图3A中。

评价实施例2：复合膜的机械强度分析

述溶液取出，从而形成磷酸掺杂的PBI膜。

成PBI膜。

搅拌，直至PBI完全溶解。将预定量的经搅拌的溶液在玻璃板上流延至约

40μm的厚度，并且置于烘箱中。将烘箱温度从约25℃缓慢地升高至约

250℃，以使流延膜干燥和固化。

的复合膜，除了使用漆酚代替式2F的化合物(腰果酚)之外。

在用纸(KIMWIPES)从实施例1-6和对比例1的磷酸掺杂的复合膜的表

方程1

H₃PO₄掺杂水平(%)=(W-

W_p)/W_p×100

在方程1中，W和W_P分别表示复合膜在用磷酸掺杂之后和之前的重

量。

表1

实施例

例1

使用万能试验机(UTM,Lloyd LR-10K)测量实施例1-5和对比例1的复合

拉伸强度和伸长率测量的结果示于图3B中。

膜的拉伸强度和伸长率。用于测量的样品根据ASTM标准D638制备(V型

试样)。

磷酸掺杂水平(%)

310

对比

面除去磷酸之后，对所得膜进行称重。根据以下方程1估算各膜的磷酸掺杂

水平。结果示于下表1中。

实施例1

320

325

318

363

460

457

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

图3B为在用磷酸掺杂之后的实施例1-5和对比例1的电解质膜中，拉

通常，磷酸掺杂水平越高，则PBI电解质膜的机械强度可迅速降低。参

评价实施例3：复合膜的电导率评价

对实施例1和2的复合膜测量电导率相对于温度的变化。结果示于图4

电导率使用Bekktec设备、根据4点探针面内法(4-point Probe-In Plane

参照图4，发现实施例1和2的复合膜具有高的电导率。

评价实施例4：燃料电池性能的评价

通过将实施例2的复合膜或者对比例1的PBI膜作为电解质膜设置在阴

所述阴极和阳极如下制造以用于各个电池中。

将4.5g 10重量%NAFION(可得自Du Pont Inc.)水分散体逐滴加入到1g

负载在碳上的50重量%PtCo(“PtCo/C”，得自Japan Danaka Co.，其中“50

重量%”表示PtCo的重量除以PtCo的重量与C的重量之和)在3ml异丙醇

极和阳极之间而制造燃料电池。

method)在非增湿的氢气(H2)(流速：约10SCCM)条件下测量。

中。

照图3B，即使在磷酸掺杂之后的磷酸掺杂水平比对比例1的PBI膜高的情

况下，实施例1-6的复合膜也具有与对比例1的PBI膜相比改善的拉伸强度

和伸长率。

伸强度和伸长率相对于腰果酚的量的图。

中的混合物中，之后机械搅拌以制备用于形成阴极催化剂层的组合物。

将所述用于形成阴极催化剂层的组合物涂布在碳纸的一个表面上以制

以与所述阴极的制造中相同的方式制造阳极，除了使用1g PtRu/C(负载

为了测试各个燃料电池的性能，将非增湿的H₂和O₂分别

以约50立方

在约100℃～

度的变化。结

参照图5，发现具有实施例2的电解质膜的燃料电池具有与包括对比例

评价实施例5：电池耐久性的评价

测量根据评价实施例4制造的燃料电池(其包括实施例2的电解质膜或

图6是表示使用评价实施例4的具有实施例2的电解质膜的燃料电池的

电池耐久性是通过在约0～1Acm^-2的高的电流密度下、约1小时/每个

循环的加速寿命试验(“ALT”)模式的反复循环，作为开路电压(“OCV”)

耐久性测量结果的图。图7是使用评价实施例4的具有对比例1的PBI膜的

燃料电池的耐久性测量结果的图。

者对比例1的PBI膜)的耐久性。结果示于图6和7中。

1的PBI膜的燃料电池类似的令人满意的电池电压特性。

厘米(“ccm”)和约100ccm供应至阳极和阴极，并且使燃料电池

约200℃在非增湿条件下运行，以测量电池电压相对于电流密

果示于图5中。

在碳上的50重量%的PtRu)代替在用于形成阴极催化剂层的组合物中的

PtCo/C之外。

造阴极。

的变化测量的。

参照图6，发现包括实施例2的电解质膜的燃料电池在约1500次循环

如上所述，根据本公开内容的以上实施方式的一个或多个，可制造具有

应理解，本文中所描述的示例性实施方式应仅在描述性的意义上考虑并

且不用于限制目的。应典型地认为各个实施方式内的特征或方面的描述可用

于其它实施方式中的其它类似特征或方面。

增强的机械强度的复合膜、以及使用所述复合膜的具有改善的耐久性的高效

燃料电池。

之后具有稳定的电池电压特性，这与包括对比例1的PBI膜的燃料电池不同

(如图7中所示)，表明具有实施例2的电解质膜的燃料电池具有改善的长期

耐久性。