[发明专利]用于燃料电池的智能MEA

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(a)要求2007年6月19日提交的韩国专 利申请第10-2007-0059866号的优选权，其全部内容在此引入作为参 考。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的智能膜电极组件(MEA)。更具体 地，本发明涉及这样一种用于燃料电池的智能MEA，该用于燃料电池 的智能MEA能够易于测量单位电池的电压，并且在低温保存和操作燃 料电池组时，防止热量从外部低温热源传递至MEA的催化剂层。

背景技术

作为燃料电池交通工具的主要能源的燃料电池组，是通过空气中 的氧与燃料提供的氢之间的电化学反应产生电的装置。应用于交通工 具的燃料电池组由数百个单位电池组成，每个单位电池产生大约0.6V 至1.0V的电压。

图1是说明由三个单位电池组成的常规燃料电池组的示意图。

如图所示，单位电池包括膜电极组件(MEA)100、气体扩散层 (GDL)102、隔板103和用于密封的垫圈101。

单位电池的电压通常通过形成在隔板103上的电触头104作为测 量端子来监测，以检测相应的单位电池在燃料电池组操作时的状态。

这样的电池电压监测系统(CVMS)包括用于与隔板103形成电触 头104的测量端子和用于测量电压的控制单元。

如上所述，由于用于交通工具的燃料电池组由数百个单位电池组 成，在组装电池组后在每个单位电池中形成电压端子要耗费大量的时 间，这被认为是影响燃料电池组大规模生产的生产速度的问题。

根据现有技术，在隔板103的后表面上形成有多个凹槽，且将作 为测量端子的多个导电端子顺序地插入凹槽中。然而，该结构存在一 些缺点：隔板可由驾驶交通工具时产生的振动和撞击而损坏，如图3 和4的照片所示。此外，隔板的接触性能会降低，端子会从其上分离。 而且，将端子顺序地插入凹槽会耗费很多的时间。

为了克服这些缺点，美国专利第6,410,176号和美国专利申请公开 第2003/0092292号公开了一种电压监测系统，其中弹性(elestomeric) 连接器紧密附着于隔板的后表面。此外，美国专利申请公开第 2002/0090540号公开了一种用于电化学燃料电池的电接触装置，其中 在印制电路板(PCB)上形成电接触，且PCB附着于隔板的后表面。 另外，本领域已知一种使用电接触端子监测电压的方法，其中使用弹 簧对电接触端子施加弹性力。

然而，上述现有技术具有一些普遍的问题，由于隔板的间距不规 则，在燃料电池组由少量单位电池组成的情况下，考虑到燃料电池组 的制造公差，有可能设计出具有连续排列的弹性接触端子的连接器， 并将由此设计的连接器安装在隔板上；然而，在燃料电池组由至少200 个单位电池组成的情况下，由于电池组全长的制造公差，难以设计接 触端子。

图2是说明常规MEA100的示意图。

如图2所示，MEA100具有如下结构：催化剂层201被涂覆于能 够传递氢核的离子交换膜200(或电解膜)两侧，使得氢与氧彼此反应； 并且在离子交换膜200的两侧形成支撑薄膜202以加强离子交换膜200 并便于处理。

要获得燃料电池组的大规模生产需解决的主要问题是，在低于冰 点的低温时的稳定性。

在低温条件下，如果离子交换膜20的离子传导性急速降低，燃料 电池组的性能会退化。特别地，氢与氧之间的反应产生的蒸气会在催 化剂层201上凝结，由此使反应不发生。

因此，在低于冰点的温度启动燃料电池对于许多涉及燃料电池的 公司和研究所来说是关键的问题。

为了提高燃料电池组的低温稳定性，燃料电池组的温度应该在短 时间内升至常规状态，已经提出的改善稳定性的方法包括：

1)在位于燃料电池组两端的燃料电池组连接装置或电集电器附近 安装电加热装置；

2)用隔热材料包裹燃料电池组，以防止燃料电池中产生的热传递 至空气，并使用该热量来提高电池组的温度；和

3)通过燃料电池组初始阶段的操作所产生的电能来加热冷却剂， 并将加热的冷却剂供应给燃料电池组。