[发明专利]一体式可再生燃料电池膜电极组合件及其制备方法

权利要求书

1.一体式可再生燃料电池膜电极组合件，其特征在于：

组合件包括电解质膜、分别设置于电解质膜两侧表面的阳极和阴极；于电解质膜的二侧设有环状的保护框，阳极和阴极分别位于保护框的环状中空处，其特征在于：于环状保护框的内侧边缘与阳极和阴极的交界处设有环状的过渡区保护垫片；保护垫片的形状与保护框的形状相同，保护垫片环状中空部份尺寸小于相对应处保护框的中空部份尺寸，保护垫片的外沿周边处的尺寸大于相对应处保护框的中空部份尺寸，使保护垫片的四周外侧边缘部份处于电解质膜与保护框之间，使保护垫片的四周内侧边缘部份处于交界处的阳极和阴极上。

2.按照权利要求1所述的燃料电池膜电极组合件，其特征在于：

所述阳极和阴极中分别包括含双效催化剂的催化剂层，所述双效催化剂层中的双效催化剂为负载或未负载在载体上催化剂，催化剂的活性成份为粒径为0.2纳米至200纳米的二类金属催化剂颗粒组合，所述催化剂层的层厚度小于或等于200um；

其中一类颗粒选自Pt、Pd、Ru、Rh、Ir的纯金属纳米颗粒中的一种以上；

其中另一类颗粒选自Ru、Rh、Ir、RuO₂、RhO₂、IrO₂的纳米颗粒的一种以上。

3.按照权利要求2所述的燃料电池膜电极组合件，其特征在于：

所述负载的双效催化剂采用的载体为：纳米和/或微米的钛粉、铱粉、钌粉、铑粉、二氧化铱、氧化钛、二氧化钌、二氧化铑、导电陶瓷、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、氮化硼、碳化硼、氧化硼、碳化钨颗粒，载体为上述颗粒一种和二种以上组合。

4.按照权利要求2所述的燃料电池膜电极组合件，其特征在于：

双效金属催化剂活性成份纳米颗粒的粒径是1纳米至100纳米。

5.按照权利要求2所述的燃料电池膜电极组合件，其特征在于：所述含催化剂的催化剂层还包含电解质树脂；其中该聚合物电解质包括其侧链上具有选自磺酸基、羧酸基、磷酸基或膦酸基及其衍生物的阳离子交换基团的聚合物树脂中的一种。

6.一种权利要求1所述膜电极组合件的制备方法，包括如下步骤：

1)按所需形状和尺寸对质子交换膜、阳极、阴极进行修整，利用切割刀或模具对阳极、阴极的周边进行切割，使位于阳极、阴极中间的质子交换膜的周边凸出，形成环状边沿，环状边沿的宽度为0.5毫米-10毫米，环状边沿上加工有孔；

2)、制作环状保护框：保护框的内侧孔形与所述的阳极、阴极的外形和尺寸相同，保护框的周边宽度与所述质子交换膜的环状边沿处的宽度相一致，保护框的一面涂有粘接胶，另一面用于贴接燃料电池的密封层；

3)、制作过渡区保护垫片：保护垫片内侧形状与所述的阳极、阴极的外形相同，但是几何尺寸比阳极、阴极边缘小0.2-100毫米；保护垫片外侧形状与所述的保护框外形相同，但是几何尺寸比保护框外形边缘大0.2-100毫米；

4)、将一保护框上涂有粘接胶侧朝上，于保护框内安放阴极或阳极，再安装一过渡区保护垫片，使过渡区保护垫片同时粘接保护框和电极接缝处，且使其在保护框和电极任何一侧距离不小于0.2毫米；待用；所述的过渡区保护垫片的一侧或两侧表面涂有不干胶或热熔胶；

将一保护框上涂有粘接胶侧朝上并置于白钢下模具上，于保护框内安放阳极或阴极，再安装一过渡区保护垫片，使过渡区保护垫片同时粘接保护框和电极接缝处，且使其在保护框和电极任何一侧距离不小于0.2毫米，所述的过渡区保护垫片的一侧或两侧表面涂有不干胶或热熔胶；再于其上平铺质子交换膜，再按阳极与阴极以膜为对称面将上述的带保护框、过渡区保护垫片的阴极或阳极置于质子交换膜上方；两个保护框和质子交换膜外边缘对齐；保护框上面的粘接胶与质子交换膜的周边凸出部分相接触，盖上白钢上模具；

5)、使上模具、下模具及其中间的MEA各部件一同置于油压机加热，热压5-120秒；形成具有燃料电池和水电解双效功能结构的URFC燃料电池膜电极集合体，在此过程中压力控制在0.5-10MPa之间，温度控制在80-200℃之间，时间优选控制在5-50秒之间。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述保护框的材料为PBI、PET、ABS、PP或PC高分子材料：所述的保护框的厚度为0.1毫米-0.5毫米：所述的粘接胶的厚度为0.005毫米-0.2毫米；

所述的过渡区保护垫片的材料为PBI、PET、ABS、PP、PC、氟橡胶、硅橡胶、聚乙稀或聚氯乙稀高分子材料，所述的过渡区保护垫片的一面或两面涂有不干胶或热溶胶；所述的过渡区保护垫片的厚度为2-200um。