[发明专利]一种新型MEA封装结构

说明书

本发明提供一种新型MEA封装结构，阳极气体扩散层的边缘搭接至阳极密封边框中心镂空区的边缘形成搭接区，所述搭接区宽度为1～2mm；阴极密封边框中心镂空区的尺寸不小于阴极气体扩散层的尺寸；所述阴极气体扩散层的尺寸不小于所述阳极气体扩散层的尺寸。本发明的技术方案解决了现有技术中MEA封装结构存在的应力集中或不易装配等问题。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种新型MEA封装结构。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有结构紧凑、功率密度高、环保无污染和可室温启动等优点而被认为最有希望应用于车载动力系统及固定电站等领域。若要实现PEMFC的商业化应用，不仅要满足性能方面的要求，还必须具备良好的稳定性。作为离子传递主要场所和阴阳极气体分隔部件，质子交换膜的耐久性直接影响着整个燃料电池运行的可靠性。

膜电极组件(MEA)作为PEMFC的核心部件，直接决定了燃料电池的性能和耐久性。质子交换膜在MEA中主要起到传输质子和分隔阴阳极气体的作用，其通常很薄且很容易被刺破。因此，在膜电极组件的外边缘通常会采用密封边框保护质子交换膜和提升机械支撑强度以便于电池组装。该密封边框一般是由聚合物材料PET或PEN所制备而来的。

质子交换膜的衰减分为机械衰减和化学衰减两方面，其中机械衰减主要是指质子交换膜在燃料电池运行过程中因为膜内含水量的不同导致质子交换膜溶胀和收缩所引起的阻气性衰减。由于在气体扩散层与质子交换膜搭接位置和密封边框与质子交换膜的搭接位置处均存在明显的剪切力，从而导致该位置成为机械薄弱点，即最有可能发生失效的区域。

第一种常规的MEA封装结构如图1所示，封装过程为：首先在质子交换膜1的两侧分别涂布阳极催化层2和阴极催化层3，制备出具有三层结构的催化剂涂覆膜(CCM)；然后通过带有胶层的阳极密封边框4和阴极密封边框5将CCM固定成型形成五合一结构；最后，将阳极气体扩散层6和阴极气体扩散层7分别通过热压的方式固定到CCM表面，从而形成完整的MEA结构。这种MEA封装结构在气体扩散层与密封边框内侧边缘会对该位置的质子交换膜形成多重剪切，在燃料电池运行过程中随着膜内水含量的上升所引起的溶胀导致该处机械应力过于集中，从而导致质子交换膜阻气性下降速率增大。此外，由于气体扩散层基底一般为碳纤维，在裁切过程中其截断面上会形成较多锋利的毛刺，也有可能在MEA制备或者燃料电池运行过程中刺破质子交换膜。

第二种常规的MEA封装结构如图2所示，封装过程为：首先在质子交换膜1的两侧分别涂布阳极催化层2和阴极催化层3，制备出具有三层结构的催化剂涂覆膜(CCM)；然后通过带有胶层的阳极密封边框4和阴极密封边框5将CCM固定成型形成五合一结构；最后，将阳极气体扩散层6和阴极气体扩散层7分别通过点胶的方式固定到密封边框上方，从而形成完整的MEA结构。这种MEA封装结构相较于第一种常规的MEA封装结构可以有效规避气体扩散层边缘带来的应力集中和截断面毛刺带来损伤，但其会导致气体扩散层与密封边框搭接区域由于厚度增加导致的组装力过大，不利于燃料电池装配。此外，由于气体扩散层与密封边框之间粘接力较差，一般需要在边框搭接区域进行点胶以防止气体扩散层脱落。

发明内容

根据上述提出现有MEA封装结构存在的应力集中或不易装配等技术问题，而提供一种新型MEA封装结构。

本发明采用的技术手段如下：

一种新型MEA封装结构，阳极气体扩散层的边缘搭接至阳极密封边框中心镂空区的边缘形成搭接区，所述搭接区宽度为1～2mm；阴极密封边框中心镂空区的尺寸不小于阴极气体扩散层的尺寸；所述阴极气体扩散层的尺寸不小于所述阳极气体扩散层的尺寸。

进一步地，所述阳极气体扩散层还包括嵌入所述阳极密封边框中心镂空区的凸台结构。

进一步地，所述阴极气体扩散层嵌入所述阴极密封边框中心镂空区。