專利名稱：粘合和密封燃料電池膜電極組件的一步法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造用于燃料電池的膜電極組件(MEA)的方法，其中所述流體輸送層(FTL)是邊緣密封的，并用一步中粘附(bound)到聚合物電解質(zhì)膜(PEM)上。
背景技術(shù)：
美國專利6165634公開了一種燃料電池組(stack)，所述燃料電池組件的周邊區(qū)域通過密封材料(優(yōu)選是含氟彈性體)浸漬(impregnate)和/或粘附在一起，所述密封材料覆蓋了所述電池組件的外邊緣。
美國專利6159628和美國專利2001/0001052公開了一種具有邊緣密封基材的MEA，所述邊緣密封基材是通過將熱塑性聚合物(例如聚偏二氟乙烯)擠入所述基材的周邊形成的。所述邊緣密封的基材通過熱塑性聚合物材料優(yōu)選是聚烯烴薄膜粘附到質(zhì)子交換膜上。
美國專利6057054的一些實(shí)施方式公開了一種具有同延聚合物電解質(zhì)膜和具有密封材料(如硅氧烷)的多孔電極層的MEA，所述密封材料注入所述多孔電極層。所述文獻(xiàn)在一些實(shí)施方式中公開了一種具有密封材料的MEA，所述密封材料注入其多孔電極層中，其中所述密封材料延伸過所述MEA。所述密封材料可包括凸起的肋和交叉肋(rib)的圖形。
美國專利5264299公開了一種用在燃料電池中的多孔支撐板，它具有用彈性密封材料填充的周邊部分。
發(fā)明概述簡要地，本發(fā)明提供了一種制造邊緣密封的燃料電池膜電極組件的方法，它包括以下步驟i)提供一種合適的膜電極組件疊層物(lay-up)；ii)放置合適的熱塑性塑料環(huán)形層；和iii)施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以使所述熱塑性塑料熔融注入所述膜電極組件結(jié)構(gòu)體的兩層流體輸送層中的一層或兩層，并將兩層所述流體輸送層中的一層或兩層粘合到所述膜電極組件結(jié)構(gòu)體的聚合物電解質(zhì)膜上。在一個(gè)實(shí)例中，所述膜電極組件疊層物的聚合物電解質(zhì)膜在其外密封區(qū)域穿孔。
本發(fā)明另一方面提供了一種用本發(fā)明的方法制得的膜電極組件。
在本申請中“不一致”指，例如圖6所示的三燃料電池層所述，兩個(gè)或多個(gè)重疊層(基本上是平的形狀)的周邊對(duì)于任何明顯長度來說都不是一致的，但是所述周邊可以是交叉的(cross)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種在同一步驟中粘合和密封燃料電池膜電極組件的方法。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明方法所用MEA疊層物的截面圖。
圖2是本發(fā)明方法所用MEA疊層物的截面圖。
圖3是實(shí)施例1所用疊層物的典型邊緣部分的截面圖。
圖4是實(shí)施例2所用疊層物的典型邊緣部分的截面圖。
圖5是本發(fā)明方法所用MEA疊層物的示意圖。
圖6是本發(fā)明方法所用MEA疊層物的示意圖。
圖7是本發(fā)明方法所用MEA疊層物的示意圖。
較好實(shí)例的詳細(xì)描述通常，本發(fā)明提供了一種制造邊緣密封的燃料電池膜電極組件的方法，它包括以下步驟i)提供合適的膜電極組件疊層物；ii)放置合適的熱塑性塑料環(huán)形層；和iii)施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以使所述熱塑性塑料熔融注入所述膜電極組件疊層物的兩層流體輸送層中的一層或兩層，并同時(shí)將兩層所述流體輸送層中的一層或兩層粘合到所述膜電極組件疊層物的聚合物電解質(zhì)膜上。
膜電極組件(MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池(如氫燃料電池)的中心元件。燃料電池是電化學(xué)電池，它通過催化化合燃料(例如氫氣)和氧化劑(例如氧氣)來產(chǎn)生有用的電流。通常，MEA包括聚合物電解質(zhì)膜(PEM)(也稱為離子導(dǎo)電膜(ICM))，它用作固體電解質(zhì)。PEM的一面與陽極層接觸，其反面與陰極層接觸。每個(gè)電極層包括電化學(xué)催化劑，通常包括鉑金屬。流體輸送層(FTL)可方便地將氣體從陽極材料輸送到陰極材料，以及從陰極材料輸送到陽極材料，并傳導(dǎo)電流。在典型的PEM燃料電池中，質(zhì)子通過氫氣氧化在陽極(anode)上形成，并輸送到陰極(cathode)與氧氣反應(yīng)，使電流在連接電極的外電路中流動(dòng)。所述FTL也可稱為氣體擴(kuò)散層(GDL)或者擴(kuò)散器/集電器(DCC)。所述陽極和陰極層可在制造過程中施加到PEM上，或者施加到FTL上，只要它們置于完整MEA中的PEM和FTL之間即可。在本發(fā)明的實(shí)踐中，所述電極層最通常施加到PEM上形成涂有催化劑的膜(CCM)。
任何合適的PEM可用在本發(fā)明的實(shí)踐中。所述PEM的厚度通常小于50微米，更優(yōu)選小于40微米，還要優(yōu)選小于30微米，最優(yōu)選約25微米。所述PEM通常由聚合物電解質(zhì)組成，所述聚合物電解質(zhì)是酸官能的含氟聚合物，例如Nafion(DuPont Chemicals，Wilmington DE)和F1emionTM(Asahi GlassCo.Ltd.，Tokyo，Japan)。本發(fā)明所用的聚合物電解質(zhì)通常是四氟乙烯和一種或多種氟化酸官能共聚單體的共聚物。通常，所述聚合物電解質(zhì)帶有磺酸根官能團(tuán)。所述聚合物電解質(zhì)最優(yōu)選是Nafion。所述聚合物電解質(zhì)的當(dāng)量通常為1200或更小，更優(yōu)選為1100或更小，還要優(yōu)選為1050或更小，最優(yōu)選約1000。
任何合適的FTL可用在本發(fā)明的實(shí)踐中。通常，所述FTL由包含碳纖維的片材組成。通常，所述FTL是選自織造和非織造碳纖維構(gòu)造體的碳纖維構(gòu)造體?？捎糜诒景l(fā)明實(shí)踐的碳纖維構(gòu)造體可包括TorayTMCarbon Paper，SpectraCarbTMCarbon Paper，AFNTM非織造碳布，ZoltekTMCarbon Cloth等。所述FTL么涂有或浸有各種材料，包括碳顆粒涂料，并可進(jìn)行疏水處理以及親水處理，例如用聚四氟乙烯(PTFE)涂覆。
任何合適的催化劑可用在本發(fā)明的實(shí)踐中。通常，可使用碳負(fù)載的催化劑顆粒。通常，碳負(fù)載的催化劑顆粒是50-90重量％的碳和10-50重量％催化劑金屬，所述催化劑金屬通常包括用于陰極的Pt和用于陽極的重量比為2∶1的Pt和Ru。通常，所述催化劑以催化劑油墨的形式施加到所述PEM上，或FTL上。或者，所述催化劑油墨可施加到轉(zhuǎn)印基材上，干燥，之后再施加到PEM上或FTL上作為貼花(decal)。所述催化劑油墨通常包括聚合物電解質(zhì)材料，它可以與包括PEM的聚合物電解質(zhì)材料相同或不同。所述聚合物電解質(zhì)通常是酸官能的含氟聚合物，例如Nafion(DuPont Chemicals，Wilmington DE)和F1emionTM(Asahi Glass Co.Ltd.，Tokyo，Japan)。用于本發(fā)明油墨中的所述聚合物電解質(zhì)通常是四氟乙烯和一種或多種氟化、酸官能共聚單體的共聚物。通常，所述聚合物電解質(zhì)帶有磺酸根官能團(tuán)。更優(yōu)選地，所述聚合物電解質(zhì)是Nafion。所述聚合物電解質(zhì)的當(dāng)量通常為1200或更小，更優(yōu)選為1100或更小，還要優(yōu)選為1050或更小，最優(yōu)選約1000。所述催化劑油墨通常包括催化劑顆粒在聚合物電解質(zhì)分散體中的分散體。所述油墨通常包含5-30％的固體(即聚合物和催化劑)，更優(yōu)選為10-20％固體。所述電解質(zhì)分散體通常是水性分散體，它還可包含醇和多元醇，如甘油和乙二醇?？烧{(diào)節(jié)所述水、醇和多元醇含量以改變所述油墨的流變性。所述油墨通常包含0-50％的醇和0-20％的多元醇。另外，所述油墨可包含0-2％的合適分散劑。所述油墨通常是如下制備的在加熱條件下進(jìn)行攪拌，然后稀釋到可涂覆的稠度。
所述催化劑可通過任何合適的手段(包括用手和機(jī)械方法)施加到所述PEM上形成CCM，所述方法包括手工刷涂、切口棒涂覆、帶有液體的口模式涂布(fluid bearing die coating)、繞線棒涂覆(wire-wound rod coating)、、帶液體涂覆(fluid bearing coating)、狹縫給料刮涂、三輥涂覆、或貼花轉(zhuǎn)印?？捎靡淮瓮坎蓟蚨啻瓮坎纪瓿赏扛病?br> 在使用過程中，本發(fā)明的MEA通常夾在兩片硬板(稱為分布板(distribution plate)，也稱為雙極板(BPP)或單極板)之間。與GDL相似，所述分布板必須是導(dǎo)電的。所述分布板通常由碳復(fù)合物、金屬或電鍍金屬材料做成。所述分布板將反應(yīng)物或產(chǎn)物流體分布到MEA電極表面或?qū)碜訫EA電極表面的反應(yīng)物或產(chǎn)物流體進(jìn)行分布，通常是通過一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)流體的雕刻、銑削、模塑或壓印在朝著MEA的表面上的通道。這些通道有時(shí)候被稱為流場(flow field)。所述分布板可將流體分配到堆疊(stack)中的兩個(gè)依次相連的MEA上，以及對(duì)來自上述兩個(gè)依次相連MEA上的流體進(jìn)行分布，其中一面將燃料射向第一MEA的陽極，而另一面將氧化劑射向下一個(gè)MEA的陰極(并除去產(chǎn)物水)，因此，所述分布板稱為“雙極板”。或者，所述分布板可僅在一側(cè)具有通道，以將流體僅分配在MEA的那一側(cè)，或僅來自對(duì)MEA的那一側(cè)的流體進(jìn)行分布，這稱為“單極板”。本領(lǐng)域所述術(shù)語雙極板通常包括單極板。通常燃料電池組包括許多與雙極板交替層疊的MEA。本發(fā)明的的MEA通常沒有粘附(bound)到任何BPP或分布板上。具體地說，本發(fā)明的MEA通常不通過將MEA的FTL和PEM粘合在一起的熱塑性塑料粘附到任何BPP或分布板上。
在本發(fā)明的方法中，首先提供膜電極組件結(jié)構(gòu)體。參照圖1和2，所述結(jié)構(gòu)體的中心層是CCM10，它包括在陽極和陰極側(cè)面上涂覆有催化劑材料層12的PEM11。在CCM10中陽極和陽極側(cè)面中的至少一個(gè)上提供FTL20。在有些實(shí)例中，例如圖1所示，F(xiàn)TL20位于兩側(cè)。在有些實(shí)例中，例如如圖2所示，F(xiàn)TL20僅位于一側(cè)，并且在另一側(cè)有邊緣密封的FTL25。邊緣密封的FTL25如下制得用任何合適的材料(包括用于本發(fā)明實(shí)踐的熱塑性塑料(如下述))填充所述FTL的外周邊或密封區(qū)域。所述FTL的外周邊可通過任何合適的方法填充，包括施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以將所述熱塑性塑料熔融注入所述FTL。在MEA結(jié)構(gòu)體中沒有額外加入粘合劑。
所述MEA、CCM、PEM和FTL可具有任何合適的周邊形狀。通常選擇所述PEM和FTL的尺寸，以使兩個(gè)FTL之間的電短路的可能性最小。所述FTL的外周邊與包括CCM的PEM的外周邊是非一致的。通常，選擇所述PEM和FTL的幾何形狀，這樣所述兩個(gè)FTL在粘合過程中不接觸。在這種情況下，通常在兩側(cè)使用非邊緣密封的FTL。如圖l所示，所述PEM11通常大于FTL20。在另一個(gè)實(shí)例中，如圖5所示，所述CCM10大于一個(gè)FTL20，并小于另一個(gè)FTL20。在另一個(gè)實(shí)例中，如圖6所示，所述CCM10僅在一個(gè)軸(稱為南北)上大于一個(gè)FTL20，并僅在另一個(gè)軸(稱為東西)上大于另一個(gè)FTL20。如果兩個(gè)FTL能在粘合過程中發(fā)生接觸，如圖2所示，CCM10小于FTL20，那么可在一個(gè)側(cè)面上使用邊緣密封的FTL25。
在另一個(gè)實(shí)例中，所述CCM小于兩個(gè)FTL，額外的、環(huán)形紗布(scrim)層圍繞所述CCM的周邊，以使所述FTL之間保持分開。在這種情況下，所述熱塑性塑料用來將CCM、FTL和紗布層(scrim layer)粘合在一起。所述紗布層是多孔且不導(dǎo)電的。所述紗布層可由任何合適的材料制成，通常是對(duì)制造和使用環(huán)境惰性的物質(zhì)。
在本發(fā)明的方法中，然后，相對(duì)于所述MEA疊層物放置熱塑性塑料30。提供的所述熱塑性塑料30切成環(huán)形或相框形狀的層，通常與MEA的密封區(qū)域100或外周邊區(qū)域一致。所述熱塑性塑料30與FTL20中的一個(gè)或兩個(gè)相鄰放置。通常，熱塑性塑料30的環(huán)形層放在TFL20的不與CCM10接觸的面上，即如圖1和2所示在MEA疊層物的外部?；蛘?，熱塑性塑料30的環(huán)形層可放在所述FTL20和CCM10之間。
可使用任何合適的熱塑性塑料。通常，所述熱塑性塑料選自其熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于所述聚合物電解質(zhì)膜的熱變形溫度不超過70℃且、更優(yōu)選不超過50℃、最優(yōu)選不超過30℃的熱塑性塑料。所述熱變形溫度通常是大部分PEM(包括Nafion)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。典型的熱塑性塑料包括四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物和聚偏二氟乙烯(PVDF)。所述熱塑性塑料最優(yōu)選是THV。
參照圖3和4，也可將剝離層(release layer)340和440施加到所述疊層物的一側(cè)或兩側(cè)上。另外，也可施加墊片層450。所述剝離和墊片層可由任何合適的材料制成。所述墊片層450通常切成環(huán)形和相框形狀，通常與MEA的密封區(qū)域或外周邊區(qū)域一致。更優(yōu)選地，所述墊片的形狀基本上與熱塑性塑料的環(huán)形層相同。
在MEA結(jié)構(gòu)體與合適的熱塑性塑料和剝離或墊片層裝配在一起后，施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以使所述熱塑性塑料熔融注入兩層所述流體輸送層中的一層或兩層，同時(shí)將兩層流體輸送層中的一層或兩層粘合到所述聚合物電解質(zhì)膜上。壓力和熱量可通過任何合適的裝置施加，包括平板壓機(jī)、夾輥等。所施加的壓力和熱量足以通過所述熱塑性塑料將FTL粘合到PEM，但并不能使PEM變形。通常，在至少100℃的溫度施加至少1.0MPa的壓力。為了減少FTL的壓碎損壞，所述粘合步驟可用兩個(gè)階段進(jìn)行。通常，第一個(gè)階段是在0.4-1.0MPa的壓力和至少100℃C的溫度進(jìn)行至少1分鐘，而第二個(gè)階段是在至少1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度進(jìn)行至少1分鐘。
參照圖7，。在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)例中，所述CCM10在其外密封區(qū)域100具有穿孔70。所述穿孔70通常穿過所述CCM10的PEM11，但不穿過所述CCM10的催化劑層12。然后，所述熱塑性塑料30可從一個(gè)FTL20到另一個(gè)FTL20，通過穿孔70在粘合步驟中形成“焊接(weld)”。通常，在該實(shí)例的實(shí)踐中，所述熱塑性塑料30在粘合之前放在FTL20和CCM10之間。所述穿孔70可以是任何合適的大小和間隔，但并不是非常大或間隔非常小，以防止在FTL20之間形成電短路的風(fēng)險(xiǎn)。通常，所述穿孔的平均直徑不超過1毫米，間隔(平均)不小于2毫米。
本發(fā)明可用于制造燃料電池用的膜電極組件。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)還可通過下述實(shí)施例來進(jìn)一步描述，但這些實(shí)施例中的具體材料及其含量以及其他條件和細(xì)節(jié)并沒有限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例除非有其他說明，所有的試劑購自Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI，或可通過已知方法合成。
在實(shí)施例1和2中，所述膜電極組件(MEA)為矩形，14”(35.6厘米)長、10”(25.4厘米)寬。每個(gè)MEA都具有外密封區(qū)域，它占有圍繞所述MEA周邊的1”(2.54厘米)邊緣(margin)。所述PEM是如下制備的將NafionTMl000(DuPont Chmical Co.)分散體以使最終的、干燥膜的厚度約30.5微米的量切口涂覆(notch-coating)到惰性背襯上，。所述流延膜(cast film)首先流過50-60℃的干燥爐(約3-4分鐘的停留時(shí)間)，然后在130℃的空氣沖擊爐中干燥4分鐘，以除去剩余的溶劑，并使所述Nafion膜退火。所述干燥的膜從背襯上剝離，以備以后使用。所述催化劑涂覆的膜(CCM)如下制備將催化劑油墨貼花轉(zhuǎn)印到PEM的兩個(gè)面上。所述FTL為厚7密耳(178微米)的TorayTMCarbon Paper(由Toray Industries，Inc.，Tokyo，Japan生產(chǎn))，將碳/Teflon層涂覆在接觸CCM的面上。所述THV熱塑性塑料為0.006”，(152微米)厚的DyneonTMTHV-220膜(由Dyneon，St.Paul，Minnesota生產(chǎn))。所述Kapton膜可用作剝離襯墊以及墊片層，它是0.002”(50.8微米)厚的Kapton聚酰亞胺膜(由DuPont Chemicals，Wilmington，Delaware生產(chǎn))。
兩個(gè)MEA都可使用本發(fā)明的一步密封和粘合法制造。所述5個(gè)實(shí)施例中每一個(gè)所用疊層物的典型邊緣部分如圖3和4所示。
實(shí)施例1用的MEA疊層物的典型邊緣示意圖如圖3中的截面部分所示。FTL320放在CCM310的各個(gè)側(cè)面上。所述CCM310包括各個(gè)側(cè)面都涂有一層催化劑312的PEM311。THV330的環(huán)形(相框形狀)層(占有所述MEA結(jié)構(gòu)體的外密封區(qū)域)放在各個(gè)FTL320的外側(cè)。Kapton膜340的剝離層放在每層THV330的外側(cè)。
對(duì)于實(shí)施例2，MEA疊層物的典型邊緣部分如圖4的截面示意圖所示。FTL420放在CCM410的各個(gè)側(cè)面上。所述CCM410包括每側(cè)涂有一層催化劑412的PEM411。THV430的環(huán)形(相框形狀)層(它占有所述MEA疊層物的外密封區(qū)域)放在每個(gè)FTL420的外側(cè)。Kapton膜440的剝離層放在每層THV430的外側(cè)。Kapton膜450的環(huán)形(相框形狀)層(它占有所述MEA疊層物的外密封區(qū)域)放在Kapton膜440的每一剝離層的外側(cè)，用作墊片。
在各種情況下，所述疊層物放在Carver Press(Fred Carver Co.，Wabash，IN)的壓板之間。用兩個(gè)階段完成粘合步驟。所述第一熱壓階段是在132℃和0.64MPa壓力下進(jìn)行2分鐘。所述第二熱壓階段是在132℃和1.54MPa壓力下進(jìn)行15分鐘。粘合之后在室溫和1.5MPa的壓力下進(jìn)行冷壓或固定步驟5分鐘。如下測量干電阻值(dry resistance value)將所述MEA放在兩塊金屬板之間，稱重約10磅，并用常規(guī)萬用表測量板間的電阻。通常，干電阻應(yīng)大于1.0歐姆，小于1.0歐姆的值通常認(rèn)為是短路。實(shí)施例1的干電阻是48歐姆，實(shí)施例2的干電阻是26歐姆。
本發(fā)明的各種改變和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們并沒有離開本發(fā)明的范圍和原理，應(yīng)該理解本發(fā)明并沒有局限于上述實(shí)例中。
權(quán)利要求
1.一種制造邊緣密封燃料電池膜電極組件的方法，它包括以下步驟i)提供一種膜電極組件疊層物，它包括a)具有陽極面、陰極面和外周邊的聚合物電解質(zhì)膜；b)與所述聚合物電解質(zhì)膜的陽極面的至少部分接觸的一層陽極催化劑材料；c)與所述聚合物電解質(zhì)膜的陰極面的至少部分接觸的一層陰極催化劑材料；d)陽極側(cè)流體輸送層，所述陽極側(cè)流體輸送層與所述陽極催化劑材料層接觸，所述陽極側(cè)流體輸送層具有與所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊不一致的外周邊；e)陰極側(cè)流體輸送層，所述陰極側(cè)流體輸送層與所述陰極催化劑材料層接觸，所述陰極側(cè)流體輸送層具有與所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊不一致的外周邊；所述膜電極組件在所述聚合物電解質(zhì)膜和任一所述流體輸送層之間不包含粘合劑；ii)將熱塑性塑料環(huán)形層與所述陽極側(cè)流體輸送層和所述陰極側(cè)流體輸送層中的一層或兩層相鄰放置；iii)施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以使所述熱塑性塑料熔融注入兩層所述流體輸送層中的一層或兩層，并將所述兩層流體輸送層中的一層或兩層粘合到所述聚合物電解質(zhì)膜上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟ii)中，所述熱塑性塑料的環(huán)形層放在所述流體輸送層和所述聚合物電解質(zhì)膜之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟ii)中，所述熱塑性塑料環(huán)形層放在所述流體輸送層的不接觸所述聚合物電解質(zhì)膜的面上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟ii)包括將所述陽極側(cè)流體輸送層和所述陰極側(cè)流體輸送層都與所述熱塑性塑料環(huán)形層相鄰放置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟ii)中，每層所述熱塑性塑料環(huán)形層都放在所述流體輸送層和所述聚合物電解質(zhì)膜之間。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟ii)中，每層所述熱塑性塑料環(huán)形層都放在所述流體輸送層的不接觸所述聚合物電解質(zhì)膜的面上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括步驟iii)之前的步驟iv)將環(huán)形墊片放在與熱塑性塑料環(huán)形層相鄰的所述流體輸送層上，所述墊片具有與所述熱塑性塑料環(huán)形層基本相同的形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述熱塑性塑料選自熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于所述聚合物電解質(zhì)膜的熱變形溫度不超過70℃的熱塑性塑料。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述熱塑性塑料選自四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物THV、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物和聚偏二氟乙烯PVDF。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述施加壓力和熱量的步驟包括施加至少1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述施加壓力和熱量的步驟基本上用兩個(gè)階段進(jìn)行，第一個(gè)階段在4-1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度下進(jìn)行至少1分鐘，第二個(gè)階段在至少1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度下進(jìn)行至少1分鐘。
12.如權(quán)利要求4述的方法，其特征在于所述熱塑性塑料選自熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于所述聚合物電解質(zhì)膜的熱變形溫度不超過70℃的熱塑性塑料。
13.如權(quán)利要求4述的方法，其特征在于所述熱塑性塑料選自四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物THV、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物和聚偏二氟乙烯PVDF。
14.如權(quán)利要求4述的方法，其特征在于所述施加壓力和熱量的步驟包括施加至少1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度。
15.如權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述施加壓力和熱量的步驟基本上用兩個(gè)階段進(jìn)行，第一個(gè)階段在4-1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度下進(jìn)行至少1分鐘，第二個(gè)階段在至少1.0MPa的壓力和至少100℃的溫度下進(jìn)行至少1分鐘。
16.如權(quán)利要求1述的方法，其特征在于所述陽極側(cè)流體輸送層的外周邊小于所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊，并不與其交叉，所述陰極側(cè)流體輸送層的外周邊大于所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊，并不與其交叉。
17.如權(quán)利要求1述的方法，其特征在于所述陰極側(cè)流體輸送層的外周邊小于所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊，并不與其交叉，所述陽極側(cè)流體輸送層的外周邊大于所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊，并不與其交叉。
18.如權(quán)利要求1述的方法，其特征在于所述陰極側(cè)流體輸送層的外周邊在稱為北和南的兩個(gè)完全相反位置，延伸超過所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊；所述陽極側(cè)流體輸送層的外周邊在稱為東和西的兩個(gè)完全相反位置，延伸超過所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊；所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊在稱為北和南的位置延伸超過所述陽極側(cè)流體輸送層的外周邊；所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊在稱為東和西的位置延伸超過所述陰極側(cè)流體輸送層的外周邊。
19.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述聚合物電解質(zhì)膜包括外密封區(qū)域，所述外密封區(qū)域包括穿孔。
20.一種用權(quán)利要求1所述的方法制得的邊緣密封的燃料電池膜電極組件。
21.一種用權(quán)利要求4所述的方法制得的邊緣密封的燃料電池膜電極組件。
22.一種用權(quán)利要求6所述的方法制得的邊緣密封的燃料電池膜電極組件。
23.一種用權(quán)利要求19所述的方法制得的邊緣密封的燃料電池膜電極組件。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述膜電極組件疊層物還包括f)圍繞所述聚合物電解質(zhì)膜的外周邊的環(huán)形紗布層，所述環(huán)形紗布層是多孔且不導(dǎo)電的。
25.一種用權(quán)利要求24所述的方法制得的邊緣密封的燃料電池膜電極組件。
全文摘要
提供了一種之中邊緣密封的燃料電池膜電極組件，它包括以下步驟i)提供合適的膜電極組件結(jié)構(gòu)體；ii)放置合適的熱塑性塑料環(huán)形層(30)；和iii)施加壓力和熱量，所述壓力和熱量足以，所述壓力和熱量足以將所述熱塑性塑料(30)熔融注入所述膜電極組件結(jié)構(gòu)體(10)的一層或兩層流體輸送層(20)，并同時(shí)將一層或兩層所述流體輸送層(20)粘合到所述膜電極組件結(jié)構(gòu)體(10)的聚合物電解質(zhì)膜上。所述膜電極組件結(jié)構(gòu)體(10)的聚合物電解質(zhì)膜可在其外密封區(qū)域成孔。也提供了用本發(fā)明的方法制得的膜電極組件。
文檔編號(hào)H01M8/10GK1735988SQ200380105886
公開日2006年2月15日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者M·A·揚(yáng)德拉西特斯, D·A·伊利塔洛, D·W·卡多 申請人:3M創(chuàng)新有限公司