[發明專利]用于燃料電池的膜電極組件及其制造方法

在審

• 申請號: 201711188399.0
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108232256A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 吳宗吉;洪普基
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

本發明涉及用于燃料電池的膜電極組件及其制造方法。膜電極組件包括：電解質膜；陰極和陽極，各自堆疊于所述電解質膜上；和結合至位于活性區域外部的所述電解質膜的周邊區域的輔助襯墊，其中所述陰極和所述陽極各自堆疊于所述電解質膜上。所述電解質膜在位于所述活性區域之外的所述電解質膜的周邊區域的至少一部分中設置有用于防止電解質膜中的水擴散和排放到外部的排水阻隔區域。

技術領域

本公開涉及用于燃料電池的膜電極組件及其制造方法。更具體而言，本公開涉及能夠防止膜電極組件的電解質膜中的水擴散到位于燃料電池的活性區域之外的電解質膜的周邊區域中，從而防止電解質膜中用于燃料電池反應的水的損失，提高了所述燃料電池中水的處理效率，并改進了堆疊(stack)的耐腐蝕性的燃料電池的膜電極組件，及其制造方法。

背景技術

燃料電池是在燃料氣體和氧化氣體之間引起電化學反應從而將燃料中的化學能轉化成電能的發電裝置。這種燃料電池廣泛地用于工業，家庭和車輛中的電源。所述燃料電池也可以用于向小尺寸電氣/電子產品或便攜式設備供電。

迄今為止，表現出高功率密度的聚合物電解質膜燃料電池(polymer electrolytemembrane fuel cell)(PEMFC)已被廣泛用作車輛燃料電池。聚合物電解質膜燃料電池被用作向用于驅動燃料電池車輛的電機和燃料電池車輛的各種電氣裝置供電的電源。

在聚合物電解質膜燃料電池中，使用氫氣作為燃料氣體，以及使用氧氣或含有氧氣的空氣作為氧化氣體。

另外，所述燃料電池包括其中燃料氣體和氧化氣體彼此反應從而產生電能的電池。通常而言，多個電池將進行堆疊并以堆疊的形式彼此串聯連接從而滿足電力需求。

用于車輛的燃料電池需要高功率。為此，數百個各自產生電能的單元電池(unitcell)以堆疊的形式進行堆疊。

所述聚合物電解質膜燃料電池的每個單元電池包括包含能夠移動質子的聚合物電解質膜和附著于所述聚合物電解質膜的相對表面上的電極的膜電極組件(MEA)，向膜電極組件供給反應氣體如燃料氣體和氧化氣體并傳遞所產生的電能的氣體擴散層(GDL)，用于維持反應氣體和冷卻劑的氣密性的襯墊(gasket)，用于維持合適的緊固壓力的緊固元件，以及用于移動所述反應氣體和所述冷卻劑的雙極板(BP)。

所述膜電極組件(MEA)包括能夠使質子移動的聚合物電解質膜，和附著于所述聚合物電解質膜的相對表面的陽極(anode)和陰極(cathode)，用于誘導作為燃料氣體的氫氣和作為氧化氣體的空氣(或氧氣)(施加于所述陽極和所述陰極)之間反應的催化劑。

用于均勻分布所述燃料氣體和所述氧化氣體的氣體擴散層(GDL)堆疊于所述膜電極組件的外側上，即所述陽極和所述陰極每一個的外側，而用于提供所述反應氣體和冷卻劑沿著其流動的通道并將所述反應氣體供給到所述氣體擴散層的雙極板設置于所述氣體擴散層的外部。

另外，在構成單元電池的部件之間設置用于流體密封的襯墊。所述襯墊可以與所述膜電極組件或所述雙極板一體形成。

上述元件構成一個單元電池。多個電池進行堆疊，支撐所述電池的端板連接至所述堆疊的電池的最外端，并且使用堆疊緊固元件將所述端板緊固于所述電池從而構成燃料電池堆。

燃料電池中用于產生電能的反應在包括全氟磺酸(PFSA)電解質膜和諸如陽極和陰極的電極的膜電極組件(MEA)中進行。

此時，供給到作為所述燃料電池的氧化電極(即，燃料電極)的所述陽極的燃料氣體即氫氣被分離成質子和電子。所述質子通過所述電解質膜移動到作為還原電極的所述陰極(即空氣電極)。氧分子、質子和電子在所述陰極一起反應，結果產生電和熱。同時，產生作為反應副產物的水。