МЕМБРАНА ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, СОДЕРЖАЩАЯ ПОЛИМЕРЫ С ГРУППАМИ ФОСФОНОВОЙ КИСЛОТЫ И/ИЛИ СУЛЬФОКИСЛОТНЫМИ ГРУППАМИ, МЕМБРАННО-ЭЛЕКТРОДНОЕ УСТРОЙСТВО И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

1. Мембрана для топливных элементов, содержащая полимеры с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами, отличающаяся тем, что полимер с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами получают сополимеризацией мономеров, содержащих группы фосфоновой кислоты и/или сульфокислотные группы, с гидрофобными мономерами.
2. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что водорастворимость полимера с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами составляет не более 10 г/л.
3. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что массовое отношение мономеров, содержащих группы фосфоновой кислоты и/или сульфокислотные группы, к гидрофобным мономерам составляет от 10:1 до 1:10.
4. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что полимер с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами является статистическим сополимером, блок-сополимером или привитым полимером.
5. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, 50 мас.%, по меньшей мере, одного полимера с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами, который получают сополимеризацией мономеров, содержащих группы фосфоновой кислоты и/или сульфокислотные группы, с гидрофобными мономерами.
6. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что для получения полимеров с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами используют, по меньшей мере, один мономер с группами фосфоновой кислоты формулы
2
в которой R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN,
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10, и
y означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10, и/или формулы
2
в которой R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN, и
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10,
и/или формулы
,
2
2
2
2
2
2
2
в которой А означает группу формул COOR, CN, CONR , OR и/или R, в которых R означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
2
R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN, и
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10.
7. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что для получения полимеров с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами используют, по меньшей мере, один мономер с сульфокислотными группами формулы
2
в которой R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN,
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10,
y означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10, и/или формулы
2
в которой R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN, и
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10,
и/или формулы
,
2
2
2
2
2
2
2
в которой А означает группу формул COOR, CN, CONR , OR и/или R, в которых R означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
2
R означает связь, двухвалентный алкилен с 1-15 атомами углерода, двухвалентный алкиленокси с 1-15 атомами углерода, например, этиленокси, или двухвалентный арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН, COOZ, -CN или NZ,
Z независимо друг от друга означает водород, алкил с 1-15 атомами углерода, алкокси с 1-15 атомами углерода, этиленокси или арил или гетероарил с 5-20 атомами углерода, причем указанные остатки, в свою очередь, могут быть замещены галогеном, -ОН или -CN, и
x означает целое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10.
8. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что для получения полимеров с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами используют, по меньшей мере, один гидрофобный мономер, выбранный из группы, включающей:
1-алкены, такие как этилен, 1,1-дифенилэтилен, пропилен, 2-метил-пропилен, 1-бутилен, 2,3-диметил-1-бутилен, 3,3-диметил-1-бутилен, 2-метил-1-бутилен, 3-метил-1-бутилен, 2-бутилен, 2,3-диметил-2-бутилен, гексен-1 и гептен-1, разветвленные алкены, например, такие как винилциклогексан, 3,3-диметил-1-пропилен, 3-метил-1-диизо-бутилен и 4-метилпентен-1,
мономеры со структурой ацетилена, такие как ацетилен, дифенил-ацетилен и фенилацетилен,
винилгалогениды, такие как винилфторид, винилйодид, винилхлориды, в частности, 1-хлорэтилен, 1,1-дихлорэтилен, 1,2-дихлорэтилен, трихлорэтилен и тетрахлорэтилен, винилбромиды, в частности, три-бромметилен, 1,2-дибромметилен и тетрабромметилен, тетрафтор-этилен, тетрайодэтилен, 1-хлорпропилен, 2-хлорпропилен, 1,1-дихлорпропилен, 1,2-дихлорпропилен, 1,1,2-трихлорпропилен, 1,2,3-трихлорпропилен, 3,3,3-трихлорпропилен, 1-бромпропилен, 2-бром-пропилен и 4-бром-1-бутилен,
акриловые мономеры, такие как акролеин, 1-хлоракролеин, 2-метил-акриламид и акрилонитрил,
мономеры со структурой простого винилового эфира, такие как винилбутиловый эфир, виниловый эфир, винилфторид, винилйодид, винилизоамиловый эфир, винилфениловый эфир, винилэтиловый эфир, винилизобутиловый эфир, винилизопропиловый эфир и винил-этиловый эфир,
сложные виниловые эфиры, такие как винилацетат,
винилсульфид, метилизопропиленилкетон, 1,2-эпоксипропилен,
мономеры со структурой стирола, такие как стирол, замещенные стиролы с алкильным заместителем в боковой цепи, например, такие как α-метилстирол и α-этилстирол, замещенные стиролы с алкильным заместителем в кольце, например, такие как 1-метилстирол, винилтолуол и п-метилстирол, галогенированные стиролы, например, такие как монохлорстиролы, в частности, 1-хлорстирол, 2-хлорстирол, м-хлорстирол и п-хлоростирол, дихлорстиролы, монобромстиролы, в частности, 2-бромстирол и п-бромстирол, трибромстиролы, тетрабромстиролы, м-фторстирол, о-фторстирол, м-метоксистирол, о-метоксистирол, п-метоксистирол и 2-нитростирол, гетероциклические виниловые соединения, такие как 2-винилпиридин, 3-винилпиридин, 2-метил-5-винилпиридин, 3-этил-4-винилпиридин, 2,3-диметил-6-винилпиридин, винилпиримидин, винилпиперидин, 9-винилкарбазол, 3-винилкарбазол, 4-винилкарбазол, 1-винилимидазол, 2-метил-1-винилимидазол, N-винилпирролидон, 2-винилпирролидон, N-винилпирролидин, 3-винилпирролидин, N-винилкапролактам, N-винилбутиролактам, винилоксолан, винилфуран, винилтиофен, винилтиолан, винилтиазолы, гидрированные винилтиазолы, винилоксазолы и гидрированные винилоксазолы,
простые виниловые и изопрениловые эфиры,
мономеры со структурой малеиновой кислоты, например, такие как малеиновая кислота, дигидроксималеиновая кислота, малеиновый ангидрид, метилмалеиновый ангидрид, сложный диметиловый эфир малеиновой кислоты, сложный диэтиловый эфир малеиновой кислоты, сложный дифениловый эфир малеиновой кислоты, имид малеиновой кислоты и имид метилмалеиновой кислоты,
мономеры со структурой фумаровой кислоты, такие как фумаровая кислота, диметилфумаровая кислота, сложный диизобутиловый эфир фумаровой кислоты, сложный диметиловый эфир фумаровой кислоты, сложный диэтиловый эфир фумаровой кислоты и сложный дифениловый эфир фумаровой кислоты, и (мет)акрилаты.
9. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что полимеры с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами структурированы термическим, фотохимическим, химическим и/или электрохимическим методами.
10. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что ее толщина составляет от 15 до 1000 мкм.
11. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что ее проводимость, измеренная при 160°С в отсутствие увлажнения, составляет, по меньшей мере, 1 мСм.
12. Мембрана по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один полимер (В), который отличается от полимера с группами фосфоновой кислоты.
13. Мембрана по п.12, отличающаяся тем, что для получения полимеров с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами используют сшивающие мономеры.
14. Мембрана по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что среднемассовая молекулярная масса полимера с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами составляет, по меньшей мере, 3000 г/моль.
15. Способ изготовления полимерной мембраны по одному из пп.1-14, включающий следующие стадии:
A) приготовление композиции, содержащей гидрофобные мономеры и мономеры с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами,
B) нанесение слоя приготовленной на стадии А) композиции на подложку,
C) полимеризация мономеров, сформированных на стадии В) в виде плоского образования.
16. Способ изготовления полимерной мембрана по одному из пп.1-14, включающий следующие стадии:
I) набухание полимерной пленки в жидкости, содержащей гидрофобные мономеры и мономеры с группами фосфоновой кислоты и/или сульфокислотными группами, и
II) полимеризация, по меньшей мере, части мономеров с группами фосфоновой кислоты, введенных в полимерную пленку на стадии I).
17. Мембранно-электродное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну мембрану по одному из пп.1-14.
18. Топливный элемент, содержащий одно или несколько мембранно-электродных устройств по п.17.