[發明專利]增強的電極組件

在審

• 申請號: 201410094452.0
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051747A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: S.C.穆斯;J.P.希利;B.M.霍塔林;T.J.富勒
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 代易寧;傅永霄

優先權

本申請是2008年1月11日提交的名稱為“制造使用氣體擴散電極作為基底的質子交換膜的方法(Method?of?Making?a?Proton?Exchange?Membrane?Using?a?Gas?Diffusion?Electrode?as?a?Substrate)”的美國專利申請序列號11/972,817的部分繼續申請、2011年1月13日提交的名稱為“用于減少燃料電池部件中的龜裂的濕式層壓法(Wet?Lamination?Process?For?Reducing?Mud?Cracking?In?Fuel?Cell?Components)”的美國專利申請序列號13/005,587的部分繼續申請、以及2012年3月30日提交的名稱為“具有整體增強層的電極組件(Electrode?Assembly?With?Integrated?Reinforcement?Layer)”的美國專利申請序列號13/434,898的部分繼續申請，這些專利申請的全部內容以參考的方式并入本文中。

技術領域

本申請涉及燃料電池，更具體地涉及燃料電池中所使用的膜組件、其子組件、以及用于制造膜組件和子組件的方法。

背景技術

燃料電池，有時被稱為電化學轉換電池，通過處理反應物，例如通過氫氣和氧氣的氧化和還原而產生電能。氫氣是非常有吸引力的燃料，因為它是清潔燃料并且可以用于高效率地在燃料電池中產生電能。在對作為車輛動力源的氫燃料電池的開發中，汽車工業已顯著擴大了投資。與目前的使用內燃發動機的車輛相比，由氫燃料電池提供動力的車輛可以是更高效的并且產生較少的排放。

在一些燃料電池系統中，氫氣或富含氫氣的氣體作為反應物經過流徑被提供至燃料電池陽極側，同時氧氣(例如采用大氣中氧氣的形式)作為反應物經過單獨的流徑被提供至燃料電池陰極側。陽極和陰極促進反應物電化學轉化成電子和帶正電荷的離子(對于氫氣)、以及帶負電荷的離子和最終的水(對于氧氣)。電解質層將陽極與陰極隔離從而允許離子從陽極傳遞至陰極的選擇性通過，同時抑制所產生的電子的通過，相反迫使電子流經外部導電電路(例如，負載)以便在電子在陰極處與帶電離子重新結合之前執行有效功。帶正電荷的和帶負電荷的離子在陰極處的結合導致作為反應副產物的無污染水的產生。

常規的質子交換膜(“PEM”)燃料電池可包括聚合物電解質膜(或質子交換膜)，在聚合物膜的兩側具有電極層，形成膜電極組件(“MEA”)。膜電極組件可位于一對氣體擴散介質層之間，陰極板和陽極板被置于氣體擴散介質層的外部。這些部件被壓到一起而形成燃料電池。

然而，燃料電池經受可以減小燃料電池使用壽命的缺陷之苦。例如，在催化劑墨電極的形成期間會發生被稱為“龜裂”的現象。龜裂是在催化劑電極表面中形成的網狀裂縫。該網狀裂縫會不合需要地影響燃料電池的性能，例如包括降低電極的有效剛度。另外，在燃料電池的運行期間，由于缺乏機械完整性，膜會經歷開裂和失效。

因此，本文中公開了替代的燃料電池、膜電極組件、以及用于制造膜電極組件的方法。

發明內容

在各實施例中，公開了一種制造增強的膜電極組件的方法。該方法包括：使電極墨沉積在第一基底上以形成第一電極層；將第一多孔增強層施加于第一電極層的表面上以形成第一催化劑涂覆的基底；使第一離聚物溶液沉積在第一催化劑涂覆的基底上以形成第一離聚物層；以及將膜多孔增強層施加于第一離聚物層的表面上以形成增強的膜層。

在各實施例中，公開了一種增強的電極組件。該增強的電極組件包括第一催化劑涂覆的基底、位于該第一催化劑涂覆的基底上的增強的膜層。第一催化劑涂覆的基底包括在第一基底上的第一電極層、和在該第一電極層上的第一多孔增強層。增強的膜層包括在第一多孔增強層上的第一離聚物層、和在該第一離聚物層上的膜多孔增強層。

在各實施例中，公開了一種燃料電池。該燃料電池包括：增強的電極組件，該電極組件包括第一催化劑涂覆基底、位于該第一催化劑涂覆基底上的增強的膜層、和位于該增強的膜層上的第二催化劑涂覆基底；以及位于第一催化劑涂覆基底和第二催化劑涂覆基底的基底側上的一對板。第一催化劑涂覆基底包括在第一基底上的第一電極層、和在該第一電極層上的第一多孔增強層。增強的膜層包括第一離聚物層、和在該第一離聚物層上的膜多孔增強層。第二催化劑涂覆基底包括在第二基底上的第二電極層、在該第二電極層上的第二多孔增強層、以及位于第一催化劑涂覆基底和第二催化劑涂覆基底的基底側上的一對板。

本發明提供以下技術方案：