[發(fā)明專利]用于制造用于燃料電池的膜片電極單元的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201980061679.6
• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN112740448A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·希普切恩;C·巴爾迪佐內(nèi);H·鮑爾
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M8/0239;H01M8/0243;H01M8/1004;H01M8/1018
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發(fā)明涉及一種用于制造用于燃料電池(100)的膜片電極單元(MEA)的方法，該燃料電池具有電極單元(MPL)，該電極單元實施成用于作為氣體擴散層(GDL)使用，所述方法具有下列步驟：1)提供顆粒形的組成部分(a、b)：a)碳顆粒和/或石墨顆粒，b)含聚偏二氟乙烯的顆粒(PVDF)，2)將組成部分a)的至少一部分與組成部分b)混合，直至組成部分b)粘附在組成部分a)的顆粒上，3)將在步驟2)中獲得的預混合物與組成部分a)的剩余部分混合，4)將在步驟3)中獲得的混合物滾壓或擠出成帶形材料，該帶形材料形成所述電極單元(MPL)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立方法權(quán)利要求所述的用于制造用于燃料電池的膜片電極單元的方法。此外，本發(fā)明涉及一種相應的根據(jù)獨立裝置權(quán)利要求所述的膜片電極單元。此外，本發(fā)明涉及一種相應的根據(jù)并列獨立裝置權(quán)利要求所述的燃料電池。

背景技術(shù)

燃料電池是電化學換能器。在聚合物電解質(zhì)膜燃料電池或簡稱為PEM燃料電池中為了獲得能量將反應物氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化成水、電能和熱量。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，PEM燃料電池構(gòu)造為重復單元的堆疊，所述重復單元包括陰極區(qū)域、雙極板、陽極區(qū)域和膜片電極單元。雙極板是能導電的，但對于氣體和離子是不能穿透的。雙極板借助于在毫米范圍中的隔片結(jié)構(gòu)在陽極區(qū)域中分配例如氫氣并且在陰極區(qū)域中分配例如氧氣或空氣。為了簡化氣體從雙極板的毫米級結(jié)構(gòu)化部到膜片電極單元的納米級催化劑微粒上的過渡和分配，需要在雙極板和膜片電極單元之間的多孔中間層(例如氣體擴散層，GDL)。該中間層例如可以構(gòu)造為由碳纖維制成的多孔纖維網(wǎng)。在此，碳纖維的纖維端部可以由制造決定地垂直于中間層的表面豎立。

如果這種纖維網(wǎng)受雙極板的隔片結(jié)構(gòu)按壓，那么在隔片下面的孔隙度明顯減小并且在這些隔片下方尤其出現(xiàn)產(chǎn)物水的積聚。產(chǎn)物水的積聚妨礙氧氣或空氣尤其在氧氣側(cè)或空氣側(cè)上的必要擴散。由此限制燃料電池的局部電流密度和有效功率。為了能夠?qū)⑺畯睦w維網(wǎng)中排出，使一些已知的纖維網(wǎng)設(shè)有疏水涂層。然而，通過例如借助于噴涂施加疏水涂層，可能出現(xiàn)敞開的多孔結(jié)構(gòu)的部分或完全的封閉，使得纖維網(wǎng)雖然具有疏水涂層，但用于將液化水排出的多孔結(jié)構(gòu)變窄或被封閉。由此也妨礙氧氣或空氣進入到膜片上。

目前，在燃料電池中要求具有幾微米的材料厚度的相對較薄的膜片。這種膜片不能作為自由支承的薄膜或者僅能夠以顯著的花費和大的廢品率作為自由支承的薄膜使用。因此，這些非常薄的膜片目前被直接涂覆到纖維網(wǎng)的一側(cè)上。因為纖維網(wǎng)的表面上的纖維結(jié)構(gòu)是不平的，所以可以構(gòu)造波形的膜片。波形的膜片不能實現(xiàn)與對應側(cè)的氣體擴散層的好的接觸。纖維網(wǎng)經(jīng)常涂覆有微孔層，所述微孔層通過微粒懸浮物的噴涂、干燥和燒結(jié)同樣與纖維網(wǎng)連接。在此，通過施加過程跟蹤纖維網(wǎng)的表面波形。此外，在纖維網(wǎng)以微粒懸浮物或形成膜片的膜片溶液直接涂覆時可以使溶液或懸浮物擠入到纖維結(jié)構(gòu)的凹部中并且填充這些凹部。這樣擠入的溶液或懸浮物可以封閉氣體擴散層的多孔結(jié)構(gòu)并且妨礙氣流以及水排出。此外，這種膜片或微孔層可以具有不均勻的厚度并且因此引起不均勻的電阻。由此可以出現(xiàn)局部不同的電流強度，由此可以限制燃料電池的有效功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)置一種根據(jù)獨立方法權(quán)利要求所述的用于制造用于燃料電池的膜片電極單元的方法。此外，本發(fā)明設(shè)置一種相應的根據(jù)獨立裝置權(quán)利要求所述的膜片電極單元。此外，本發(fā)明設(shè)置一種相應的根據(jù)并列獨立裝置權(quán)利要求所述的燃料電池。本發(fā)明的另外的優(yōu)點和細節(jié)由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖得出。在此，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法描述的優(yōu)點、特征和細節(jié)當然也適用于根據(jù)本發(fā)明的膜片電極單元以及根據(jù)本發(fā)明的燃料電池，反之亦然，使得關(guān)于本發(fā)明的各個方面的公開內(nèi)容總是相互參照或可以相互參照。

本發(fā)明設(shè)置一種用于制造用于燃料電池的膜片電極單元的方法，所述燃料電池具有尤其微孔的電極單元，其中，尤其微孔的電極單元實施成用于作為氣體擴散層使用，所述方法具有下列步驟：

1)提供微粒形的組成部分(a、b)：

a)碳顆粒和/或石墨顆粒，

b)含聚偏二氟乙烯的顆粒(PVDF)，