[实用新型]一种燃料电池膜电极组件用加强膜结构

说明书

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体地说是提出了一种燃料电池膜电极组件用加强膜结构，与MEA匹配使用，所述的MEA由FCM及其两侧的扩散层组成，所述的FCM为质子交换膜及其两侧的催化层组成的全催化层膜，该加强膜结构为一体化的整体结构，包括两端各设置的两个O型密封圈状的凸块(1)和中间粘结MEA的连接区(2)，该连接区(2)为中间镂空的边框状。与现有技术相比，本实用新型结构有效地降低了MEA生产成本和制作难度，同时使得MEA的尺寸设计变得灵活，同时减少了与双极板的组装工序，同时提高了密封效果，降低了成本。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体地说是提出了一种新的燃料电池膜电极组件用加强膜结构。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。

燃料电池的核心部件之一是膜电极MEA，膜电极由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂等催化剂。膜电极两边可用高导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

常见的膜电极结构制作一般为在Nafion质子交换膜两侧涂覆催化层，在膜的周边预留出一定宽度的面积用于设置两侧隔离的密封垫，然后在两侧放置扩散层组成膜电极MEA组件。这样的制作方法不仅需要根据不同设计逐个定制MEA组件，而且为密封而耗费昂贵的质子交换膜，不利于降低燃料电池产品的制作成本，而且由于膜电极两侧的反应区才需要涂覆催化层，需要留出合适位置的边缘，因此生产需要特定的工装来定位准确，难以批量生产，增加了生产的难度。

为了解决这样问题，ballard公司在膜两侧均匀涂覆催化剂，然后裁剪成反应区的大小，再在其两侧复合上扩散层得到MEA，再采用专用模具在MEA周边接上密封加强材料，这样由于不需要在Nafion膜两侧定位涂覆催化剂，只要全部涂满催化剂，然后裁剪呈需要大小即可，因此，可以批量生产，Nafion膜均在反应区，而密封层可采用廉价的普通密封胶，降低了成本。但是由于要在MEA周边额外接上密封加强材料，非常困难，ballard公司采用了昂贵的专用模具，制造方法如下：1.将质子交换膜两侧涂覆催化剂层，并裁剪成需要的大小作为FCM，2.放入专用模具内定位，专用模具在使用前需要进行彻底清洁，以免污染催化剂层，另外还要设定好合适的压力，以免压力过大损坏非常薄的FCM，还需要对模具进行预热，预热温度也存在损坏FCM的风险。3.采用注胶设备将密封加强材料熔融，然后注入抽真空的模具中，由于FCM非常薄，灌胶时，容易被流动的熔融胶体冲变形，在模具中成型后冷却取出。4.在两侧复合扩散层，并用单面胶连接并固定密封加强层和扩散层，或者采用点胶设备进行复压，容易使最终MEA厚度不一，组装时，压坏或接触不良。

可以看出，为了降低成本，批量生产，出现了全催化涂层膜(FCM)的制作方法，即不再预留用于密封的边沿膜料，膜的两侧全部均匀涂覆催化剂，然后裁剪成反应区的大小，再在其两侧复合上扩散层得到MEA，再采用专用设备和模具在MEA周边注胶密封加强材料。但是由于要在MEA周边注胶密封加强材料，因此需要昂贵的专用设备、模具及密封粘接胶等，制作工艺非常昂贵复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可批量生产、成本低的燃料电池膜电极组件用加强膜结构。