[发明专利]膜电极组件的制造方法

说明书

本文公开了制造膜电极组件的部件的方法。所述方法包括：在含有ePTFE的可透气背衬上形成电极；将含有离聚物和非水溶性醇的混合物沉积到所述电极上；对所述混合物进行干燥以形成离聚物保护层；以及将ePTFE增强离聚物层沉积到所述离聚物保护层上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月9日提交的美国专利申请14/616,968的优先权，其全文通过引纳入本文。

对于联邦资助下研发所得发明的权利的声明

本发明是在美国政府部门的合同下完成的。美国政府部门的名称是能源部(金色领域办公室(Golden Field Office))，并且美国政府的合同号码为DE-FC36-08GO18052。

背景技术

质子交换膜(下文中称为“PEM”)燃料电池膜电极组件(下文中称为“MEA”)包括在一侧具有阳极电极且在另一侧具有阴极电极的离聚物膜。膜和电极通常形成为分开的层，并且通过热和/或压力结合在一起以形成复合板，称为膜电极组件。需要其中以高效且节约成本的方式将层涂敷到彼此顶上的优选方法，并在下文中进行描述。

附图简要说明

图1是所公开方法示例性步骤的示意图。

图2是所公开方法示例性步骤的示意图。

图3是所公开方法示例性步骤的示意图。

图4是所公开方法示例性步骤的示意图。

图5是可透气背衬的示例性结构。

图6是与电极相邻的离聚物保护层的示例性结构的扫描电镜显微图像。

图7显示燃料电池极化曲线，其用于测定具有根据本文所述实施方式制造的膜电极组件的电池(平行(replicates)标记为1、2、3)和具有使用贴花层压法制造的膜电极组件的电池(标记为X1、X2)。

图8显示使用浓度超过约30wt％的水溶性醇获得的宏观尺度的涂敷网状物。

图9显示离聚物涂层渗透到电极孔中。

图10显示基材(并不是可充分透气的)上的离聚物保护涂层中的缺陷，所述缺陷导致电极在随后的涂敷步骤中曝露。

发明内容

本发明包括一种制造用于膜电极组件的部件的方法，所述方法包括如下步骤：(a)提供可透气背衬；(b)将电极沉积到所述背衬上；(c)将含有离聚物的混合物沉积到所述电极上，并对混合物进行干燥以形成连续的离聚物保护层。优选地，可透气背衬包含具有能够使得MEA从背衬上剥离的释放特性的膨胀型聚合物，例如膨胀型聚四氟乙烯(在下文中称为“ePTFE”)。还优选，膨胀型聚合物的质量/面积小于约16克/米²，泡点大于约70psi，Z-强度足以防止当电极从可透气背衬剥离时膨胀型聚合物的内聚破坏。其它实施方式包括如下步骤：将织物结合到膨胀型聚合物，其中，织物优选聚酯，厚度小于约0.006英寸，质量/面积小于约65克/码²，在整个制造过程中尺寸稳定在+/-4％以内，以使得网状物可以在辊到辊过程(roll to roll process)中加工，而不具有由于网状物拉伸或网状物收缩导致的缺陷。其它实施方式包括以下步骤：将织物用非连续粘合剂图案粘合到背衬。优选地，织物用氨基甲酸酯粘合剂点层压到背衬上。其它实施方式包括在水和醇存在下低溶胀的粘合剂，如Henn的美国专利第4,532,316号中所述。在另一实施方式中，可透气背衬是气体扩散层。