边缘保护的涂覆催化剂的扩散介质和膜电极组件的制作方法

专利名称：边缘保护的涂覆催化剂的扩散介质和膜电极组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃料电池的膜电极组件，特别是对氧气和氢气具有低透性的膜电极组件。
背景技术：
燃料电池正作为电动车辆和其他应用的能源被开发。一种这样的燃料电池是含所谓“膜电极组件”(MEA)的PEM(即质子交换膜)燃料电池，其中所述MEA包含薄的固体聚合物膜电解质，在所述聚合物膜电解质的相反面上有一对电极(即阳极和阴极)，MEA夹在平面气体分布元件之间。
在这些PEM燃料电池中，电极的表面积通常较膜电解质要小以便膜电解质的边缘突出在电极之外。在膜电解质的这些边缘上，布置了密封垫或封条以从外围框住电极。但由于制造公差的限制，封条、MEA和气体分布元件没有充分紧密地定位。由于这些元件定位不当，膜电解质的边缘处可能发生破损，从而缩短燃料电池的寿命，降低燃料电池的性能。
此外，当膜电解质从湿态向干态循环时膜收缩会在膜电解质上引起张应力，且透过气体(氢气从阳极到阴极、氧气从阴极到阳极)的反应产生的自由基对膜和电极中的电解质的化学侵蚀会引起膜电解质的化学降解。因此，需要开发消除了上述缺点的燃料电池用MEA。
发明简述考虑到上述缺点，本发明的发明人开发出了含阳极侧涂覆催化剂的扩散介质和阴极侧涂覆催化剂的扩散介质的燃料电池，所述扩散介质将离子传导膜夹在中间。密封材料布置在离子传导膜和阳极侧及阴极侧涂覆催化剂的扩散介质之间，其中所述密封材料由渗透性比离子传导构件的渗透性低的材料形成。在本发明的另一个方面，所述密封材料由较离子传导膜更软的材料形成以便密封材料可变形并使燃料电池的膜电极组件在整个组件内受到均匀的压力。
通过后文提供的详细描述，本发明的适用性的更多方面将是显而易见的。应该理解详细描述和具体实例虽然指出了本发明的优选实施方案，但仅是出于示例的目的而非要限制本发明的范围。
附图简述通过详述和附图，本发明将得到更好的理解，在附图中

图1为本发明的原理的膜电极组件的分解剖视图；图2为本发明的另一原理的膜电极组件的分解剖视图；图3为现有技术膜电极组件的剖视图；图4为本发明的又一原理的膜电极组件的分解剖视图；和图5为本发明的再一原理的膜电极组件的分解剖视图。
优选实施方案详述下面对优选实施方案的描述仅是示例性的，而决非想限制本发明、其应用或用途。
图1为本发明的原理的膜电极组件(MEA)的分解剖视图。如图1中所示，MEA2含夹在阳极电极6和阴极电极8之间的离子传导构件4。MEA2也含一对导电构件10和12或气体扩散介质10和12。离子传导构件4的周边也被框形密封件14和16包围住。图1中所示的MEA2由施用在流场板(也称双极板，未示出)和密封件14和16之间的聚合物密封材料封在燃料电池堆内。
离子传导构件4优选固体聚合物膜电解质，并优选质子交换膜(PEM)。优选离子传导构件4的厚度在约10微米-100微米的范围内，最优选约25微米的厚度。适合这类膜电解质的聚合物是本领域内众所周知的，见述于美国专利5,272,017和3,134,697以及专利和非专利文献中的其他地方。但应该指出，离子传导构件4的组成可包含任何本领域内常用的质子传导性聚合物。优选使用全氟化磺酸聚合物如NAFION。
离子传导构件4为阳离子可透过的质子传导膜，以H+作为流动离子；燃料气体为氢气(或重整油)，氧化剂为氧气或空气。整个电池反应为氢氧化成水，阳极和阴极上的反应分别为H2＝2H++2e-(阳极)和1/2O2+2H++2e-＝H2O(阴极)。
阳极电极6和阴极电极8的组成优选包含分散于聚合物粘合剂中的电化学活性物质，所述聚合物粘合剂为质子传导性材料如NAFION(像离子传导构件4)。所述电化学活性物质优选包含涂覆催化剂的碳或石墨颗粒。阳极电极6和阴极电极8优选含铂作为催化剂。尽管图中所示的阳极6和阴极8具有相同的尺寸，但应该指出，阳极6和阴极8具有不同的尺寸(即阴极比阳极大或反过来)并不超出本发明的范围。阳极和阴极的优选厚度在约2-30微米的范围内，最优选约10微米。
在本发明的第一个实施方案中，阳极6和阴极8优选布置在扩散介质10和12上以形成涂覆催化剂的扩散介质(CCDM)。但应该理解，尽管阳极6和阴极8优选布置在扩散介质10和12上，但阳极6和阴极8也可布置在离子传导构件4上以形成涂覆催化剂的膜(CCM)并仍在本发明的精神和范围内。更具体地讲，阳极6和阴极8的电化学活性物质可布置在离子传导构件上向着扩散介质10和12的表面5a和5b上。
阳极和阴极电极6和8优选布置在扩散介质10和12上与离子传导构件相邻的整个表面上以便阳极6和阴极8的周边延伸到扩散介质10和12的周边处。这样，阳极6、阴极8和扩散介质10和12的边缘承靠在密封件14和16上，如前所述，密封件14和16为绕离子传导构件4的周边布置的框形件。但应理解，阳极电极6和阴极电极8不必布置到气体扩散介质10和12的边缘处也在本发明的范围内。
图1中也示出了微孔层7和9。这些微孔层7和9优选布置在电极6和8及扩散介质10和12之间，并用作控水层，其通过毛细作用将燃料电池电化学反应过程中产生的水从离子传导构件4的表面带走。优选所述微孔层(由分散在疏水性粘合剂如PTFE中的碳粒子形成)直接施用到气体扩散介质10和12上。
气体扩散介质10和12可为本领域内熟知的任何气体扩散介质。优选气体扩散介质10和12为碳纸、碳布或碳泡沫，厚度在约100-300微米的范围内。密封件14和16可为足以密封膜电极组件2、为离子传导构件的边缘提供力学支持并阻止反应性气体透过离子传导构件的任何材料。在这点上，密封件14和16的优选材料为弹性体或聚合物性质、电绝缘(不导电)并耐酸性和潮湿的燃料电池环境的材料。也就是说，所述密封件必须能耐受pH为0的酸性并能承受60-120℃的工作温度。
本发明的一个重要方面是选定用作密封件14和16的材料其对空气(氧气)和氢气的渗透性应低于离子传导构件4对空气(氧气)和氢气的渗透性。当密封件14和16的渗透性低于离子传导构件4的渗透性时，在膜电极组件2的边缘处反应性燃料电池气体的透过被阻止。这是有利的，因为气体透过膜4(即或氢气从阳极到阴极或氧气从阴极到阳极)会使膜和电极中的电解质发生化学降解，因此，不透性的密封件14和16能缓解化学降解。
更具体地讲，在燃料电池的正常运行中，氢气和氧气可透过离子传导构件(膜)4分别到达阴极8和阳极6，从而使氢气燃料中存在有氧气。当这些反应性气体与阳极6和阴极8的电化学活性物质接触时，氧气被还原并与自燃料气体氢气氧化产生的H+离子反应。结果，被还原的氧与H+离子间发生如下副反应产生H2O2O2+2H++2e-＝H2O2
已经知道，这样产生的H2O2会引起膜4的降解，并因此缩短燃料电池的寿命、降低燃料电池的性能。此外，应理解膜和电极中电解质化学降解的其他可能机理可通过阻止或至少抑制气体透过膜4而得到缓解。这些气体更易于从因制造公差造成的燃料电池元件间的间隙处膜4的边缘透过膜4。因此，反应性气体的浓缩流可在阳极6和阴极8的边缘处聚集。膜4的降解因此通常发生在阳极6和阴极8的边缘处。
为抑制和消除H2O2的产生，密封件14和16由对空气和氢气的渗透性低于膜4的材料形成。例如，当用NAFION膜如N112作为膜4时，密封件14和16在77/100％RH下对空气(氧气)的渗透性应低于3500cc·mil/(100in2·24hr·atm)。优选密封件14和16在77/100％RH下的氧气渗透性应低于或等于200cc·mil/(100in2·24hr·atm)。为获得这样的渗透性，优选的材料为例如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，其在77/100％RH下的氧气渗透性为184cc·mil/(100in2·24hr·atm)。最优选所述密封件在77/100％RH下的氧气渗透性应低于或等于25cc·mil/(100in2·24hr·atm)。为获得最优选的氧气渗透性，适合的材料为例如聚酰亚胺(以商品名Kapton出售，在77/100％RH下为25cc·mil/(100in2·24hr·atm)或聚偏二氟乙烯(PVDF，在77/100％RH下为3.4cc·mil/(100in2·24hr·atm)。
在80℃、270kPa、100％RH下氢气渗透性应低于1.5×10-8ml(STP)·cm厚度/(s·cm2·cmHg)；优选在80℃、270kPa、100％RH下低于或等于1×10-9ml(STP)·cm厚度/(s·cm2·cmHg)；最优选在80℃、270kPa、100％RH下低于或等于5×10-10ml(STP)·cm厚度/(s·cm2·cmHg)。为获得上述氢气渗透性，适合的材料为例如Kapton(在80℃、270kPa、100％RH下为4.7×10-10ml(STP)·cm厚度/(s·cm2·cmHg)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN，在80℃、270kPa、100％RH下为2×10-10ml(STP)·cm厚度/(s·cm2·cmHg)。
此外，尽管将ETFE、Kapton、PVDF和PEN作为获得上述氧气和氢气渗透性的优选材料进行了讨论，但应理解可以选择其他材料用作密封件14和16，只要该材料对氧气和氢气的渗透性低于膜4的即可。其他材料的实例包括聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚酰胺弹性体、聚氨酯、聚氨酯弹性体、聚硅氧烷和其他热塑性弹性体。通过降低阳极6和阴极8的边缘处反应性气体的渗透性，可引起膜4降解的反应性气体的透过可被减少和/或阻止。
如上文所述，密封件14和16也保护膜4的边缘使之免于急剧生热。也就是说，当反应性气体在膜的边缘处穿过膜4并与阳极电极6和阴极电极8的载有催化剂的碳粒子接触时，反应性气体可能点燃而使膜4中发生小的烧孔，从而缩短MEA2的寿命。通过绕膜4的周边布置密封件14和16，反应性气体的透过被阻止，从而在与载有催化剂的碳离子接触时反应性气体的点燃可被阻止。
在选择适宜的材料用作密封件14和16以阻止反应性气体穿过MEA2的膜4时，应理解可选择第一种材料用作阳极侧密封件14，可选择第二种材料用作阴极侧密封件16。更具体地讲，由于氢燃料被用在MEA2的阳极侧，因此可优选选择对氢气具有较低渗透性的材料用作密封件14。相反，由于氧或空气被用在MEA2的阴极侧，因此可优选选择对氧气具有较低渗透性的材料用作密封件16。这样，反应性气体的穿过可被进一步阻止，MEA2可获得更长的寿命。
也应理解除根据其对空气和氢气的渗透性外，用作密封件14和16的材料还可根据其在MEA加工温度(由例如其玻璃化转变温度或其熔化温度决定)下的柔软度来选择。也就是说，密封件14和16可由在MEA加工温度下柔软易挠的材料形成。在这点上，密封件14和16的优选材料为但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)。其他材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亚胺。
通过使用较膜4更柔软、更具挠性、延展性和易弯的密封件14和16，当MEA2的元件被压紧到一起以构成组件时，密封件14和16将压紧和变形。这样，密封件14和16将粘结或层合到CCDM和膜4上。MEA2元件这样的粘结或层合产生一体性结构，由于在MEA2的整个表面上MEA2的元件将受到均匀的压力，故这样的结构将增大MEA2的牢固性。此外，由于阳极6和阴极8被布置在和到扩散介质10和12的边缘上，阳极电极6、阴极电极8和扩散介质10和12的边缘将承靠在密封件14和16上。这为膜4提供了进一步的保护，因为多孔气体扩散介质10和12的纤维将不能与膜4接触，从而将保护膜4免于穿孔并延长组件的寿命。
更具体地讲，优选将阳极电极6和阴极电极8以连续、平滑的层布置在扩散介质10和12的整个表面上，所述连续、平滑的层提供基本平整的表面供MEA2的其他元件承靠。这是有利的，因为当元件如扩散介质10和12及密封件14和16在燃料电池中与MEA2一起被压紧以促进和增强燃料电池的电化学反应中产生的电子的导电性时，离子传导构件4将在其整个表面上受到均匀的压力。当离子传导构件4在其整个表面上受到均匀的压力时，离子传导构件4上过度的应力将避免。因此，可发生并缩短MEA2的寿命并抑制整个电池能力的撕裂和针孔也将避免。
要使MEA2的元件粘结或层合到一起，优选在25psig-1000psig的压力范围内压紧MEA2，更优选在50psig-100psig的压力范围内压紧MEA2。此外，在压紧期间可优选对MEA缓和加热以促进元件粘结或层合到一起。在这一点上，优选用热压机或热辊将MEA2加热到120-400的温度范围内，最优选加热到260-340的温度范围内。此外，为进一步促进MEA的元件粘结或层合到一起，可优选使用由压敏材料或热敏材料形成的密封件14和16。
也应理解，当被压紧和加热时，密封件14和16可吸进涂覆催化剂的扩散介质的孔中。更具体地讲，布置在扩散介质10和12上的阳极和阴极电极6和8优选为多孔材料。当密封件14和16被加热和压紧时，选定用作密封件14和16的材料将流动并被吸进多孔电极6和8的孔中。这样将产生物理粘附或物理粘合。在加热和压紧后，用作密封件14和16的材料将硬化而将密封件14和16粘结到涂覆催化剂的扩散介质10和12上以形成一体性结构。这样，阳极和阴极电极6和8的边缘将防止反应性气体穿过，MEA2变得更牢固。
尽管MEA2的元件的粘结或层合已在上文描述并是优选的，但应理解MEA2的元件可不通过层合而组装(即不施加热和压力)以便其仅通过通常施加到燃料电池堆上的压紧力(即50-400psi)结合到一起。也就是说，单借助施加到燃料电池堆上的压紧力压紧MEA2的元件，MEA2在燃料电池堆中短时运行后即可产生最终被层合的MEA2。
为了提供使MEA2在整个组件上受到均匀压力所必要的力学性质，密封件14和16的厚度可随扩散介质10和12的厚度而异。也就是说，当使用厚度为约200微米的较厚的扩散介质10或12时，可优选使用较厚的密封件14或16。相比之下，当使用较薄的扩散介质10或12时(如100微米)，可优选使用较薄的密封件14或16。在这一点上，优选密封件14和16的厚度在1-50微米的范围内，更优选在3-25微米的范围内，最优选在4-12微米的范围内。通常，密封件14和16的厚度低于扩散介质10和12的厚度的20％，优选低于5％最优选介于1％-4％之间。对于这个设计标准，加在密封件14上位于扩散介质10下面的区域中的附加压紧力不显著大于MEA2的中心区中的压紧力。同样的情况适用于密封件16上位于扩散介质12下面的区域。这样就避免了显著的附加压紧力，也避免了因过度的压紧力而致的膜损坏。尽管如此，但当相对于扩散介质10或12的厚度进行选择时，任何厚度的密封件14和16均可用。此外，应理解可用与第二个扩散介质厚度和相应的第二个密封件厚度不同的第一个密封件厚度和第一个扩散介质厚度。也就是说，例如，MEA2的阳极侧可含与阴极侧MEA扩散介质12和密封件16具有不同厚度的扩散介质10和密封件14。
现在参照图2描述本发明的第二个实施方案。如图2中所示，仅在MEA2的阳极侧上布置了单个密封件14。这样的布置是有利的，因为当MEA2被压紧以促进MEA2的元件之间的导电性时，仍有可能MEA2的元件不能压紧到一起形成一体性结构。
更具体地讲，参照图3，其中示意了现有技术MEA18，可以看出当使用了刚性密封垫20时，扩散介质24和电极26之间可能形成空隙区22。该空隙区22是使用现有技术密封垫20时发生“隆起”效应的结果。空隙区22的发生是因为密封垫20太刚或太厚而当靠着密封垫20处压紧气体扩散介质24时不能贴合。因此，按照本发明，如果密封垫20在层合过程中吸进电极26中或如果密封垫20相比扩散介质24足够薄以致扩散介质将平滑地贴合到密封垫20上而不形成空隙区22，则空隙区22可被消除。由于该空隙区22的存在，反应性气体可能急剧透过，原因是膜26在该区中不受保护。此外，水可聚集在空隙区22中而影响燃料电池的性能。
在图2中，虽然密封件14是示意在MEA2的阳极侧上的并被描述为是优选的，但应理解单个密封件14也可布置在阴极侧上。取决于燃料电池中所用的反应性气体的类型，这样的布置可能是优选的。例如，当用空气而不是纯氧作为氧化剂气体时，氧气穿过膜的程度可能使阴极侧密封件16不再需要。或者，当用重整油作为氢燃料时，氢气穿过膜的程度可能使阳极侧密封件14不再需要。此外，应理解尽管仅单一的密封件14被用在MEA2的阳极侧或阴极侧，这仍能阻止H2O2的形成，原因是至少一种反应性气体(氢气或氧气)仍被阻止穿过膜4。
现在参照图4描述本发明的第三个实施方案。在本发明的第三个实施方案中，密封件14和16具有不同的尺寸。也就是说，例如如图3中所示，密封件16可具有盖住阴极电极8的更大表面积。或者，密封件14可具有盖住阳极电极6的更大表面积。
通过使密封件14和16形成为不同的尺寸，燃料电池运行过程中以及反应剂(即氢气和氧气)存在下电流的分布和电极电位的变化可受到影响。由于电流的分布和电极电位的变化分别影响局部生热和电解质(膜和电极中)的降解速率，因此密封件彼此不同的尺寸将影响MEA的耐用性。
在本发明的另一个实施方案中，可通过绕扩散介质10和12的周边形成框形槽口30而进一步减小整个MEA内的压紧负载。也就是说，参照图5，可在扩散介质10和12中形成对应于框形密封件14和16的凹进部分30以容纳密封件14和16。通过在扩散介质10和12中形成槽口或凹进部分50，可减小为促进MEA2的元件间的足够导电性所需的压紧负载。
这样的实施方案也确保了不出现图3中所示现有技术膜电极组件18的空隙区22。也就是说，扩散介质10和12的凹进部分30优选具有与密封件14和16的厚度相对应的深度。这样，扩散介质10和12、密封件14和16以及离子传导构件4将在每个这些元件之间的界面区50处贴身地配合在一起。界面区50处这样的贴身配合也使密封件14和16能提供更牢固的密封，从而阻止或至少抑制反应性气体通过膜4的渗透或迁移。而且，当MEA2被压紧以促进MEA2的元件间的电接触时，为促进导电性以及密封MEA2所需的压力被减小。
此外，尽管在本发明的这个实施方案中没有要求，但应理解上面的实施方案中所述的任何密封件14和16可与其中形成有框形槽口30的扩散介质10或12联用。也就是说，渗透性低于膜4的密封件14和16、具有不同尺寸和厚度的密封件14和16以及较膜4更软的密封件14和16均可与绕扩散介质10和12的周边形成有框形槽口的扩散介质联用。此外，还应理解可使用单一的密封件14；或可使用含框形槽口30的单一扩散介质10或12。
本发明的描述仅是示例性的，因此，不偏离本发明主旨的变体包括在本发明的范围内。这样的变体不应认为是偏离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于燃料电池的组件，所述组件包含离子传导构件；布置在所述离子传导构件表面上的导电构件；夹在所述离子传导构件和所述导电构件之间的电化学活性物质；和与所述导电构件的周边交叠的密封件；其中所述密封件的渗透性低于所述离子传导构件的渗透性。
2.权利要求1的组件，其中所述密封件阻止或至少抑制反应性气体渗透通过所述离子传导构件。
3.权利要求2的组件，其中所述密封件阻止或至少抑制所述周边处反应性气体从所述离子传导构件的一侧向另一侧的渗透。
4.权利要求1的组件，其中所述渗透性为氢气渗透性、氧气渗透性或二者。
5.权利要求1的组件，其中所述电化学活性物质布置在所述导电构件上。
6.权利要求5的组件，其中所述密封件与所述电化学活性物质交叠。
7.权利要求5的组件，其中所述电化学活性物质延伸到导电构件的周边处。
8.权利要求1的组件，其中所述密封件在离子传导构件的一侧上。
9.权利要求1的组件，其中所述密封件在离子传导构件的两侧上。
10.权利要求9的组件，其中所述一侧上的密封件具有与离子传导构件另一侧上的密封件不同尺寸的开口。
11.权利要求1的组件，其中所述密封件由至少一种选自聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚酰胺弹性体、聚氨酯、聚氨酯弹性体、聚硅氧烷和热塑性弹性体的材料形成。
12.权利要求1的组件，其中所述密封件在用来组装密封件与组件的一个或多个其他构件的加工温度下软化。
13.权利要求12的组件，其中所述密封件被吸进电化学活性物质中。
14.权利要求12的组件，其中所述密封件流进电化学活性物质与离子传导构件间形成的空隙中。
15.权利要求1的组件，其中所述导电构件包含多孔材料，且所述密封件被吸进所述多孔材料的多个孔中。
16.权利要求1的组件，其中所述密封件包含电绝缘材料。
17.权利要求1的组件，其中所述密封材料包含在80℃和100％RH下所测氢气渗透性低于1×10-9(ml(STP)·cm厚度)/(s·cm2-cmHg的材料。
18.权利要求1的组件，其中所述密封件包含在80℃和100％RH下所测氢气渗透性在1×10-9(ml(STP)·cm厚度)/(s·cm2·cmHg)到2×10-10(ml(STP)·cm厚度)/(s·cm2·cmHg)的范围内的材料。
19.权利要求1的组件，其中所述密封材料包含在77和100％RH下所测氧气渗透性低于3500cc·mil/(100in2·24hr·atm)的材料。
20.权利要求1的组件，其中所述密封件包含在77和100％RH下所测氧气渗透性在3.4cc·mil/(100in2·24hr·atm)到200cc·mil/(100in2·24hr·atm)的范围内的材料。
21.权利要求1的组件，其中所述导电构件包含绕所述导电构件周边的框形槽口以容纳所述密封材料。
22.权利要求21的组件，其中所述密封件、所述离子传导构件和所述含所述框形槽口的导电构件在所述离子传导构件和所述导电构件之间限定了密封界面区。
23.权利要求1的组件，所述组件还包含夹在所述导电构件和所述电化学活性物质之间的微孔层，所述微孔层为控水层。
24.权利要求1的组件，其中所述密封件的厚度为所述导电构件的厚度的几分之一。
25.权利要求24的组件，其中所述密封件的所述厚度低于所述导电构件的所述厚度的20％。
26.权利要求24的组件，其中所述密封件的所述厚度在所述导电构件的所述厚度的约1-5％范围内。
27.一种燃料电池，所述燃料电池包含离子传导膜；阳极侧涂覆催化剂的扩散介质和阴极侧涂覆催化剂的扩散介质，所述扩散介质将所述离子传导膜夹在中间；和布置在所述离子传导膜与所述阳极侧和阴极侧涂覆催化剂的扩散介质之间的密封材料；其中所述密封材料由较所述离子传导膜更软的材料形成以便所述密封材料变形并吸进位于所述涂覆催化剂的扩散介质中的多个孔中。
28.权利要求27的燃料电池，其中所述密封件为所述离子传导构件提供力学支持。
29.权利要求27的燃料电池，其中所述密封件包含绝热材料。
30.权利要求27的燃料电池，其中所述密封件的厚度在1-50微米范围内。
31.权利要求27的燃料电池，其中所述密封材料密封接合到所述涂覆催化剂的扩散介质和所述离子传导膜上。
32.权利要求31的燃料电池，其中所述密封接合包括所述涂覆催化剂的扩散介质、所述密封材料和所述离子传导膜分别被偏压到一起。
33.权利要求31的燃料电池，其中所述密封接合包括物理粘附。
34.权利要求31的燃料电池，其中所述涂覆催化剂的扩散介质和所述离子传导膜层合到所述密封材料上。
35.一种制造膜电极组件的方法，所述方法包括提供离子传导构件；在离子传导构件的表面上布置电极；和基于所述密封材料的渗透性与所述离子传导构件的渗透性之比较选择待布置于所述电极和所述离子传导构件之间的密封材料；其中所述密封材料的所述渗透性低于所述离子传导构件的所述渗透性。
36.权利要求35的方法，其中所述密封材料的所述渗透性为氢气渗透性，且所述密封材料的所述氢气渗透性低于所述离子传导构件的氢气渗透性。
37.权利要求35的方法，其中所述密封材料的所述渗透性为氧气渗透性，且所述密封材料的所述氧气渗透性低于所述离子传导构件的氧气渗透性。
38.权利要求35的方法，所述方法还包括提供导电构件的步骤。
39.权利要求38的方法，其中所述电极布置在所述导电构件的表面上。
40.权利要求38的方法，所述方法还包括相对于所述导电构件的厚度为所述密封材料选择厚度的步骤。
41.权利要求38的方法，其中所述导电构件含微孔层，所述微孔层为控水层。
42.权利要求38的方法，其中所述导电构件含绕所述导电构件的周边形成的槽口，所述槽口用于容纳所述密封材料。
43.权利要求35的方法，所述方法还包括基于预定的加工条件下所述密封材料的柔软度选择所述密封材料的步骤。
44.权利要求35的方法，所述方法还包括通过压紧密封材料和所述电极粘结所述密封材料与所述电极的步骤。
45.权利要求35的方法，所述方法还包括通过压紧并加热密封材料和所述电极粘结所述密封材料与所述电极的步骤。
46.权利要求44的方法，其中所述密封材料和所述电极在25psig-1000psig的压力范围内压紧。
47.权利要求44的方法，其中所述密封材料和所述电极在50psig-200psig的压力范围内压紧。
48.权利要求45的方法，其中所述密封材料和所述电极在120-400的温度范围内加热。
49.权利要求45的方法，其中所述密封材料和所述电极在260-340的温度范围内加热。
全文摘要
一种燃料电池，所述燃料电池含阳极侧涂覆催化剂的扩散介质和阴极侧涂覆催化剂的扩散介质，所述扩散介质将离子传导膜夹在中间。所述离子传导膜和所述阳极侧和阴极侧涂覆催化剂的扩散介质之间布置有密封材料，其中所述密封材料由渗透性低于所述离子传导构件的渗透性的材料形成。所述密封材料也可由较所述离子传导膜更软的材料形成以便密封材料可变形并使燃料电池的膜电极组件在整个组件内受到均匀的压力。
文档编号H01M4/86GK101019254SQ200480043853
公开日2007年8月15日 申请日期2004年10月1日 优先权日2004年7月30日
发明者B·索姆帕利, H·A·加斯泰格, B·A·利特尔, 甄苏珊 申请人:通用汽车公司