膜电极组件、燃料电池单电池及燃料电池转让专利
申请号 : CN202110207267.8
文献号 : CN112582656B
文献日 : 2021-06-04
发明人 : 陆维 , 刘元宇 , 魏刚 , 杨成亮 , 孙颖 , 耿珺
申请人 : 国家电投集团氢能科技发展有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种膜电极组件,其特征在于,包括:阳极气体扩散层和阴极气体扩散层;
催化剂涂布膜,所述催化剂涂布膜设在所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层之间,所述催化剂涂布膜的边沿位于所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层中的每一者的边沿的外侧,以便所述催化剂涂布膜的第一部分向外伸出所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层之间;
第一密封膜和第二密封膜,所述催化剂涂布膜的所述第一部分的至少一部分设在所述第一密封膜的第一部分与所述第二密封膜的第一部分之间,所述第一密封膜的其余部分设在所述阳极气体扩散层上,所述第二密封膜的其余部分设在所述阴极气体扩散层上;以及第一绝缘边框和第二绝缘边框,所述催化剂涂布膜的所述第一部分的至少一部分、所述第一密封膜的所述第一部分的一部分和所述第二密封膜的所述第一部分的一部分设在所述第一绝缘边框和所述第二绝缘边框之间;
第一绝缘边框和所述第二绝缘边框在所述膜电极组件的厚度方向与所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层没有重叠区域。
2.根据权利要求1所述的膜电极组件,其特征在于,所述第一密封膜是PI膜,所述第二密封膜是PI膜。
3.根据权利要求1所述的膜电极组件,其特征在于,所述第一密封膜的厚度为0.04mm‑
0.06mm,所述第二密封膜的厚度为0.04mm‑0.06mm。
4.根据权利要求3所述的膜电极组件,其特征在于,所述第一密封膜的厚度为0.05mm,所述第二密封膜的厚度为0.05mm。
5.根据权利要求1所述的膜电极组件,其特征在于,所述阳极气体扩散层具有第一表面、第二表面和第一侧面,所述第一表面和所述第二表面在所述阳极气体扩散层的厚度方向上相对,所述第一侧面在所述阳极气体扩散层的厚度方向上位于所述第一表面和所述第二表面之间,所述第二表面在所述阳极气体扩散层的厚度方向上相对所述第一表面邻近所述催化剂涂布膜,其中所述第一密封膜的所述其余部分设在所述第一侧面和所述第一表面上;
所述阴极气体扩散层具有第三表面、第四表面和第二侧面,所述第三表面和所述第四表面在所述阴极气体扩散层的厚度方向上相对,所述第二侧面在所述阴极气体扩散层的厚度方向上位于所述第三表面和所述第四表面之间,所述第四表面在所述阴极气体扩散层的厚度方向上相对所述第三表面邻近所述催化剂涂布膜,其中所述第二密封膜的所述其余部分设在所述第二侧面和所述第三表面上。
6.根据权利要求1所述的膜电极组件,其特征在于,所述阳极气体扩散层、所述第一绝缘边框和所述催化剂涂布膜中的每一者与所述第一密封膜之间设有粘结层;所述阴极气体扩散层、所述第二绝缘边框和所述催化剂涂布膜中的每一者与所述第二密封膜之间设有粘结层。
7.根据权利要求1所述的膜电极组件,其特征在于,所述第一密封膜和所述第二密封膜中的每一者为环形,所述第一密封膜和所述第二密封膜中的每一者的外沿和内沿均为矩形。
8.根据权利要求7所述的膜电极组件,其特征在于,所述催化剂涂布膜的边沿位于所述第一密封膜和所述第二密封膜中的每一者的外边沿的外侧。
9.根据权利要求7所述的膜电极组件,其特征在于,所述第一密封膜的宽度为2mm‑3mm,所述第二密封膜32的宽度为2mm‑3mm。
10.一种燃料电池单电池,其特征在于,包括阳极板、阴极板和膜电极组件,所述膜电极组件为根据权利要求1‑9中任一条所述的膜电极组件,所述膜电极组件设置在所述阳极板和所述阴极板之间。
11.一种燃料电池,其特征在于,包括堆叠在一起的多个单电池,所述单电池为根据权利要求10所述的燃料电池单电池。
说明书 :
膜电极组件、燃料电池单电池及燃料电池
技术领域
背景技术
层和两片绝缘边框这五个部分层叠组成。层叠顺序为阳极气体扩散层,绝缘边框,催化剂涂
层膜,绝缘边框和阴极气体扩散层。
沿。但是这样还是难以有效保证催化剂涂布膜得到气体扩散层的保护,而且这种结构会导
致气体扩散层一小部分压在绝缘边框上,导致该部分的膜电极组件的厚度远超过其他区
域。另外原有的膜电极组件的绝缘边框和气体扩散层的交错区在原有的工艺中很难完全密
封好,导致会有氢气分子直接渗透到空气侧。
发明内容
密封膜、第二密封膜、第一绝缘边框和第二绝缘边框;
外侧,以便所述催化剂涂布膜的第一部分向外伸出所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩
散层之间;
层上,所述第二密封膜的其余部分设在所述阴极气体扩散层上;
和所述第二绝缘边框之间。
阳极气体扩散层的厚度方向上位于所述第一表面和所述第二表面之间,所述第二表面在所
述阳极气体扩散层的厚度方向上相对所述第一表面邻近所述催化剂涂布膜,其中所述第一
密封膜的所述其余部分设在所述第一侧面和所述第一表面上;
的厚度方向上位于所述第三表面和所述第四表面之间,所述第四表面在所述阴极气体扩散
层的厚度方向上相对所述第三表面邻近所述催化剂涂布膜,其中所述第二密封膜的所述其
余部分设在所述第二侧面和所述第三表面上。
和所述催化剂涂布膜中的每一者与所述第二密封膜之间设有粘结层。
和所述阴极板之间。
附图说明
三表面,222是第四表面,223是第二侧面,31是第一密封膜,311是第一部分,32是第二密封
膜,321是第一部分,4是催化剂涂布膜,41是第一部分。
具体实施方式
31、第二密封膜32、第一绝缘边框11和第二绝缘边框12。
涂布膜4的第一部分41向外伸出阳极气体扩散层21和阴极气体扩散层22之间。也就是说,阳
极气体扩散层21和阴极气体扩散层22位于催化剂涂布膜4的第一部分41的内侧。
第二密封膜32的其余部分设在阴极气体扩散层22上。换言之,阳极气体扩散层21的至少一
部分和阴极气体扩散层22的至少一部分设在第一密封膜31和第二密封膜32之间,催化剂涂
布膜4的该第一部分41的至少一部分设在第一密封膜31与第二密封膜32之间。
缘边框12之间。
击损坏。从而导致之前被阳极气体扩散层和阴极气体扩散层保护的催化剂涂布膜被高速运
动的气体分子冲击损坏,这是由于催化剂涂布膜没有很好的机械性能,很容易被高速运动
的气体冲击损坏,进而导致膜电极组件损坏,严重影响燃料电池电堆的运行性能。
与阴极气体扩散层22之间通过第二密封膜32密封,从而当气体分子高速运动冲击阳极气体
扩散层21的边缘区域和阴极气体扩散层22的边缘区域时,第一密封膜31和第二密封膜32能
够有效地阻挡气体分子,以便保护气体扩散层21的边缘和阴极气体扩散层22的边缘不被冲
击损坏,进而能够很好地保护催化剂涂布膜4的边缘不被冲击损坏,以便避免膜电极组件
100被高速运动的气体分子损坏,有效提高膜电极组件100的耐久性和稳定可靠性。
散层、催化剂涂布膜和阴极气体扩散层的重叠区域处的厚度远超膜电极组件的其他区域的
厚度,造成整个膜电极组件的厚度均匀性差,给燃料电池电堆在压装过程中平面上的受力
均匀带来挑战。
膜32密封,且使第一密封膜31的该第一部分311和第二密封膜32的该第一部分321位于第一
绝缘边框11和第二绝缘边框12之间,从而使第一绝缘边框11和第二绝缘边框12不再与阳极
气体扩散层21和阴极气体扩散层22重叠,即阳极气体扩散层21不需要压在第一绝缘边框11
上以及阴极气体扩散层22不需要压在第二绝缘边框12上。
区域的厚度更加均匀,在燃料电池电堆压装中可以改善整个燃料电池电堆的受力均匀性。
以及与阴极气体扩散层22的密封性较好,从而使第一密封膜31能有效地将第一绝缘边框11
和阳极气体扩散层21之间的间隙完全的密封好,同时使第二密封膜32能有效地将第二绝缘
边框12和阴极气体扩散层22之间的间隙完全密封好,进而能比较好地改善氢渗问题。
扩散层21的边缘和阴极气体扩散层22的边缘不被高速运动的气体冲击损坏,从而能够更好
的保护催化剂涂布膜4的边缘不被高速运动的气体冲击损坏,进而可以更有效保证膜电极
组件100的耐久性。
二密封膜32的厚度为0.05mm。由于第一密封膜31和第二密封膜32的厚度较小,从而能够使
膜电极组件100中覆盖第一密封膜31和第二密封膜32的阳极气体扩散层21和阴极气体扩散
层所在区域的厚度与未覆盖第一密封膜31和第二密封膜32的阳极气体扩散层21和阴极气
体扩散层所在区域的厚度差别不大,从而能够保证膜电极组件100的各个区域的厚度更加
均匀,在燃料电池电堆压装中可以改善整个燃料电池电堆的受力均匀性。
体扩散层21的厚度方向上位于第一表面211和第二表面212之间,第二表面212在阳极气体
扩散层21的厚度方向上相对第一表面211邻近催化剂涂布膜4。其中,第一密封膜31的该其
余部分设在第一侧面213和第一表面211上。
的厚度方向上位于第三表面221和第四表面222之间,第四表面222在阴极气体扩散层22的
厚度方向上相对第三表面221邻近催化剂涂布膜4,其中第二密封膜32的其余部分设在第二
侧面223和第三表面221上。
21和第一绝缘边框11之间形成迷宫密封结构、第二密封膜32与阴极气体扩散层22和第二绝
缘边框12之间形成迷宫密封结构,从而使阳极气体扩散层21、第一绝缘边框11和催化剂涂
布膜4中的每一者与第一密封膜31的连接强度更好,密封性更好,同时使阴极气体扩散层
22、第二绝缘边框12和催化剂涂布膜4中的每一者与第二密封膜32的连接强度更好,密封性
更好。
冲击损坏,进而能够更好的保护催化剂涂布膜4的边缘不被高速运动的气体冲击损坏,有效
保证膜电极组件100的耐久性。同时使第一密封膜31能更有效地将第一绝缘边框11和阳极
气体扩散层21之间的间隙完全的密封好,第二密封膜32能有更效地将第二绝缘边框12和阴
极气体扩散层22之间的间隙完全密封好,进而能更好地改善氢渗问题。
牢固度的情况下,能够减小第一密封膜31覆盖在第一气体扩散层21的第一表面211上的宽
度以及第二密封膜32覆盖在第二气体扩散层22的第三表面221上的宽度,从而能够增加阳
极气体扩散层21和阴极气体扩散层22的有效工作面积,进而提高单电池的工作性能。
二密封膜32之间设有粘结层。由此使阳极气体扩散层21、第一绝缘边框11和催化剂涂布膜4
中的每一者与第一密封膜31的连接强度更好,密封性更好,同时使阴极气体扩散层22、第二
绝缘边框12和催化剂涂布膜4中的每一者与第二密封膜32的连接强度更好,密封性更好。
体冲击损坏,进而能够更好的保护催化剂涂布膜4的边缘不被高速运动的气体冲击损坏,有
效保证膜电极组件100的耐久性。同时使第一密封膜31能更有效地将第一绝缘边框11和阳
极气体扩散层21之间的间隙完全的密封好,第二密封膜32能有更效地将第二绝缘边框12和
阴极气体扩散层22之间的间隙完全密封好,进而能更好地改善氢渗问题。
以及第二密封膜32与第二绝缘边框12和阴极气体扩散层22之间的密封性、连接牢固度的情
况下,减小第一密封膜31的宽度和第二密封膜32的宽度,进而可以减小第一密封膜31的材
料用量和第二密封膜32的材料用量,以便降低膜电极组件100的制造成本。另外第一密封膜
31尽量少地覆盖阳极气体扩散层21、第二密封膜32尽量少地覆盖阴极气体扩散层22,也能
够增加阳极气体扩散层21和阴极气体扩散层22的有效工作面积,进而提高单电池的工作性
能。
32之间。
散层21不压在第一绝缘边框11上。进而能更有效地保证整个膜电极组件100的厚度更加均
匀,在燃料电池电堆压装中可以改善整个燃料电池电堆的受力均匀性。
在第二绝缘边框12上。进而能更有效地保证整个膜电极组件100的厚度更加均匀,在燃料电
池电堆压装中可以改善整个燃料电池电堆的受力均匀性。
阴极板之间。
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的
普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实
施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示
例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。