УЛУЧШЕННЫЕ МЕМБРАННО-ЭЛЕКТРОДНЫЕ УСТРОЙСТВА И ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ СЛУЖБЫ

2
1. Мембранно-электродное устройство с двумя газодиффузионными слоями, каждый из которых контактирует с соответствующим слоем катализатора и которые разделены мембраной из полимерного электролита, причем мембрана обладает контактирующей со слоем катализатора внутренней зоной и наружной зоной, на поверхности которой не предусмотрен газодиффузионный слой, отличающееся тем, что толщина внутренней зоны мембраны при давлении 5 Н/мм в течение промежутка времени, составляющего 10 мин, уменьшается, по меньшей мере, на 5% и толщина наружной зоны мембраны превышает толщину ее внутренней зоны.
2. Мембранно-электродное устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности четырех кромок двух газодиффузионных слоев контактируют с мембраной из полимерного электролита.
3. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что наружная зона обладает однослойной структурой.
4. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что наружная зона мембраны из полимерного электролита обладает, по меньшей мере, одним дополнительным слоем.
5. Мембранно-электродное устройство по п.4, отличающееся тем, что наружная зона мембраны из полимерного электролита обладает, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, выполненным из плавкого полимера.
6. Мембранно-электродное устройство по п.5, отличающееся тем, что полимерный слой состоит из фторполимеров.
2
7. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что наружная зона содержит, по меньшей мере, два полимерных слоя, толщина которых больше или равна 10 мкм, причем модуль упругости образующих эти слои полимеров, измеренный при 160°С и удлинении 100%, составляет соответственно, по меньшей мере, 6 Н/мм.
8. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что толщина внутренней зоны мембраны из полимерного электролита составляет от 15 до 1000 мкм.
9. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что толщина наружной зоны мембраны из полимерного электролита составляет от 120 до 2000 мкм.
10. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что отношение толщины наружной зоны мембраны из полимерного электролита к толщине ее внутренней зоны находится в интервале от 1:1 до 200:1.
2
11. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что два слоя катализатора обладают соответствующими электрохимически активными поверхностями, площадь которых составляет, по меньшей мере, 2 см.
12. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что мембрана из полимерного электролита состоит из полиазолов.
13. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что мембрана из полимерного электролита легирована кислотой.
14. Мембранно-электродное устройство по п.13, отличающееся тем, что мембрана из полимерного электролита легирована фосфорной кислотой.
15. Мембранно-электродное устройство по п.14, отличающееся тем, что концентрация фосфорной кислоты составляет, по меньшей мере, 50 мас.%.
16. Мембранно-электродное устройство по п.1, отличающееся тем, что мембрана может быть изготовлена способом, состоящим из следующих стадий:
A) проводимое в полифосфорной кислоте смешивание одного или нескольких ароматических тетрааминовых соединений с одной или несколькими ароматическими карбоновыми кислотами, соответственно их сложными эфирами, причем мономерная карбоновая кислота содержит по меньшей мере две кислотные группы, или смешивание одной или нескольких ароматических и/или гетероароматических диаминокарбоновых кислот, с образованием раствора и/или дисперсии,
B) нанесение слоя приготовленной на стадии А) смеси на подложку или электрод,
C) нагревание полученной на стадии В) плоской структуры с нанесенным слоем в атомосфере инертного газа при температуре до 350°С, предпочтительно до 280°С, приводящее к образованию полиазольного полимера,
D) обработка сформированной на стадии С) мембраны с образованием самонесущей мембраны.
17. Мембранно-электродное устройство по пп.14, 15 или 16, отличающееся тем, что степень легирования мембраны кислотой составляет от 3 до 50.
18. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из электродов состоит из сжимаемого материала.
19. Мембранно-электродное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что мембрана состоит из полимеров, которые могут быть получены радикальной полимеризацией мономеров с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами.
20. Комбинация, по меньшей мере, одного мембранно-электродного устройства по одному из пп.1-18, по меньшей мере, с одной дистанционной распоркой.
21. Комбинация по п.20, отличающаяся тем, что дистанционная распорка образует рамку.
2
2
22. Комбинация по п.20 или 21, отличающаяся тем, что толщина дистанционной распорки при температуре 80°С и давлении 5 Н/мм в течение промежутка времени, составляющего 5 ч, уменьшается максимум на 5%, причем указанное уменьшение толщины определяют после первой припрессовки, осуществляемой в течение одной минуты под давлением 5 Н/мм.
23. Комбинация по п.20 или 21, отличающаяся тем, что толщина дистанционной распорки составляет от 50 до 100% от суммарной толщины всех компонентов внутренней зоны.
24. Комбинация по п.20 или 21, отличающаяся тем, что дистанционная распорка состоит из полифениленов, фенольных смол, феноксиполимеров, полисульфидов, полифениленсульфидов, полиэфирсульфонов, полииминов, полиэфириминов, полиазолов, полибензимидазолов, полибензоксазолов, полибензтиазолов, полибензоксадиазолов, полибензтриазолов, полифосфазенов, полиэфиркетонов, поликетонов, полиэфирэфиркетонов, полиэфиркетонкетонов, полифениленамидов, полифениленоксидов, полиимидов или смесей двух или более указанных полимеров.
25. Топливный элемент, по меньшей мере, с одним мембранно-электродным устройством по одному из пп.1-19.
26. Топливный элемент по п.24, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одной дистанционной распоркой.
27. Топливный элемент по п.25, отличающийся тем, что дистанционная распорка образует расположенную вокруг мембранно-электродного устройства рамку.