CN101483243A - 一种使用气体扩散电极作为基底的质子交换膜的制造方法 - Google Patents

一种使用气体扩散电极作为基底的质子交换膜的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用气体扩散电极作为基底的质子交换膜的制造方法。一个实施方案包括一种方法，其包括提供涂有第一催化剂的气体扩散介质层，在该涂有第一催化剂的气体扩散介质层上沉积湿润的第一质子交换膜层以形成第一质子交换膜层；提供涂有第二催化剂的气体扩散介质层；使该涂有第二催化剂的气体扩散介质层或第二质子交换膜层与该第一质子交换膜层接触；并且将涂有催化剂的扩散层和质子交换膜层热压在一起。

Description

一种使用气体扩散电极作为基底的质子交换膜的制造方法
技术领域
【0001】本公开通常涉及的领域包括膜电极组件(MEA)，更具体地包括用于质子交换膜燃料电池的MEA。
背景技术
【0002】氢是一种非常吸引人的燃料，因为它是清洁的且能够在燃料电池中用于有效地发电。汽车工业在氢燃料电池作为汽车能源的发展中消耗了很多资源。相对于今天使用的内燃引擎汽车来说这种汽车将更有效并且产生更少的排放物。
【0003】氢燃料电池是一种电化学装置，其包括阳极和阴极以及位于阳极和阴极之间的电解质。该阳极接收富氢气体或纯氢，该阴极接收氧气或空气。在阳极中氢气被分解而产生自由质子和电子。该质子穿过电解质到达阴极，在这里该质子与阴极中的氧和电子反应而生成水。来自阳极的该电子不能穿过电解质。因此，在它们被送到阴极之前将这些电子定向通过负载以做功。做的功可以被用来，例如，运转汽车。
【0004】质子交换膜燃料电池通常包括固体聚合物电解质质子导电膜，例如全氟磺酸薄膜。该阳极和该阴极一般包括支撑在碳颗粒上且与离聚物和溶剂混合的精细粉碎的催化剂颗粒。该阳极、阴极和薄膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。该MEA还可以包括气体扩散介质，其是将气体和水输送通过MEA所必须的多孔层。该催化剂层可以被涂布在该扩散介质上，例如可以将作为浆料的催化剂层轧辊或涂刷或喷涂在扩散介质上，然后压紧。本领域中已知将薄膜夹在两片涂有催化剂的扩散介质之间并使催化剂侧面面对薄膜，然后对其施加热压以将涂有催化剂的扩散介质结合到该薄膜上。
发明内容
【0005】一个实施方案包括一种方法，其包括提供涂有第一催化剂的气体扩散介质层，在该涂有第一催化剂的气体扩散介质层上沉积湿润的第一质子交换膜层以形成第一质子交换膜层；提供涂有第二催化剂的气体扩散介质层；使该涂有第二催化剂的气体扩散介质层或第二质子交换膜层与该第一质子交换膜层接触；并且将涂有催化剂的扩散层和质子交换膜层热压在一起。
【0006】从下文中提供的详细说明，本发明的其它典型实施方案将变得更加明显。应该理解的是解释本发明典型实施方案的详细说明和具体实施例仅仅是说明性目的并且没有打算限制本发明的范围。
附图简介
【0007】结合发明详述和附图将更全面地理解本发明的典型实施方案。
【0008】图1是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0009】图2是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0010】图3是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0011】图4A是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0012】图4B是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0013】图4C是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0014】图5是根据本发明一个实施方案的膜电极组件的截面图；
【0015】图6是说明根据本发明一个实施方案的一种方法；
【0016】图7是根据本发明一个实施方案的膜电极组件的截面图；
发明详述
【0017】下面对实施方案的描述仅是实质上示范性的和没有打算限制本发明、其应用或使用。
【0018】在本发明一个实施方案中，提供了一种使用涂有催化剂的气体扩散电极作为基底来制造质子交换膜的方法。
【0019】在本发明一个实施方案中，第一催化剂层10被施加在第一气体扩散介质层12上以形成涂有第一催化剂的气体扩散介质层16。第一催化剂层10包括合适的催化剂颗粒例如金属如铂、铂合金和燃料电池领域的技术人员熟知的其它催化剂。第一气体扩散介质层12可以是传统的燃料电池气体扩散材料，例如非织造碳纤维纸、织造碳布或碳泡沫。该催化剂层10的施加可以包括任何合适的施加方法，例如轧辊、涂刷或喷涂。在另一个实施方案中，如图1所示，第一微孔层14被施加在第一气体扩散介质层12上并且第一催化剂层10被施加在该第一微孔层14上以形成涂有第一催化剂的气体扩散介质层16。第一微孔层14的施加可以包括任何合适的施加方法，例如轧辊或涂刷。该微孔层14包括颗粒和粘结剂。用于该微孔层14的合适颗粒可以包括但是不局限于石墨碳颗粒、石墨化的碳颗粒或导电的碳颗粒。用于该微孔层14的合适粘结剂可以包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙烯(FEP)或其它有机或无机疏水材料中的至少一种。
【0020】如图2中所示，在一实施方案中第一湿润质子交换膜层被形成在该涂有第一催化剂的气体扩散介质层16上。第一湿润质子交换膜层的形成可以包括任何合适的技术，例如浇注、层叠、浸透或喷涂。该第一湿润质子交换膜可以包括载体或加强片，例如一片多孔层，例如膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)或特氟隆。在另一个实施方案中，第一湿润质子交换膜可以包括载体，其包括厚度小于30μm的多孔材料、厚度小于30μm的纸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚或具有晶体熔解温度的聚合物中的一种，该聚合物不会溶解在用于将离聚物浸透在该载体材料内的涂布溶剂或分散剂中。该多孔材料或纸可以从Craneand Co.，Dalton，MA购买得到。该聚乙烯或聚丙烯可以从日本的DSM或TonenChemical Nasu Co.，Ltd.处获得。在一实施方案中，该成形包括浇注，其中将加强片均匀地沉积在催化剂层10的上方并且将离聚物溶液施加在该加强片上。该离聚物溶液可以是但不限于包括在40-48wt％1-丙醇和30-38wt％水中的Nafion1000(20wt％)的离聚物悬浮液。该离聚物溶液可以浸渍或者填充该加强片的孔。该离聚物溶液还可穿透该催化剂层10和该微孔层14的至少一个。在一实施方案中，可以加热该离聚物溶液以蒸发出溶剂且提供通过ePTFE增强的干燥固体聚合物薄膜。
【0021】在另一个实施方案中，第一湿润质子交换膜的形成包括层叠、浸透或喷涂，其中将该加强片沉浸在该离聚物溶液中以形成湿润的薄膜，然后将这个湿润的加强薄膜均匀地沉积在该催化剂层10的上方。
【0022】第一湿润质子交换膜层可以被干燥，例如在低压下，以形成第一质子交换膜层18。
【0023】在另一个实施方案中，包括将催化剂层10和第一质子交换膜层18的多层涂布沉积在第一气体扩散介质层12上。在另一个实施方案中，将该湿润第一微孔层14施加在第一气体扩散介质层12上，干燥并烧结；将该湿润第一催化剂层10施加在该第一微孔层14上；第一湿润质子交换膜层可以形成在该湿润第一催化剂层10上；且在最后的处理中同时干燥全部层。这里描述的各种方法可以免去对于额外的质子交换膜层基底的需要，例如通常用于质子交换膜层的制备和处理的聚乙烯和聚丙烯聚合物基薄膜。这里描述的各种方法同样免去对于催化剂转印基底的需要，例如多孔ePTFE或无孔基底薄膜例如乙烯-四氟乙烯(ETFE)，并免去通常膜电极组件(MEA)制备中的将催化剂层10转印到薄膜上的热压转印步骤。
【0024】如图3中所示，在一实施方案中，将辅助垫圈20布置在第一质子交换膜层18上。在一实施方案中，可以在第一质子交换膜层18上沉积、浇注、丝网印刷或铸模辅助垫圈材料或液体，并且将其硬化、固化或干燥以形成辅助垫圈20。在另一个实施方案中，浇注、铸模或者提供作为具有切口的薄膜片的辅助垫圈材料或者液体以提供膜电极组件的电化学活性区域。该辅助垫圈可以在完成的膜电极组件周边提供期望的化学、机械和电气性能和特性且同时包括整体的弹性体密封。
【0025】在一实施方案中，在该涂有催化剂的气体扩散介质层上的该湿润质子交换膜层的沉积允许使用例如辊轧法的连续工艺来制作该膜电极组件。在这种工艺中，可以从更长或连续的片上切下涂有催化剂的的扩散介质层上的薄膜单独片。例如，其上具有第一质子交换膜层的涂有第一催化剂的气体扩散介质层可以被切成至少两部分。该工艺可以免去对于易损薄膜片操作的需要且同时减少对齐步骤。该工艺可以免去对于提供额外基底的需要，例如用于制造或者传输该质子交换膜的塑料或高分子膜。
【0026】如图4A所示，在一实施方案中，第二催化剂层22被施加在第二气体扩散介质层24上以形成涂有第二催化剂的气体扩散介质层26。在辅助垫圈20的切口中接收第二催化剂层22的至少一部分。第二催化剂层22包括合适的催化剂颗粒例如金属如铂、铂合金以及燃料电池领域技术人员熟知的其它催化剂。第二气体扩散介质层24可以是传统的燃料电池气体扩散材料，例如非织造碳纤维纸、织造碳布或碳泡沫。第二催化剂层22的施加可以包括任何合适的施加方法，例如轧辊、涂刷或喷涂。在另一个实施方案中，任选的第二微孔层28被施加在第二气体扩散介质层24上，并且第二催化剂层22被施加在第二微孔层28上以形成涂有第二催化剂的气体扩散介质层26。该微孔层28包括颗粒和粘结剂。用于该微孔层28的合适颗粒可以包括但是不局限于石墨碳颗粒、石墨化的碳颗粒或导电的碳颗粒。用于该微孔层28的合适粘结剂可以包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、氟代乙烯丙烯(FEP)或其它有机或无机疏水材料中的至少一种。
【0027】第二微孔层28的施加可以包括任何合适的施加方法，例如轧辊、涂刷或喷涂。涂有第二催化剂的气体扩散介质层26和形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层16上的第一质子交换膜层18被热压在一起。在热压以后，将涂有第二催化剂的气体扩散介质层26和形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层16上的第一质子交换膜层18切成至少两部分。作为选择，在热压之前将单独的片切成至少两段。在一实施方案中，在热压之前，将辅助垫圈20布置在第一质子交换膜层18之上。在一实施方案中，可以在第一质子交换膜层18上沉积、浇注、丝网印刷或铸模辅助垫圈材料或液体，且将其硬化、固化或干燥以形成辅助垫圈20。在另一个实施方案中，浇注、铸模或者提供作为具有切口的薄膜片的辅助垫圈材料或者液体以提供膜电极组件的电化学活性区域。图5中示出了热压后的产品30。该工艺免去了操作易损薄膜片的需要并且同时减少了对齐步骤。该工艺可以免去对于提供额外基底，例如用于制造或者传输该质子交换膜的塑料或高分子膜的需要。
【0028】如图4B所示，该辅助垫圈20可以延伸超出第一质子交换膜层18和涂有第一催化剂的气体扩散介质层16的边缘。在图4C示出的另一个实施方案中，可以提供弹性体密封件19与延伸超出第一质子交换膜层18和涂有第一催化剂的气体扩散介质层16边缘的辅助垫圈20相接触。可以提供双极板以接收涂有第二催化剂的气体扩散介质层26的一部分和接收涂有第一催化剂的气体扩散介质层16和第一质子交换膜层18的一部分，使得双极板与密封件19接合以将反应气体封闭在该双极板之间。在替代方案中，该密封件19延伸足够距离以覆盖涂有第二催化剂的气体扩散介质层26、涂有第一催化剂的气体扩散介质层16和第一质子交换膜层18。
【0029】在未示出的一实施方案中，图5示出的产品30的辅助垫圈20还可以延伸超出第一质子交换膜层18的边缘且该辅助垫圈20可以包括弹性体密封件19。
【0030】在一实施方案中，涂有第一催化剂的气体扩散介质层16是阴极气体扩散介质层并且涂有第二催化剂的气体扩散介质层26是阳极气体扩散介质层。在另一个实施方案中，涂有第一催化剂的气体扩散介质层16是阳极气体扩散介质层并且涂有第二催化剂的气体扩散介质层26是阴极气体扩散介质层。正如本领域所熟知的，气体扩散介质层12和24分别提供到催化剂层10和22的气体传输，且任选的微孔层14和28是憎水层，其协助离开质子交换膜的水的管理。
【0031】在图6中示出的另一个实施方案中，将第二湿润质子交换膜层沉积在涂有第二催化剂的扩散介质层26上。第二湿润质子交换膜的形成可以包括任何合适的技术，例如浇注、层叠或浸透。第二湿润质子交换膜可以包括载体或加强片，例如一片多孔材料，例如膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)或特氟隆。在另一个实施方案中，第二湿润质子交换膜可以包括载体，其包括厚度小于30μm的多孔材料、厚度小于30μm的纸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚或具有晶体熔解温度的聚合物中的一种，该聚合物不会溶解在用于将离聚物浸透在该载体材料内的涂布溶剂或分散剂中。在一实施方案中，该形成包括浇注，其中将加强片均匀地沉积在催化剂层22的上方且将离聚物溶液施加在该加强片上。该离聚物溶液可以是但不限于包括在40wt％1-丙醇和60wt％水中的Nafion1000的离聚物悬浮液。该离聚物溶液可以浸渍或者填充该加强片的孔。该离聚物溶液还可穿透该催化剂层22和该微孔层28中的至少一个。在一实施方案中，可以加热该离聚物溶液以蒸发出溶剂且提供通过ePTFE增强的干燥固体聚合物薄膜。
【0032】在另一个实施方案中，第二湿润质子交换膜的形成包括层叠、浸透或喷涂，其中将该加强片沉浸在该离聚物溶液中以形成湿润的薄膜，然后将这个湿润的加强薄膜均匀地沉积在该催化剂层22的上方。
【0033】该第二湿润质子交换膜层可以被干燥，例如在低压下，以形成第二质子交换膜层32。
【0034】正如图6中所示的，将辅助垫圈20布置在第一质子交换膜层18的上方。在未示出的一实施方案中，图6的辅助垫圈20可以延伸超出第一质子交换膜层18的边缘并且该辅助垫圈包括弹性体密封件19。在另一个实施方案中，将该辅助垫圈20布置在第二质子交换膜层32的上方。在一实施方案中，将这些层湿润地组合在一起。在另一个实施方案中，形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层16上的第一干燥质子交换膜层18和形成在涂有第二催化剂的气体扩散介质层26上的第二干燥质子交换膜层32被热压在一起。作为选择，在热压之前将单独的片切成至少两段。图7中示出了热压得到的产品34。在该实施方案中，第二离子导电薄膜层32的一部分位于辅助垫圈20之上且第一离子导电质子交换膜层18的一部分位于辅助垫圈20之下。在另一个实施方案中，在热压之前该辅助垫圈20没有布置在第一质子交换膜层18或第二质子交换膜层32的上方。在一实施方案中，将该产品34切成至少两部分。在一未示出实施方案中，图7的辅助垫圈20还可以延伸超出第一质子交换膜层18的边缘且该辅助垫圈20包括弹性体密封件19。
【0035】下列实施例举例说明了本发明的各种实施方案。
【0036】实施例1，将从Toray Industries，Inc获得的碳纤维纸使用微孔层(包括特氟隆乳浊液)涂布，在350℃下烧结，且随后使用在液体离聚物溶液中的碳载铂的悬浮液(Tanaka)来涂布。在80℃压板上加热该多层涂布的碳纤维纸，使用具有12密耳涂布缝隙的Bird敷料器并在12.5mm/秒下运转的Erichsen涂料器来施加离聚物悬浮液(40wt％1-丙醇和60wt％水中的Nafion1000)。将该离聚物涂层在80℃下干燥一小时。随后在130℃下加热该组合物两小时。第二片具有微孔层的涂有催化剂的气体扩散层被置于干燥离聚物的上部(催化剂面向离聚物薄膜层)中间夹有Kapton薄膜的辅助垫圈，且在320—350℉之间以20—300磅/平方英寸的压力下热压该组合物6分钟。在冷却到室温之后，将得到的组合物用作燃料电池中膜电极组件进行评价。
【0037】实施例2。将从Toray Industries，Inc获得的碳纤维纸使用微孔层(包括特氟隆乳浊液)涂布，在350℃下烧结，且随后使用在液体离聚物溶液中的碳载铂的悬浮液(Tanaka)来涂布。随后在120℃下加热该多层30分钟。随后在80℃压板上加热催化剂侧向上的该多层涂布碳纤维纸，且将膨胀的特氟隆薄膜(DonaldsonTetratex1316)均匀铺展在碳纸担载的催化剂层上。随后使用具有12密耳涂布缝隙的Bird敷料器的以12.5mm/秒运转的Erichsen涂料器来施加离聚物悬浮液(40wt％1-丙醇和60wt％水中的Nafion1000)。在80℃下干燥该离聚物涂层1小时再在130℃下干燥2小时。随后将第二片具有微孔层的涂有催化剂的扩散介质放置在该涂布有干燥离聚物的气体扩散层的顶部，将碳纤维纸的催化剂层侧面向该离聚物涂层。随后在320—350℉下在20—300磅/平方英寸的压力下热压该组合物六分钟。在冷却到室温之后，将得到的组合物用作燃料电池中膜电极组件来进行评价。
【0038】实施例3。将膨胀特氟隆薄膜(Donaldson Tetratex 1316)沉浸在离聚物悬浮液(Nafion 1000，DE2020，从DuPont de Nemours购得)中，然后将该湿润薄膜均匀铺展在该催化剂层上部，该催化剂层先前涂布在位于Toray碳纤维纸载体(O30)上的烧结特氟隆微孔层的上部，正如实施例1中描述所制备的。随后将该组合物在Erichsen涂料器的80℃压板上加热。第二层具有微孔层和催化剂层的碳纤维扩散介质被施加在离聚物浸透的ePTFE层上，将该催化剂层面向该离聚物层。随后在320—350℉下在20—300磅/平方英寸压力下热压该组合物六分钟。将得到的组合物用作氢—空气燃料电池中的膜电极组件。
【0039】实施例4。将离聚物的多个涂层连续施加在实施例1和2中制备的碳纤维载体上，直到获得期望的离聚物薄膜厚度。
【0040】实施例5。多于一层的购自Donaldson的离聚物浸透的膨胀的四氟乙烯薄膜被施加给实施例3中制备的离聚物层上。布置该多层ePTFE使得该机器与ePTFE层的横向方向彼此对角布置以改善组合物的强度。可选择地或者另外地，将一层或多层离聚物悬浮液涂层施加在实施例3中的离聚物层上，直到获得期望的干燥离聚物薄膜厚度。
【0041】实施例6。将膨胀的特氟隆薄膜(Donaldson Tetratex 1316)沉浸在离聚物悬浮液(Nafion 1000，DE2020，购自DuPont de Nemours)中，随后在玻璃上均匀铺展该湿润薄膜。碳纤维扩散介质层被施加在湿润的离聚物浸透的膨胀的聚四氟乙烯薄膜上。该碳纤维(Toray O3O)具有在碳上载有铂的催化剂层，先前将该催化剂层涂布在如实施例1所述制备的烧结特氟隆微孔层的上部。随后在Erichsen涂料器的80℃压板上加热该组合物。当完全干燥时，通过浸没在水中从玻璃上移出离聚物和扩散介质组合物，直到该组合物脱离玻璃载体。使用12密耳缝隙Bird敷料器将离聚物悬浮液的另一层施加在碳纤维扩散介质上的第一离聚物层上，且在80℃下的Erichsen涂料器的压板上加热该组合物。随后从80℃—120℃阶梯式加热该组合物，且随后维持120℃四个小时。第二层具有微孔层和催化剂层的碳纤维扩散介质随后被施加在离聚物层上，以催化剂层面向该离聚物层。随后在320—350℉下在20—300磅/平方英寸压力下热压该多层组合物六分钟。随后将得到的组合物用作氢—空气燃料电池中的膜电极组件。
【0042】这里使用的术语“以上”“之上”“位于...上面”等等是关于层与层之间的相对位置，这种描述的是这些层互相直接接触或者另一个层或其它层插入这些层之间。
【0043】本发明的上述描述实质上仅是示范性的，因此其改变不被认为偏离本发明的精神和范围。

Claims (40)

1、一种方法，包括：
提供涂有第一催化剂的气体扩散介质层，其包括在气体扩散介质层之上的第一催化剂涂层；和在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上沉积湿润的第一质子交换膜层。
2、根据权利要求1的方法还包括，提供涂有第二催化剂的气体扩散介质层，其包括位于气体扩散介质层之上的第二催化剂涂层；和使涂有第二催化剂的气体扩散介质层与湿润第一质子交换膜层接触。
3、根据权利要求2的方法还包括，在使涂有第二催化剂的气体扩散介质层与湿润第一质子交换膜层接触之前，在湿润第一质子交换膜层上插入辅助垫圈材料。
4、根据权利要求2的方法，还包括将形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的湿润第一质子交换膜层与涂有第二催化剂的气体扩散介质层热压在一起。
5、根据权利要求3的方法，其中所述辅助垫圈材料延伸超过第一质子交换膜层的边缘。
6、根据权利要求5的方法，其中所述辅助垫圈材料还包括弹性体密封件。
7、根据权利要求3的方法，还包括将形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的湿润第一质子交换膜层和插入的辅助垫圈材料以及涂有第二催化剂的气体扩散介质层热压在一起。
8、根据权利要求2的方法，其中涂有第一催化剂的气体扩散介质层或涂有第二催化剂的气体扩散介质层中的至少一个包括插入在催化剂涂层和气体扩散介质层之间的微孔层。
9、根据权利要求1的方法，其中第一质子交换膜层包括离聚物和膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)的支撑膜，其中所述ePTFE与涂有催化剂的的气体扩散介质层紧密接触使得该离聚物被浇注到ePTFE中。
10、根据权利要求1的方法，其中第一质子交换膜层包括离聚物和膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)支撑膜，其中在接触涂有第一催化剂的气体扩散介质层之前，该离聚物被浸入到ePTFE中。
11、根据权利要求1的方法，其中第一质子交换膜层包括离聚物和载体，其中在接触涂有第一催化剂的气体扩散介质层之前将该离聚物浸入到该载体中，并且其中所述载体包括厚度小于30μm的多孔材料、厚度小于30μm的纸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)或具有晶体熔解温度的聚合物中的至少一种，该聚合物不会溶解在用于将该离聚物浸入该载体材料时使用的涂布溶剂或分散剂中。
12、根据权利要求1的方法，还包括至少部分地干燥第一质子交换膜层以形成干燥的第一质子交换膜层。
13、根据权利要求1的方法，还包括在立即沉积第一质子交换膜层之前，气体扩散介质层上的催化剂涂层是湿润的或至少部分湿润的。
14、根据权利要求2的方法，其中在立即将涂有第二催化剂的气体扩散介质层与第一质子交换膜层接触之前，气体扩散介质层上的第二催化剂涂层是至少部分湿润的。
15、根据权利要求2的方法，还包括在所述的接触之前，将涂有第二催化剂的气体扩散介质层和形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的第一质子交换膜层切成至少两部分。
16、根据权利要求4的方法，还包括在所述的热压之前，将形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的第一质子交换膜层和涂有第二催化剂的气体扩散介质层切成至少两部分。
17、根据权利要求4的方法，还包括在所述的热压之后，将形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的第一质子交换膜层和涂有第二催化剂的气体扩散介质层切成至少两部分。
18、一种方法，包括：
提供涂有第一催化剂的气体扩散介质层和涂有第二催化剂的气体扩散介质层；
在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上沉积湿润第一质子交换膜层并干燥该第一质子交换膜层以形成第一质子交换膜层；
在涂有第二催化剂的气体扩散介质层上沉积湿润第二质子交换膜层并干燥该第二质子交换膜层以形成第二质子交换膜层；和
将形成在涂有第一催化剂的气体扩散介质层上的第一质子交换膜层和形成在涂有第二催化剂的气体扩散介质层上的第二质子交换膜层热压在一起。
19、根据权利要求18的方法还包括，在所述的热压以前，将辅助垫圈插入到第一质子交换膜层和第二质子交换膜层之间。
20、根据权利要求19的方法，其中所述辅助垫圈材料延伸超过第一质子交换膜层的边缘。
21、根据权利要求19的方法，其中所述的辅助垫圈材料还包括弹性体密封件。
22、根据权利要求18的方法，其中第一或第二质子交换膜层中的至少一个包括离聚物和膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)支撑膜，其中所述ePTFE与涂有催化剂的气体扩散介质层紧密接触使得该离聚物被浇注到ePTFE中。
23、根据权利要求18的方法，其中第一或第二质子交换膜层中的至少一个包括离聚物和载体，其中在接触涂有第一催化剂的气体扩散介质层之前，该离聚物被浸入到该载体中，该载体包括厚度小于30μm的多孔材料、厚度小于30μm的纸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚或具有晶体熔解温度的聚合物中的至少一种，该聚合物不会溶解在用于将该离聚物浸入该载体材料时使用的涂布溶剂或分散剂中。
24、根据权利要求18的方法，其中第一或第二质子交换膜层中的至少一个包括离聚物和膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)支撑膜，其中在接触涂有第一催化剂的气体扩散介质层之前，该离聚物被浸入到该ePTFE中。
25、根据权利要求18的方法，其中第一质子交换膜层或第二质子交换膜层中的至少一个在立即热压之前至少是部分湿润的。
26、根据权利要求18的方法，其中在立即沉积质子交换膜层之前，涂有第一催化剂的气体扩散介质层或涂有第二催化剂的气体扩散介质层中的至少一个包括至少部分湿润的催化剂涂层。
27、根据权利要求18的方法，其中涂有第一催化剂的气体扩散介质层或涂有第二催化剂的气体扩散介质层中的至少一个包括插入在催化剂涂层和气体扩散介质层之间的微孔层。
28、根据权利要求18的方法，还包括将其上具有第一质子交换膜层的涂有第一催化剂的气体扩散介质层或其上具有第二质子交换膜层的涂有第二催化剂的气体扩散介质层中的至少一个切成至少两部分。
29、一种产品，包括：
第一气体扩散介质层和位于第一气体扩散介质层上的第一催化剂层；
第二气体扩散介质层和位于第二气体扩散介质层上的第二催化剂层；
位于第一催化剂层或第二催化剂层中至少一个之上的质子交换膜层；和
插入在第一催化剂层和第二催化剂层之间的辅助垫圈，其中质子交换膜层的一部分位于辅助垫圈之上并且质子交换膜层的一部分位于辅助垫圈之下。
30、根据权利要求29的产品，其中第一催化剂层是阳极催化剂层，第二催化剂层是阴极催化剂层。
31、根据权利要求29的产品，其中第一催化剂层和第二催化剂层中的每一个包括铂或铂合金中的至少一种。
32、根据权利要求29的产品，其中所述的质子交换膜层包括离聚物和膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)支撑膜，其中所述离聚物至少填充该ePTFE的全部多孔结构。
33、根据权利要求29的产品，其中所述的质子交换膜层包括离聚物和载体，其中在接触涂有第一催化剂的气体扩散介质层之前，该离聚物被浸入到该载体中，并且其中所述载体包括厚度小于30μm的多孔材料、厚度小于30μm的纸、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚或具有晶体熔解温度的聚合物中的至少一种，该聚合物不会溶解于在将该离聚物浸入该载体材料时使用的涂布溶剂或分散剂。
34、根据权利要求29的产品，其中第一气体扩散介质层和第二气体扩散介质层中的每一个包括非织造碳纤维纸、织造碳布或碳泡沫中的至少一种。
35、根据权利要求29的产品，其中所述辅助垫圈材料延伸超过第一质子交换膜层的边缘。
36、根据权利要求35的产品，其中所述辅助垫圈材料还包括弹性体密封件。
37、根据权利要求29的产品，还包括位于第一气体扩散介质层或第二气体扩散介质层中至少一个之上的微孔层。
38、根据权利要求37的产品，其中所述微孔层包括粘结剂和颗粒。
39、根据权利要求38的产品，其中所述粘结剂包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或氟代乙烯丙烯(FEP)中的至少一种。
40、根据权利要求38的产品，其中所述颗粒包括石墨碳颗粒、石墨化的碳颗粒或导电的碳颗粒中的至少一种。
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