一种燃料电池膜电极制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层（２）、阴极催化层（３）和两者之间的质子交换膜（１），以及在阳极催化层（２）和阴极催化层（３）外侧的阳极气体扩散层（４）、阴极气体扩散层（５），所述的阳极气体扩散层（４）平面尺寸小于阴极气体扩散层（５），阳极气体扩散层（４）的外周缘设有密封圈（７），所述密封圈（７）由膜电极阳极气体扩散层外（４）的流场板（６）和阴极气体扩散层（５）支撑夹持。这种膜电极结构相对于传统的膜电极结构可以简化制作和密封工作，并且能保证密封效果。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极
本专利技术涉及一种燃料电池膜电极。
技术介绍
燃料电池是一个能将化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池除了在发电时无污染、噪音低外，还具有无腐蚀，启动快，制备容易，功率密度大，发电效率高，使用寿命长等许多优点，因此，在交通工具、发电设备、军事、航天等领域内均有着广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池由多个单电池组成，单电池是由两块气体流场板和一片膜电极组成，膜电极被夹在两块气体流场板的中间。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使他们不会相互混合而产生爆炸式反应。在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：阳极反应：H2＝2H++2e-阴极反应：O2+4H++4e-＝2H2O在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极有三层结构、五层结构和七层结构之分。三层结构是在膜上直接制作催化层，膜电极由阳极催化层、膜和阴极催化层构成；五层结构是在三层结构的基础上在阳极催化层和阴极催化层之外分别增加气体扩散层，七层结构则是在气体扩散层周围再增加密封圈。在上述结构中，阳极和阴极在尺寸上完全一致。为了使质子交换膜燃料电池处于高性能的工作状态，必须始终将膜两侧气体完全隔离，因此，密封是必须的。然而密封也是燃料电池中的难点和关键技术。为了达到密封效果，需要考虑以下几点：第一，阳极和阴极侧的密封圈形状和尺寸要一致，否则由于密封圈的错位，会失去密封效果，还会导致夹在密封圈中间的膜或其他材料变形或损坏；-->第二，密封圈经过流道的地方，必须在流道上设置硬质垫片，以避免密封圈受挤压进入流道，从而堵塞流道，影响水、气的流动。为满足上述要求，必须对密封圈进行精密制作和安装，从而耗费大量时间。
技术实现思路
本专利技术提供一种燃料电池膜电极，它可以简化密封结构，方便安装，并且能保证密封效果。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层、阴极催化层和两者之间的质子交换膜，以及在阳极催化层和阴极催化层外侧的阳极气体扩散层、阴极气体扩散层，所述的阳极气体扩散层平面尺寸小于阴极气体扩散层，阳极气体扩散层的外周缘设有密封圈，所述密封圈由膜电极阳极气体扩散层外的流场板和阴极气体扩散层支撑夹持。本专利技术中，优选方案是阳极气体扩散层平面尺寸相对阴极气体扩散层在外周上都小0.1-5mm，更优选方案是阳极气体扩散层平面尺寸相对阴极气体扩散层在外周上都小0.5-2mm。膜电极可以是圆形，也可以是方形。由于采用了如上技术方案，阳极气体扩散层外周缘的密封圈通过质子交换膜相隔与阴极气体扩散层相接触，阴极气体扩散层起到对密封圈提供平面支撑的作用，阴极侧则不需要放置针对膜电极的密封圈。这样一方面使阳极侧对阳极气体的密封有充足的空间；另一方面，阳极侧密封圈受到阴极气体扩散层和阳极气体扩散层外的流场板的平面支撑，密封圈不会发生移动，从而能充分保证密封效果。本专利技术简化了密封结构，安装方便，无须耗费大量的安装时间。附图说明图1是传统膜电极结构示意图。图2是本专利技术膜电极结构示意图。下面结合附图及具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。具体实施方式图1中，质子交换膜1被阳极催化层2和阴极催化层3夹在中间，阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5分别置于阳极催化层2和阴极催化层3之外，阳极催化层2和阴极催化层3以及气体扩散层在尺寸上是完全一致的。两块流场板6分别置于阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5之外，提供阳极和阴极反应气体流道以及收集电流。在阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5的外周缘分别放置有密封圈7，阳极侧和阴极侧的密封圈7被质子交换膜1隔开。密封圈7依靠流场板6作为支撑。由于质子交换膜1很薄，很容易因为两侧密封-->圈7的错位而导致变形或撕裂。为此，必须对密封圈7进行精确定位。图2中，质子交换膜1被阳极催化层2和阴极催化层3夹在中间，阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5分别置于阳极催化层2和阴极催化层3之外，阳极气体扩散层4在尺寸上较阴极气体扩散层5为小，仅在阳极气体扩散层外周缘放置针对膜电极进行密封的密封圈7。密封圈7一侧以阳极气体扩散层外的流场板6为支撑，另一侧则是隔着质子交换膜1以阴极气体扩散层5和阴极流场板6为支撑，这样密封圈7不会发生错位，质子交换膜1也不会变形或撕裂。这种膜电极结构相对于传统的膜电极结构可以简化制作和密封工作。本专利技术中，优选方案是阳极气体扩散层4平面尺寸相对阴极气体扩散层5在外周上都小0.1-5mm，更优选方案是阳极气体扩散层4平面尺寸相对阴极气体扩散层5在外周上都小0.5-2mm。膜电极可以是圆形，也可以是方形。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层（２）、阴极催化层（３）和两者之间的质子交换膜（１），以及在阳极催化层（２）和阴极催化层（３）外侧的阳极气体扩散层（４）、阴极气体扩散层（５），其特征在于所述的阳极气体扩散层（４）平面尺寸小于阴极气体扩散层（５），阳极气体扩散层（４）的外周缘设有密封圈（７），所述密封圈（７）由膜电极阳极气体扩散层（４）外的流场板（６）和阴极气体扩散层（５）支撑夹持。

【技术特征摘要】
1、一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层(2)、阴极催化层(3)和两者之间的质子交换膜(1)，以及在阳极催化层(2)和阴极催化层(3)外侧的阳极气体扩散层(4)、阴极气体扩散层(5)，其特征在于所述的阳极气体扩散层(4)平面尺寸小于阴极气体扩散层(5)，阳极气体扩散层(4)的外周缘设有密封圈(7)，所述密封圈(7)由膜电极阳极气体扩散层(4)外的流场板(6)和阴极气体扩散层...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳江宁，邢志勇，
申请(专利权)人：春兰集团公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]