CN101048901A - 扩散介质中的边缘应力释放 - Google Patents

Abstract

一种用于质子交换膜燃料电池中的扩散介质，所述扩散介质包括相对于所述扩散介质的内部区域而言应力得到释放的边缘区域。所述扩散介质的外周或将要与密封垫圈接界的部分受到预压缩。所述经过预压缩的扩散介质降低了在所述垫圈界面处的膜电极组件上的压缩应力，使得在燃料电池堆的构建、压缩和随后的操作过程中能够在所述膜电极组件的整个表面上实现更均匀的压缩。

Description

扩散介质中的边缘应力释放

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池，特别是涉及用于燃料电池的扩散介质。

背景技术

燃料电池已在多种应用中被用作电源。例如，已经提出将燃料电池用于电动车辆的电力设备中以替代内燃机。在质子交换膜(PEM)型燃料电池中，氢被供应至燃料电池的阳极且氧作为氧化剂被供应至阴极。质子交换膜燃料电池包括膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件包括薄的可传送质子的不导电的固体聚合物电解质膜，所述电解质膜具有在一面的活性区域部分上的阳极催化剂和在反面的活性区域部分上的阴极催化剂。膜电极组件被夹在一对非多孔导电元件或双极板之间，所述非多孔导电元件或双极板用作阳极和阴极的集电器且包含在其中形成的用于将燃料电池的气体反应物分配在相应的阳极和阴极催化剂的表面上的适当通道和/或开口。

夹住膜电极组件的导电双极板可包含位于其面上的沟槽阵列，所述沟槽阵列限定出用于将燃料电池的气体反应物(即氢和以空气形式存在的氧)分配在相应的阴极和阳极表面上的反应物流场。这些反应物流场通常包括多个槽脊(land)，所述多个槽脊在其间限定出多条流道，通过所述流道，气体反应物从位于流道一端处的供应集管流向位于流道的相对端处的排出集管。

膜电极组件面超出活性区域的部分通常被用作密封表面。在膜电解质的这些边缘上，主要的垫圈或密封件被设置以沿周向框住双极板，防止膜电解质与板接触。附加的薄聚合物膜垫圈还被用在燃料电池的膜电解质与扩散介质之间。由于在电池堆的构建过程中，在垫圈界面处的膜电解质上的压缩和剪切应力明显更高，因此敏感膜可过早地失效。因此需要改进这些元件的制造过程。

发明内容

本发明提供了一种用于质子交换膜燃料电池中的扩散介质，所述扩散介质包括相对于所述扩散介质的内部区域而言应力得到释放的边缘区域。在构建和压缩燃料电池堆之前，通过冲压工具对所述扩散介质的外周或将要与密封垫圈接界的部分进行预压缩。所述经过预压缩的扩散介质降低了在所述垫圈界面处的膜电极组件上的压缩应力，使得在燃料电池堆的构建、压缩和随后的操作过程中能够在所述膜电极组件的整个表面上实现更均匀的压缩。

在本发明的一个方面中，披露了一种燃料电池扩散介质，所述燃料电池扩散介质包括具有第一厚度的第一部分和具有第二厚度的第二部分，其中所述第一厚度小于所述第二厚度。所述第一部分适于与垫圈接合，当所述第一部分和膜电极组件在燃料电池中受到压缩时，所述垫圈在所述第一部分与膜电极组件之间提供了隔层。

在本发明的另一个方面中，披露了一种燃料电池。所述燃料电池包括隔板、膜电极组件和插置在所述隔板与膜电极组件之间的扩散介质。所述扩散介质包括具有内部区域和外部区域的主要面。所述主要面与所述膜电极组件的第一反应物面并置且限定出与膜电极组件边缘区域隔开的扩散介质边缘区域之间的第一界面。垫圈被插置在所述膜电极组件边缘区域与所述扩散介质边缘区域之间以在其间限定出第二界面。所述垫圈与所述扩散介质边缘区域协同作用，以使得当所述膜电极组件和垫圈在所述隔板与所述扩散介质之间受到压缩时，在所述第一界面处测得的压缩压力大于或等于在所述第二界面处测得的压缩压力的三分之二。

在本发明的另一个方面中，披露了一种制造燃料电池的子组件的方法。所述子组件包括扩散介质和垫圈，所述垫圈可操作以在所述扩散介质与膜电极组件之间形成隔层。所述方法包括：(1)在所述扩散介质的一部分上施加力由此对所述扩散介质的所述部分进行压缩并使所述部分产生永久变形；(2)从所述扩散介质的所述部分上去除所述力；并且(3)将所述垫圈附接到所述扩散介质上。

在本发明的又一个方面中，披露了一种制造燃料电池堆的方法，所述燃料电池堆包括叠置在彼此之上且压缩在一起的多个燃料电池。所述燃料电池包括扩散介质、膜电极组件、可操作以在所述扩散介质的边缘与所述膜电极组件的边缘之间提供隔层的垫圈以及传导电极元件。所述方法包括：(1)在通过对所述燃料电池堆中的所述燃料电池进行压缩而对所述扩散介质进行压缩之前，将压缩力施加到所述扩散介质的一部分上；(2)去除所述压缩力；(3)沿所需取向布置所述燃料电池；并且(4)将所述燃料电池压缩在一起以形成所述燃料电池堆。

从下文提供的详细描述中将易于理解本发明的其它可应用领域。应该理解，尽管通过详细描述和特定实例示出了本发明的优选实施例，但它们仅旨在用于说明的目的且不旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中：

图1A是根据本发明的原理的燃料电池组件的局部剖视图；

图1B是沿根据本发明的原理的燃料电池组件的膜电极组件/扩散介质界面的宽度的接触压力的曲线图；

图2是对根据本发明的原理的扩散介质进行压缩的冲压工具的剖视图；

图3A-图3D是本发明的优选构型的多个剖视图；

图4A是现有技术的燃料电池组件的局部剖视图；和

图4B是沿现有技术的燃料电池组件的膜电极组件/扩散介质界面的宽度的接触压力的曲线图。

具体实施方式

对优选实施例进行的下列描述在本质上仅是示例性的且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。

燃料电池堆通常包括叠置在彼此之上且相对于彼此保持处于压缩状态的多个燃料电池。多个叠置的燃料电池形成了燃料电池组件，所述燃料电池组件受到压缩以保持多个燃料电池处于压缩关系。图4示出了现有技术的燃料电池布置110的局部剖视图，所述燃料电池布置包括第一双极板112和第二双极板114。双极板112、114在此还被称作导电电极。扩散介质116、118分别与每块双极板112、114邻近。膜电极组件120被设置在扩散介质116、118之间。膜电极组件120包括离子传导构件122，所述离子传导构件具有在一面上的阳极电极124和在第二相对面上的阴极电极126。在膜电极组件120的边缘处，设置了第一垫圈层128和第二垫圈层130，以防止任何裸露的膜电极组件120暴露于双极板112、114以及苛刻的燃料电池环境。燃料电池组件需要相当大的压缩力以将电池堆中的燃料电池挤压在一起。除了需要保持燃料电池的内部部件之间的良好电接触之外，对压缩力的需要还源自于燃料电池内的反应物的内部气体压力。燃料电池的活性区域优选受到均匀地压缩以使燃料电池堆组件的效率最大化。

如图4所示的具有垫圈128、130的现有技术组件110通常使得在电池堆的构建和压缩过程中在垫圈边缘132、134处的膜电极组件120中诱发明显更高的压缩和剪切应力。这部分地归因于，分别位于垫圈128、130上面和下面的扩散介质136、138的部分不得不受到更多的压缩以容纳垫圈128、130的附加厚度的缘故。

图4B示出了沿对应于图4A所示的现有技术燃料电池组件的膜电极组件的宽度的压力分布或接触压力。利用由厚度为0.025mm的聚合物膜制成的典型垫圈且使用厚度为0.2mm的典型Toray^纸作为扩散介质116、118，已经确定在构建且压缩燃料电池堆组件之后，在垫圈边缘界面区域137处的膜电极组件压力可达活性区域125、127处的膜电极组件压力的两倍。结果是，已经发现膜电极组件120倾向于在膜电极组件120的垫圈边缘132、134处过早地失效，这可能使燃料电池堆的耐久性发生严重劣化。

本发明通过利用包括相对于扩散介质的内部区域而言应力得到释放的边缘区域的扩散介质的设计和方法解决了高压缩应力问题。应力得到释放的边缘区域沿厚度方向具有不同的应力-应变性质，这为边缘区域提供了应力释放。在优选实施例中，扩散介质在用于燃料电池中之前在周部处受到预压缩。经过预压缩的扩散介质降低了在膜电极组件-垫圈界面处的压缩应力且提高了膜电极组件的耐久性。

图1A是根据本发明的具有膜电极组件(MEA)的燃料电池10的局部剖视图。如图1A所示，膜电极组件20包括由阳极电极24和阴极电极26夹住的离子传导构件22，所述阳极电极和所述阴极电极提供了一对活性表面25、27。膜电极组件20进一步地由一对扩散介质16、18夹住。在燃料电池组装好之前，扩散介质16、18分别在沿外周的与垫圈28、30邻近的区域中受到预压缩，所述垫圈沿周向围绕扩散介质16、18。附加的密封构件(未示出)被设置在双极板12、14之间的周部区域中。正如本领域中已公知地，双极板12、14分别包括通常以多个槽脊为特征的反应物流场(未示出)，所述多个槽脊限定出多条流道，反应物流动通过所述流道。垫圈28、30和密封构件通常具有弹性本质，但还可包括如聚酯和聚四氟乙烯(PTFE)等材料。然而，垫圈和密封构件可以是足以对膜电极组件20进行密封的任何材料。

离子传导构件22优选为薄的固体聚合物膜电解质，且优选为质子交换膜。构件22在此还被称作膜22。离子传导构件22优选具有在约10μm至100μm范围内的厚度，且最优选具有约25μm的厚度。适用于这种膜电解质的聚合物在本领域中是众所周知的且在美国专利Nos.5,272,017和3,134,697以及其它专利和非专利文献中对所述聚合物进行了描述。然而，应该注意，离子传导构件22的成分可包括本领域中常规使用的任何质子传导聚合物。优选使用全氟磺酸聚合物如商业上可得的NAFION^。此外，聚合物可以是膜的唯一构成组分、包含另一种材料的机械支承小纤维或可散置有颗粒(例如散置有二氧化硅、沸石或其它相似颗粒)。另一种可选方式是，聚合物或离聚物可承载在另一种材料的孔隙中。

离子传导构件22是阳离子可透过的质子传导膜，所述膜具有H⁺离子作为流动离子；燃料气体是氢(或重整物)且氧化剂是氧或空气。总电池反应是氢被氧化成水的过程且在阳极和阴极处进行的相应反应为H₂＝2H⁺+2e^-(阳极)和1/2 O₂+2H⁺+2e^-＝H₂O(阴极)。

阳极电极24和阴极电极26的成分优选包括散布在聚合物粘合剂中的电化学活性材料，与离子传导构件22同样地，所述聚合物粘合剂是质子传导材料如NAFION^。电化学活性材料优选包括涂覆催化剂的碳或石墨颗粒。阳极电极24和阴极电极26将优选包括铂-钌、铂或其它Pt/过渡金属的合金作为催化剂。尽管图中示出的阳极24和阴极26具有相等的尺寸，但应该注意到：阳极24和阴极26具有不同尺寸(即阴极大于阳极或相反)的情况并未在本发明的范围之外。阳极和阴极的优选厚度在约2至30μm的范围内，且最优选为约10μm。在另一可选实施例中，燃料电池可利用涂覆催化剂的扩散介质。在该设计中，膜电极组件仅包括离子传导构件22，其中电极和电化学活性材料被包括在扩散介质16、18内(未示出)。

应该理解，阳极电极24和阴极电极26被设置在离子传导构件22上作为连续平滑的层，所述层为垫圈28、30和扩散介质16、18提供了大体上平的置靠表面。这样做的有利之处在于，当这些元件与膜电极组件20一起在燃料电池堆组件中受到压缩以便有利于且提高在燃料电池的电化学反应中产生的电子的导电性时，离子传导构件22将通常在其表面上且在遍及其表面的范围内承受均匀的压力。当离子传导构件在遍及其表面的范围内承受均匀压力时，将减小或消除作用在离子传导构件22上的过度的应力。还应该理解，尽管图1A示出了阳极24和阴极26被设置在离子传导构件22的整个区域上的情况，但阳极24和阴极26的层可不必要延伸至膜电极组件20的最外边缘。

扩散介质16、18可通常为本领域已知的任何扩散介质。扩散介质16、18优选为厚度在约50至500μm范围内的碳纸、碳布或碳泡沫。扩散介质16、18有助于将反应物气体散布在电极24、26上且将电流从电极24、26传导至导电双极板12、14的槽脊(未示出)。本发明的优选扩散介质包括具有第一厚度的第一部分40，和与膜电极组件25、27的活性区域邻近的具有第二且更大的厚度的第二部分42。第一部分40产生永久变形且适于与垫圈28、30接合，当第一部分和膜电极组件在燃料电池组件中受到压缩时，所述垫圈在第一部分40与膜电极组件20之间提供了隔层。垫圈28、30用于对燃料电池的边缘区域进行紧固。其允许从燃料电池的活性区域向外周进行热传递且防止扩散介质16、18的任何纤维与任何裸露膜直接接触。

如前所述，为了有利于扩散介质16、18与电极24、26之间的导电性，膜电极组件20需要在高压下受到压缩。第一厚度的大小优选导致在膜电极组件20与垫圈28、30之间的界面37处的压缩压力处于对于特定燃料电池堆组件而言预定的范围内。在一个实施例中，如图1A和图1B所示，在界面37处的压缩压力小于或等于在膜电极组件20与扩散介质16、18之间的活性区域25、27处的压缩压力。为了获得该结果，垫圈28、30所具有的厚度优选使得第二部分42的厚度大于垫圈28、30和扩散介质16、18的第一部分40的总厚度。第二部分42的厚度大于第一部分40的厚度可达1.2倍(达120％)。应该理解，发生变形的第一部分40与未变形的第二部分42之间的厚度可不必要如图1至图3所示的情况那样产生确定的斜率或梯度变化。更具体而言，应该理解，如果在这些部分之间确实存在梯度变化，则图中不必要示出准确的变化比例。

预压缩压力将取决于垫圈28、30的厚度、电池堆的目标压缩情况以及扩散介质16、18的压缩行为。扩散介质16、18的压缩行为可由其压缩应力/应变曲线进行表述，所述压缩应力/应变曲线是通过一系列加载、卸载和重新加载的循环而产生的，其中后面的循环经受更高的压缩压力。应该选择用于对扩散介质16、18进行预压缩的压缩力的大小，以使得扩散介质16、18的周部或边缘40在随后的制造过程中可被重新加载至第一所需压力，从而使得膜电极组件20的活性区域25、27被压缩达到第二所需压力。在一个实施例中，第一所需压力小于或等于活性区域25、27中的膜电极组件上的第二所需压力的150％。

图2示出了用于制造本发明的预压缩扩散介质的方法。在一个优选实施例中，冲压工具44将扩散介质的边缘40压缩至预定压缩力。垫圈28、30在第一侧上设有可拆卸垫片46，且在第二相对侧上设有一层压敏粘结剂(PSA)48。可拆卸垫片46优选被层压成垫圈，且压敏粘结剂48被施加至相对侧。所述过程可在独立的基础上实施，或另一种可选方式是，压敏粘结剂/垫圈/垫片子组件50可被制成板片形式(未示出)且随后根据所使用的垫圈被切割或形成所需形状和尺寸。一旦形成压敏粘结剂/垫圈/垫片子组件50，则其被置于扩散介质16、18上，并施加轻的压力以将子组件50固定在适当位置处。冲压工具44随后进行对准且被置于子组件50的顶部上，且预定压缩力被施加到子组件50和下面的扩散介质16、18上。在施加压力时，扩散介质在边缘40处产生永久变形。压敏粘结剂48通过散布进入与垫圈28、30接触的扩散介质16、18的区域52内而将垫圈28、30粘结至扩散介质16、18。可拆卸垫片46的厚度优选被选择以使得冲压工具44在压缩过程中不会与扩散介质的未压缩活性区域42产生物理接触。

压敏粘结剂通常被供应作为基板上的涂层，且受到多种载体如纸、布、纤维素、塑料膜、金属箔片的支承。压敏粘结剂的化学族包括天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、再生橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯类、聚乙烯醚和硅酮。通常情况下，基于纯橡胶的材料的老化特性较差。大多数材料基于的是具有多种添加剂的橡胶，所述添加剂包括增粘剂。压敏粘结剂易于施加，但施加设备对粘结性能产生了复杂的影响。通常情况下，压敏粘结剂标签和压敏粘结剂带具有均匀的厚度，且在室温下(即不需要通过热量、水或溶剂进行活化)通常产生永久粘结，尽管有一些配方可能产生交联。当在室温且在短暂压力下使基板接触时，所选择的压敏粘结剂优选能够将基板保持在一起。压敏粘结剂材料必须具有在粘结过程中消散能量的能力、具有部分弹性行为且具有耐受过量流的倾向性，即储存键断裂能以提供剥离和粘性(即粘弹性)的能力。硅酮压敏粘结剂具有比大多数其它材料更宽的温度使用范围且具有优良的化学和溶剂耐受性以及柔性。硅酮压敏粘结剂基于的是树胶和树脂。

在本发明的另一可选实施例中，扩散介质16、18可在未同时粘合或附接垫圈28、30的情况下受到压缩。该实施例包括将力施加到扩散介质的一部分上，由此对扩散介质的一部分进行压缩并使其产生永久变形。优选地，扩散介质的外周部分受到压缩。如前所述，可利用冲压工具44对扩散介质进行压缩，所述冲压工具产生改变以具有垫圈的伸出形状。另一实施例包括通过框架型设备对扩散介质进行冲压，构建所述框架型设备的外形以使其具有垫圈28、30的形状。应该理解，本发明不受到所披露实施例的限制，在所述实施例中扩散介质受到预压缩，且本领域的技术人员可利用对扩散介质的部分进行压缩的过程的多种变型和方法。

图3A至图3D示出了本发明的多个实施例和子组件。图3A示出了本身作为一体式实施例的经过预压缩的扩散介质16、18。在另一实施例中，垫圈28、30可被粘合至扩散介质16、18以形成如图3B所示的组件。在优选实施例中，垫圈28、30被附接至扩散介质16、18且仅沿扩散介质16、18的预压缩部分40与扩散介质16、18交叠。图3C和图3D示出了被附接至双极板12、14的任一侧的扩散介质和扩散介质/垫圈子组件。扩散介质16、18优选通过导电粘结剂被粘合至双极板12、14。粘结剂可沿外周被施加在两个表面之间，或可在双极板与扩散介质16、18进行组装之前被施加到双极板12、14的槽脊上。适当的传导粘结剂可包含多种材料，所述材料包括薄片状和粉末状金属，且通常在本领域中是已知的。优选采用传导粘结剂而不是焊接方法，原因在于传导粘结剂将通常对腐蚀和苛刻环境如燃料电池中的侵蚀性材料有更强的耐受性。此外，与焊接相比，粘结剂使连接材料的重量减轻了10至20倍。

现在将对用于制备燃料电池堆的方法进行描述，所述方法包括将多个燃料电池布置在彼此上并对组件进行压缩。每个燃料电池包括扩散介质16、18、膜电极组件20、可操作以在扩散介质16、18与膜电极组件20之间提供隔层的垫圈28、30以及一对传导电极元件12、14。该方法包括施加和去除压缩力以使扩散介质的一部分产生永久变形，如前所述。经过预压缩的扩散介质16、18与其它燃料电池部件一起被布置成所需结构，且元件的整个组件被压缩在一起以形成燃料电池堆。通常可通过上部端板和下部端板(未示出)产生施加在燃料电池组件上的压缩力，正如本领域中已知地，通过侧板(未示出)保持所述上部端板和下部端板处于固定的间隔关系。本领域的技术人员将认识到，彼此邻近地进行叠置以形成燃料电池组件的燃料电池的数量可发生变化，且所述数量将取决于燃料电池堆的需求。

应该意识到，尽管本发明披露了包括具有经过预压缩的边缘的扩散介质16、18的优选实施例，但可预想释放膜电极组件/垫圈界面处的膜电极组件上的应力的其它可选方法。例如，可通过其它方式切去或去除扩散介质的边缘从而使固体构件成形且产生变形，所述方式包括但不限于激光蚀刻、化学蚀刻、雕刻、磨削、铣削、成形、喷砂清洗和本领域中已公知的其它相似的机械类型的工艺。因此，对本发明进行的描述在本质上仅是示例性的，且不偏离本发明的精神的变型旨在处于本发明的范围内。这种变型不被视作偏离了本发明的精神和范围。

Claims (40)

1、一种燃料电池扩散介质，所述燃料电池扩散介质包括：

具有第一厚度的第一部分；和

具有第二厚度的第二部分，

其中所述第一厚度小于所述第二厚度，且所述第一部分适于与垫圈接合，当所述第一部分和膜电极组件在燃料电池中受到压缩时，所述垫圈在所述第一部分与所述膜电极组件之间提供了隔层。

2、根据权利要求1所述的扩散介质，其中所述第一厚度的大小导致在燃料电池堆内的所述第一部分与所述垫圈的界面处的压缩压力处于预定范围内。

3、根据权利要求2所述的扩散介质，其中在所述界面处的所述压缩压力小于在所述第二部分与所述膜电极组件之间的压缩压力。

4、根据权利要求1所述的扩散介质，其中所述第一部分包括所述扩散介质的周部。

5、根据权利要求1所述的扩散介质，其中所述第一部分是产生永久变形的部分。

6、一种燃料电池，所述燃料电池包括：

隔板；

膜电极组件，所述膜电极组件具有膜电极组件边缘区域、与所述膜电极组件边缘区域邻近的膜电极组件内部区域和在所述膜电极组件内部区域的面上形成的第一反应物表面；

插置在所述隔板与所述膜电极组件之间的扩散介质，所述扩散介质具有在扩散介质内部区域上形成且与所述第一反应物面并置以在其间限定出第一界面的主要面，和与所述膜电极组件边缘区域隔开的扩散介质边缘区域；和

插置在所述膜电极组件边缘区域与所述扩散介质边缘区域之间以在其间限定出第二界面的垫圈，

其中所述垫圈与所述扩散介质边缘区域协同作用，以使得当所述膜电极组件和所述垫圈在所述隔板与所述扩散介质之间受到压缩时，在所述第一界面处测得的压缩压力大于或等于在所述第二界面处测得的压缩压力的三分之二。

7、根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述扩散介质内部区域具有第一厚度且所述扩散介质边缘区域具有小于所述第一厚度的第二厚度。

8、根据权利要求7所述的燃料电池，其中所述扩散介质进一步包括受到压缩的扩散介质边缘区域。

9、根据权利要求7所述的燃料电池，其中所述垫圈具有第三厚度，其中所述第一厚度大于所述第二厚度和第三厚度之和达1.2倍。

10、根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述扩散介质边缘区域在所述扩散介质的周部周围进行延伸。

11、根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述垫圈被粘结性地紧固到所述膜电极组件边缘区域上。

12、根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述垫圈从所述膜电极组件边缘区域在侧部向外地进行延伸。

13、根据权利要求6所述的燃料电池，进一步包括：

在所述膜电极组件内部区域的面上形成的与所述第一反应物面相对的第二反应物面；

第二隔板；

插置在所述第二隔板与所述膜电极组件之间的第二扩散介质，所述第二扩散介质具有在第二扩散介质内部区域上形成且与所述第二反应物面并置以在其间限定出第三界面的主要面，和与所述膜电极组件边缘区域隔开的第二扩散介质边缘区域；和

插置在所述膜电极组件边缘区域与所述第二扩散介质边缘区域之间以在其间限定出第四界面的第二垫圈，

其中所述第二垫圈与所述第二扩散介质边缘区域协同作用，以使得当所述膜电极组件和所述第二垫圈在所述第二隔板与所述扩散介质之间受到压缩时，在所述第三界面处测得的压缩压力大于或等于在所述第四界面处测得的压缩压力的三分之二。

14、根据权利要求13所述的燃料电池，其中所述第二扩散介质内部区域具有第三厚度且所述第二扩散介质边缘区域具有小于所述第三厚度的第四厚度。

15、根据权利要求14所述的燃料电池，其中所述第二扩散介质进一步包括受到压缩的扩散介质边缘区域。

16、根据权利要求14所述的燃料电池，其中所述第二垫圈具有第五厚度，其中所述第三厚度大于所述第四厚度和第五厚度之和达1.2倍。

17、根据权利要求13所述的燃料电池，其中所述第二扩散介质边缘区域在所述第二扩散介质的周部周围进行延伸。

18、根据权利要求13所述的燃料电池，其中所述第二垫圈被粘结性地紧固到所述膜电极组件边缘区域上。

19、根据权利要求13所述的燃料电池，其中所述第二垫圈从所述膜电极组件边缘区域在侧部向外地进行延伸。

20、一种制造燃料电池的子组件的方法，所述子组件包括扩散介质和垫圈，所述垫圈可操作以使所述扩散介质的边缘与膜电极组件隔开，所述方法包括：

(a)在所述扩散介质的一部分上施加力由此对所述扩散介质的所述部分进行压缩并使所述部分产生永久变形；

(b)从所述扩散介质的所述部分上去除所述力；并且

(c)使所述垫圈与所述扩散介质接合。

21、根据权利要求20所述的方法，其中在实施(a)之前实施(c)，且(a)包括将所述压缩力施加到与所述扩散介质的所述部分交叠的所述垫圈的部分上。

22、根据权利要求21所述的方法，其中(c)包括在所述垫圈上施加压敏粘结剂、在所述粘结剂与所述扩散介质接触的情况下将所述垫圈放置在所述扩散介质上并且将轻的压力施加到所述垫圈上由此使所述垫圈接合到所述扩散介质上，且(a)包括通过将所述压缩力施加到所述垫圈的所述部分上而用所述粘结剂将所述垫圈紧固到所述扩散介质上。

23、根据权利要求22所述的方法，其中(c)包括在与所述压敏粘结剂相对的侧部上将垫片层可释放地附接到所述垫圈上且(a)包括将所述压缩力施加到所述垫片层上且其中所述垫片层具有防止施加所述压缩力的设备与所述扩散介质接触的厚度。

24、根据权利要求20所述的方法，其中(a)包括将所述扩散介质的所述部分压缩至预定压力。

25、根据权利要求24所述的方法，其中(a)包括基于所述垫圈的厚度、所述燃料电池的所需压缩情况和所述扩散介质的特征中的至少一种情况将所述扩散介质压缩至预定压力。

26、根据权利要求20所述的方法，其中(c)包括将所述垫圈附接到所述扩散介质上以使得所述垫圈仅沿所述扩散介质的所述部分与所述扩散介质交叠。

27、根据权利要求20所述的方法，其中(a)包括对所述扩散介质的外周部分进行压缩。

28、根据权利要求20所述的方法，其中(a)包括通过被构建具有与所述垫圈相似的外形的框架的一部分将所述压缩力施加到所述扩散介质上。

29、根据权利要求20所述的方法，其中所述子组件包括传导电极元件，且进一步包括将具有所述附接的垫圈的所述扩散介质粘合到所述传导电极元件上。

30、根据权利要求20所述的方法，其中(a)包括施加和去除压缩力，所述压缩力足以导致当所述垫圈与所述扩散介质在燃料电池堆内受到压缩时在所述垫圈与所述扩散介质的界面处的压缩压力处于预定范围内。

31、根据权利要求20所述的方法，其中(a)包括施加和去除压缩力，所述压缩力足以导致当所述垫圈与所述扩散介质在燃料电池堆内受到压缩时在所述垫圈与所述扩散介质的界面处的压缩压力小于在所述燃料电池堆中的所述膜电极组件的活性区域与所述扩散介质之间的压缩压力的150％。

32、一种制造燃料电池堆的方法，所述燃料电池堆包括叠置在彼此之上且压缩在一起的多个燃料电池，所述燃料电池包括扩散介质、膜电极组件、可操作以在所述扩散介质与所述膜电极组件之间提供隔层的垫圈以及传导电极元件，所述方法包括：

(a)在通过对所述燃料电池堆中的所述燃料电池进行压缩而对所述扩散介质进行压缩之前，将压缩力施加到所述扩散介质的一部分上；

(b)去除所述压缩力；

(c)沿所需取向布置所述燃料电池；并且

(d)将所述燃料电池压缩在一起以形成所述燃料电池堆。

33、根据权利要求32所述的方法，其中(a)包括将所述垫圈附接到所述扩散介质的所述部分上且将所述压缩力施加到与所述扩散介质的所述部分交叠的所述垫圈的部分上。

34、根据权利要求33所述的方法，进一步包括在实施(c)之前将具有所述附接的垫圈的所述扩散介质附接到所述传导电极元件上。

35、根据权利要求32所述的方法，进一步包括在实施(a)和(b)之后且实施(c)之前将所述扩散介质附接到所述传导电极元件上。

36、根据权利要求35所述的方法，进一步包括在实施(c)之前将所述垫圈附接到所述膜电极组件上且相对于所述扩散介质放置具有所述附接的垫圈的所述膜电极组件以使得当实施(d)时所述垫圈被压缩靠在所述扩散介质的所述部分上。

37、根据权利要求32所述的方法，其中(a)包括施加具有预定大小的压缩力且所述预定大小基于的是所述垫圈的厚度、所述燃料电池堆中的所述燃料电池的所需压缩情况和所述扩散介质的特征中的至少一种情况。

38、根据权利要求32所述的方法，其中(a)包括施加压缩力，所述压缩力足以导致当所述燃料电池在所述燃料电池堆内被压缩在一起时在所述垫圈与所述扩散介质的界面处的压缩压力处于预定范围内。

39、根据权利要求32所述的方法，其中(d)包括将所述燃料电池压缩在一起以使得在所述膜电极组件的活性区域与所述扩散介质之间存在处于预定范围内的压缩压力，且(a)包括施加压缩力，所述压缩力足以导致当所述垫圈与所述扩散介质在燃料电池堆内被压缩在一起时在所述垫圈与所述扩散介质的界面处的压缩压力小于在所述膜电极组件的所述活性区域与所述扩散介质之间的所述压缩压力的150％。

40、根据权利要求32所述的方法，其中(a)包括施加导致当去除所述压缩力时所述扩散介质的所述部分的厚度小于所述扩散介质的未压缩部分的厚度的压缩力。

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