膜电极及其制备方法和应用技术

本申请提供的膜电极，具有依次密封住第一密封层、质子膜层和第一气体扩散层的端面的第一密封屏障，并配合依次密封住所述第二密封层、所述质子膜层和所述第二气体扩散层的端面的第二密封屏障，在第一密封屏障和第二密封屏障的相互配合下，能够有效提供高结合力，能够进一步保障膜电极的气密性，以提高膜电极的耐久性。进一步地，本申请提供的膜电极，将密封层设置于气体扩散层的端面，能够在固定气体扩散层的同时，减少密封层与气体扩散层的接触面积，进而保证膜电极的活性面积，以进一步提高电堆的体积功率密度。电堆的体积功率密度。电堆的体积功率密度。

【技术实现步骤摘要】
膜电极及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及燃料电池
，具体涉及一种膜电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种利用氢气和氧气发生电化学反应，将化学能转化成电能的装置。PEMFC具有工作温度低、启动速度快等优点，在新型能源汽车中具有十分广泛的应用前景。
[0003]PEMFC的核心部件主要包括膜电极和双极板，膜电极是由质子交换膜、催化层、边框和气体扩散层等组件构成。膜电极边框为密封膜电极的一个聚合物框架，主要有为膜电极提供机械支撑、在阳极和阴极空间将燃料与空气分开、提供电绝缘以及为单元电池的密封提供一个密封表面的作用。目前，膜电极密封结构主要有双边框密封结构以及单边框密封结构。膜电极双边框密封结构中，边框分为阴、阳两层，将质子交换膜或CCM密封在阴、阳两层边框中，边框胶层覆盖所有边框区域，具有边框胶层的使用量大、成本浪费的缺点。膜电极单边框密封结构中，质子交换膜或CCM被单侧固定在边框上，且质子交换膜或CCM两侧密封应力不对称，造成膜电极边框密封耐久性降低。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供一种膜电极及其制备方法和应用。本申请提供的膜电极能够减少膜电极密封材料的使用，且具有优异的密封耐久性。
[0005]本申请的第一方面，提供一种膜电极，包括质子膜层、第一气体扩散层、第二气体扩散层、第一密封层、第二密封层、第一边框以及第二边框：
[0006]质子膜层包括相对设置的第一表面和第二表面；
[0007]所述第一气体扩散层设置于所述第一表面，所述第二气体扩散层设置于所述第二表面；
[0008]第一密封层设置于所述第一表面，并与所述第一气体扩散层相连接；且所述第一密封层向远离所述第一气体扩散层的方向延伸出所述第一表面；其中所述第一密封层的厚度≥10μm，所述第一密封层与所述第一表面的重合长度≥2mm；
[0009]第一边框设置于所述第一密封层背离所述第一表面的一侧以用于为所述第一密封层提供支撑；
[0010]第二密封层包括第一密封部、第二密封部和中间部，所述第一密封部嵌入所述第一密封层远离所述第一气体扩散层的一端；所述第二密封部设置于所述第二表面，且所述第二密封部与所述第二气体扩散层相连接；所述第二密封部远离所述第二气体扩散层的一端向靠近所述第一密封部的方向倾斜延伸形成中间部；其中所述第二密封层的厚度≥10μm，所述第二密封层与所述第二表面的重合长度≥3mm；
[0011]第二边框，设置于所述第二密封层背离所述第二表面的一侧，用于为所述第二密封层提供支撑；所述第二边框的形状与所述第二密封层的形状相适配。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一边框靠近所述第一气体扩散层的端面与所述第一气体扩散层之间留有间隙，所述间隙通过所述第一密封层填充；
[0013]和/或，所述第二边框包括第一支撑部、第二支撑部和中间支撑部，所述第一支撑部设置于所述第一密封部背离所述第一密封层的一侧，所述第二支撑部设置于所述第二密封部背离所述第二表面的一侧，所述第二支撑部靠近所述第二气体扩散层的端面与所述第二气体扩散层之间留有间隙，所述间隙通过所述第二密封部填充；所述第二支撑部远离所述第二气体扩散层的一端向靠近所述第一支撑部的方向倾斜延伸形成中间支撑部，所述中间支撑部设置于所述中间部背离所述质子膜层的一侧。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一密封层通过第一热熔胶固化形成，所述第一热熔胶的玻璃化转变温度80℃～100℃；
[0015]和/或，所述第二密封层通过第二热熔胶固化形成；所述第二热熔胶的玻璃化转变温度80℃～100℃。
[0016]在其中一个实施例中，所述膜电极具有如下特征中的一个或多个：
[0017](1)形成所述第一密封层的所述第一热熔胶的材料为亲质子膜层聚合物；
[0018](2)形成所述第二密封层的所述第二热熔胶的材料为亲第一边框聚合物和/或亲第二边框聚合物；
[0019](3)所述第一密封层的厚度为10μm～50μm；
[0020](4)所述第二密封层的厚度为10μm～50μm。
[0021]在其中一个实施例中，所述第一密封层和所述第一表面的重合长度为2mm～4mm，所述第一密封层与所述第一表面的剥离强度≥5N/cm；
[0022]所述第二密封层和所述第二表面的重合长度为3mm～6mm，所述第二密封层与所述第二表面的剥离强度≥5N/cm；
[0023]所述第一密封部嵌入所述第一密封层的长度为1mm～1.6mm，所述第一密封部与所述第一密封层的剥离强度≥7N/cm。
[0024]在其中一个实施例中，所述第一边框靠近所述第一气体扩散层的端面与所述第一气体扩散层之间的间隙长度为0.3mm～0.5mm；所述第二支撑部靠近所述第二气体扩散层的端面与所述第二气体扩散层之间的间隙长度为0.3mm～0.5mm；所述第一密封部溢出所述第一支撑部远离所述质子膜层的一端，所述第一密封部的溢出长度为0.3mm～0.5mm。
[0025]在其中一个实施例中，所述质子膜层包括质子交换膜和分别设置于所述质子交换膜相对的两个表面上的催化层，所述催化层的外围尺寸比所述质子交换膜的外围尺寸小0mm～2.7mm。
[0026]在其中一个实施例中，所述膜电极具有如下特征中的一种或多种：
[0027](1)所述质子膜层的厚度为20μm～50μm；
[0028](2)所述第一气体扩散层和/或所述第二气体扩散层的厚度为150μm～300μm；
[0029](3)所述第一边框和/或所述第二边框的厚度为12.5μm～200μm；
[0030](4)所述第一边框和/或所述第二边框的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚和聚醚醚酮中的一种或多种。
[0031]在其中一个实施例中，所述膜电极还包括第一电堆密封条和第二电堆密封条，所述第一电堆密封条和所述第二电堆密封条分别设置于所述第一边框相对的两个表面上，且
设置于所述第一边框远离所述第一气体扩散层的一端。
[0032]在其中一个实施例中，所述第一电堆密封条和所述第二电堆密封条的材料分别独立地选自硅橡胶、三元乙丙橡胶、聚烯烃橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶和聚醚醚酮橡胶中的一种或多种。
[0033]本申请的第二方面，提供一种本申请第一方面任一项实施例所述的膜电极的制备方法，包括以下步骤：
[0034]将所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层分别放置在所述质子膜层相对的两个表面上；
[0035]放置并热压涂敷有第一热熔胶的所述第一边框和涂敷有第二热熔胶的第二边框，使所述第一热熔胶和/或所述第二热熔胶固化形成所述第一密封层和所述第二密封层，制备所述膜电极。
[0036]在其中一个实施例中，所述热压的工艺参数包括：热压压力为1kg/cm2～20kg/cm2，热压温度为80℃～150℃。
[0037]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜电极，其特征在于，包括质子膜层、第一气体扩散层、第二气体扩散层、第一密封层、第二密封层、第一边框以及第二边框；质子膜层包括相对设置的第一表面和第二表面；所述第一气体扩散层设置于所述第一表面，所述第二气体扩散层设置于所述第二表面；第一密封层设置于所述第一表面，并与所述第一气体扩散层相连接；且所述第一密封层向远离所述第一气体扩散层的方向延伸出所述第一表面；其中所述第一密封层的厚度≥10μm，所述第一密封层与所述第一表面的重合长度≥2mm；第一边框设置于所述第一密封层背离所述第一表面的一侧以用于为所述第一密封层提供支撑；第二密封层包括第一密封部、第二密封部和中间部，所述第一密封部嵌入所述第一密封层远离所述第一气体扩散层的一端；所述第二密封部设置于所述第二表面，且所述第二密封部与所述第二气体扩散层相连接；所述第二密封部远离所述第二气体扩散层的一端向靠近所述第一密封部的方向倾斜延伸形成中间部；其中所述第二密封层的厚度≥10μm，所述第二密封层与所述第二表面的重合长度≥3mm；第二边框，设置于所述第二密封层背离所述第二表面的一侧，用于为所述第二密封层提供支撑；所述第二边框的形状与所述第二密封层的形状相适配。2.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述第一边框靠近所述第一气体扩散层的端面与所述第一气体扩散层之间留有间隙，所述间隙通过所述第一密封层填充；和/或，所述第二边框包括第一支撑部、第二支撑部和中间支撑部，所述第一支撑部设置于所述第一密封部背离所述第一密封层的一侧，所述第二支撑部设置于所述第二密封部背离所述第二表面的一侧，所述第二支撑部靠近所述第二气体扩散层的端面与所述第二气体扩散层之间留有间隙，所述间隙通过所述第二密封部填充；所述第二支撑部远离所述第二气体扩散层的一端向靠近所述第一支撑部的方向倾斜延伸形成中间支撑部，所述中间支撑部设置于所述中间部背离所述质子膜层的一侧。3.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述第一密封层通过第一热熔胶固化形成，所述第一热熔胶的玻璃化转变温度80℃～100℃；和/或，所述第二密封层通过第二热熔胶固化形成；所述第二热熔胶的玻璃化转变温度80℃～100℃。4.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述膜电极具有如下特征中的一个或多个：(1)形成所述第一密封层的所述第一热熔胶的材料为亲质子膜层聚合物；(2)形成所述第二密封层的所述第二热熔胶的材料为亲第一边框聚合物和/或亲第二边框聚合物；(3)所述第一密封层的厚度为10μm～50μm；(4)所述第二密封层的厚度为10μm～50μm。5.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述第一密封层和所述第一表面的重合长度为2mm～4mm，所述第一密封层...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雅男，于力娜，高梦阳，唐柳，张中天，刘晓雪，王晶晶，赵拓，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：