[發明專利]一種新型MEA封裝結構

在審

• 申請號: 202210958590.3
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115411321A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 李光偉;于鳴琦;董春陽;王倩;邢丹敏
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/0273;H01M8/0276
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王思宇;李洪福

本發明提供一種新型MEA封裝結構，陽極氣體擴散層的邊緣搭接至陽極密封邊框中心鏤空區的邊緣形成搭接區，所述搭接區寬度為1～2mm；陰極密封邊框中心鏤空區的尺寸不小于陰極氣體擴散層的尺寸；所述陰極氣體擴散層的尺寸不小于所述陽極氣體擴散層的尺寸。本發明的技術方案解決了現有技術中MEA封裝結構存在的應力集中或不易裝配等問題。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，具體而言，尤其涉及一種新型MEA封裝結構。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)因具有結構緊湊、功率密度高、環保無污染和可室溫啟動等優點而被認為最有希望應用于車載動力系統及固定電站等領域。若要實現PEMFC的商業化應用，不僅要滿足性能方面的要求，還必須具備良好的穩定性。作為離子傳遞主要場所和陰陽極氣體分隔部件，質子交換膜的耐久性直接影響著整個燃料電池運行的可靠性。

膜電極組件(MEA)作為PEMFC的核心部件，直接決定了燃料電池的性能和耐久性。質子交換膜在MEA中主要起到傳輸質子和分隔陰陽極氣體的作用，其通常很薄且很容易被刺破。因此，在膜電極組件的外邊緣通常會采用密封邊框保護質子交換膜和提升機械支撐強度以便于電池組裝。該密封邊框一般是由聚合物材料PET或PEN所制備而來的。

質子交換膜的衰減分為機械衰減和化學衰減兩方面，其中機械衰減主要是指質子交換膜在燃料電池運行過程中因為膜內含水量的不同導致質子交換膜溶脹和收縮所引起的阻氣性衰減。由于在氣體擴散層與質子交換膜搭接位置和密封邊框與質子交換膜的搭接位置處均存在明顯的剪切力，從而導致該位置成為機械薄弱點，即最有可能發生失效的區域。

第一種常規的MEA封裝結構如圖1所示，封裝過程為：首先在質子交換膜1的兩側分別涂布陽極催化層2和陰極催化層3，制備出具有三層結構的催化劑涂覆膜(CCM)；然后通過帶有膠層的陽極密封邊框4和陰極密封邊框5將CCM固定成型形成五合一結構；最后，將陽極氣體擴散層6和陰極氣體擴散層7分別通過熱壓的方式固定到CCM表面，從而形成完整的MEA結構。這種MEA封裝結構在氣體擴散層與密封邊框內側邊緣會對該位置的質子交換膜形成多重剪切，在燃料電池運行過程中隨著膜內水含量的上升所引起的溶脹導致該處機械應力過于集中，從而導致質子交換膜阻氣性下降速率增大。此外，由于氣體擴散層基底一般為碳纖維，在裁切過程中其截斷面上會形成較多鋒利的毛刺，也有可能在MEA制備或者燃料電池運行過程中刺破質子交換膜。

第二種常規的MEA封裝結構如圖2所示，封裝過程為：首先在質子交換膜1的兩側分別涂布陽極催化層2和陰極催化層3，制備出具有三層結構的催化劑涂覆膜(CCM)；然后通過帶有膠層的陽極密封邊框4和陰極密封邊框5將CCM固定成型形成五合一結構；最后，將陽極氣體擴散層6和陰極氣體擴散層7分別通過點膠的方式固定到密封邊框上方，從而形成完整的MEA結構。這種MEA封裝結構相較于第一種常規的MEA封裝結構可以有效規避氣體擴散層邊緣帶來的應力集中和截斷面毛刺帶來損傷，但其會導致氣體擴散層與密封邊框搭接區域由于厚度增加導致的組裝力過大，不利于燃料電池裝配。此外，由于氣體擴散層與密封邊框之間粘接力較差，一般需要在邊框搭接區域進行點膠以防止氣體擴散層脫落。

發明內容

根據上述提出現有MEA封裝結構存在的應力集中或不易裝配等技術問題，而提供一種新型MEA封裝結構。

本發明采用的技術手段如下：

一種新型MEA封裝結構，陽極氣體擴散層的邊緣搭接至陽極密封邊框中心鏤空區的邊緣形成搭接區，所述搭接區寬度為1～2mm；陰極密封邊框中心鏤空區的尺寸不小于陰極氣體擴散層的尺寸；所述陰極氣體擴散層的尺寸不小于所述陽極氣體擴散層的尺寸。

進一步地，所述陽極氣體擴散層還包括嵌入所述陽極密封邊框中心鏤空區的凸臺結構。

進一步地，所述陰極氣體擴散層嵌入所述陰極密封邊框中心鏤空區。