BRPI0706617A2 - método para formar uma célula de combustìvel, sistema para formar uma célula de combustìvel, e, conjunto de eletrodo de membrana - Google Patents

Abstract

METODO PARA FORMAR UMA CéLULA DE COMBUSTìVEL, SISTEMA PARA FORMAR UMA CéLULA DE COMBUSTìVEL, E, CONJUNTO DE ELETRODO DE MEMBRANA. Uma célula de combustível, tendo agente de vedação melhorado contra vazamento, inclui um agente de vedação disposto sobre as porções periféricas de um conjunto de eletrodo de membrana de modo que o agente de vedação curado penetra uma camada de difusão de gás do conjunto de eletrodo da membrana. O agente de vedação é aplicado através das técnicas de moldagem por injeção de líquido para formar uma composição de agente de vedação curado nas porções periféricas do conjunto de eletrodo de membrana. O agente de vedação pode ser termicamente curado em temperaturas baixas, por exemplo, 130<198>C ou menos, ou pode ser curado em temperatura ambiente através da aplicação de radiação actínica.

Description

"MÉTODO PARA FORMAR UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL,SISTEMA PARA FORMAR UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL, E,CONJUNTO DE ELETRODO DE MEMBRANA"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um método e a umacomposição para a ligação e a vedação de componentes de uma célulaeletroquímica, tal que uma célula de combustível, e uma célula eletroquímicaformada a partir dos mesmos. De modo mais particular, a presente invençãorefere-se a uma composição, a um método e a um projeto para a produção deum conjunto de eletrodo de membrana de célula de combustível, que utilizaum agente de vedação líquido.

BREVE DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA RELACIONADA

Embora existam vários tipos conhecidos de célulaseletroquímicas, um tipo comum é uma célula de combustível, tal que umacélula de combustível de membrana de troca de próton ("PEM"). A célulacombustível PEM contém um conjunto de eletrodo de membrana ("MEA")provido entre duas placas de campo ou placas bipolares. As gaxetas sãousadas entre as placas bipolares e o MEA, de modo a prover vedações nosmesmos. Em adição, como uma célula de combustível PEM individual provê,de modo típico, voltagem ou potência relativamente baixa, células decombustível PEM múltiplas são empilhadas, de modo a aumentar a saídaelétrica total do conjunto de célula de combustível resultante. E tambémrequerida a vedação entre as células de combustível PEM individuais. Alémdisso, placas de resfriamento são também providas, de um modo típico, paracontrolar a temperatura no interior da célula de combustível. Tais placas sãotambém vedadas, de modo a prover o vazamento interior da célula decombustível. Após a montagem, a pilha de célula de combustível é presa, demodo a fixar o conjunto.

Conforme descrito na Patente US N0 6. 057. 054, foi propostoque borrachas de silicone líquidas fossem moldadas sobre conjuntos deeletrodo de membrana. Tais composições de silicone, no entanto, sãodegradadas antes que período de vida útil operacional da célula decombustível seja alcançado. Além disso, tais borrachas de silicone liberammateriais que contaminam a célula de combustível, afetando, de modoadverso, o desempenho da célula de combustível. A moldagem da borracha desilicone líquida sobre as placas do separador é também descrita na Patente USN0 5. 264. 299. De modo a aumentar o período de vida útil operacional,elastômeros mais duráveis, tais que os fluoroelastômeros, conforme descritona Patente US N0 6. 165. 634, e hidrocarbonetos de poliolefina, tal comodescrito na Patente US 6.159.628, foram propostos para ligar a superfície doscomponentes da célula de combustível. Estas composições, no entanto, nãoimpregnam as estruturas porosas, tais que a camada de difusão de gás. Àsviscosidades destas composições de fluoroelastômeros e termoplásticas sãotambém elevadas para a moldagem por injeção, sem que ocorra dano aosubstrato ou a impregnação da estrutura porosa.

A Publicação do Pedido de Patente US N0 2005/ 0263246 Aldescreve um método para a produção de uma vedação extrema sobre umconjunto de eletrodo de membrana, que impregna a camada de difusão de gás,usando um filme termoplástico tendo um ponto de fusão ou uma temperaturade transição vítrea de cerca de IOO0C. Um tal método é problemático, devidoao fato de que a temperatura máxima de uma membrana de troca de prótonpode ser exposta irá limitar a temperatura de processamento da fusão. Avedação irá então limitar a temperatura operacional superior da célula decombustível. Por exemplo, as membranas de troca de próton podem, de ummodo típico, apenas ser expostas a uma temperatura máxima de 130°C, aomesmo tempo em que operam a uma temperatura de pelo menos 90°C. Destemodo, as temperaturas operacionais normais e máximas das células decombustível estarão limitadas pelos métodos de ligação desta exposição.A Patente US N0 6. 884. 537 descreveu o uso de gaxetas deborracha com contas de vedação para a vedação de componentes de célula decombustível. As gaxetas são presas aos componentes da célula de combustívelatravés do uso de camadas de adesivo, de modo a evitar o movimento ou odeslizamento das gaxetas. De um modo similar, as Publicações de PatenteInternacionais N°s WO 2004/ 061338 e WO 2004/ 079839 A2 descrevem ouso de gaxetas de peça única e de várias peças para a vedação decomponentes de célula de combustível. As gaxetas são fixadas aoscomponentes da célula de combustível através do uso de um adesivo. Acolocação dos adesivos e das gaxetas não é apenas demorada, mas tambémrevela-se problemática pelo fato de que o desalinhamento pode causar ovazamento e a perda de desempenho da célula de combustível.

A Patente US N0 6.875.534 descreve uma composição curadano local para a vedação de uma periferia de uma placa de separador de célulade combustível. A composição curada no local inclui um polímero depoliisobutileno tendo um radical alila terminal em cada extremidade, umorganopolissiloxano, um organoidrogenopolissiloxanto tendo pelo menos doisátomos de hidrogênio, cada qual ligado a um átomo de silício e um catalisadorde platina. A Patente US N0 6.451.468 descreve uma composição formada nolocal para a vedação de um separador, um eletrodo ou uma membrana detroca iônica de uma célula de combustível. A composição formada no localinclui um perfluoropoliéter de poliisobutileno linear, tendo um grupoalquenila terminal em cada extremidade, um reticulador ou um agente deendurecimento tendo pelo menos dois átomos de hidrogênio, cada qual ligadoa um átomo de silício, e um catalisador de hidrossililação. A densidadereticulada e as propriedades resultantes destas composições são limitadasatravés do uso de oligômeros de poliisobutileno linear tendo umafuncionalidade alila ou alquenila, de dois. A funcionalidade destascomposições é modificada pela variação da funcionalidade hidrossilila, quelimita as propriedades das composições resultantes.

A publicação de patente internacional N0 WO 2004/ 047212A2 descreve o uso de uma gaxeta de borracha de espuma, um agente devedação de silicone líquido, ou um fluoroplástico sólido, para vedar a camadade transporte de fluido ou uma camada de difusão de gás de uma célula decombustível. O uso de gaxetas sólidas, isto é, de espuma de borracha e/ ou fitaou filme fluoroplástico sólido, torna a colocação destes materiais e osubseqüente alinhamento dos componentes da célula de combustível e dasgaxetas demorado e problemático.

A Publicação de Pedido de Patente U. S de N0 2003/ 0054225descreve o uso de um equipamento rotativo, tal que tambores ou rolos, para aaplicação do material do eletrodo aos eletrodos da célula de combustível.Embora esta publicação descreva um processo automatizado para a formaçãode eletrodos de célula de combustível, a publicação falha em tratar dequestões relativas à vedação das células de combustível formadas.

A despeito do estado da arte, permanece uma necessidadequanto a uma composição de vedação, adequada para o uso com componentesde célula eletroquímica, de modo desejável aplicados através de moldagempor injeção de líquido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um arranjo de célula única, as placas de campo de fluxo defluido são providas sobre cada um dos lados do anodo e do catodo. As placasatuam como coletores de corrente, proporcionam suportes para os eletrodos,fornecem canais de acesso para o combustível e o oxidante para as respectivassuperfícies do anodo e do catodo, e fornecem canais em alguns dos projetosde célula de combustível para a remoção da água formada durante a operaçãoda célula. Em múltiplos arranjos de célula, os componentes são empilhados,de modo a prover um conjunto de célula de combustível tendo um múltiplo decélulas de combustível individuais. Duas ou mais células de combustívelpodem ser conectadas de um modo conjunto, de um modo geral em série,mas, algumas vezes, em paralelo, de modo a aumentar a saída de potênciatotal do conjunto. Em arranjos em série, um lado de uma determinada placaserve como uma placa de anodo para uma célula e o outro lado da placa podeservir como uma placa de catodo para a célula adjacente. Um tal arranjo decélula de combustível múltiplo conectado em série é referido como a umapilha de célula de combustível, e é, de um modo usual, mantido em conjunto,em seu estado reunido, através de hastes de amarrar e de placas terminais. Apilha inclui, de um modo típico, coletores de orifícios de admissão para dirigiro combustível e o oxidante aos canais de campo de fluco do anodo e docatodo.

O elemento central da célula de combustível é o conjunto deeletrodo da membrana (MEA), que inclui dois eletrodos (anodo, catodo)dispostos entre as camadas de difusão de gás (GDL's) e um eletrólito depolímero condutor de íon. Cada camada de eletrodo inclui catalisadoreseletroquímicos, tais que platina, paládio, rutênio, e/ ou níquel. As GDL's sãocolocados sobre o topo dos eletrodos, de modo a facilitar o transporte de gásao interior de e a partir dos materiais do eletrodo e de modo a conduzir acorrente elétrica. Quando supridos com combustível (hidrogênio) e oxidanteoxigênio), duas reações eletroquímicas de meia- célula ocorrem. Ohidrogênio alimentado ao anodo é oxidado de modo a produzir prótons eelétrons, na presença de um catalisador. Os prótons resultantes sãotransportados em um ambiente aquoso, através do eletrólito, para o catodo. Aenergia elétrica útil é aproveitada pelos elétrons, que se movem através de umcircuito externo, antes que seja permitido com que os mesmos alcancem ocatodo. No catodo, o oxigênio gasoso a partir do ar é reduzido e combinadocom os prótons e elétrons. A reação celular total fornece um mol de água pormol de hidrogênio e meio mol de oxigênio.

Quando a célula de combustível é montada, o conjunto deeletrodo da membrana é comprimido entre placas de separador, de modotípico placas bipolares ou monopolares. As placas incorporam canais de fluxopara os gases do reagente e podem também conter condutos para atransferência de calor. Deste modo, a presente invenção provê um métodopara vedar os gases do reagente hidratado no interior da célula. O primeiroestágio deste processo inclui a moldagem por compressão de um agente devedação líquido sobre a extremidade do conjunto de eletrodo da membrana.De um modo desejável, o agente de vedação não condutor penetra nascamadas e difusão de gás, de modo a evitar uma redução elétrica no interiorda célula de combustível. O resultado do processo de moldagem provê umconjunto de eletrodo de membrana com uma vedação extrema, o qual podeser facilmente manipulado. Uma vez provido, o conjunto de eletrodo demembrana moldado pode ser colocado em conjunto com placas de separação,de modo a prover uma célula unitária. Uma pilha de células de combustívelconsiste, de um modo típico, de uma pluralidade de células unitárias.

De acordo com um aspecto da presente invenção, um agentede vedação de hidrocarboneto curável por calor, de parte única, pode serusado em um processo de moldagem por injeção de líquido. O agente devedação possui uma viscosidade bombeável em seu estado não- curado, demodo a permitir com que ele assuma a configuração do molde. O agente devedação pode incluir um hidrocarboneto terminado com alila, um diluentereativo, um hidreto de organo silila, um inibidor e um catalisador. O diluentereativo pode ser monofuncional, difiincional, trifluncional ou multifuncional,de modo e efetuar a densidade de reticulação da vedação curada. Aquantidade apropriada de catalisador e de inibidor foi selecionada, de modo acurar o agente de vedação em temperatura elevada. As temperaturas de curatípicas estão dentro da faixa de 50°C a 200°C. A temperatura de cura éselecionada, de um modo desejável, de modo a curar inteiramente o agente devedação, em um modo sincronizado, e de modo a que seja compatível com amembrana. Por exemplo, um PEM de ácido perfluorossulfônico típico nãopode ser aquecido a acima de 130°C. No processo de moldagem de acordocom a presente invenção, a membrana, junto com os eletrodos e GDL's, foicolocada no interior do molde do dispositivo de moldagem por injeção efechada de um modo fixado. O agente de vedação de hidrocarboneto de parteúnica foi injetado no interior do molde aquecido, ou matriz, na temperaturaapropriada e curado, de modo a prover uma vedação extrema para o MEA.

O material de vedação de hidrocarboneto proporciona váriasvantagens em relação a outros materiais de formação de gaxeta e de vedaçãotípicos, tais que silicones, borracha de monômero de etileno propileno dieno(EPDM) e fluoroelastômeros. Os silicones, de um modo típico, não sãoestáveis durante longos períodos de tempo em condições ácidas e térmicasagressivas de uma célula de combustível, e não proporcionam a sensibilidadenecessária a substâncias contaminantes orgânicas. As borrachas de EPDM nãofornecem a impregnação necessária para as camadas de difusão de gás, demodo a evitar uma redução elétrica, uma vez que reunidas na célula decombustível. Os fluoroelastômeros são, de um modo geral dispendiosos, etêm que ser curados acima da temperatura de degradação da membrana detroca de próton.

O projeto de MEA moldado da presente invenção oferecevárias vantagens em relação a outras configurações de vedação. Através damoldagem por injeção da vedação diretamente sobre o MEA de cincocamadas, uma vedação extrema é provida, de modo a evitar com que os gasesreagentes vazem a partir do MEA. A vedação curada provê um método parareter as partes subseqüentes do MEA (PEM, eletrodos, GDL's) de um modoconjunto. O agente de vedação impregna as GDL's durante o processo demoldagem por injeção. Isto aperfeiçoa a adesão da vedação ao MEA, e evitacom que as GDL's se toquem, o que iria resultar em um curto- circuito. Oprocesso de vedação de estágio único reduzi período de tempo de montagem eo número de vedações na pilha de células de combustível.

Em um aspecto da presente invenção, um agente de vedaçãomoldado por injeção de líquido pode ser usado para impregnar uma camadade difusão de um conjunto de eletrodo de membrana e polimerizado, de modoa criar uma vedação ao longo da extremidade do conjunto de eletrodo demembrana, de tal modo que o conjunto de eletrodo de membrana posa operarem temperaturas acima da temperatura de aplicação do agente de vedação. Atemperatura operacional normal de uma célula de combustível de membranade troca de próton (PEM) é de cerca de 90°C. O limite de temperaturasuperior de um conjunto de eletrodo de membrana típico (MEA) é de cerca de130°C. Deste modo, é ensinado que os agentes de vedação termoplásticosdevem ser processados em uma faixa de temperatura de entre 90°C e 130° C.

O agente de vedação termoplástico não deve ser fundido abaixo de 90°C,porque, de outro modo, ele iria fluir quando a célula de combustível estivesseem operação. Além disso, a temperatura de processamento do materialtermoplástico não pode ser aumentada a acima de 130°C de modo a que sejamobtidos períodos de tempo de manufatura mais rápidos, porque o MEA serádegradado. Em um aspecto da presente invenção, o uso de um agente devedação de termocura é vantajoso. O agente de vedação de termocura podefluir ao interior de um molde e/ ou partes do MEA, isto é, de GDL's, em umabaixa temperatura e ser curados em uma faixa de temperatura de entre 90°C a13O0C, de modo a prover um material reticulado, que se mantém estável, nãoapenas na temperatura operacional da célula de combustível, mas também semantém estável em temperaturas muito acima da temperatura operacionalnormal. Composições úteis podem incluir hidrocarboneto e polímeroscontendo flúor funcionais.

Em um outro aspecto da presente invenção, um agente devedação de hidrocarboneto líquido é usado em um processo de moldagem porinjeção de líquido. O agente de vedação pode incluir um hidrocarbonetofuncional, um diluente reativo, um hidreto de organo silila, um inibidor e umcatalisador. A quantidade de catalisador e de inibidor é selecionada, de ummodo desejável, para curar o agente de vedação a cerca de 13O0C ou abaixode um curto período de tempo, por exemplo de cerca de quinze minutos oumenos. No processo de moldagem, o agente de vedação pode ser injetadodiretamente sobre o conjunto de eletrodo de membrana através de um moldeou matriz, na temperatura apropriada, e curado, de modo a prover umavedação extrema para o conjunto de eletrodo de membrana.

Em um outro aspeto da presente invenção, uma composição depolímero é injetada ao interior do molde ou matriz, que é transparente outransmissivo a uma radiação eletromagnética específica, por exemplo, luzultravioleta. A composição é injetada e exposta à radiação eletromagnética deum determinado comprimento de onda através da matriz, e polimerizada paraformar uma vedação.

Em um outro aspecto da presente invenção, uma composiçãoem estágios b pode ser impregnada por fusão ao interior do conjunto deeletrodo de membrana e polimerizada, de modo a prover uma vedaçãofuncional.

Em um aspecto da presente invenção, um método para formaruma célula de combustível inclui prover um conjunto de eletrodo demembrana, que inclui uma camada de difusão de gás; prover um molde tendouma cavidade; posicionar o molde, de tal modo que a cavidade esteja emcomunicação fluida com o conjunto de eletrodo de membrana; aplicar umacomposição de vedação líquida curável ao interior da cavidade; e curar acomposição. O estágio de aplicação do agente de vedação pode ainda incluir oestágio de aplicar pressão ao agente de vedação, de tal modo que o agente devedação penetre na camada de difusão de gás e/ ou aplicar o agente devedação, de tal modo que a extremidade do conjunto de eletrodo demembrana seja inteiramente coberta com o agente de vedação. O estágio decurar a composição pode ainda incluir a cura térmica do agente de vedaçãoem uma temperatura de cerca de 130°C ou menos, de modo desejável em umatemperatura de cerca de 100°C, ou menos, de modo mais desejável em umatemperatura de cerca de 90°C, ou menos. Uma composição de a gente devedação curável por calor útil inclui um oligômero de hidrocarbonetoterminado com alquenila; um monômero alquenila polifuncional; umendurecedor de silila tendo pelo menos cerca de dois grupos funcionais dehidreto de silício; e um catalisador de hidrossililação. De modo desejável, ooligômero de hidrocarboneto terminado com alquenila inclui um oligômerode poliisobutileno terminado com alquenila.

O estágio de cura da composição pode também inclui o agentede vedação a cerca da temperatura ambiente. O estágio pode incluir o estágiode prover a radiação actínica, de modo a curar o agente de vedação a cerca datemperatura ambiente. De modo desejável, a composição de agente devedação curável inclui um material curável por radiação actínica, selecionadoa partir do grupo que consiste de acrilato, uretano, poliéter, poliolefina,poliéster, copolímeros dos mesmos e combinações dos mesmos.

Em um outro aspecto da presente invenção, um sistema para aformação de uma célula de combustível inclui um primeiro e segundomembros de molde tendo superfície de conjugação opostas, em que pelomenos uma das superfícies de conjugação possui uma cavidade sob a formade uma gaxeta e um orifício em comunicação fluida com a cavidade e em quepelo menos um dos membros de molde transmite a radiação actínica atravésdo mesmo; e uma fonte de radiação actínica, a radiação actínica gerada apartir do mesmo sendo transmissível à cavidade quando as superfícies deconjugação opostas são dispostas em uma relação de apoio substancial. Deum modo desejável, um componente de célula de combustível pode sercolocado, de um modo fixo, entre primeiro e segundo membros de molde, emque a cavidade está em comunicação fluida com o componente de célula decombustível. De um modo alternativo, um dos membros de molde pode serum componente de célula de combustível, tal que um conjunto de eletrodo demembrana, sobre o qual uma gaxeta curada no local pode ser formada demodo a prover uma gaxeta integral sobre o mesmo.

Em um outro aspecto da presente invenção, um sistema paraformar uma célula de combustível inclui um primeiro e segundo membros demolde tendo superfícies de conjugação opostas, em que pelo menos uma dassuperfícies de conjugação possui uma cavidade sob a forma de uma gaxeta eum orifício em comunicação fluida com a cavidade, e em que pelo menos umdos membros de molde pode ser aquecido, de tal modo que a energia térmicatransmissível para a cavidade, quando as superfícies de conjugação opostasestiverem dispostas em uma relação de apoio substancial. De modo desejável,um componente de célula de combustível pode ser colocado, de modo fixo,entre o primeiro e o segundo membros de molde, em que a cavidade está mcomunicação fluida com o componente de célula de combustível. De modoalternativo, um dos membros de molde pode ser um componente de célula decombustível, tal que um conjunto de eletrodo de membrana, sobre o qual umagaxeta curada em posição pode ser formada de modo a prover uma gaxetaintegral sobre a mesma.

Em um outro aspecto da presente invenção, um conjunto demembrana de eletrodo tendo uma composição de agente de vedação curadadisposta sobre as porções periféricas do conjunto, é provido, de tal modo acomposição do agente de vedação curada inclua um oligômero de dialilpoliisobutileno terminado com alquenila; um agente de endurecimento silila,tendo pelo menos cerca de dois grupos funcionais de hidreto de silício, emque cerca de um átomo de hidrogênio está ligado a um átomo de silício; e umcatalisador de hidrossililação. A composição curada pode ainda inclui ummonômero alquenila polifuncional.

Em um outro aspecto da presente invenção, um conjunto deeletrodo de membrana, tendo uma composição de agente de vedação curadadisposta sobre as porções periféricas do conjunto é provida, em que acomposição de agente de vedação curada inclui um material curável porradiação actínica, selecionado a partir do grupo que consiste de acrilato,uretano, poliéter, poliolefina, poliéster, copolímeros do mesmo e combinaçõesdos mesmos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma célula decombustível tendo uma placa de campo de fluxo de anodo, uma camada dedifusão de gás, um catalisador de anodo, uma membrana de troca de próton,um catalisador de catodo, uma segunda camada de difusão de gás, e umaplaca de campo de fluxo de catodo.

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de um conjuntode eletrodo de membrana para uma célula de combustível tendo um agente de15 vedação disposto em uma porção periférica do conjunto.

A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um eletrodo demembrana para uma célula de combustível tendo um agente de vedaçãodisposto em uma porção periférica e sobre a porção extrema periférica doconjunto.

A Figura 4 é uma vista em seção transversal de uma célula decombustível tendo um agente de vedação disposto entre o conjunto deeletrodo da membrana e as placas de campo de fluxo de uma célula decombustível, de modo a formar um conjunto de células de combustívelempilhadas.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um molde tendo ummembro de molde de topo e de fundo para a formação de uma gaxeta deacordo com a presente invenção.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal do molde daFigura 5, tomada ao longo do eixo 6-6.A Figura 7 é uma vista explodida do molde da Figura 6, queilustra o membro de molde de topo e o membro de molde de fundo.

A Figura 8 é uma vista de fundo do membro de molde de topoda Figura 7, tomada ao longo do eixo 8-8.

A figura 9 é uma vista em elevação à esquerda do membro demolde de topo da Figura 8, tomada ao longo do eixo 9-9.

A Figura 10 é uma vista em elevação à direita do membro demolde de topo da Figura 8, tomada ao longo do eixo 10-10.

A Figura 11 é uma vista em seção transversal do membro demolde de topo da Figura 8, tomada ao longo do eixo 11-11.

A Figura 12 é uma vista em perspectiva de um modeloalternativo de acordo com a presente invenção.

As Figuras 13A e 13B são vistas em seção transversal domolde da Figura 12, tomadas ao longo do eixo 13-13, que apresentam umcomponente de célula de combustível disposto no interior do molde.

A Figura 14 é uma vista em perspectiva do membro de moldede topo da Figura 5 ou 12, que ilustra o membro de molde de topo tendomaterial transparente.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal do membro demolde de topo da Figura 14, tomada ao longo do eixo 15- 15.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO:

A presente invenção é dirigida a um método para a ligação e acomposições para a ligação de componentes de uma célula eletroquímica.Como aqui usado, uma célula eletroquímica é um dispositivo que produzeletricidade a partir de fontes químicas, incluindo, mas não limitadas areações químicas e combustão química. Células eletroquímicas úteis incluemcélulas de combustível, células secas, células úmidas e os similares. Umacélula de combustível, que é descrito em maiores detalhes abaixo, produzeletricidade a partir de reagentes químicos. Uma célula úmida possui umeletrólito líquido. Uma célula seca possui um eletrólito absorvido em um meioporoso, ou de outro modo impedido de ser escoável.

A Figura 1 apresenta uma vista em seção transversal doselementos básicos de uma célula de combustível eletroquímica, tal que umacélula de combustível 10. As células de combustível eletroquímicasconvertem o combustível e o oxidante para a eletricidade e o produto dereação. A célula de combustível 10 consiste de um a placa de campo de fluxode anodo 12 com canais refrigerantes de face aberta 14 sobre um lado e canaisde fluxo de anodo 16 sobre o segundo lado, uma placa de resina 13, umacamada de difusão de gás 18, um catalisador de anodo 20, uma membrana detroca de próton 22, um catalisador de catodo 24, uma segunda camada de gásde difusão 26, uma segunda placa de resina 13 e uma placa de campo de fluxode catodo 28 com canais refrigerantes de face aberta 30 sobre um lado ecanais de fluxo de catodo 32 sobre o outro lado, interrelacionados comomostrado na Figura 1. A camada de difusão de gás 18, o catalisador de anodo20, a membrana de troca de próton 22, o catalisador de catodo 24 e acombinação da segunda camada de difusão de gás 26 são, de modo freqüente,referidos como a um conjunto de eletrodo de membrana 36. As camadas dedifusão de gás 18 e 26 são, de um modo típico, formadas de um material emfolha eletricamente condutor, poroso, tal que papel de fibra de carbono. Apresente invenção não está, no entanto, limitada ao uso de papel de fibra decarbono e outros materiais podem ser usados, de um modo adequado. Ascélulas de combustível não estão, no entanto, limitadas a um tal arranjoilustrado de componentes. As camadas de catalisador de anodo e de catodo 20e 24 estão, de modo típico, sob a forma de platina finamente triturada. Oanodo 34 e o catodo 38 estão acoplados eletricamente (não mostrado) de ummodo a prover um trajeto para a condução de elétrons entre os eletrodos auma carga externa (não mostrada). As placas de campo de fluxo 12 e 28 são,de um modo típico, formadas de plástico impregnado com grafita, grafitaesfoliada e comprimida; grafita porosa; aço inoxidável ou outros compósitosde grafita. As placas pode ser tratadas de modo a efetuar propriedadessuperficiais, tais que a umectação superficial, ou podem permanecer não-tratadas. A presente invenção não está, no entanto, limitada ao uso de taismateriais para o uso como placas de campo de fluxo e outros materiais podemser suados, de um modo adequado. Por exemplo, em algumas células decombustível, as placas de campo de fluxo são produzidas a partir de ummaterial metálico ou de um material contendo metal, de um modo típico, masnão estão limitadas a, aço inoxidável. As placas de campo de fluxo podem serplacas bipolares, isto é, uma placa tendo canais de fluxo sobre as superfíciesda placa opostas, como ilustrado na Figura 1. De um modo alternativo, asplacas bipolares podem ser produzidas através da fixação de placasmonopolares, de um modo conjunto.

Alguns projetos de célula de combustível utilizam armações deresina 13 entre o conjunto de eletrodo de membrana 36 e as placas deseparador 12, 28, de modo a aperfeiçoar a durabilidade do conjunto deeletrodo de membrana 36 e fornecer o espaçamento correto entre o conjuntode eletrodo - membrana 36 e as placas do separador 12, 28, durante amontagem da célula de combustível. Em um tal projeto, é necessário queexista uma vedação entre as placas do separador 12, 28 e as armações deresina 13.

A presente invenção não está limitada aos componentes decélula de combustível e a seu arranjo, tal como ilustrado na Figura 1. Porexemplo, uma célula de combustível de metanol direta ("DMFC") podeconsistir dos mesmos componentes apresentados na Figura 1, cm exceção doscanais de refrigerante. Além disso, a célula de combustível 10 pode serprojetada com coletores internos ou externos (não mostrados).

Embora esta invenção tenha sido descrita em termos de umacélula de combustível de membrana de troca de próton (PEM), deve serapreciado que a invenção pode ser aplicada a qualquer tipo de célula decombustível. Os conceitos desta invenção podem ser aplicados a células decombustível de ácido fosfórico, células de combustível alcalinas, células decombustível de temperatura mais alta, tais que células de combustível deóxido sólidas, e células de combustível de carbonato fundido, e outrosdispositivos eletroquímicos.

No anodo 34, um combustível (não mostrado), que trafegaatravés dos canais de fluxo de anodo 16, permeia a camada de difusão de gás18 e reage com a camada de catalisador de anodo 20, de modo a formar oscátions de hidrogênio (prótons), que migram através da membrana de troca depróton 22 para o catodo 38. A membrana de troca de próton 22 facilita amigração dos íons de hidrogênio a partir do anodo 34 para o catodo 38. Emadição a conduzir íons de hidrogênio, a membrana de troca de próton 22isolada a corrente de combustível contendo hidrogênio a partir da corrente deoxidante contendo oxigênio.

No catodo 38, um gás contendo oxigênio, tal que ar ouoxigênio substancialmente puro, reage com os cátions ou íons de hidrogênio,que cruzaram a membrana de troca de próton 22, de modo a formar águalíquida como o produto de reação. As reações do anodo e do catodo nascélulas de combustível de hidrogênio / oxigênio são mostradas nas equaçõesque se seguem:

Reação de anodo: H2 -> 2 H+ + 2 e" (I)

Reação de catodo: 1Z2 O2 + 2 H+ + 2 e" H2O (II)

A Figura 2 ilustra o conjunto de eletrodo de membrana 36tendo uma composição curada ou curável 40 na ou próximo à porçãoperiférica 33 do conjunto de eletrodo de membrana 36. Como descrito abaixo,a composição 40 é útil para a vedação e/ ou a ligação de diferentescomponentes da célula de combustível, um ao outro.

A presente invenção, no entanto, não está limitada a quepossua tais componentes de célula de combustível, tais que o conjunto deeletrodo de membrana 36, com a composição 40 na ou próximo a porçãoperiférica 33 do conjunto de eletrodo de membrana 36. Por exemplo,conforme ilustrado na Figura 3, a composição curada ou curável 40 pode estardisposta na ou próximo à porção periférica 33 do conjunto de eletrodo demembrana 36, e cobrir as porções extremas 35 do conjunto de eletrodo demembrana 36.

A Figura 4 apresenta uma vista em seção transversal doselementos básicos da célula de combustível 10, nos quais certos doselementos adjacentes possuem uma composição curada ou curável 40 entre osmesmos, de modo a prover o conjunto de combustível 10'. Conformeilustrado na Figura 4, a composição 40 veda e/ ou liga a placa de campo defluxo do anodo 12 à camada de difusão 18 ou ao conjunto de eletrodo demembrana 36. A placa de campo de catodo 28 é também vedada e/ ou ligada àcamada de gás de difusão 26 ou ao conjunto de eletrodo de membrana 36.Nesta modalidade, o conjunto de célula de combustível 10' possui, de modofreqüente, um conjunto de eletrodo de membrana previamente formado 36com o catalisador de anodo 20 e catalisador de catodo 24, dispostos sobre omesmo. A composição 40, disposta entre os vários componentes do conjuntode célula de combustível 10' pode ser a mesma composição ou podem sercomposições diferentes. De um modo adicional, conforme ilustrado na Figura4, uma composição 40 pode vedar e/ ou ligar a placa de fluxo de catodo 28 aum componente de uma segunda célula de combustível, tal que uma segundaplaca de campo de fluxo de anodo 12'. Além disso, conforme ilustrado naFigura 4, a composição 40 pode vedar e/ ou ligar a segunda placa de campode fluxo de anodo 12' a um componente de uma segunda célula decombustível, tal que um segundo conjunto de eletrodo de membrana 36'. Deum tal modo, o conjunto de célula de combustível 10' é formado de células decombustível múltiplas, tendo componentes unidos através de vedação e/.ouadesão, de modo a prover um dispositivo eletroquímico de múltiplas células.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um molde 48, útilpara formar gaxetas curadas no local de acordo com a presente invenção. Omolde 48 inclui um membro de molde superior 50, um membro de moldeinferior 36', e um orifício de injeção 52, interrelacionados como mostrado.Nesta modalidade, a composição 40 está disposta sobre o membro de moldeinferior 36', de modo a formam uma gaxeta no mesmo ou sobre o mesmo.Nesta modalidade da presente invenção, o membro de molde inferior 36' é, demodo desejável, um componente de célula de combustível, por exemplo umconjunto de eletrodo de membrana 36. A presente invenção, no entanto, nãoestá limitada ao uso do conjunto de eletrodo de membrana 36 como ocomponente de molde de fundo e os outros componente da célula decombustível podem ser o componente de molde de fundo. Conforme ilustradona Figura 8, o orifício de injeção 52 está em comunicação fluida com acavidade de molde 54.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal do molde 48 daFigura 5, tomada ao longo do eixo 6-6. Conforme ilustrado na Figura 6, omembro de molde superior 50 inclui uma cavidade de molde 54. Ascomposições formadoras de gaxeta líquidas podem ser introduzidas nacavidade do molde 54 através do orifício de injeção 52.

A Figura 7 é uma vista parcial rompida do molde 48 da Figura6. O membro de molde 50 inclui uma superfície de conjugação 56, e omembro de molde 36' inclui uma superfície de conjugação 58. Os membrosde molde 50 a 36' podem ser alinhados um ao outro, tal como ilustrado naFigura 6, de tal modo que as superfícies de conjugação 56 e 58 estejamsubstancialmente justapostas uma à outra. Conforme ilustrado na Figura 7,uma gaxeta 40 é removida a partir da cavidade de molde 54 e é unida àsuperfície de conjugação 58.

Conforme ilustrado na Figura 8, a cavidade de molde 54 estásob a forma de uma configuração perimétrica fechada. Embora a cavidade demolde 54 seja ilustrada como um retângulo arredondado na Figura 8, apresente invenção não está limitada a isto e outras configurações de cavidadespodem ser usadas, de um modo adequado. Além disso, embora a forma emseção transversal da cavidade de molde 4 seja ilustrada como sendo retangularou quadrada na Figura 7, a presente invenção não está limitada a isto, e outrasconfigurações em seção transversal podem ser usadas, de um modo adequado,tais que geometrias circulares, ovais ou configuradas, tendo extensões para avedação aperfeiçoadas.

Conforme ilustrado na Figura 8, o molde 50 pode conter umsegundo orifício 60. O segundo orifício 60 está em comunicação fluida com acavidade de molde 54. O segundo orifício 60 pode ser usado paradesgaseificar a cavidade 54 à medida em que esta está sendo enchida com omaterial formador de gaxeta. A medida em que material formador de gaxeta éintroduzido no interior da cavidade 54 através do orifício 52, o ar podeescapar através do segundo orifício 60, de modo a desgaseificar a cavidade demolde 54. O tamanho do segundo orifício 60 não é limitativo para a presenteinvenção. De um modo desejável, o tamanho, isto é, a extensão da seçãotransversal, do segundo orifício 60 é minimizado, de modo a permitir oegresso de ar, mas suficientemente pequeno para limitar o fluxo de líquido domaterial formador de gaxeta através do mesmo. Em outras palavras, otamanho do segundo orifício 60 pode ser dimensionado com furos, em que oar pode fluir, embora inibindo o fluxo substancial do material formador degaxeta líquido. Além disso, a presente invenção não está limitada ao uso deum orifício único 52 ou de um orifício único 60, e múltiplos orifícios podemser usados para a introdução do material de gaxeta e/ ou ventilação do ar.

A Figura 9 é uma vista em seção transversal do membro demolde 50, tomada a longo do eixo 9-9 da Figura 8. Conforme ilustrado naFigura 9, o orifício de injeção 52 pode, de um modo adequado, ser umacavidade ou orifício no membro de molde 50. A porção do orifício de injeção52 pode ser roscada (não mostrada) ou pode ter uma válvula (não mostrada)ou uma tubulação ou uma mangueira (não mostrada) através da qual omaterial formador de gaxeta pode ser distribuído.

A Figura 10 é uma vista em seção transversal do membro demolde 50, tomada ao longo do eixo 10-10 da Figura 8. Conforme ilustrado naFigura 10, o orifício 60 pode ser, de um modo adequado, uma cavidade ou umorifício no membro de molde 50. A porção do orifício 60 pode ser dotada comuma válvula (não mostrada) para controlar o egresso de ar e/ ou o materialformador de gaxeta.

A Figura 11 é uma vista em seção transversal do membro demolde 50, tomada ao longo do eixo 11-11 da Figura 8. A cavidade de molde54 é ilustrada como se estendendo ao interior do membro de molde 50, emsua superfície de conjugação 56.

A Figura 12 é uma vista em perspectiva de um molde 48", útilpara formar gaxetas curadas no local, de acordo com a presente invenção. Omolde 48" inclui um membro de molde superior 50, um membro de moldeinferior 70. Conforme ilustrado nas Figuras 13A e 13B, os membros de molde50 e 70 podem ser ajustados, de um modo conjunto, de uma forma comoacima discutida, e são configurados de tal modo que um componente decélula de combustível, tal que um conjunto de eletrodo de membrana 36,esteja disposto entre os mesmos. Conforme ilustrado na Figura 13A, o molde48" da presente invenção pode ser suado para formar a gaxeta 40 sobre asporções periféricas dos lados opostos do componente de célula decombustível 36. Conforme ilustrado na Figura 13 Β, o molde 48" da presenteinvenção pode ser também usado para formar a gaxeta 40 sobre os ladosopostos e sobre os lados periféricos do componente da célula de combustível 36.

A Figura 14 é uma vista em perspectiva do membro de molde50, 70, ilustrando que o membro de molde 50, 70 pode ser feito de, ou podecompreender, um material transparente. De um modo desejável, o membro demolde 50, 70 é transparente, isto é transmissível, ou substancialmentetransmissível à radiação actínica, por exemplo à radiação ultravioleta (UV).

Uma vista em seção transversal do membro de molde 50, 70 é ilustrada naFigura 15.

O método deste aspecto da presente invenção pode ainda incluio estágio de desgaseificar a cavidade antes que seja injetada, ou enquanto éinjetada, a composição formadora de gaxeta, curável por radiação actínica,líquida. De modo desejável, o estágio de desgaseificação inclui desgaseificaratravés do segundo orifício 60, que está em comunicação fluida com acavidade 54.

Com a desgaseificação da cavidade 54 e com as propriedadesdo fluido acima descritas, a composição líquida enche inteiramente a cavidade54, sem que haja a necessidade quanto a pressões de manipulação do líquidoexcessiva. De um modo desejável, a composição líquida enche inteiramente acavidade 54 em uma pressão de manipulação de fluido de cerca de 690 kPaman (100 psig) ou menos.

Após a composição ser curada ou pelo menos parcialmentecurada, os membros de molde 50, 36' ou 50, 70 podem ser liberados um apartir do outro, de modo a expor a gaxeta, após o que, a gaxeta 40 pode serremovida a partir da cavidade de molde 54. A gaxeta 40, de modo desejável, édisposta e/ ou afixada ao componente de célula de combustível, por exemploao conjunto de eletrodo de membrana 36.

Embora a presente invenção tenha sido descrita como osmembros de molde de topo 50,70, como tendo uma ranhura ou cavidade demolde 54, a presente invenção não está limitada a isto. Por exemplo, omembro de molde de fundo 36', 70 e/ ou o componente da célula decombustível, tal que a membrana de troca de membrana 36, pode apresentaruma ranhura ou uma cavidade de molde, para a colocação e formação davedação, em adição a ou em substituição à cavidade de molde 54 dosmembros de molde de topo.

De um modo desejável, a composição líquida é curada na, ou acerca da, temperatura ambiente dentro de 5 minutos, ou menos. De modomais desejável, a composição líquida é curada dentro de 1 minuto ou menos,por exemplo, curada dentro de 30 segundos ou menos.

Em um outro aspecto da presente invenção, um agente devedação curável pode ser usado em um processo de moldem por injeção delíquido. As placas do separador e as armações de resina podem serempilhadas e alinhadas no molde. Os componentes são empilhados a partir dofundo para o topo, na ordem de armação de resina de catodo, separador decatodo, separador de anodo, e armação de resina de anodo, por exemplo. Estescomponentes de célula de combustível podem conter um ou mais trajetos ouportas, que permitam com que o agente de vedação passe através de cadacomponente e que ligue os componentes, ao mesmo tempo em que provê umavedação moldada no topo, fundo, e/ ou extremidade. O agente de vedaçãopossui uma viscosidade bombeável em seu estado não curado, de modo a queele possa assumir a forma do molde. O agente de vedação curável é injetadoao interior do molde aquecido, ou matriz, em uma temperatura apropriada, demodo a ligar e a vedar os componentes da célula de combustível.

Em um outro aspecto da presente invenção, um agente devedação curável é usado em um processo de moldagem por injeção delíquido. As duas placas do separador são empilhadas e alinhadas no molde, detal forma que as laterais do trajeto do refrigerante dos separadores estejam emface uma da outra. Os separadores podem conter um ou mais trajetoscontínuos, que permitem com que o agente de vedação seja ligado a cadacomponente, ao mesmo tempo em que provê uma vedação moldada em cadaextremidade e/ ou sobre a extremidade. O agente de vedação possui umaviscosidade bombeável em seu estado não curado, de modo a permitir comque ele assuma a forma do molde. O agente de vedação curável é injetado aointerior do molde aquecido, ou matriz, na temperatura apropriada para ligar evedar os separadores. No caso e que não exista trajeto contínuo, uma placabipolar vedada na extremidade é produzida.

Em um outro aspecto da presente invenção, um agente devedação curável é usado em um processo de moldagem por injeção delíquido. Um componente de célula de combustível, tal que uma armação deresina, que pode ter uma ou mais portas ou orifícios, é colocado em ummolde, ou matriz. O agente de vedação possui uma viscosidade bombeávelem seu estado não- curado, de modo a permitir com que ele assuma a formado molde. O agente de vedação é injetado ao interior do molde aquecido, oumatriz, na temperatura apropriada para curar o agente de vedação. Umaarmação de resina com vedações integradas em ambos ao lados, epossivelmente na extremidade, é provida.

É também considerado que os componentes selecionadospodem ser ligados em um outro processo, e então proceder ao método descritonesta invenção, para que sejam ligados e selados. Como um exemplo, umMEA e um conjunto ligado são empilhados e alinhados em um processo demoldagem. O conjunto ligado pode ser composto de armações de resina e deseparadores, como um exemplo. O MEA e o conjunto ligado podem conterum ou mais trajetos contínuos, de modo a permitir com que o agente devedação seja ligado a cada componente, ao mesmo tempo em que é providauma vedação moldada em cada extremidade e/ ou sobre a extremidade. Oagente de vedação possui uma viscosidade bombeável em seu estado não-curado, de modo a que ele possa assumir a forma do molde. O agente devedação curável é injetado ao interior do molde aquecido, ou matriz, natemperatura apropriada para ligar e vedar os separadores.

Em um aspecto da presente invenção, a composição de agentede vedação curada, usada na presente invenção, inclui um oligômero depoliisobutileno terminado com alquenila, por exemplo um oligômero de dialilpoliisobutileno terminado com alquenila; de modo opcional, um monômerode alquenila polifuncional; um agente de endurecimento de silila ou umreticulador tendo pelo menos um átomo de hidrogênio ligado a um átomo desilício; e um catalisador de hidrossililação. De modo desejável, apenas cercade um átomo de hidrogênio é ligado a qualquer átomo de silício no agente deendurecimento silila.

As composições inventivas da presente invenção possuemestruturas moleculares modificadas, que resultam em propriedades mecânicasaumentadas, densidades de reticulação e aquecimentos da reação. Ascomposições da presente invenção podem ser representadas pela expressão de(A - A + Af + Bf), em que "A-A" representa os grupos alquenila do oligômerode dialil poliisobutileno terminado com alquenila, isto é, um alquenilpoliisobutileno difuncional ("PIB"), "A" representa um grupo alquenila, "B"representa um grupo Si- H, e "f' refere-se ao número de grupos funcionaiscorrespondentes.

Quando ambos o alquenila e o hidreto são difuncionais, apolimerização fornece uma estrutura linear. O número de grupos hidretofuncionais em uma tal estrutura linear, no entanto, limita a funcionalidadetotal e a densidade reticulada da rede reagida. Através da incorporação de trêsou mais grupos alquenila sobre um monômero ou oligômero único, adensidade de reticulação é aumentada e as propriedades mecânicas sãoaperfeiçoadas.

Oligômeros de poli(isobutileno) lineares terminados comdialquenila úteis estão comercialmente disponíveis de Kaneka Corporation,Osaka, Japão, como EP 200 A, EP 400 A e EP 600 AS. Os três oligômerospossuem a mesma funcionalidade e possuem diferentes pesos moleculares. OsEP 200 A, EP 400 A e EP 600 A possuem um peso molecular aproximado(Mn), de 5.000, 10.000 e 10.000, respectivamente.

As composições da presente invenção também incluem umsilicone tendo pelo menos dois grupos funcionais de hidreto de silícioreativos, isto é, pelo menos dois grupos Si - H. Este componente funcionacomo um agente de endurecimento ou como um agente de reticulação para ooligômero de dialil poliisobutileno terminado com alquenila. Na presença deum catalisador de hidrossilação, os átomos de hidrogênio ligados por silíciono componente de reticulação são submetidos a uma reação de adição, que éreferida como hidrossilação, com os grupos insaturados no oligômero reativo.

Como o oligômero reativo contém pelo menos dois grupos insaturados, ocomponente de reticulação silicone pode, de um modo desejável, conter pelomenos dois átomos de hidrogênio ligados por silício, de modo a alcançar aestrutura reticulada final no produto curado. Os grupos orgânicos ligados porsilício, presentes no componente de reticulação silicone, podem serselecionados a partir do mesmo grupo de radicais hidrocarbonetomonovalentes substituídos ou não- substituídos, tal como acima exposto parao componente de silicone reativo, com a exceção de que os grupos orgânicosno agente de reticulação silicone devem estar substancialmente isentos deinsaturação etilênica ou acetilênica. O agente de reticulação silicone podeapresentar uma estrutura molecular, que pode ser de cadeia reta, de cadeia retaramificada, cíclica ou em rede.

O componente de reticulação silicone pode ser selecionado apartir de uma ampla variedade de compostos que, de um modo desejável,estão em conformidade com a fórmula abaixo:

<formula>formula see original document page 26</formula>

em que, pelo menos dois de R1, R2 e R3 são H; por outro lado,R1, R2 e R3 podem ser o mesmo ou diferentes e podem ser um radicalhidrocarboneto substituído ou não- substituído a partir de radicais C 1.20, taisque hidrocarboneto, incluindo alquila, alquenila, arila, alcóxi, alquenilóxi,arilóxi, (met)acrila ou (met) acrilóxi; deste modo, o grupo SiH pode serterminal, pendente, ou ambos; R4 pode ser também um radical hidrocarbonetosubstituído ou não- substituído de C 1.20, incluindo um radical C 1.20, tal quealquila, alquenila, arila, alcóxi, alquenilóxi, arilóxi (met) acrila ou(met)acrilóxi, e, de modo desejável, é um grupo alquila, tal que metila; χ é uminteiro de 10 a 1.000; e y é um inteiro de 1 a 20. De modo desejável, R2 e R3não são ambos hidrogênio, isto é, R1 é H e u R2 ou R3, mas não ambos, são H.

De modo desejável, grupos, R que não são H, são metila. O agente dereticulação hidreto de silício deve estar presente em quantidades desuficientes para que seja alcançada a quantidade desejada de reticulação e, demodo desejável, em quantidades de cerca de 0,5 a cerca de 40 por cento, empeso, da composição, de modo mais desejável de cerca de 1 a cerca de 20 porcento, em peso, da composição.

Catalisadores de platina úteis incluem platina ou complexoscontendo platina, tais que os complexos de platina hidrocarboneto descritosnas Patentes US 3.159.601 e 3.159.662; os catalisadores de alcoolato deplatina descritos na Patente US N0 3.220.972; e os complexos de platinadescritos na Patente US N0 3. 814.730; e os complexos de cloreto de platina -olefina descritos na Patente US 3. 516. 946. Todas estas Patentes US, que sereferem a catalisadores de platina ou contendo platina são expressamenteincorporadas a esta, a título referencial. De um modo desejável, platina ou ocomplexo contendo platina é o complexo de dicarbonil platina ciclovinila,complexo de ciclovinil platina, complexo de divinil platina, ou combinaçõesdos mesmos. Os catalisadores de platina estão em quantidade suficiente, de talmodo que a composição seja curada em uma temperatura de 13O0C ou menos,de modo desejável em uma temperatura de 100°C ou menos, de modo maisdesejável em uma temperatura de cerca de 90°C, ou menos.Em um outro aspecto da presente invenção, o materialdeformação de gaxeta líquido pode incluir acrilatos curáveis por radiaçãoactínica, uretanos, poliéteres, poliolefinas, poliésteres, copolímeros dosmesmos e combinações dos mesmos. De um modo desejável, o materialcurável inclui um material terminado com (met)acriloíla tendo pelo menosdois grupos (met)acriloíla pendentes. De modo desejável, o grupo pendente(met)acriloíla é representado pela fórmula geral:

- OC(O) C(Rt) = CH2, em que R1 é hidrogênio ou metila. Demodo mais desejável, o material formador de gaxeta líquido é um poliacrilatoterminado por (met)acriloíla. O poliacrilato terminado com (met)acriloílapode, de um modo desejável, possuir um peso molecular de cerca de 3.000 acerca de 40.000, de modo mais desejável de cerca de 8.000 a cerca de 15.000.

Além disso, o poliacrilato terminado com (met)acriloíla pode, de um mododesejável, apresentar uma viscosidade de cerca de 200 Pas (200.000 cPs) acerca de 800 Pas (800.000 cPs) a 25°C (77°F), de modo mais desejável decerca de 450 Pas a (450.000 cPs) a cerca de 500 Pas (500.000 cPs). Osdetalhes de tais materiais terminados com (met) acriloíla curáveis podem serencontrados no Pedido de Patente Europeu N°. EP 1 059 308 Al deNakagawa et al., e estão comercialmente disponíveis de Kaneka Corporation,Japão.

De um modo desejável, a composição líquida inclui umfotoiniciador. Um número de fotoiniciadores pode ser aqui empregado, demodo a prover os benefícios e as vantagens da presente invenção, à qual éfeito referência acima. Os fotoiniciadores aumentam a rapidez do processo decura quando as composições fotocuráveis, como um todo, são expostas àradiação eletromagnética, tal que a radiação actínica. Exemplos defotoiniciadores adequados para o uso nesta incluem, mas não estão limitadosa, fotoiniciadores comercialmente disponíveis de Ciba Specialty Chemicals,sob as marcas registradas "IRGACURE" e "DAROCUR", de um modo maisespecífico "IRGACURE " 184 (1-hidroxicicloexil fenil cetona), 907 (2-metil-1-[4-(metiltio) fenil]-2-morfolino propan-l-ona ), 3690 (2- benzil-2- N5N-dimetilamino-l-(4-morfolinometil)-l-butanona), 500 (a combinação de 1-hidróxi cicloexil fenil cetona e de benzofenona), 651 (2,2-dimetóxi-2-fenilacetofenona), 1700 (a combinação de óxido de bis (2,6-dimetoxibenzoíla-2,4,4-trimetil fenil fosfina) e de 2-hidróxi-2-metil-l- fenil- propan-l-ona), e819 óxido de [bis (2,4,6-trimetil benzoil)fenil fosfina] e "DAROCUR" 1173(2- hidróxi-2-metil-l- fenil-1- propan-l-ona) e 4265 (a combinação de óxidode 2,4,6- trimetilbenzoildifenil- fosfina e 2- hidróxi-2-metil-l- fenil- propan-1-ona); e iniciadores de luz visível [azul], di- canforquinona e "IRGACURE"784 DC. Naturalmente, combinações destes materiais podem ser também aquiempregadas.

Outros fotoiniciadores úteis neste incluem piruvatos de alquila,tais que metila, etila, propila e piruvatos de butila, e piruvatos de arila, taisque fenila, benzila e derivados apropriadairíente substituídos dos mesmos.Fotoiniciadores particularmente adequados para o uso neste incluem osfotoiniciadores de ultravioleta, tais que 2,2-dimetóxi-2-fenil acetofenona (porexemplo, "IRAGACURE" 651), e 2-hidróxi-2-metil-l-fenil-1-propano (porexemplo, "DAROCUR" 1173), óxido de bis (2,4,6-trimetil benzoíla) (porexemplo "IRGACURE" 819), e a combinação de fotoiniciador ultravioleta /visível de óxido de bis (2,6-dimetoxibenzolil-2, 4,4-trimetilpentil) fosfina e 2-hidróxi-2-metil-l- fenil-propan-1- ona (por exemplo, "IRGACURE" 1700),assim como o fotoiniciador visível bis (η5-2,4- ciclopentadien-l-il)-bis[2,6-difluoro-3-(1 H-pirrol-1 -il) fenil] titânio (por exemplo, "IRGACURE" 784DC). A radiação actínica inclui a luz ultravioleta, luz visível, e combinaçõesdos mesmos. De modo desejável, a radiação actínica usada para curar omaterial possui um comprimento de onda de cerca de 200 nm a cerca de 1.000nm. O UV útil inclui, mas não está limitado a, UVA (cerca de 320 nm a cercade 410 nm), UVB (cerca de 290 nm a cerca de 320 nm), UVC (cerca de 220nm a cerca de 290 nm) e combinações dos mesmos. A luz visível útil inclui,mas não está limitada a, luz azul, luz verde, e combinações das mesmas. Taisluzes visíveis úteis possuem um comprimento de onda de cerca de 450 nm acerca de 550 nm.

Opcionalmente, um agente de liberação pode ser aplicado àcavidade 54 anteriormente à introdução da composição líquida. O agente deliberação, se requerido, auxiliar à facilidade de remoção da gaxeta curada apartir da cavidade do molde. Composições de liberação do molde úteisincluem, mas não estão limitadas a, pulverizações secas, tais quepolitetrafluoroetileno, e/ou pulverizações em óleos ou composições paraesfregar em óleos, tais que silicone ou óleos orgânicos. As composições deliberação de molde incluem, mas não estão limitadas, a composições queincluem compostos de perfluoroalquila C6 a Ci4, terminalmente substituídosem pelo menos uma terminação com um grupo hidrofílico orgânico, tal quebetaína, hidroxila, carboxila, grupos de sal de amônio e combinações dosmesmos, que sejam quimicamente e/ ou fisicamente reativos com umasuperfície metálica. Uma variedade de liberações de molde estão disponíveis,tais que aquelas comercializadas sob a marca Frekote de Henkel. Em adição,o agente de liberação de molde pode ser um filme termoplástico, que pode serformado na configuração do molde.

Claims (25)

1. Método para formar uma célula de combustível,caracterizado pelo fato de que compreende:- prover um conjunto de eletrodo de membrana, quecompreende uma camada de difusão de gás;- prover um molde tendo uma cavidade;- posicionar o molde, de tal modo que a cavidade esteja emcomunicação fluida com o conjunto de eletrodo de membrana;- aplicar uma composição de vedação líquida curável aointerior da cavidade; e- curar a composição.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de aplicar o agente de vedação compreende ainda:- aplicar pressão ao agente de vedação, de tal modo que oagente de vedação penetre na camada de difusão de gás.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de aplicar o agente de vedação compreende ainda:- aplicar o agente de vedação, de tal modo que umaextremidade do conjunto de eletrodo de membrana seja inteiramente cobertacom o agente de vedação.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de cura da composição compreende: curar termicamenteo agente de vedação em uma temperatura de cerca de 130°C, ou menos.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de curar a composição compreende: curar termicamenteo agente de vedação em uma temperatura de cerca de IOO0C, ou menos.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de curar a composição compreende: curar termicamenteo agente de vedação em uma temperatura de cerca de 90°C, ou menos.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de curar a composição compreende:curar o agente de vedação a cerca da temperatura ambiente.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o estágio de curar a composição compreende:prover a radiação actínica para curar o agente de vedação acerca da temperatura ambiente.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a composição do agente de vedação curável compreende:- um oligômero de hidrocarboneto terminado com alquenila;- um monômero alquenila polifuncional;- um agente de endurecimento tendo pelo menos dois gruposfuncionais de hidreto de silício; e- um catalisador de hidrossililação.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o oligômero de hidrocarboneto terminado com alquenilacompreende um oligômero de poliisobutileno terminado com alquenila.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a composição do agente de vedação curável compreende ummaterial curável por radiação actínica, selecionado a partir do grupo queconsiste de acrilato, uretano, poliéter, poliolefina, poliéster, copolímeros dosmesmos e combinações dos mesmos.

12. Sistema para formar uma célula de combustível,caracterizado pelo fato de que compreende:- um primeiro e um segundo membros de molde tendosuperfícies de conjugação opostas, em que pelo menos uma das superfícies deconjugação possui uma cavidade em forma de uma gaxeta e um orifício emcomunicação fluida com a cavidade, e em que pelo menos um dos membrosde molde transmite a radiação actínica através do mesmo; e- uma fonte de radiação actínica, a radiação actínica gerada apartir da mesma sendo transmissível à cavidade quando as superfícies deconjugação opostas estiverem dispostas em uma relação de apoio substancial.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que um dos membros de molde compreende um componente decélula de combustível, sobre o qual uma gaxeta curada no local pode serformada de modo a prover uma gaxeta integral sobre a mesma.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o componente da célula de combustível é um conjunto deeletrodo de membrana.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o componente da célula de combustível pode sr colocado, deum modo fixo, entre o primeiro e o segundo membros de molde, e em que acavidade está em comunicação fluida com o componente da célula decombustível.

16. Sistema de acordo cm a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o componente da célula de combustível é um conjunto deeletrodo de membrana.

17. Sistema para formar uma célula de combustível,caracterizado pelo fato de que compreende:- primeiro e segundo membros tendo superfícies deconjugação opostas, em que pelo menos uma das superfícies de conjugaçãopossui uma cavidade na forma de uma gaxeta e um orifício em comunicaçãofluida com a cavidade e em que pelo menos um dos membros de molde podeser aquecido, de tal modo que a energia térmica seja transmissível à cavidadequando as superfícies de conjugação opostas estiverem dispostas em umarelação de apoio substancial.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que um dos membros de molde compreende um componente decélula de combustível, sobre o qual uma gaxeta curada no local pode serformada de modo a prover uma gaxeta integral sobre a mesma.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que o componente de célula de combustível é um conjunto deeletrodo de membrana.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que um componente de célula de combustível pode ser colocado,de um modo fixo, entre o primeiro e segundo membros, e, além disso, em quea cavidade está em comunicação fluida com o componente da célula decombustível.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que o componente da célula de combustível é um conjunto deeletrodo de membrana.

22. Conjunto de eletrodo de membrana, caracterizado pelo fatode que tem uma composição de agente de vedação curada disposta sobre asporções periféricas do conjunto, em que a composição de agente de vedaçãocurada compreende:um oligômero de dialil poliisobutileno terminado comalquenila;- um agente de endurecimento silila tendo pelo menos cerca dedois grupos funcionais de hidreto de silício, em que apenas um átomo dehidrogênio está ligado a um átomo de silício; eum catalisador de hidrossililação.

23. Conjunto de eletrodo de membrana de acordo com areivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a composição curadacompreende ainda um monômero alquenila polifuncional.

24. Conjunto de eletrodo de membrana, caracterizado pelo fatode que tem uma composição de vedação curada disposta sobre as porçõesperiféricas do conjunto, em que a composição de agente de vedação curadacompreende um material curável por radiação actínica, selecionado a partir dogrupo, que consiste de acrilato, uretano, poliéster, poliolefina, poliéster,copolímeros dos mesmos e combinações dos mesmos.24. Método para formar uma célula de combustível,caracterizado pelo fato de que compreende:prover um componente de célula de combustível;- prover um molde tendo uma cavidade;- posicionar o molde, de tal modo que a cavidade esteja emcomunicação fluida com o componente da célula;- aplicar uma composição de agente de vedação líquida curávelao interior da cavidade; ecurar a composição.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que o componente da célula de combustível é selecionado a partirdo grupo, que consiste de uma placa de campo de fluxo de catodo, uma placade campo de fluxo de anodo, uma armação de resina, uma camada de difusãode gás, uma camada de catalisador de anodo, uma camada de catalisador decatodo, um eletrólito de membrana, uma armação de conjunto de eletrodo demembrana, e combinações dos mesmos.