[发明专利]用于制造增强的膜密封组件的方法

说明书

本发明提供用于制造增强的膜‑密封组件的方法，所述方法包括，在临时承载体组分上的平面中形成离子传导组分的一个或多个条带，在临时承载体组分上的同一平面中形成密封组分的多个条带，使得离子传导组分的一个或多个条带位于密封组分的所述的条带中的两个之间，其中在平面中提供包含多个孔的平面增强组分，使得离子传导组分和密封组分填充多个孔，离子传导组分的一个或多个条带、密封组分的多个条带和平面增强组分由此一起形成增强的膜‑密封组件，并且其中离子传导组分的各个条带从所述的组件的第一端延伸至第二相对端。

发明领域

本发明涉及用于制造增强的膜-密封组件的方法并且特别涉及适合用于燃料电池或电解池的增强的膜-密封组件。

背景技术

燃料电池是包含由电解质分离的两个电极的电化学池。将燃料，例如氢或醇，例如甲醇或乙醇供应至阳极并且将氧化剂，例如氧气或空气供应至阴极。电化学反应在电极处发生并且将燃料和氧化剂的化学能转化成电能和热。电催化剂用于促进在阳极处的燃料的电化学氧化和氧气在阴极处的电化学还原。

在氢-燃料型或醇-燃料型质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，电解质为固体聚合物膜，其是电绝缘和质子传导性的。在阳极处产生的质子跨过膜输送至阴极，在所述阴极处它们与氧气结合以形成水。最广泛使用的醇燃料是甲醇，并且PEMFC的该变体通常称为直接甲醇燃料电池(DMFC)。

PEMFC的主要组分称为膜电极组件(MEA)并且基本上由五个层组成。中心层为聚合物离子传导膜。在离子传导膜的任一侧存在电催化剂层，其包含设计用于特定电催化反应的电催化剂。最后，与各个电催化剂层相邻的是气体扩散层。气体扩散层必须允许反应物到达各个电催化剂层并且传导由电化学反应产生的电流。因此气体扩散层必须是多孔和导电的。

常规地，MEA可以通过后文概括的多种方法构造：

(i)可以将电催化剂层施加至气体扩散层以形成气体扩散电极。两个气体扩散电极可以置于离子传导膜的任一侧并且一起层合以形成五个层的MEA；

(ii)可以将电催化剂层施加至离子传导膜的两面以形成催化剂- 涂覆的离子传导膜。随后，将气体扩散层施加至催化剂-涂覆的离子传导膜的两面。

(iii)MEA可以由在一侧上涂覆有电催化剂层的离子传导膜、与该电催化剂层相邻的气体扩散层和离子传导膜的另一侧上的气体扩散电极形成。

常规地，构造MEA以使得中心聚合物离子传导膜延伸至MEA 的边缘，气体扩散层和电催化剂层的面积小于膜，使得MEA的外围周围存在仅包括离子传导膜的面积。不存在电催化剂的面积是非电化学活性区域。膜层，典型地由非离子传导聚合物形成，通常定位于离子传导膜的暴露表面上MEA的边缘区域周围(其中不存在电催化剂)，用于密封和/或增强MEA的边缘。密封膜层的一个或两个表面上可以存在粘合剂层。密封膜层常规地通过以下生产：切割完整的膜中的开孔以形成所谓的密封“窗框”，其然后定位于离子传导膜表面上的 MEA的边缘周围。

MEA中的层典型地通过层合工艺结合。通常的实践是聚合物离子传导膜还包括增强材料，例如平面多孔材料，其嵌入在膜的厚度中，以提供改善的膜机械强度和因此增强的MEA耐用性和燃料电池寿命。

为了使得燃料电池的商业化能够更快速和获得更大的市场渗透，必须对MEA设计和制造方法做出进一步的改善，以显著降低制造成本并且增加就MEA而言的生产产量。因此，作为对其中从单独的单一MEA组分组装个体MEA的制造方法替代，引入了其中以高速度生产前体MEA的连续卷的连续高体积制造方法。