用于燃料电池的边缘到框体无催化剂的膜电极组件(MEA)的制造方法、MEA和MEA燃料电池技术

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池的膜电极组件的制造方法，该膜电极组件包括具有催化剂层(3)的膜(2)和布置在所述膜(2)的同一面上的框体(6)和在所述催化剂层(3)与所述框体(6)之间的间隙(5)。为了允许以简单且节省成本的方式制造这种膜组件，该制造方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的边缘到框体无催化剂的膜电极组件(MEA)的制造方法、MEA和MEA燃料电池


[0001]本专利技术涉及一种用于燃料电池的膜组件的制造方法，该膜组件包括：具有第一面和第二面的膜；布置在所述膜的第一面上的第一催化剂层和布置在所述膜的第二面上的第二催化剂层；至少布置在所述膜的第一面上的框体，其中所述框体在所述第一催化剂层的主延伸方向的平面内包围所述第一催化剂层；和在所述第一催化剂层与所述框体之间的间隙。本专利技术的另一方面涉及一种通过上述方法制造的用于燃料电池的膜组件。本专利技术的又一方面涉及一种具有所述膜组件的燃料电池。

技术介绍

[0002]膜组件，通常也称为膜电极组件(MEA)，众所周知用于燃料电池。如果这样的膜组件包括框体，则它也被称为膜电极框体组件(MEFA)。燃料电池构造成在电源电路闭合时将燃料(例如氢)转化为电能，尤其是产生电流的电压。
[0003]用于燃料电池的膜组件包括膜(也称为电解质)以及第一和第二催化剂层(也可称为电极)。大量燃料电池可组合成燃料电池叠层。叠层的每个燃料电池可包括相应的膜组件。
[0004]当前的膜组件，特别是膜电极框体组件，容易在框体与催化剂层之间在边缘处发生故障。此类故障可能是由催化剂层和框体彼此面对的区域中的化学降解引起的。在框体和催化剂层面对的此区域中，可能有越过框体的气体扩散层。这种气体扩散层可能附着在膜组件的两个表面上。化学降解可能是由此区域中所谓的“局部OCV(开路电压)”型状况引起的。当过氧化氢和相关自由基由透过膜扩散并在阴极处与氧发生反应的氢或透过膜扩散并在阳极处与氢发生反应的氧形成时，就会发生OCV型降解。
[0005]文献EP1876666B1揭示了一种聚合物电解质燃料电池，其包括一个或多个电池的叠层，每个电池都具有MEA以及将MEA夹在其间的阳极和阴极隔板。所述燃料电池的电极层具有周缘区域。
[0006]本专利技术旨在克服上述化学降解问题。

技术实现思路

[0007]该目的通过独立权利要求的膜组件、膜组件的制造方法和燃料电池来解决。有利的实施例和实际改进是从属权利要求的主题。
[0008]本专利技术基于这样的思想：即，当框体区域中不存在催化剂层时，上述降解消除。换言之，该思想的一部分是以第一催化剂层和框体被它们之间的间隙完全分开的方式形成膜组件。换言之，间隙应该将框体与第一催化剂层分开。间隙可以具有至少大致恒定的宽度。再次，换言之，宽度可以是框体与催化剂层彼此分开的距离、尤其是第一催化剂层与框体彼此分开的距离。
[0009]本方法适用于制造用于燃料电池的膜组件，该膜组件包括：具有第一面和第二面
的膜；布置在所述膜的第一面上的第一催化剂层和布置在所述膜的第二面上的第二催化剂层；至少布置在所述膜的第一面上的框体，其中所述框体在所述第一催化剂层的主延伸方向的平面中包围所述第一催化剂层；和在所述第一催化剂层与所述框体之间的间隙。
[0010]为了允许以简单且节省成本的方式制造这种膜组件，设想制造方法包括以下步骤：
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将由与第一催化剂层相同的材料制成的第一贴花层以第一贴花层与定位在膜的第一面上的框体重叠的方式相对于框体定位在膜的第一面上，
[0012]‑
将由与第二催化剂层相同的材料制成的第二贴花层定位在膜的第二面上，以及
[0013]‑
将第一贴花层和第二贴花层彼此压靠，其中膜和框体定位在其间。
[0014]当框体和第一催化剂层两者都布置在膜的第一面上时，框体可以围绕第一催化剂层形成闭环。在一些实施例中，可以设想框体布置在膜的第一面和第二面两者上。在这些实施例中，框体可以包括两个部分，它们分别布置在膜的不同面上。在这种情况下，膜的第一面可以被框体的第一部分包围并且第二催化剂层可以被框体的第二部分包围。在本专利技术的范围内，“被包围”尤其是指被完全包围。换言之，膜的第一面在第一催化剂层的主延伸方向的平面内可被框体完全环绕或围住。在第一催化剂层与框体之间有备用区域，其形成所述间隙。换言之，在该间隙中，框体的一部分和第一催化剂层的一部分都没有布置在膜上。如上所述，该间隙在第一催化剂层与框体之间可以具有恒定值。
[0015]第一催化剂层由第一贴花层在贴花转印工艺中制成。第二催化剂层由第二贴花层在贴花转印工艺中制成。该贴花层工艺可以包括上述定位第一贴花层和第二贴花层以及将第一贴花层和第二贴花层彼此压靠的步骤。本专利技术的制造方法利用了以下事实：即，定位在第一和第二贴花层之间同时将它们彼此压靠的情况下膜和框体的厚度不是恒定的。膜和框体的组合在其中框体的各部分布置在膜上的膜区域具有更大的厚度。换言之，膜和框体在框体延伸的区域内具有更大的厚度。类似地，在框体未延伸的区域中，厚度等于膜的厚度。在框体延伸的区域中，厚度等于膜的厚度加上框体的厚度。因此，在框体布置在膜上的区域中，与膜的未被框体覆盖的区域相比，自动施加了更高的压力。当具有两个相应的压制表面以将第一和第二贴花层彼此压靠的压机是平的时，进一步确保了这一点。随着与框体的距离增大，在压制时施加的压力升高。换言之，在推定间隙所在的地方施加最低压力。因此，第一贴花层未附着到膜的紧挨着框体的第一面。在间隙的其中框体所在的第一侧上，当框体由适当的材料制成时，第一贴花层同样不附着。换言之，框体可以由第一贴花层不附着的材料制成。在间隙的其中推定形成第一催化剂层的第二侧上，压力足以使第一贴花层附着到膜上。因此，贴花层的附着部分形成第一催化剂层。
[0016]在将第一贴花层和第二贴花层彼此压靠之前，定位两个贴花层。可以设想第一贴花层与框体重叠。有利地，第一贴花层具有比膜的被框体、间隙和第一催化剂层一起覆盖的区域大的尺寸。所述区域可与第一贴花层完全重叠。第二贴花层可以具有与第一贴花层相同、至少大致相同的尺寸。第二贴花层可以与第一贴花层类似地定位，但定位在膜的第二面上。例如，第二贴花层可以以其在膜平面中的投影等于第一贴花层在该平面中的投影的方式定位。
[0017]在下一步骤中，将两个贴花层相互压靠。这在将带有定位在膜的第一面上的框体的膜定位在第一和第二贴花层之间时进行。在定位第一和第二贴花层和/或将它们彼此压靠的同时，可以将贴花层布置在相应的基板上。基板可有助于在压制和/或定位时操纵贴花
层并稳定它们。压制可通过热压机完成。例如，通过将两个压制表面彼此压靠(第一贴花层和第二贴花层以及膜和框体位于其间)来进行压制。由于压制，两个贴花层都部分地附着到膜的第一面或第二面上。贴花层的附着到膜的第一面上的部分可形成第一催化剂层。第二贴花层的附着到膜的第二面上的部分可至少基本上形成第二催化剂层。
[0018]有时，第二贴花层的另一部分可以在膜的第二面上与膜在第一面上接触框体的区域相对地附着到膜上。这可称为附加催化剂层。附加催化剂层不影响膜组件或由膜组件构成的燃料电池的使用性能。可以在膜的第二面上恰好在膜的第一面上的间隙的相对位置处形成附加间隙。这是因为第一和第二催化剂层在膜的相应面上可以具有相同的延伸程度。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池的膜组件的制造方法，该膜组件包括：
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具有第一面和第二面的膜，
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布置在所述膜的第一面上的第一催化剂层和布置在所述膜的第二面上的第二催化剂层，
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至少布置在所述膜的第一面上的框体，其中所述框体在所述第一催化剂层的主延伸方向的平面中包围所述第一催化剂层，和
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在所述第一催化剂层与所述框体之间的间隙，所述方法的特征在于具有以下步骤：
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将由与所述第一催化剂层相同的材料制成的第一贴花层以所述第一贴花层与定位在所述膜的第一面上的所述框体重叠的方式相对于所述框体定位在所述膜的第一面上，
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将由与所述第二催化剂层相同的材料制成的第二贴花层定位在所述膜的第二面上，
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将所述第一贴花层和所述第二贴花层彼此压靠，其中所述膜和所述框体定位在其间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述第二贴花层与所述框体在所述第二贴花层的平面中的投影重叠的方式执行所述第二贴花层的定位。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用均与所述框体重叠的两个压制表面执行压制。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在定位所述第一贴花层和所述第二贴花层之前，通过单独的压制程序将所述框体布置在所述膜上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在定位所述第一贴花层和所述第二贴花层之前，将所述框体定位在...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：福特汽车公司，
类型：发明
国别省市：