[发明专利]用于燃料电池的膜电极组件及其制造方法

说明书

本发明涉及用于燃料电池的膜电极组件及其制造方法。膜电极组件包括：电解质膜；阴极和阳极，各自堆叠于所述电解质膜上；和结合至位于活性区域外部的所述电解质膜的周边区域的辅助衬垫，其中所述阴极和所述阳极各自堆叠于所述电解质膜上。所述电解质膜在位于所述活性区域之外的所述电解质膜的周边区域的至少一部分中设置有用于防止电解质膜中的水扩散和排放到外部的排水阻隔区域。

技术领域

本公开涉及用于燃料电池的膜电极组件及其制造方法。更具体而言，本公开涉及能够防止膜电极组件的电解质膜中的水扩散到位于燃料电池的活性区域之外的电解质膜的周边区域中，从而防止电解质膜中用于燃料电池反应的水的损失，提高了所述燃料电池中水的处理效率，并改进了堆叠(stack)的耐腐蚀性的燃料电池的膜电极组件，及其制造方法。

背景技术

燃料电池是在燃料气体和氧化气体之间引起电化学反应从而将燃料中的化学能转化成电能的发电装置。这种燃料电池广泛地用于工业，家庭和车辆中的电源。所述燃料电池也可以用于向小尺寸电气/电子产品或便携式设备供电。

迄今为止，表现出高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolytemembrane fuel cell)(PEMFC)已被广泛用作车辆燃料电池。聚合物电解质膜燃料电池被用作向用于驱动燃料电池车辆的电机和燃料电池车辆的各种电气装置供电的电源。

在聚合物电解质膜燃料电池中，使用氢气作为燃料气体，以及使用氧气或含有氧气的空气作为氧化气体。

另外，所述燃料电池包括其中燃料气体和氧化气体彼此反应从而产生电能的电池。通常而言，多个电池将进行堆叠并以堆叠的形式彼此串联连接从而满足电力需求。

用于车辆的燃料电池需要高功率。为此，数百个各自产生电能的单元电池(unitcell)以堆叠的形式进行堆叠。

所述聚合物电解质膜燃料电池的每个单元电池包括包含能够移动质子的聚合物电解质膜和附着于所述聚合物电解质膜的相对表面上的电极的膜电极组件(MEA)，向膜电极组件供给反应气体如燃料气体和氧化气体并传递所产生的电能的气体扩散层(GDL)，用于维持反应气体和冷却剂的气密性的衬垫(gasket)，用于维持合适的紧固压力的紧固元件，以及用于移动所述反应气体和所述冷却剂的双极板(BP)。

所述膜电极组件(MEA)包括能够使质子移动的聚合物电解质膜，和附着于所述聚合物电解质膜的相对表面的阳极(anode)和阴极(cathode)，用于诱导作为燃料气体的氢气和作为氧化气体的空气(或氧气)(施加于所述阳极和所述阴极)之间反应的催化剂。

用于均匀分布所述燃料气体和所述氧化气体的气体扩散层(GDL)堆叠于所述膜电极组件的外侧上，即所述阳极和所述阴极每一个的外侧，而用于提供所述反应气体和冷却剂沿着其流动的通道并将所述反应气体供给到所述气体扩散层的双极板设置于所述气体扩散层的外部。

另外，在构成单元电池的部件之间设置用于流体密封的衬垫。所述衬垫可以与所述膜电极组件或所述双极板一体形成。

上述元件构成一个单元电池。多个电池进行堆叠，支撑所述电池的端板连接至所述堆叠的电池的最外端，并且使用堆叠紧固元件将所述端板紧固于所述电池从而构成燃料电池堆。

燃料电池中用于产生电能的反应在包括全氟磺酸(PFSA)电解质膜和诸如阳极和阴极的电极的膜电极组件(MEA)中进行。

此时，供给到作为所述燃料电池的氧化电极(即，燃料电极)的所述阳极的燃料气体即氢气被分离成质子和电子。所述质子通过所述电解质膜移动到作为还原电极的所述阴极(即空气电极)。氧分子、质子和电子在所述阴极一起反应，结果产生电和热。同时，产生作为反应副产物的水。