[发明专利]一种用于结合燃料电池部件的方法

说明书

本发明涉及一种用于将PEM燃料电池的部件(4，9)与框架(1)结合和/或彼此结合的方法，为此，将能够由可见光或紫外线范围内的电磁辐射固化的粘合剂(2)施加到框架(1)和/或所述至少一个部件(4，9)。本发明的特征在于，通过电磁辐射使粘合剂(2)活化，并且在使框架(1)和/或部件(4，9)接触之后加热粘合剂(2)；或者使框架(1)和/或部件(4，9)接触，并且将粘合剂(2)暴露于电磁辐射以进行活化和加热；以便在粘合剂最终固化之前降低其粘度。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分中更详细限定的类型的用于将燃料电池的部件与框架结合和/或彼此结合的方法。本发明还涉及这种方法以权利要求11和12中限定的方式的应用。

背景技术

通过可紫外线固化的粘合剂将PEM燃料电池的部件与框架结合和/或相互之间结合是现有技术中已知的。例如，US 2018/0159160A1公开了一种完全透过紫外线的框架，以便能够穿过框架使结合部固化。这里，框架结合到具有催化涂层的膜上，并且气体扩散层也集成到该复合物中。这种结构的缺点是，一方面，它需要一种大部分可透过紫外线辐射的框架，而通常使用的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)框架则不是这种情况。DE 102015117077 A1也描述了在所谓的膜电极组件(MEA)内结合PEM燃料电池的部件。在这种情况下，也使用可紫外线固化的粘合剂，在这里和在类似的文献JP 2016-201183A1中，该粘合剂首先被活化，以便随后将相应的部件彼此连接，并且不在部件相对于彼此放置之前实现粘合剂的最终固化，粘合剂相应地润湿最初未被施加粘合剂的部件。在这种情况下，部件彼此结合，例如将气体扩散层结合到膜上，并且还与框架结合，例如将膜与框架结合，并且将其中一个气体扩散层结合到框架上。

这种方法的一个特征在于，首先通过少量的辐射来活化可紫外线固化的粘合剂。则粘合剂的固化从这个时间点开始。在粘合剂没有固化的情况下进行活化会导致粘合剂缓慢硬化，因此该粘合剂继续越来越硬化。

在该过程中，粘合剂变得越来越粘，结果，所有要用粘合剂结合的表面都很难润湿。

涂有催化剂的膜(CCM)(催化剂涂覆膜)与框架的结合对于燃料电池的密封也是至关重要的。典型地，当结合全表面涂覆膜时，只有催化剂的表面被结合到框架的表面。由于催化剂对实际膜或其离聚物的粘附性差，确保氢和氧混合并因此导致有缺陷的燃料电池的泄漏现在非常普遍，由于具有相应高的泄漏率，其可能导致整个燃料电池堆发生故障。因此在实践中，通常的和常规的做法是仅在需要的区域用催化剂涂覆膜的材料。因而结合到框架上的膜的边缘没有催化剂。因此，它们可以相应地与框架很好地结合，使得膜的材料与框架紧密粘附，而没有催化剂位于它们之间。

然而，这种结构具有严重的缺陷：仅部分涂有催化剂的膜必须非常精确地定位。此外，未涂覆区域中的膜材料通常设计成尺寸相对较大，以确保牢固的结合。然后多余的材料被切除和丢弃，这样，在生产中所使用的材料量是不成比例的。

此外，仅涂覆部分膜是非常复杂的，需要与直接的膜涂覆相容的油墨催化剂和专门的设备。这是另一个缺陷。

因此，理想的是使用完全涂覆有催化剂的膜，使得例如在卷筒上展开的整个材料也可以用于燃料电池的结构。此外，完全涂有催化剂的膜所需的定位精度比仅部分涂有催化剂的膜的情况要低得多。

US 9,831,504 B2对此进行了试验。为了使上述粘附性差的缺陷最小化，使用一种粘合剂，该粘合剂一方面包含可热固化的组分，另一方面包含可紫外线固化的组分。正如在关于可紫外线固化的组分的文献中所述的，一旦粘合剂被放置到位，它就保持在那里不再流动。随后，将框架和膜接合，其中通过热效应最终固化先前被定位的、精确放置的粘合剂，其中，例如利用对聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成的框架进行紫外线辐射来引入热量，该框架本身对于粘合剂固化所需的通常365nm波长的紫外线辐射是不可透过的或仅非常轻微地透过，从而主要通过紫外线辐射来释放热量。

然而，本发明的发明人在使用这种方法的实验中，还不能确定与开始提到的现有技术相比具有明显更好的结合性能。