膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池制造技术

本申请公开了膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池。一种膜电极组件包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在聚合物电解质膜的下表面上。聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

Membrane electrode assembly and fuel cell including membrane electrode assembly

The present application discloses a membrane electrode assembly and a fuel cell including a membrane electrode assembly. A membrane electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane; the first electrode layer is disposed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane; and the second electrode layer is disposed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane. At least one end of the polymer electrolyte membrane along the side of the first electrode layer upward bending and extending to the lower surface of the first electrode layer on the surface of the second electrode layer or along the side of the bend downward and extends to the second electrode layer.

【技术实现步骤摘要】
膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池
本公开内容涉及膜电极组件和包括该膜电极组件的燃料电池，并且，更具体地，涉及具有自湿润能力的膜电极组件和包括该膜电极组件的燃料电池，以克服低湿润度的局限性，从而在其中实现足够湿润性并且防止水分通过电解质膜扩散至外部。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是结合具有质子交换功能的聚合物膜作为电解质的燃料电池。与其他燃料电池相比，PEMFC可在低温操作，具有高效率和强电流和功率密度，并且具有应对负荷变化的快速反应时间，同时立刻起动。因此，PEMFC最近已经用作氢动力车辆的燃料电池。PEMFC电池组通常由数百个单元电池组成。每一个单元电池是燃料电池的电力生成元件，并且包括通过将正极和负极结合至聚合物电解质膜所形成的膜电极组件(MEA)、气体扩散层(GDL)和分离器。在电力生成元件中发生电化学反应，以便产生电力。作为燃料的氢气的电化学氧化发生在MEA的正极中，并且作为氧化剂的氧气的电化学还原发生在MEA的负极中。在这种情况下，由于反应产生的电子移动而生成电能，在正极中产生的质子穿过聚合物电解质迁移至负极，并且氧气与负极中的质子结合而生成水。尽管迄今为止已经对聚合物电解质膜进行了各种研究，但是在60年代初期开发的仍然广泛用作燃料电池的质子交换膜。是通过将磺酸基共价结合至与特氟隆相似的氟化烃的聚合物主链中的氟代烷基醚的侧链端而制成的支化聚合物。在此，磺酸基通过水分子被再水化以致离子导电性被激活。即，由于水分子存在于电解质膜中，质子能够在电解质中自由移动，并且因此表现出高离子导电性。氢动力车辆可包括燃料电池组、设备组件的平衡(空气压缩器、热交换器等)、燃料供应装置、辅助电源、电机、电机控制器等。影响燃料电池组的性能的MEA必须在宽广的操作温度范围内具有一定水平的相对湿度。为此，加湿器可以设置在电池组外部的供气系统中。气体-气体膜湿润方法是用于使车辆的燃料电池组湿润的外部湿润方法。因为这个方法恢复并重新使用从电池组排放的水分和热量，所以具有的优势在于不需要分离的能源或机构。然而，为了使气体-气体膜加湿器具有水分选择性作为其基本性能，需要用于防止除了存在于湿空气中的水分之外的气体渗透的技术。因此，以上方法在发动机室的布局中是不利的，这是因为外部加湿器需要增加成本并且增加体积。此外，因为膜加湿器使用聚合物膜，所以在给定温度下难以控制水蒸气的供应量。此外，因为氢气供应系统不具有单独的加湿器，所以应依靠在负极产生的、逆向扩散至正极的相对湿度。因此，存在的问题在于，在具有相对低湿度的操作温度时缺乏适当湿度可导致MEA干燥并且燃料电池的性能劣化。具体地，电池组中的严重的长期干燥对MEA可导致不可逆转的损害。此外，因为常规MEA具有的结构为布置在正极与负极之间的聚合物电解质膜的侧端暴露于外部，水分子从聚合物电解质膜的侧面扩散至外部，从而腐蚀电池组的外部并且使电绝缘安全性劣化。上述内容仅旨在帮助对本公开内容的
技术介绍
进行理解，而并非旨在意味着本专利技术落入已为本领域技术人员所熟知的相关技术的范围内。
技术实现思路
因此，鉴于相关技术中出现的上述问题创作本公开内容，并且本公开内容旨在提出膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，它们能够具有自湿润能力，从而用于克服低湿润的局限性，以便实现其中的足够湿润性并且防止水分子通过电解质膜扩散至外部。根据本公开内容的一个方面，一种膜电极组件包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在聚合物电解质膜的下表面上。聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。聚合物电解质膜的第一端可沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且聚合物电解质膜的第二端可沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。第一电极层的侧面和第二电极层的侧面可与分别相邻的聚合物电解质膜的弯曲部竖直对齐。聚合物电解质膜的一端可向上弯曲以延伸至第一电极层的上表面或者向下弯曲以延伸至第二电极层的下表面。聚合物电解质膜的两端可在相同方向上弯曲，以便延伸至第一电极层的上表面或者第二电极层的下表面。聚合物电解质膜的至少一端可水平分为上部和下部，上部沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且下部沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。聚合物电解质膜可包括面向第一电极层的第一电解质膜以及面向第二电极层的第二电解质膜；并且第一电解质膜的至少一端可沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且第二电解质膜的至少一端可沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。根据本公开内容的另一方面，一种燃料电池包括：膜电极组件，该膜电极组件包括聚合物电解质膜、布置在聚合物电解质膜的上表面上的第一电极层、以及布置在聚合物电解质膜的下表面上的第二电极层，聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面；并且上分离器和下分离器，布置在膜电极组件的相应上部和下部中，并且包括形成膜电极组件的密封结构的相应垫圈。膜电极组件可布置在通过垫圈形成的密封结构的内部。燃料电池可进一步包括在膜电极组件的边缘区域中形成的子垫圈。子垫圈可密封膜电极组件的侧面，并且延伸至第一电极层或第二电极层的上表面或下表面的聚合物电解质膜的弯曲端可暴露于子垫圈的外部。膜电极组件和子垫圈可被整体形成。燃料电池可进一步包括布置在膜电极组件与相应的上分离器和下分离器之间的气体扩散层。膜电极组件和气体扩散层可被整体形成。水分子可从延伸至第一电极层的上表面或第二电极层的下表面的膜电极组件的端部供应到气体扩散层中。燃料电池可进一步包括结合至膜电极组件和气体扩散层的层压结构的框架，以便固定该层压结构。膜电极组件、气体扩散层和框架可被整体形成。如从以上描述清晰可见的是，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过燃料电池中的电化学反应生成的水可被自主地供应给正极和负极中的所选择的一个，或者供应给正极和负极这两者。因此，可以防止膜电极组件干燥，并且因此减少燃料电池的性能劣化。此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，可在没有用于将湿润空气供应至膜电极组件的外部加湿器情况下，供应水分。因此，因为不需要加湿器，可以降低成本。此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，可以防止在反应区域中产生的水分子通过电解质膜扩散至燃料电池的外部。因此，可以防止电池组中的多个单元电池之间发生短路，并且防止由于水分对电池组的外部侵蚀。此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过允许将膜电极组件布置在分离器的垫圈线条内，可以减小相关技术中的除了反应区域之外的区域中布置的电解质膜的尺寸。因此，就材料而言可以降低成本。此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，子垫圈通过辊层压或借助热压的热压缩可以在电解质膜是弯曲的状态下与气体扩散层整合。此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过在电解质膜是弯曲的状态下结合气体扩散层并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜电极组件，包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在所述聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在所述聚合物电解质膜的下表面上，其中，所述聚合物电解质膜的至少一端沿着所述第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的上表面或者沿着所述第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的下表面。

【技术特征摘要】
2016.03.10 KR 10-2016-00287901.一种膜电极组件，包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在所述聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在所述聚合物电解质膜的下表面上，其中，所述聚合物电解质膜的至少一端沿着所述第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的上表面或者沿着所述第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的下表面。2.根据权利要求1所述的膜电极组件，其中，所述聚合物电解质膜的第一端沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上表面，并且所述聚合物电解质膜的第二端沿着所述第二电极层的所述侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的所述下表面。3.根据权利要求2所述的膜电极组件，其中，所述第一电极层的所述侧面和所述第二电极层的所述侧面与分别相邻于所述聚合物电解质膜的所述弯曲部竖直对齐。4.根据权利要求1至3中任一项所述的膜电极组件，其中，所述聚合物电解质膜的一端向上弯曲以延伸至所述第一电极层的所述上表面或者向下弯曲以延伸至所述第二电极层的所述下表面。5.根据权利要求1至3中任一项所述的膜电极组件，其中，所述聚合物电解质膜的两端在相同方向上弯曲以便延伸至所述第一电极层的所述上表面或者所述第二电极层的所述下表面。6.根据权利要求1至3中任一项所述的膜电极组件，其中，所述聚合物电解质膜的至少一端被水平分为上部和下部，所述上部沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上表面，并且所述下部沿着所述第二电极层的所述侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的所述下表面。7.根据权利要求1至3中任一项所述的膜电极组件，其中：所述聚合物电解质膜包括面向所述第一电极层的第一电解质膜以及面向所述第二电极层的第二电解质膜；并且所述第一电解质膜的至少一端沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑柄宪，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR