[发明专利]膜电极组件部件和制备组件的方法

说明书

本发明提供了一种方法，该方法包括提供组件的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，以及将粘合带的独立条带粘附至部件的周缘部分以围绕内部部分。第一条带的短边被定位成与第二条带相邻。粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且粘合剂包括无定形含氟聚合物。该方法还包括向独立条带施加热或压力中的至少一者，使得粘合剂流动密封第一条带与第二条带之间的任何间隙并交联。该方法例如当组件为电化学电池组件时并且当部件包括电解质膜或电流收集器中的至少一者时能够是有用的。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月15日提交的美国临时申请No.62/350,596的优先权，其公开内容以引用方式全文并入本文中。

背景技术

垫片可用于在多种制品中提供两个不同部件之间的密封。例如，常规的质子交换膜(PEM)燃料电池需要两个流场板，阳极流场板和阴极流场板。包括实际的质子交换膜的膜电极组件(MEA)设置于两个流场板之间。另外，气体扩散介质或层(GDM/GDL)夹置在每个流场板与质子交换膜之间。气体扩散介质使得适当的气体(燃料或氧化剂)能够扩散到质子交换膜的表面，同时在相关联的流场板与PEM之间提供电传导。GDL也可以被称为流体传输层(FTL)或扩散器/电流收集器(DCC)。这种类型的基本电池结构本身需要两个密封件，其中每个密封件提供于流场板中的一个流场板与PEM之间。燃料电池堆组件中的垫片可用于防止加压气体在使用过程中从MEA中渗漏并且还降低了在制造期间过度压缩MEA的风险。

据报道，含氟弹性体可用作燃料电池中的流场板之间的垫片。参见，例如，美国专利No.7,569,299(Thompson)；7,309,068(Segawa)；6,720,103(Nagai)、美国专利申请公布No.2014/0077462(Hong)，以及公布于2013年3月13日的日本专利No.5162990。含氟弹性体垫片通常是通过模制(例如，注塑)未固化的无定形含氟聚合物制备的。

发明内容

制造在组件(例如，硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括蓄电池和燃料电池组件的电极组件)中使用的垫片通常以两种方式中的一种进行。在第一技术中，单独的垫片可通过将其在合适的模具中模制而形成。使用此方法，设计人员有利地自由选择每个垫片的横截面，所述垫片不必须具有相同的厚度。然而，模制垫片可能是相对复杂且昂贵的，并且对于各燃料电池构造，将需要设计和制造与流场板中的相关联凹槽的形状精确对应的模具。

在第二技术中，从实心材料片中切割每个垫片。这是与模制相比较便宜且较不复杂的技术，其中仅仅必须在平面图中限定垫片的形状并制造那个构造的切削工具。然后可由适当材料和厚度的片材切割垫片。一般来讲，使用这种方法形成具有相同厚度的垫片是实际的。不利的是，冲切垫片导致相当大的材料浪费。例如，在图1所示的垫片中，至少垫片所围绕的材料变成废料。在一些情况下，在冲切后扔掉约80％至90％的材料片。

现在公开的是，具有与冲切垫片相同形状的垫片可以使用如图2和图3所示的材料的独立件(例如，粘合带)制备，这将导致显著的废料和成本减少。然而，利用粘合带的独立条带形成的垫片的一个潜在问题是可能发生气体从胶带的独立条带之间的间隙渗漏。现已发现，当粘合带包括无定形含氟聚合物时，向粘合带施加热或压力中的至少一者可允许粘合剂流入并密封粘合带的独立条带之间的间隙。因此，已发现，可用的垫片可由胶带的独立条带制成，而不引入气体渗漏的问题。

在一个方面，本公开提供了一种制备组件的方法。该方法包括提供组件的部件，所述部件具有内部部分和周缘部分，以及将粘合带的独立条带粘附至部件的周缘部分以围绕内部部分。第一条带的短边被定位成与第二条带相邻。粘合带包括设置在背衬上的粘合剂，并且粘合剂包括无定形含氟聚合物。该方法还包括向独立条带施加热或压力中的至少一者，使得粘合剂密封第一条带与第二条带之间的任何间隙并交联。该方法例如当组件为燃料电池组件时并且当部件包括电解质膜或气体扩散层中的至少一者时可以是有用的。该方法还可用于例如硬盘驱动器组件、半导体器件以及包括电解槽和蓄电池组件的其他电极组件。