[发明专利]电化学单元电池和电化学单元电池的堆叠体中的粘合

说明书

本发明涉及电化学单元电池或至少两个电化学单元电池的堆叠体，其中所述电化学单元电池或电化学单元电池的堆叠体的至少两个组件借助于胶粘剂条粘合在一起，所述胶粘剂条能通过基本上在粘合平面中的延展拉伸而被再次移除，特别地无残留或无破坏地再次移除，其中所述胶粘剂条包括一个或多个胶粘剂材料层和任选地一个或多个载体层，并且其中所述胶粘剂条的外部上表面和外部下表面是由所述一个或多个胶粘剂材料层形成的。本发明还涉及这种胶粘剂条用于将电化学单元电池中或至少两个电化学单元电池的堆叠体中的组件粘合在一起的用途。

本发明涉及在电化学单元电池中或在电化学单元电池的“堆叠体(组)”中的组件的粘合，其中为进行所述粘合而在各自的情况下使用胶粘剂条。

目前，电化学单元电池的堆叠体、例如更特别地燃料电池堆叠体借助于大型机械紧固装置进行压缩以在单独的单元电池中产生介质不可渗透性。对于这种密封，通常使用有机硅密封。这些有机硅密封和机械紧固将被堆叠体的单独的层的胶粘粘合代替，其中该胶粘粘合不仅接替了机械接合，而且接替了单元电池的密封。

粘合的缺点是难以拆卸堆叠体以更换单独的有缺陷的元件。这样的拆卸在不破坏单独的层的情况下通常是不可能。由于保留的人工制品和胶粘剂残留物，再组装也是昂贵且不便的，并且存在缺乏密封的风险。

该问题特别影响具有固体电解质膜的燃料电池，尤其是具有聚合物电解质膜的燃料电池。然而，除了燃料电池领域以外，还影响其它种类的电化学单元电池，例如具有固体电解质膜的电解单元电池。这里重点关注低温单元电池(约<120℃)。

在多种类型的燃料电池中，LT PEM燃料电池(低温质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM))因其低的运行温度(约20℃至120℃)和稳定的电解质而适合中小功率范围。然而，迄今为止，这些燃料电池的昂贵且不便的制造限制了它们大量使用的可能性。

作为Fuel Cell Bond研究项目(IGF 17062N)的一部分，开发了用于由石墨-聚丙烯-炭黑化合物和不锈钢组成的双极板的粘合技术。在这种情况下，堆叠体组装件中的处理单元的数量从现有的三个减少到一个，并且实现了该系统的导电性和对氢的不可渗透性二者。所使用的胶粘剂是丙烯酸酯压敏胶粘剂、热熔胶粘剂、以及反应性有机硅和环氧化物胶粘剂。然而，没有使用能通过在粘合平面中的延展拉伸而再分离的可高度弹性或塑性延展的胶带，也称为可剥离胶带。

压敏胶粘剂，也称为PSA，已为人所知很长时间。PSA是如下的那些胶粘剂：其即使在相对弱的施加压力下也允许与基底持久地粘合，并且其在使用后可基本上无残留地从基底再分离。PSA在室温下是永久压敏胶粘性的，因此具有足够低的粘度和高粘性，使得它们即使在低的施加压力下也润湿相应粘合基材的表面。胶粘剂的可粘合性和可再分离性得自其胶粘性性质以及其内聚性性质。多种化合物形成用于PSA的合适基础。如今，配备有PSA的胶带(称为压敏胶带)多种多样地用于工业和家庭领域中。压敏胶带通常由在在一侧或两侧上配备有PSA的载体膜组成。还存在如下的压敏胶带：其仅由PSA层组成，并且没有载体膜，即所谓的转移带。压敏胶带的组成可大大不同，并且受各种应用的相应要求的指导。载体典型地由如下组成：聚合物膜例如聚丙烯、聚乙烯或聚酯，或者纸或者织造或非织造织物。对于可剥离的压敏胶带，优选使用弹性载体。

在另外的Fuel Cell Fully Bonded项目(IGF 18948N)中，正在采用类似的胶粘剂开发堆叠体中的另外的胶粘粘合。在该项目中，正在对单独的燃料电池以及堆叠体制造的优化进行研究。石墨双极板(BPP)与催化膜电极组件(MEA)的活性侧粘合使得能够实现燃料电池堆叠体的完全自动化的制造操作。为此，对于胶粘技术上的使用，在几何和表面能二者上正在优化双极板和MEA。MEA的具有其特氟龙化结构的表面对胶粘技术提出了挑战。单组分热固性环氧树脂胶粘剂和聚烯烃二者都在开发和测试中以用于将BPP接合到MEA。为此，它们需要满足燃料电池内出现的机械和化学要求。除了这种主要的粘合之外，基于施加压力的所有其他的密封和接触情况也都必须通过胶粘技术来实现。然而，这里也没有使用可剥离的压敏胶带。

用于燃料电池堆叠体中的元件的密封接合的胶带也已经公开在专利文献中。