组合子密封垫和膜支撑件制造技术

本发明专利技术涉及组合子密封垫和膜支撑件。提供用于燃料电池的组合子密封垫和膜支撑件。组合子密封垫和膜支撑件包括环绕多孔膜支撑区域的基本不透流体进料区域。所述膜支撑区域与进料区域整体地形成。所述进料区域和所述膜支撑区域中的至少一个通过辐射固化结构至少部分地形成。还提供用于制造燃料电池的子密封垫和膜支撑件的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池，且更具体地涉及通过光敏聚合制造的燃料电池子密封垫 (subgasket)0
技术介绍
燃料电池已经作为一种用于电动车辆和各种其它应用的清洁、高效和环保的动力 源提出。分立燃料电池可以串联地堆叠在一起以形成燃料电池堆。燃料电池堆能够供应足 以给车辆提供动力的电量。具体地，燃料电池堆已经被认为是在现代机动车中使用的常规 内燃机的可能替代。一种燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部 件电解质膜；和一对电极，所述电极包括阴极和阳极。电解质膜夹在所述电极之间以形成 膜电极组件(MEA)。MEA通常设置在多孔扩散介质(DM)(如，碳纤维纸)之间，所述DM利于 反应物的输送，例如将氢气输送到阳极和将氧气(通常来自于空气)输送到阴极。在电化 学燃料电池反应中，氢气在阳极催化氧化，以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴 极。来自于阳极的电子不能穿过电解质膜，且相反作为电流被引导通过电负载(例如，电动 马达)到达阴极。质子与阴极中的氧和电子反应，产生水。电解质膜通常由离聚物层形成。典型的离聚物是全氟磺酸(PFSA)聚合物，例如， 可从E. I.du Pont de Nemours and Company商业获得的Nafion 。燃料电池的电极通常 由细分的催化剂形成。催化剂可为催化支持用于燃料电池电化学反应的氢的氧化和氧的还 原中的至少一种的任何电催化剂。催化剂通常是贵金属，例如钼或其它钼族金属。催化剂 通常设置在碳载体(例如碳黑颗粒)上且散置在离聚物中。电解质膜、电极和DM设置在一对燃料电池板之间且例如用密封垫进行密封，密封 垫提供基本不透流体的密封。电解质膜也通常联接有屏障膜或子密封垫，以提供内部增强 和将供应给燃料电池堆的氢气和空气分离。子密封垫通常叠置电解质膜的边缘且以二次操 作形成，通过将一片聚合物片材切削且用压缩和粘结剂中的至少一个将所述片材与电解质 膜结合。典型的子密封垫和用于将子密封垫联接到电解质膜的装置在受让者的同在审查中 的美国申请序列No. 11/972,211中描述，所述申请的全部内容通过参考引入本文。然而，已 知的是，难以确保形成子密封垫的聚合物片材与电解质膜的适当对齐。在形成子密封垫期 间形成的过多聚合物片材也不能再次使用，从而导致材料的不希望浪费。子密封垫叠置在 电解质膜边缘处还可以在燃料电池堆内产生不希望的应力上升(stress riser)。持续需要一种最小化制造浪费、成本有效且利于电解质膜与子密封垫在燃料电池 内对齐的子密封垫和制造子密封垫的方法。期望所述子密封垫是机械稳定的且防止在子密 封垫和电解质膜之间的接合部处形成燃料电池内的应力上升。
技术实现思路
根据本专利技术，令人惊奇地发现一种最小化制造浪费、成本有效、利于电解质膜与子密封垫对齐在燃料电池内、是机械稳定的且防止在子密封垫和电解质膜之间的接合部处形 成燃料电池内的应力上升的膜电极组件和制造膜电极组件的方法。在第一实施例中，一种用于燃料电池的膜电极组件，包括环绕多孔膜支撑区域的 基本不透流体进料区域。所述进料区域和所述膜支撑区域中的至少一个通过辐射固化结构 至少部分地形成。在另一个实施例中，一种燃料电池包括膜电极组件。膜支撑区域用离聚物浸透 (imbibe)以形成电解质膜。一对电极设置在电解质膜的相对侧上。所述燃料电池包括一对 气体扩散介质。每个气体扩散介质设置在一个电极上。子密封垫、电解质膜、电极和气体扩 散介质设置在一对导电燃料电池板之间。在又一实施例中，一种制造用于燃料电池的膜电极组件的方法，包括步骤提供一 定体积的辐射敏感材料和至少一个辐射源；将第一掩模放置在所述至少一个辐射源和所述 辐射敏感材料之间，所述第一掩模具有至少一个孔；使得所述辐射敏感材料暴露于多个辐 射束以形成具有多孔辐射固化结构的膜支撑区域和环绕所述膜支撑区域的进料区域；和将 所述辐射敏感材料的未固化体积从膜电极组件去除。附图说明本专利技术的上述以及其它优势对本领域技术人员来说从将从以下详细说明尤其是 结合本文所述的附图显而易见。图1示出了根据本专利技术的带有组合子密封垫和膜支撑件的PEM燃料电池堆的示意 性分解透视图，示出了仅两个电池；图2是图1所示的组合子密封垫和膜支撑件的示意性透视图，示出了设置在其上 的部分电极；图3是图1和2所示的膜支撑件的放大局部图，示出了总体上由图2中的截面线3-3所示的具有用离聚物浸透的多孔结构的膜支撑件；和图4是图1和2所示的子密封垫的放大局部图，示出了总体上由图2中的截面线4-4所示的具有多个内部肋部的进料区域；和图5示出了本专利技术的另一实施例的子密封垫。具体实施例方式以下详细说明和附图描述并图示本专利技术的各个实施例。所述说明和附图用于使得 本领域技术人员能够制造和使用本专利技术，且不意在以任何方式限制本专利技术的范围。关于所 公开的方法，所示步骤仅仅本质上是示例性的，因而不是必要或关键的。图1示出了根据本专利技术的PEM燃料电池堆2。为了简单起见，在图1中仅仅图示和 描述了两电池的堆(即，一个双极板)，应当理解的是，典型燃料电池堆将具有许多更多的 这种燃料电池和双极板。燃料电池堆2包括具有组合子密封垫和膜支撑件的至少一个MEA3。所述至少一个MEA3从由被子密封垫6支撑的电解质膜4形成。电解质膜4均夹在一对电极7之间。虽 然为了简单起见示出了催化剂涂层膜(CCM)设计的MEA3，但是应当理解的是，燃料电池堆2 可根据期望采用催化剂涂层扩散介质(CCDM)设计。导电双极板8将MEA3分离。电解质膜4、电极7和双极板8在一对夹板10和一对 单极端板14之间堆叠在一起。夹板10从端板14例如通过密封垫或介电涂层(未示出) 电绝缘。单极端板14和双极板8包括用于分配反应物(例如氢气和氧气/空气)给电极 7的活性区域16。双极板8和单极端板14还可包括配置成分配反应物给电极7的多个流 动通道(未示出)。燃料电池堆2可包括不导电密封垫18以在燃料电池堆2的部件之间提供密封和 电绝缘。然而，如果子密封垫6充分密封和电绝缘燃料电池堆2，应当理解如果期望可不采 用密封垫18。多孔气体扩散介质20(例如，碳或石墨扩散纸)邻接在电解质膜4周围设置 的电极7。气体扩散介质20设置在电解质膜4和双极板8之间，以及在电解质膜4和单极 端板14之间。子密封垫6、双极板8、单极端板14和密封垫18均包括阴极供应孔22和阴极排出 孔24、冷却剂供应孔25和冷却剂排出孔27、以及阳极供应孔26和阳极排出孔28。燃料电 池堆2的供应歧管和排出歧管通过将子密封垫6、双极板8、单极端板14和密封垫18中的 相应孔22、24、25、26、27、28对齐而形成。氢气经由阳极入口管道30供应给阳极供应歧管。 氧气/空气经由阴极入口管道32供应给燃料电池堆2的阴极供应歧管。阳极出口管道34 和阴极出口管道36也分别设置用于阳极排出歧管和阴极排出歧管。冷却剂入口管道38设 置用于供应液体冷却剂给冷却剂供应歧管。冷却剂出口管道40设置用于从冷却剂排出歧 管去除冷却剂。应当理解的是，图1中各个入口 30、32、38和出口 34、36、40的配置是用于 图示目的，且可以根据期望选择其它配置。图2示出了具有根据本专利技术的密封垫6的MEA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的膜电极组件，包括：环绕多孔膜支撑区域的基本不透流体进料区域，所述进料区域和所述膜支撑区域中的至少一个通过辐射固化结构至少部分地形成。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：GW弗利，YH赖，JA罗克，KE纽曼，P刘，AJ雅各布森，WB卡特，PD布鲁尔，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]