CN101385172B - 制造密封一体式膜电极组件的方法 - Google Patents

制造密封一体式膜电极组件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101385172B
CN101385172B CN200780005257.4A CN200780005257A CN101385172B CN 101385172 B CN101385172 B CN 101385172B CN 200780005257 A CN200780005257 A CN 200780005257A CN 101385172 B CN101385172 B CN 101385172B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode assembly
membrane electrode
encapsulant
manifold hole
seal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200780005257.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101385172A (zh
Inventor
笹冈友阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN101385172A publication Critical patent/CN101385172A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101385172B publication Critical patent/CN101385172B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/4911—Electric battery cell making including sealing

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

在制造膜电极组件的过程中，在注塑成型之前，呈通孔形式的密封材料流入孔(62a、62b)与歧管孔(16a-16f)分开地形成于膜电极组件中。当膜电极组件置于用于注塑成型的模具中时，密封材料流入孔(62a)置于腔(44a)中。当密封材料从供应口(42)——该供应口形成于歧管孔(16a)的形成位置处——供应时，流向上模(40a)的密封材料经过腔(44a)中的密封材料流入孔(62a)，并然后流向下模(40b)，从而减少了供应到上模(40a)和下模(40b)的密封材料的量之间的不均匀度。

Description

制造密封一体式膜电极组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用在燃料电池中的膜电极组件。
背景技术
燃料电池由层叠在一起的多个单元电池构成，每个单元电池都具有夹设于隔板之间的膜电极组件。膜电极组件包括电解质膜和其间夹设该电解质膜的一对电极催化剂层。提供用于例如燃料气体或水等的流体通道的歧管孔形成在膜电极组件的外周部分中。此外，为了改善夹设于隔板之间的膜电极组件的流体密封性，公知通过注塑成型在膜电极组件的相对表面上形成密封垫的技术(如例如JP-A-2003-68319中所披露)。
但是，由于其例如电解质膜和电极催化剂层等构成部件的强度低，所以在制造膜电极组件的过程中可能会发生问题。例如，当膜电极组件置于用于注塑成型密封垫的模具中时，模具腔内未受到支撑的膜电极组件部分由于例如重力等的影响可能会卷曲或弯曲。如果处于熔融状态的密封材料在这种情况下注入到模具中，则可能会阻碍或堵塞密封材料的流动，导致成型故障或瑕疵的发生。
此外，膜电极组件的另一个问题是其构成部件易于从组件的外端面剥落。
发明内容
本发明提供一种用于减少在制造膜电极组件的过程中出现故障或瑕疵的技术。
本发明的第一方面提供了一种制造用在燃料电池中的密封一体式膜电极组件的方法，所述方法包括(a)制备贯通形成有歧管孔和密封材料流入孔的膜电极组件的步骤；(b)将所述膜电极组件放置在模具中的步骤；以及(c)将密封材料供给到所述模具中从而通过注塑成型形成具有密封线的密封垫的步骤，所述密封线绕所述歧管孔形成。在此方法中，所述膜电极组件形成为使得每个所述歧管孔的内周部和所述密封材料流入孔位于所述模具的同一型腔内。
根据此方法，当密封材料供应到模具中时，密封材料流入密封材料流入孔，并且因而基本上均匀地供应到膜电极组件的相对表面，使得能够减少成型故障或瑕疵的出现。
所述歧管孔和所述密封材料流入孔可形成在所述膜电极组件的外周部中；并且加强构件可设置在所述膜电极组件的外周部上。在上述步骤(c)中可用所述密封材料覆盖所述膜电极组件和所述加强构件的端面。
根据这种方法，密封垫通过注塑成型形成在膜电极组件的外周部分中，并且注塑成型能够容易地进行。此外，密封一体式膜电极组件本身的强度和歧管孔的内壁的强度增大，使得膜电极组件在安装到燃料电池中或在使用燃料电池的过程中遭破坏和损伤的可能性减少。
在上述的步骤(c)中，所述密封材料可从形成有所述歧管孔的位置供应到所述模具中。
根据这种方法，密封材料能够均匀地供应到歧管孔的周边，从而均匀地形成围绕歧管孔的唇部。
多个密封材料流入孔中的至少一个可形成为位于所述歧管孔和所述膜电极组件的外周之间；所述方法进一步包括沿存在所述至少一个密封材料流入孔的平面切断所述膜电极组件的外周部的步骤。
根据这种方法，在存在所述或多个所述密封材料流入孔的剖面中，密封材料覆盖膜电极组件和加强构件之间的配合面，从而防止在配合面处的剥落并且改善膜电极组件的强度。
本发明的第二方面提供一种用在燃料电池中的密封一体式膜材料，其包括：膜电极组件，其包括电解质膜以及一对其间夹设有所述电解质膜的电极层，并且设置有贯通所述膜电极组件的歧管孔；以及密封垫，其提供绕所述歧管孔的密封线。所述密封一体式膜电极组件的特征在于所述膜电极组件的外周的仅仅一部分覆盖有所述密封垫的密封材料；并且所述膜电极组件的外周的其它部分的端面暴露于所述组件的外侧、没有覆盖所述密封材料。
通过如上所述地构造的密封一体式膜电极组件，能够防止其组成部件在覆盖有密封材料处彼此剥落。
本发明可以多种形式实施或实现。例如，本发明可以密封一体式膜电极组件、具有密封一体式膜电极组件的燃料电池或具有这种燃料电池的车辆等形式实施。
附图说明
参照附图，根据优选实施方式的如下说明，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得很显然，图中相同的附图标记被用来代表相同的元件，图中：
图1是示意性地示出燃料电池的构造的说明性视图；
图2是密封一体式膜电极组件的截面图；
图3A-图3D是示出制造膜电极组件的工序的说明性视图；
图4是用于说明对比示例中膜电极组件的注塑成型的视图；
图5A-图5C是示出对比示例的密封一体式膜电极组件的说明性视图；
图6是示出根据本发明一个实施方式的膜电极组件的说明性视图；
图7是用于说明该实施方式的膜电极组件的注塑成型的视图；
图8A-图8C是示出该实施方式的密封一体式膜电极组件的说明性视图；
图9是用于说明施加到该实施方式中歧管孔的压力的示意图；
图10是用于说明根据变型示例1的膜电极组件的注塑成型的视图；以及
图11是示出根据变型示例2的密封一体式膜电极组件的说明性视图。
具体实施方式
A.燃料电池的构造：图1示意性地示出燃料电池10的构造，其使用根据本发明的一个实施方式的密封一体式膜电极组件。本实施方式的燃料电池10是高分子电解质燃料电池，其供应有燃料气体(即氢气和空气)并且通过氢和氧之间的电化学反应产生电能。
燃料电池10具有层叠式结构，其中多个单元电池11层叠或层压在一起。每个单元电池11包括密封一体式膜电极组件12、以及在其间夹设密封一体式膜电极组件12的隔板14。
燃料电池10具有沿单元电池11层叠在一起的方向贯穿地形成的歧管。歧管提供了通过其供应和排放氢气(阳极气体)、空气(阴极气体)和冷却水的通道。为了设置燃料电池10的歧管，歧管孔16a-16f形成在隔板14和密封一体式膜电极组件12的各周边部分中。更具体地，歧管孔16a是氢气的供应口，而歧管孔16b是氢气的排放口，且歧管孔16c是冷却水的供应口，而歧管孔16d是冷却水的排放口。此外，歧管孔16e是空气的供应口，而歧管孔16f是空气的排放口。歧管孔16a-16f可以其它形式构造或设置。
密封垫24通过膜制而形成在密封一体式电极膜组件12的周边部分上。当密封一体式电极膜组件12夹设于隔板14之间时，密封垫24与隔板14紧密接触，从而防止燃烧气体和冷却水的泄漏。密封垫24具有形成在密封一体式膜电极组件12的相对表面上的第一密封线SL和第二密封线SL。第一密封线SL形成在各个歧管孔16a-16f周围，第二密封线SL围绕包括气体歧管孔16a、16b、16e、16f和电极催化剂层26但不包括冷却剂歧管孔16c、16d的广阔区域。第二密封线SL用于防止气体从燃料电池10泄漏出。
每个隔板14是通过层压三个用金属制成的薄板——即阴极板14a、中间板14b和阳极板14c——形成的三层隔板。当隔板14层压在密封一体式膜电极组件12上时，阴极板14a与其上设置有阴极催化剂层(将在后面描述)的密封一体式膜电极组件12的一个表面(图1中的下表面)接触，并且阳极板14c与其上设置有阳极催化剂层(将在后面描述)的密封一体式膜电极组件12的另一表面(图1中的上表面)接触。
隔板14设置成将通过歧管孔16a供应的阳极气体供应到相应的一个单元电池11的阳极催化剂层，并且将通过歧管孔16e供应的阴极气体供应到相应的单元电池11的阴极催化剂层。隔板14还执行收集产生于密封一体式膜电极组件12中的电能的功能、以及通过歧管孔16c将冷却水供应到中间板14b从而进行冷却的功能。另外，隔板14还设置用于将燃料气体和冷却水引导到各个用于排放的歧管孔。隔板14可以具有不同于上述包括三个叠层结构或构造的任意的结构或构造。
图2是密封一体式膜电极组件12的截面图。密封一体式膜组件12构造成使得电解质膜20被夹设于阳极催化剂层26a和阴极催化剂层26b(这些层总称为“电极催化剂层26”)之间，并且使得电解质膜20的外周部分被夹设于加强膜22之间。另外，密封垫24通过模制形成在密封一体式膜电极组件12的外周部分上，从而覆盖加强膜22和电极催化剂层26的外周部分。密封垫24形成为在膜电极组件12的相对表面上提供上述密封线SL。但是，应当了解，密封垫24不必与电极催化剂层26接触，并且可以去除加强膜22。
电解质膜20是由固态聚合材料形成的薄膜，其能够导通质子并且在潮湿条件下表现出良好的导电性。电极催化剂层26承载有促进电化学反应的催化剂(例如铂)。而且，气体扩散层28设置用来分别地覆盖电极催化剂层26的不与电解质膜20接触的外表面。气体扩散层28是用碳制成的多孔体，并且具有通过利用其沿其厚度方向扩散气体的能力将燃料气体供应到相应的电极催化剂层26的整个区域的功能。
在本说明书中，“电极催化剂层”表示包括催化剂层和气体扩散层的层结构。在燃料电池的技术领域中，术语“电极层”可以用来表示电极催化剂层(即催化剂层和气体扩散层的组合)，或者可以用来仅表示不包括气体扩散层的催化剂层。在本说明书中，术语“电极层”也包括这两个意思，并用于表示至少包括催化剂层。此外，在本说明书中，“膜电极组件”用作表示如下结构的术语：该结构至少包括电解质膜和其间夹设电解质膜的一对电极催化剂层，并且“密封一体式膜电极组件”用作表示如下结构的术语：在该结构中通过注塑成型在膜电极组件的相对表面上形成有密封垫。
B.制造密封一体式膜电极组件的过程(对比示例)：图3A至图3D示出了制造根据现有技术的密封一体式膜电极组件12的过程的一部分。
在图3A中，电解质膜20的周边部分被夹设于一对均呈矩形框形式的加强膜22之间。加强膜22可以由例如聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)形成，并且可以具有25-250μm的厚度。加强膜22还可以由热膨胀系数为40×10-6/K或更低的材料形成，并且能够使用在温度为-30℃到120℃且pH＝2的氧化气氛的环境中。
图3B示出其中电解质膜20被夹设于加强膜22之间的情况。
图3C示出其中呈通孔形式的歧管孔16a-16f形成在电解质膜20的夹设于加强膜22之间的部分中的情况。
图3D示出在电极催化剂层26结合到电解质膜20的相对表面的情况下的膜电极组件30。电极催化剂层26可以在图3D的工序之前的任意工序中置于电解质膜20上。
接下来，密封垫24通过模制形成在膜电极组件30的周边部分上。图4示出当膜电极组件30布置或设置在用于注塑成型的模具中时剖取的截面III-III(图3D)。膜电极组件30被夹设于模具的上模40a和下模40b之间。图4中的箭头表示密封材料被供应到模具中时流动的方向。上模40a设置有密封材料的供应口42，其形成于上模40a的形成每个歧管孔(例如图3C和图3D中的歧管孔16d)的部分中。此外，腔44a、44b沿每个歧管孔的内周设置。密封材料通过与供应口42连通的供应通道43供应到腔44a、44b。
图5A到图5C示出注塑成型之后的工序。图5A示出密封一体式膜电极组件50，其中密封垫24通过注塑成型形成。由密封垫24上的两条线限定的狭窄区域表示用于防止流体泄漏的密封线SL。在注塑成型之后立即除去供应通道43(图4)中剩余的密封材料。
图5B示出通过切掉密封一体式膜电极组件50的外边缘部分中的电解质膜20和加强膜22的多余部分而得到的密封一体式膜电极组件52。图5C示出图5B的截面V-V。如图5C中所示，密封线SL形成唇部(或突起)，其顶部压靠安装在膜电极组件52上的隔板14，从而提供防止流体泄漏的密封。
虽然密封一体式膜电极组件可以根据上述对比示例的方法制造，但是该方法具有如下所述的问题。
问题1：在如图4中所示的注塑成型过程中，膜电极组件30的部分WP(更具体地，歧管孔的内周)在腔内没有受到支撑。因此，这部分WP由于重力的影响而向下模40b卷曲或弯曲。结果，膜电极组件30的部分WP可能防碍或堵塞通往位于下模40b侧的腔44a下部的密封材料供应通道，并且与供应到位于上模40a侧的腔44a上部的密封材料的量相比，供应到位于下模40b侧的腔44a下部的密封材料的量可能减少。从而，密封材料不能相等地供应到腔44a的上部和下部。在图4中，表示密封材料流向的箭头之间的尺寸(或长度)差异大体上代表密封材料流量之间的差异。此差异可能导致模制质量不好。此问题类似地发生于其它腔中。
问题2：电极催化剂层26包括气体扩散层，并且经常通过涂敷将涂料施加到气体扩散层的表面，从而使该层防水。由于涂料材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)树脂的粉末)和气体扩散层的基底材料之间的粘合强度很低，所以在所注塑成型过程中所达到的温度或施加于模具的模锻力的影响下，一部分涂料材料可能从气体扩散层掉落或剥落。由此除去的涂料材料保持在模具中，引起模具内部的污染，因此注塑成型所得到的膜电极组件的最终尺寸可能偏离目标值。因而必需经常地清洁模具以确保足够的质量，这将导致生产率的降低。
问题3：由于电极催化剂层26具有不平整的表面，所以，在模锻以将膜电极组件30保持在模具中——即将组件30夹设于上模和下模之间——的过程中，施加到电极催化剂层26的表面压力也变得不均匀。因此，密封材料可能从电极催化剂层26的表面压力较低的一个部分或多个部分泄漏。此外，如果模具上与电极催化剂层26接触的部分受到上述的涂料材料污染，则在模锻过程中可能会损坏电极催化剂层26。
问题4：如图5C中所示，在密封一体式膜电极组件52的外周的剖面上，电解质膜20和加强膜22之间的配合面的外边缘(端面)保持暴露于组件52的外部。由于其固有的化学特性，电解质膜20具有较差的粘合性，并且也不能承受热沉积所需的高温条件(在这种情况下，加强膜22的熔融温度例如为200℃)。因而，加强膜22不能热沉积到电解质膜20上。因此，在电解质膜20和加强膜22之间可能会出现剥落部分SP，并且可能引起密封一体式膜电极组件52的损坏或破坏。
C.本发明的实施方式：鉴于上述问题，下面将描述根据本发明的一个实施方式制造膜电极组件的方法。本实施方式的方法的工序基本上与如图3A到图3D中所示的上述对比示例相同。
对应于图3D的图6示出在根据本实施方式的注塑成型之前所获得的膜电极组件。除了增添到膜电极组件30中的呈通孔形式的密封材料流入孔62a、62b之外，膜电极组件60与图3D中的膜电极组件30相同。在歧管孔16a-16f和膜电极组件60的外周之间形成有两种类型的密封材料流入孔62a、62b。第一密封材料流入孔62a位于膜电极组件60的四个拐角处，第二密封材料流入孔62b位于平行于膜电极组件60的四个边延伸的歧管孔之间。在本实施方式中，每个第一密封材料流入孔62a大致呈字母L的形状，每个第二密封材料流入孔62b具有圆形形状。但是，这些流入孔62a、62b也可以具有其它的形状。
在形成密封材料流入孔62a、62b之后，类似于上述对比示例的密封垫通过模制形成在膜电极组件60的周边部分中。图7示出在膜电极组件60布置或设置于模具中时剖取的截面VI-VI(图6)。在图7中，密封材料流入孔62a位于腔44a中，而保护膜70分别置于电极催化剂层26与模具的上模40a和下模40b之间的接触表面上。图7的其它布置或特征与图4相同。应当注意，密封材料流入孔62a和歧管孔16d的内周部分位于相同的腔内。
为了注塑成型，密封材料通过供应通道43从供应口42供应到腔44a和腔44b。此时，腔44a中流向上模40a的密封材料经过密封材料流入孔62a，并且然后流向下模40b。密封材料也可以沿相反的方向流动。因此，减少了上述的与问题1相关的在上模40a侧的密封材料的供应量和下模40b侧的密封材料的供应量之间的差异。在具有其它密封材料流入孔和歧管孔的部分处也能获得基本相同的效果。应当理解，供应口42不必设置在形成每个歧管孔的位置处，而是可以设置在任意的其它位置处。
密封材料流入孔62a、62b的数量和位置可以按需选取，并且这些孔可以形成在与上述位置不同的位置处。例如，密封材料流入孔62a、62b可以形成为位于歧管孔16a-16f(图6)和电极催化剂层26之间。但是，优选地，密封材料流入孔61a、62b中的至少一个位于歧管孔16a-16f和膜电极组件60的外周之间。此外，密封材料流入孔62a、62b中的每一个都可以形成在任意位置处，只要在膜电解质组件60置于模具中时孔62a、62b位于腔中、并且位于至少一个歧管孔附近即可。
保护膜70(图7)设置成覆盖电极催化剂层26与模具的整个接触表面区域。保护膜70可以由例如聚酰亚胺、PEN、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟树脂、硅橡胶或氟橡胶制成，并且可以具有高达150℃或更高的耐热性。保护膜70可以具有约50μm到200μm的厚度。如此形成的保护膜70防止通过涂敷施加于电极催化剂层26上的涂料材料沉积于模具上，从而防止模具的污染，使得消除了上述的问题2。
在本实施方式中——其中保护膜70置于电极催化剂层26上，电极催化剂层26不与模具直接接触，并且因而即使模具受到污染也防止模锻过程中的损坏。此外，如果保护膜70的厚度约为0.5mm-1mm，则可以消除在模锻过程中施加于电极催化剂层26的不均匀的表面压力——该不均匀的表面压力可能由于电极催化剂层26的不平整表面而导致。因而，在供应密封材料时，能够防止密封材料从具有较低表面压力的一个或多个部分处泄漏，并且能够消除上述问题3。
保护膜70可以通过用例如粘合剂等涂敷电极催化剂层26的配合面而形成。此外，保护膜70可以在电极催化剂层26置于电解质膜20上时置于电极催化剂层26上，或者，保护膜70可以在将膜电极组件安装到燃料电池10中之前的任意工序中置于电极催化剂层26上。因而，防止了电极催化剂层26在燃料电池的制造过程中受到破坏。但是，应当理解，也可以除去保护膜70。
图8A-图8C示出根据本实施方式的注塑成型之后的工序。除通过将密封材料填到密封材料流入孔62a、62b而形成的模制部分(用与密封材料流入孔62a、62b相同的附图标记标出)之外，图8A-图8C与图5A-图5C相同。
图8A示出在紧接注塑成型之后获取的密封一体式膜电极组件80。与图5A的密封一体式膜电极组件50相比，图8A的膜电极组件80的密封垫24包括形成于密封材料流入孔62a、62b中的另外的部分。图8B示出作为最终产品的密封一体式膜电极组件82，其通过切掉存在于密封一体式膜电极组件80的外周部分中的电解质膜20和加强膜22的多余部分而获得。图8C示出密封一体式膜电极组件82的截面VIII-VIII。
在本实施方式中，密封材料流入孔62a、62b形成为位于切削面上——沿所述切削面切掉密封一体式隔膜电极组件80的外周部分。因而，膜电极组件80沿具有密封材料流入孔62a、62b的平面切削。如图8C中所示，填充每个密封材料流入孔62a、62b的密封材料覆盖密封一体式膜电极组件82的一个端面。通过这种设置，能够防止在具有密封材料流入孔62a、62b的位置处出现如上所述的关于问题4的与电解质膜20和加强膜22的剥落部分SP(图5C)类似的剥落部分，并且密封一体式膜电极组件82的端面具有改善的防剥落的能力。由于增大了位于切削面中的密封材料流入孔62a、62b的截面面积，所以改善了防剥落的能力。但是，应当理解，密封材料流入孔62a、62b可以形成在切削面不经过或延伸过孔62a、62b的位置处。
膜电极组件80可以不在外周处切削，并且可以以图8A中所示的形式使用。
从图8A中可以理解，形成在电极催化剂层26周围的密封垫24一体地形成为整个连续的或完整的体部。因此，如图7中所示的模具的腔全部连接到单个的大腔内。但是，应当理解，腔可以分成多个部分，并且密封垫24可以分成两个或多个部分。
图9是与图8C的截面VIII-VIII相同位置的截面图，其在密封一体式膜电极组件82夹设于隔板90之间时获得。在图9中，歧管孔16d中的箭头表示当流体流入歧管孔16d时所施加的压力的方向。当气体或水实际地流过歧管孔16a-16f时，相当大的压力施加到孔的内壁，并且因此歧管孔16a-16f的内壁的强度需要高到足以承受压力。在本实施方式中，加强膜22围绕歧管孔16a-16f的周边，并且与密封垫24一体地形成，因而确保孔16a-16f的内壁的足够高的强度。但是，应当理解，也可以除去加强膜22。
D.本发明的变化示例：应当理解，本发明并不局限于所示的实施方式，而是在不背离本发明的原理的情况下可以通过各种变形实现。例如，所示的实施方式可以通过如下所述的方式变化。
D1.变化示例1：图10是用于说明本发明中示出的实施方式的变化示例1的说明性视图。在图10中，在腔44a中，上模40a和下模40b上另外设置有销100，而图10的其它设置或特征与图7相同。销100一体地设置在模具的上模40a和下模40b上，用于在膜电极组件60放置在模具中时支撑组件60位于腔44a中的部分。由于销100如此地设置，膜电极组件60稳定地设定在模具中，并且密封材料更均匀地供应到上模40a和下模40b，使得发生成型故障或瑕疵的可能性更小。销100也可以设置在右侧腔44b中，并且可以根据需要选择销100的形状、数量和位置，只要销100能够支撑膜电极组件60的位于模具中的不稳定部分。
D2.变化示例2：在示出的实施方式中，通过注塑成型形成在密封垫24上的密封线SL设置成给提供气体通道的歧管孔16a、16b、16e、16f提供双重密封，如图8A-8C中所示。但是，密封线SL的设置并不局限于这种设置，密封线SL1、SL2还可以如由图11中的两条线所限定的狭窄区域地形成。更具体地，第一密封线SL1形成为围绕各个歧管孔16a-16f，而第二密封线SL2形成为仅围绕电极催化剂层26。虽然在图11的示例中两种密封线SL1、SL2包括共用的部分，但是密封线SL1、SL2也可以设置成没有共用部分的独立密封线的形式。从这些示例可以理解，密封垫大致构造成提供用于密封各个歧管孔的周边的单独密封线、以及用于密封至少包括电极催化剂层的区域的密封线。但是，应当理解，也可以采用仅具有用于歧管孔的单独密封线的密封垫。
虽然参照本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于这些示例性实施方式或构造。相反，本发明意在覆盖各种变型和等同设置。另外，虽然示例性实施方式的各元件以多种组合和配置示出，但它们是示例性的，包括更多、更少或仅单个元件的其它组合或构造也落入本发明的精神和范围中。

Claims (6)

1.一种制造用在燃料电池中的密封一体式膜电极组件(12)的方法，其特征在于包括：
(a)制备贯通形成有歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)和密封材料流入孔(62a、62b)的膜电极组件(60)的步骤；
(b)将所述膜电极组件(60)放置在模具(40a、40b)中的步骤；以及
(c)将密封材料供给到所述模具(40a、40b)中从而通过注塑成型形成具有密封线(SL)的密封垫(24)的步骤，所述密封线(SL)绕所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)形成，其中
所述膜电极组件(60)形成为使得每个所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)的内周部和所述密封材料流入孔(62a、62b)位于所述模具(40a、40b)的同一型腔(44a)内，
所述方法进一步包括沿存在至少一个所述密封材料流入孔(62a、62b)的平面切断所述膜电极组件(60)的外周部的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中：
所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)和所述密封材料流入孔(62a、62b)形成在所述膜电极组件(60)的外周部中；
加强构件(22)设置在所述膜电极组件(60)的外周部上；以及
在步骤(c)中用所述密封材料覆盖所述膜电极组件(60)和所述加强构件(22)的端面。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述密封材料从形成有所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)的位置供应到所述模具(40a、40b)中。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中：
所述膜电极组件设置有多个所述密封材料流入孔；并且
所述多个密封材料流入孔(62a、62b)中的至少一个形成为位于所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)和所述膜电极组件(60)的外周之间。
5.一种用在燃料电池中的密封一体式膜电极组件(12)，包括：
膜电极组件(60)，其包括电解质膜(20)以及一对其间夹设有所述电解质膜(20)的电极层(26a、26b)，并且设置有贯通所述膜电极组件(60)的歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)；和
密封垫(24)，其提供绕所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)的密封线(SL)，
其特征在于：
所述膜电极组件(60)的外周的仅仅一部分的端面覆盖有所述密封垫(24)的密封材料；并且
所述膜电极组件(60)的外周的其它部分的端面暴露于所述组件的外侧、没有覆盖所述密封材料。
6.一种用在燃料电池中的密封一体式膜电极组件(12)，其特征在于包括：
膜电极组件(60)，其包括电解质膜(20)以及一对其间夹设有所述电解质膜(20)的电极层(26a、26b)，并且设置有贯通所述膜电极组件(60)的歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)以及绕贯通所述膜电极组件(60)的所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)形成的密封材料流入孔(62a、62b)；和
密封材料，其提供绕所述歧管孔的密封线，其中
每个所述歧管孔(16a、16b、16c、16d、16e、16f)的内周部和所述密封材料流入孔(62a、62b)填充有用于注塑成型的所述密封材料，
并且，所述密封一体式膜电极组件(12)通过沿存在至少一个所述密封材料流入孔(62a、62b)的平面切断所述膜电极组件(60)的外周部而形成。
CN200780005257.4A 2006-03-14 2007-03-13 制造密封一体式膜电极组件的方法 Expired - Fee Related CN101385172B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP068897/2006 2006-03-14
JP2006068897A JP5011764B2 (ja) 2006-03-14 2006-03-14 シール一体型膜電極接合体製造技術
PCT/IB2007/000603 WO2007105073A1 (en) 2006-03-14 2007-03-13 Method of manufacturing seal-integrated type membrane electrode assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101385172A CN101385172A (zh) 2009-03-11
CN101385172B true CN101385172B (zh) 2014-05-14

Family

ID=38191304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780005257.4A Expired - Fee Related CN101385172B (zh) 2006-03-14 2007-03-13 制造密封一体式膜电极组件的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8298716B2 (zh)
JP (1) JP5011764B2 (zh)
CN (1) CN101385172B (zh)
CA (2) CA2751190C (zh)
DE (1) DE112007000385B8 (zh)
WO (1) WO2007105073A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009116103A1 (en) * 2008-03-21 2009-09-24 Exergy Fuel Cells S.R.L. Electro-chemical device with optimized electrode insulation
CN101651188A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 汉能科技有限公司 一种燃料电池密封方法及密封结构
JP4998748B2 (ja) * 2008-09-19 2012-08-15 トヨタ自動車株式会社 固体高分子型燃料電池の製造方法、及び該方法によって製造される固体高分子型燃料電池
JP5808695B2 (ja) * 2011-04-22 2015-11-10 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP5666396B2 (ja) * 2011-07-14 2015-02-12 本田技研工業株式会社 燃料電池用金属セパレータの製造方法
KR101745024B1 (ko) 2011-12-29 2017-06-09 현대자동차주식회사 향상된 기밀구조를 갖는 분리판의 가스켓 구조
JP2014092191A (ja) * 2012-11-01 2014-05-19 Nok Corp 基材一体型シール及びその製造用金型
JP5680702B2 (ja) * 2013-05-07 2015-03-04 本田技研工業株式会社 燃料電池用金属セパレータの製造方法
KR101913058B1 (ko) * 2015-06-15 2018-10-29 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 연료 전지용 전극 구조체, 금속 세퍼레이터, 상기 연료 전지용 전극 구조체와 금속 세퍼레이터를 사용한 연료 전지 셀 및 상기 연료 전지용 전극 구조체 제작 용 금형
CN106541606A (zh) * 2015-09-23 2017-03-29 沈阳铝镁设计研究院有限公司 一种凸凹型电极模具装置和使用方法
US11255435B2 (en) 2016-10-27 2022-02-22 Nok Corporation Gasket and method for manufacturing same
DE102018115994A1 (de) 2018-07-02 2020-01-02 Elringklinger Ag Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer solchen Baugruppe
DE102018115987A1 (de) * 2018-07-02 2020-01-02 Elringklinger Ag Verfahren zum Erzeugen eines Dichtelements an einer Gasdiffusionslage einer elektrochemischen Einheit und Baugruppe aus einer Gasdiffusionslage und einem Dichtelement
KR102147643B1 (ko) * 2019-01-18 2020-08-25 윤봉남 전기장치용 커버 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전기장치용 커버플레이트
CN112909290B (zh) * 2021-01-22 2022-07-26 中汽创智科技有限公司 一种边框、膜电极组件及膜电极组件制备设备
CN114851466B (zh) * 2022-03-31 2023-10-13 湖南西瑞尔新材料科技有限公司 一种电池壳体注塑方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1302996A2 (en) * 2001-10-16 2003-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
EP1341249A1 (en) * 2000-11-21 2003-09-03 Nok Corporation Constituent part for fuel cell

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2613395A (en) * 1949-02-24 1952-10-14 M & W Company Inc Apparatus and method for producing disk phonograph records
GB9714785D0 (en) 1997-07-14 1997-09-17 Sheffield University Discharge lamp
ATE216138T1 (de) 1997-07-16 2002-04-15 Ballard Power Systems Elastische dichtung für eine membranelektrodenanordnung in einer elektrochemischen brennstoffzelle und herstellungsverfahren dafür
JP3644007B2 (ja) 1998-08-11 2005-04-27 株式会社豊田中央研究所 燃料電池
US6020083A (en) * 1998-10-30 2000-02-01 International Fuel Cells Llc Membrane electrode assembly for PEM fuel cell
JP4576646B2 (ja) * 1999-09-30 2010-11-10 アイシン精機株式会社 燃料電池
JP2001351651A (ja) 2000-06-07 2001-12-21 Honda Motor Co Ltd 電解質・電極接合体および燃料電池
JP3542550B2 (ja) 2000-07-19 2004-07-14 本田技研工業株式会社 燃料電池用シールの成形方法
JP2002117872A (ja) * 2000-08-01 2002-04-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用シール
JP3571687B2 (ja) * 2000-12-07 2004-09-29 本田技研工業株式会社 シール一体型セパレータの製造方法
KR100485726B1 (ko) * 2001-01-31 2005-04-27 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지 및 그 전해질막-가스켓 조립체
JP2002231274A (ja) * 2001-02-01 2002-08-16 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2002260693A (ja) 2001-03-02 2002-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
US7226686B2 (en) * 2001-04-23 2007-06-05 Nok Corporation Fuel cell and method of manufacturing the fuel cell
JP4600632B2 (ja) * 2001-08-24 2010-12-15 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用構成部品
JP3952139B2 (ja) 2001-11-22 2007-08-01 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池
JP2003210986A (ja) 2002-01-21 2003-07-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質触媒
JP2005516350A (ja) * 2002-01-22 2005-06-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 一体化された膜電極組立体およびその製造方法
JP3952154B2 (ja) * 2002-03-01 2007-08-01 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用構成部品
JP4475866B2 (ja) 2002-10-25 2010-06-09 シャープ株式会社 燃料電池
US7070876B2 (en) * 2003-03-24 2006-07-04 Ballard Power Systems, Inc. Membrane electrode assembly with integrated seal
WO2004088779A1 (ja) 2003-03-28 2004-10-14 Honda Motor Co., Ltd. 固体高分子型燃料電池及びその燃料電池用の電極構造体
GB0319780D0 (en) 2003-08-22 2003-09-24 Johnson Matthey Plc Membrane electrode assembly
US20050089746A1 (en) 2003-10-23 2005-04-28 Ballard Power Systems Inc. Prevention of membrane contamination in electrochemical fuel cells
JP2005174875A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池及びその製造方法
JP2005183210A (ja) 2003-12-19 2005-07-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池のシール構造
JP2005293944A (ja) 2004-03-31 2005-10-20 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP4193059B2 (ja) 2004-05-13 2008-12-10 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用構成部品
US7816058B2 (en) * 2004-11-05 2010-10-19 Gm Global Technology Operations, Inc. Split architectures for MEA durability
US7608334B2 (en) * 2005-03-29 2009-10-27 3M Innovative Properties Company Oxidatively stable microlayers of gas diffusion layers
JP5011729B2 (ja) * 2006-01-16 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池構成部品、燃料電池構成部品の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1341249A1 (en) * 2000-11-21 2003-09-03 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
EP1302996A2 (en) * 2001-10-16 2003-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2003-68319A 2003.03.07

Also Published As

Publication number Publication date
CA2751190C (en) 2013-03-05
CA2640344C (en) 2011-11-08
WO2007105073A1 (en) 2007-09-20
CN101385172A (zh) 2009-03-11
US20090023035A1 (en) 2009-01-22
JP2007250248A (ja) 2007-09-27
US8298716B2 (en) 2012-10-30
DE112007000385B8 (de) 2013-12-19
DE112007000385T5 (de) 2008-12-24
CA2640344A1 (en) 2007-09-20
CA2751190A1 (en) 2007-09-20
DE112007000385B4 (de) 2013-10-10
JP5011764B2 (ja) 2012-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101385172B (zh) 制造密封一体式膜电极组件的方法
JP3897808B2 (ja) Ｍｅａ、ｍｅａの製造方法及び高分子電解質形燃料電池
EP2278195B1 (en) Method of manufacturing seal part
CN101356676B (zh) 燃料电池用膜电极接合体、高分子电解质型燃料电池用单元、高分子电解质型燃料电池及膜电极接合体的制造方法
KR100494402B1 (ko) 고분자 전해질형 연료전지
US8703360B2 (en) Method for producing an electrode-membrane-frame assembly
CN1977412B (zh) Mea衬垫接合体及使用该接合体的高分子电解质型燃料电池
EP1876666B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method thereof
US7276310B2 (en) Electrolyte membrane for a fuel cell, electrolyte membrane electrode assembly for a fuel cell, and a fuel cell
CN102473931B (zh) 高分子型燃料电池组
US20060108709A1 (en) Method for fabricating a seal-integrated separator
JP5067526B2 (ja) 燃料電池用シールの製造方法
CN107534166B (zh) 用于固体聚合物电解质燃料电池的密封件
US20030127806A1 (en) Alignment feature for a fuel cell seal
JP5275070B2 (ja) 燃料電池及びその製造方法
JP5310991B2 (ja) 燃料電池用シール構造の製造方法
JP2008010350A (ja) 高分子電解質型燃料電池用単電池
US20230378506A1 (en) Membrane-electrode unit for an electrochemical cell, and method for manufacturing a membrane-electrode unit
CN103329326A (zh) 燃料电池密封件
JP2008204636A (ja) シール一体型膜電極接合体を製造するための射出成形金型および製造方法
KR101762375B1 (ko) 연료전지용 가스켓
CN116314921A (zh) 一种密封结构、燃料电池及其制作方法
KR20110080552A (ko) 가스켓 일체형 분리판 및 이를 위한 금형

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140514

Termination date: 20170313