公开了一种用于制备要装配在膜电极组件（１０）中的膜的方法，包括以下步骤：ａ）利用具有预定辐照分布的电磁和／或粒子辐射对聚合物薄膜（２）的部分（４）进行辐照，以便限定被辐照的部分（４）以及在该薄膜的所述被辐照的部分（４）中形成反应中心、即自由基；由此通过未被辐照的膜部分的隔离带（６）使被辐照的部分（４）相互分离；ｂ）使包括被辐照的部分（４）的薄膜（２）暴露于受自由基聚合作用的单体或单体混合物，以便实现接枝共聚物在所述被辐照的部分（４）中的形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于制备要装配在膜电极组件中的膜的方法。此外，本专利技术涉及一种膜电极组件。聚合物电解质燃料电池(PEFC)在现有技术中是众所周知的。单个电池包括用作电解质、分别夹在阳极和阴极这两个电极之间的固体聚合物膜。这种分层部件被称为膜电极组件(MEA)。该MEA通常被装配到压滤机型电池壳体中，该压滤机型电池壳体提供到电极的电子接触并且包括用于反应物分布和产物移除的装置。通常，堆叠通过双极板分开的多个单独的燃料电池，以形成燃料电池堆，以便通过串联多个燃料电池来获得所希望的工作电压。在PEFC中，聚合物电解质或质子交换膜(PEM)用作合适的质子导体以及阳极和阴极室的隔离体。在操作期间，将氢气、包含氢气的气体混合物或者甲醇和水的混合物提供给阳极，而将氧气或空气提供给阴极。在存在沉积在膜电极界面上的催化剂、例如铂时，氢气分子在阳极侧分裂成质子和电子，而在阴极侧氧气分子和质子和电子反应以形成水。在阳极和阴极之间，电子经由外部电路进行交换，其中电负载是所述电路的一部分，而质子经由质子交换膜进行交换。例如在国际专利申请WO 2005/004265中公开了这样一种燃料电池，该国际专利申请涉及在操作这种类型的燃料电池期间的至关重要的问题、也就是聚合物电解质膜的适当润湿的解决方案。另一个要严肃对待的重要问题是质子交换膜的适当的设计。所提出的一种用于制造质子交换膜的方法是辐射接枝工艺，为组分提供合适的机械稳定性并且同时提供良好的质子导电性和水传输特性。这些方面都在还未公开的国际专利申请PCT/EP2004/006362中进行了处理。尽管有这些解决方案，但是仍然希望设想到用于PEFC的材料和组分，这些材料和组分能够解决某些遗留难题，例如当双极板材料与酸性质子交换膜接触时各个电池的密封和/或双极板材料的腐蚀。此外，利用膜作为密封部件是PEFC界中的典型方案，可能由于膜的水合状态的变化而导致材料内的机械应变。-->因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于制备要装配在膜电极组件中的膜的方法以及一种膜电极组件，该目的以提供创造性的解决方案的方式来解决这些问题。在根据本专利技术的膜电极组件方面，该目的通过一种膜电极组件来实现，该膜电极组件包括夹在阴极层和阳极层之间的聚合物电解质层，其中所述聚合物电解质层是非离子和非电子导电的预成型的通过辐射接枝和磺化而局部改性的聚合物薄膜，由此在要被电极覆盖的薄膜区(活性区)以及在该活性区之外或之内的区域中的薄膜的未被处理的部分中提供质子导电性。因此，必须强调的是，术语“未被处理的部分”通常应在未被辐照的部分中的特性不同于被辐照的部分中的特性的意义上来理解。在根据本专利技术的方法方面，该目的通过一种用于制备要装配在膜电极组件中的膜的方法来实现，该方法包括以下步骤：a)利用具有预定辐照剂量和分布的电磁和/或粒子辐射对预成型的聚合物薄膜的部分进行辐照，以便限定被辐照的部分以及在该薄膜的所述被辐照的部分中形成反应中心、即自由基。b)使包括被辐照的部分的聚合物薄膜暴露于受自由基聚合作用的单体或单体混合物，以便实现接枝共聚物在所述被辐照的部分中的形成。可能需要另外的步骤、例如接枝组分的磺化来引入所希望的质子导电功能。该方法和该组件得到一种聚合物薄膜，由于辐照的受控制的局部分布，该聚合物薄膜具有特性截然不同且适当的用作燃料电池电解质的区域。因此，可以在相同聚合物薄膜内产生大量改性的部分，这些改性的部分在其水膨胀状态下具有质子导电特性，通过未改性的原始绝缘起始材料的部分被分离。这允许在单个聚合物薄膜内包括多个单独的燃料电池。此外，该方法允许为了不对称接枝的目的而在相同的“激活”部分内并且还在膜的厚度上实现各种薄膜的附加梯度以及膜特性、例如传导性、吸水性等等。因此，在该方法的优选实施例中，可以选择所述预定辐照分布，以便提供从要被辐照的部分的边缘向要被辐照的部分的内部增加的辐照梯度。-->为了抵消在被辐照的部分改性时导致这些区中的聚合物薄膜凸胀/弯曲的薄膜扩张的效应，该预定辐照分布可以成栅格形。附加地或替代地，要被辐照的部分中的膜的厚度可以与保持未被辐照的区中的膜的厚度相比被减小。再次，附加地或替代地，要被辐照的部分可以经受压印或压纹步骤，以便产生三维膜结构。这些特征中的一个或多个允许控制薄膜的扩张。在材料的接枝和随后的磺化/膨胀时，在被辐照的部分中出现扩张。该扩张可以通过以下方式来抵消，即减小辐照(活性或激活)部分中的膜厚度，或者使截然不同的未被辐照的连接部分作为承载功能团的部分的支承体，或者在激活部分内压印三维结构以便抵消所述扩张，其中激活部分和要连接到该激活部分上的材料之间的改进接触是附加的优点。另外，在本专利技术方法的另一个优选实施例中，可以分别利用不同的辐照分布和不同的化合物或其前体重复地执行辐照以及随后的通过接枝和后处理的化学改性步骤。该特征允许膜的激活部分以所期望的方式“生长”。在概括本专利技术的优点时，必须指出的是：a)可以直接采用原始聚合物薄膜的未改性区作为不同燃料电池部分之间的隔离和密封材料。这些原始聚合物部分的机械特性优于脱水的改性区的那些机械特性，如从现有技术已知的。b)对于聚合物薄膜与双极板的接触区而言，能够避免附加的密封材料和/或覆盖材料，因为在燃料电池部分的边缘处，双极板独有地与密封区中的未改性的薄膜接触。c)在构成密封区的未改性区中离子交换功能团的缺乏可能允许利用基于钢的金属双极板，因为腐蚀问题不太显著。d)燃料电池可以彼此相邻地被设置成通过相同的聚合物薄膜内的未改性区而分离。这种几何布置允许构建具有交错的堆叠几何形状的燃料电池模块、例如具有包括单个电池的绕制聚合物薄膜的圆柱形形状。该几何形状允许在相同平面内产生更高电压以及产生更小的所希望的电流，以便达到相同的电功率。e)辐照分布的利用给予出众的就所采用的聚合物组分而言的灵活性和功能。可以为接枝组分、为机械结构以及为图案产生高度面向目标的梯度。-->f)辐照和随后的接枝和后处理的工艺的重复应用有助于在工艺步骤的每个单个轮回(pass)的情况下利用不同的接枝组分实现可局部限定的聚合物薄膜改性。例如，即使在相同的部分内，也可以为了阳离子的交换而改进不同区，为了阴离子的交换而改进其它区。可以从附加的从属权利要求中获得本专利技术的其它有利特征。下面将参照附图来说明本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种膜电极组件（１０），包括夹在阴极层（１６）和阳极层（１８）之间的聚合物电解质（２），其特征在于，所述聚合物电解质层（２）是具有多个部分（４）的聚合物薄膜，所述部分（４）被辐射接枝和磺化，由此所述部分（４）通过隔离带（６） 相互分离，由此该隔离带（６）是原始聚合物电解质层（２）的未被处理的部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-2-4 05002446.21.一种膜电极组件(10)，包括夹在阴极层(16)和阳极层(18)
之间的聚合物电解质(2)，
其特征在于，
所述聚合物电解质层(2)是具有多个部分(4)的聚合物薄膜，
所述部分(4)被辐射接枝和磺化，由此所述部分(4)通过隔离带(6)
相互分离，由此该隔离带(6)是原始聚合物电解质层(2)的未被处
理的部分。
2.一种用于制备要装配在膜电极组件(10)中的膜(2)的方法，
包括以下步骤：
a)利用具有预定辐照分布的电磁和/或粒子辐射对聚合物薄膜
(2)的部分(4)进行辐照，以便限定被辐照的部分(4)以及在该薄
膜的所述被辐照的部分(4)中形成反应中心、即自由基；由此通过未
被辐照的薄膜部分的隔离带(6)使所述被辐照的部分(4)相互分离；
b)使包括所述被辐照的部分(4)的薄膜(2)暴露于受自由基聚
合作用的单体或单体混合物，以便实现接枝共...
【专利技术属性】
技术研发人员：GG谢勒，L古布勒，SA古尔塞尔，
申请(专利权)人：保罗谢勒学院，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]
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