装备框架的膜电极组件及其生产方法，以及燃料电池技术

装备框架的膜电极组件(10)包括膜电极组件(10a)和框架构件(24)。框架构件(24)包括第一框形板(24a)和第二框形板(24b)。所述第一框形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a)的外周部连接。第一框形板(24a)的内周部(24an)设置在阳极(20)的外周部(20c)和阴极(22)的外周部(22c)之间。在第二框形板(24b)的内端(24be)和阴极(22)的外端(22e)之间形成间隙(G)。通过粘合剂层(24c)，第一框形板(24a)和第二框形板(24b)在整个周长上连接在一起。

Membrane electrode assembly of equipment frame and its production method, and fuel cell

【技术实现步骤摘要】
装备框架的膜电极组件及其生产方法，以及燃料电池
本专利技术涉及一种装备框架的膜电极组件，所述装备框架的膜电极组件的生产方法，以及一种燃料电池。
技术介绍
一般来说，固体聚合物电解质燃料电池采用固体聚合物电解质膜。固体聚合物电解质膜是聚合物离子交换膜。在燃料电池中，阳极设置在固体聚合物电解质膜的一个表面上，阴极则设置在固体聚合物电解质膜的另一个表面上，以分别形成膜电极组件(membraneelectrodeassembly,MEA)。膜电极组件被夹在隔板(双极板)之间以形成发电电池(单位燃料电池)。在使用中，预先确定数量的发电电池堆叠在一起形成燃料电池堆。例如，燃料电池堆被安装在车辆上以作为车内燃料电池堆。在近年中，为了减小相对昂贵的固体聚合物电解质膜的使用量并保护具有低强度的薄固体聚合物电解质膜，采用了在其外周包括树脂框架构件的装备框架的MEA。在美国专利号8,399,150的文件中，垫片或间隔件不是设置在膜的整个周边上，而是设置在单层树脂框架构件的一个表面的一部分上。在该结构中，当树脂框架构件中形成有孔和/或裂缝时，就无法实现所需的气密性能和/或电绝缘性能。此外，在阳极和阴极的压力差的作用下，树脂框架构件容易变形。在日本特开专利公报No.2013-515348(PCT)中，树脂框架构件由两层板形成。由于电解质膜被插入板之间，所带来的高昂的生产成本是不利的。
技术实现思路
本专利技术将这些问题考虑在内，并且本专利技术的目的在于提供一种装备框架的膜电极组件，提供一种所述装备框架的膜电极组件的生产方法，以及提供一种具有改进耐久性以防止在框架构件中产生孔和/或裂缝的燃料电池，实现不易在阳极和阴极的压力差下变形的结构，并且实现生产成本的降低。为了实现以上目的，本专利技术提供一种包括膜电极组件和框架构件的装备框架的膜电极组件。所述膜电极组件包括电解质膜，设置在所述电解质膜的一个表面上的第一电极，以及设置在所述电解质膜的另一个表面上的第二电极。所述第二电极的表面尺寸小于所述第一电极的表面尺寸。所述框架构件设置在所述膜电极组件的外周部的整个周长上。框架构件包括第一框形板和第二框形板。所述第一框形板的内周部与所述膜电极组件的外周部连接。第一框形板和第二框形板在厚度方向上连接在一起。所述第一框形板的内周部设置在所述第一电极的外周部和所述第二电极的外周部之间。在所述第二框形板的内端和所述第二电极的外端形成有间隙，所述第一框形板和所述第二框形板通过粘合剂层而在整个周长上直接连接在一起。优选地，所述第一框形板的内周部包括在所述膜电极组件的厚度方向上观察时与所述第一电极的外周部重叠的重叠部。优选地，所述粘合剂层设置在所述第一框形板的与所述第二框形板相邻的整个表面上，并且所述第一框形板的内周部和所述电解质膜的外周部被粘合剂层连接在一起。优选地，所述第二框形板的内周部包括在所述膜电极组件的厚度方向上观察时与所述第一电极的外周部重叠的重叠部。优选地，所述第二框形板的与所述第一框形板相邻的整个表面通过粘合剂层而与所述第一框形板直接在整个周长上连接。此外，本专利技术还提供一种包括装备框架的膜电极组件和分别堆叠在所述装备框架的膜电极组件的两侧的隔板的燃料电池。所述装备框架的膜电极组件包括膜电极组件和框架构件。所述膜电极组件包括电解质膜，设置在所述电解质膜的一个表面上的第一电极，以及设置在所述电解质膜的另一个表面上的第二电极。所述第二电极的表面尺寸小于所述第一电极的表面尺寸。所述框架构件设置在所述膜电极组件的外周部的整个周长上。框架构件包括第一框形板和第二框形板。所述第一框形板的内周部与所述膜电极组件的外周部连接。第一框形板和第二框形板在厚度方向上连接在一起。所述第一框形板的内周部设置在所述第一电极的外周部和所述第二电极的外周部之间。在所述第二框形板的内端和所述第二电极的外端之间形成有间隙，并且所述第一框形板和所述第二框形板通过粘合剂层而在整个周长上直接连接在一起。优选地，所述第一电极，所述第一框形板和所述第二电极重叠在一起的重叠部被保持脊状物之间，所述脊状物的其中一个设置在其中一个隔板上并向所述第一电极突出，所述脊状物的另一个设置在另一隔板上并向所述第二电极突出。优选地，胎圈密封件(beadseal)与每个隔板一体地形成以朝向所述框架构件突出，并且构造成防止反应气体的泄漏，而框架构件的第一框形板和第二框形板重叠在一起的重叠区域在厚度方向上从两侧被保持在其中一个隔板的胎圈密封件和另一个隔板的胎圈密封件之间。优选地，设置用于每个隔板的由弹性构件制得的固体密封件(solidseal)，所述固体密封件构造成防止反应气体的泄漏，而框架构件的第一框形板和第二框形板重叠在一起的重叠区域在厚度方向上从两侧被保持在其中一个隔板的固体密封件和另一个隔板的固体密封件之间。优选地,所述第一电极是阳极,而所述第二电极是阴极。优选地,所述第一电极是阴极,而所述第二电极是阳极。此外，本专利技术提供一种所述装备框架的膜电极组件的生产方法。所述装备框架的膜电极组件包括膜电极组件和框架构件。所述膜电极组件包括电解质膜，设置在所述电解质膜的一个表面上的第一电极，以及设置在所述电解质膜的另一个表面上的第二电极。所述第二电极的表面尺寸小于所述第一电极的表面尺寸。所述框架构件设置在所述膜电极组件的外周部的整个周长上。框架构件包括第一框形板和第二框形板，所述第一框形件的内周部与所述膜电极组件的外周部连接。第一框形板和第二框形板在厚度方向上连接在一起。方法包括以下步骤，通过提供粘合剂板来提供第一板作为被形成框形之前的所述第一框形板，所述粘合剂板具有在第一板的一整个表面上涂覆的粘合剂，通过提供作为第二板的第二框形板来提供第二板，以及通过粘合剂将所述粘合板和所述第二框形板在第二框形板的整个周长上进行连接来层压所述粘合板和第二框形板。优选地，装备框架的膜电极组件的生产方法进一步包括以下步骤：通过在第二框形板的内端内侧的位置处在所述粘合剂板中形成开口来将第一板裁剪成框形；并通过将所述第一板的内周部设置在所述第一电极的外周部和所述第二电极的外周部之间，来在所述第二框形板的内端和所述第二电极的外端之间形成间隙的状态下连接膜电极组件MEA的部件，并将所述膜电极组件和框架构件连接在一起。优选地，所述第一框形板的厚度和所述第二框形板的厚度是相同的。优选地，所述第二框形板的厚度大于所述第一框形板的厚度。结合附图，通过以下描述，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中，通过说明性示例示出了本专利技术的优选实施例。附图说明图1示出根据本专利技术实施例的发电电池的主要部件的分解透视图；图2为沿图1的II-II线截取的截面图；图3是示出了装备框架的膜电极组件的第一板提供步骤，第二板提供步骤，以及层压步骤的示意图；图4A示出了裁剪步骤的示意图；图4B示出了MEA连接步骤的示意图；以及图4C示出了所得的装备框架的膜电极组件的立体图。具体实施方式如图1和2所示，根据本专利技术的发电电池(燃料电池)12包括装备框架的膜电极组件10(以下称为“装备框架的MEA10”)，以及分别设置在所述装备框架的MEA10的两侧的第一隔板14和第二隔板16。例如，发电电池12是横向伸长(或纵向伸长)的长方形固体聚合物电解质燃料电池。多个发电电池1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装备框架的膜电极组件(10)，其包括：膜电极组件(10a)，所述膜电极组件(10a)包括电解质膜(18)，设置在所述电解质膜(18)的一个表面上的第一电极(20)，以及设置在所述电解质膜(18)的另一表面上的第二电极(22)，所述第二电极(22)的表面尺寸小于所述第一电极(20)的表面尺寸，以及设置在所述膜电极组件(10a)的外周部的整个周长上的框架构件(24)；其中所述框架构件(24)包括第一框形板(24a)和第二框形板(24b)，所述第一框形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a)的外周部连接，并且所述第一框形板(24a)在厚度方向上与所述第二框形板(24b)连接在一起；所述第一框形板(24a)的内周部设置在所述第一电极(20)的外周部和所述第二电极(22)的外周部之间；在第二框形板(24b)的内端和所述第二电极(22)的外端之间形成间隙；以及通过粘合剂层(24c)，所述第一框形板(24a)和所述第二框形板(24b)在整个周长上直接连接在一起。

【技术特征摘要】
2018.03.02 US 15/910,7521.一种装备框架的膜电极组件(10)，其包括：膜电极组件(10a)，所述膜电极组件(10a)包括电解质膜(18)，设置在所述电解质膜(18)的一个表面上的第一电极(20)，以及设置在所述电解质膜(18)的另一表面上的第二电极(22)，所述第二电极(22)的表面尺寸小于所述第一电极(20)的表面尺寸，以及设置在所述膜电极组件(10a)的外周部的整个周长上的框架构件(24)；其中所述框架构件(24)包括第一框形板(24a)和第二框形板(24b)，所述第一框形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a)的外周部连接，并且所述第一框形板(24a)在厚度方向上与所述第二框形板(24b)连接在一起；所述第一框形板(24a)的内周部设置在所述第一电极(20)的外周部和所述第二电极(22)的外周部之间；在第二框形板(24b)的内端和所述第二电极(22)的外端之间形成间隙；以及通过粘合剂层(24c)，所述第一框形板(24a)和所述第二框形板(24b)在整个周长上直接连接在一起。2.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第一框形板(24a)的内周部包括在所述膜电极组件(10a)的厚度方向上观察时与所述第一电极(20)的外周部重叠的重叠部(24ak)。3.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述粘合剂层(24c)设置在所述第一框形板(24a)的与所述第二框形板(24b)相邻的整个表面上；并且所述第一框形板(24a)的内周部和所述电解质膜(18)的外周部通过所述粘合剂层(24c)连接在一起。4.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二框形板(24b)的内周部包括在所述膜电极组件(10a)的厚度方向上观察时与所述第一电极(20)的外周部重叠的重叠部(24bk)。5.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二框形板(24b)的与所述第一框形板(24a)相邻的整个表面通过所述粘合剂层(24c)而与所述第一框形板(24a)直接在整个周长上连接。6.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第一框形板的厚度和所述第二框形板的厚度是相同的。7.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二框形板的厚度大于所述第一框形板的厚度。8.一种燃料电池，包括：装备框架的膜电极组件(10)；以及隔板(14,16)，其分别堆叠在所述装备框架的膜电极组件(10)的两侧，所述装备框架的膜电极组件(10)包括：膜电极组件(10a)，所述膜电极组件(10a)包括电解质膜(18)，设置在所述电解质膜(18)的一个表面上的第一电极(20)，以及设置在所述电解质膜(18)的另一表面上的第二电极(22)，所述第二电极(22)的表面尺寸小于所述第一电极(20)的表面尺寸，以及设置在所述膜电极组件(10a)的外周部的整个周长上的框架构件(24)；其中所述框架构件(24)包括第一框形板(24a)和第二框形板(24b)，所述第一框形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a)的外周部连接，并且所述第一框形板(24a)在厚度方向上与所述第二框形板(24b)连接在一起；所述第一框形板(24a)的内周部设置在所述第一电极(20)的外周部和所述第二电极(22)的外周部之间；在第二框形板(24b)的内端和所述第二电极(22)的外端之间形成间隙；以及通过粘合剂层(24c)，所述第一框形板(24a)和所述第二框形板(24b)在整个周长上直接连接在一起。9.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：江波户穰，田中广行，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP