CN101617426B - 膜电极组件 - Google Patents

Abstract

提供一种制造性优异的膜电极组件。一种使用于燃料电池的膜电极组件(MEA)，包括具有一体型密封部的气体扩散层，其中所述一体型密封部包括结合部。在气体扩散层的结合部，通过气体扩散层的一体型密封部使气体扩散层结合，从而完成MEA，其中所述MEA具有在两个气体扩散层之间的催化剂被覆膜。

Description

膜电极组件

技术领域

本发明涉及燃料电池密封垫(衬垫，gasket)，更详细而言，设有一体化密封部的燃料电池的气体扩散层，其中所述一体化密封部包括结合部。

背景技术

本项的记载仅提供与本公开有关的背景信息，不构成在先技术。

固体高分子型(PEM)燃料电池众所周知。PEM燃料电池，将氢原子在阳极离子化，作为氢阳离子(质子)通过特殊膜，在阴极与氧阴离子结合而生成水。来自氢的电子经由外部电路从阳极向阴极流动，由此产生能够利用的电气。

燃料电池组件(assembly)由层叠并串联连接的多个燃料电池构成。各燃料电池一般各包括膜电极组件(MEA，膜电极接合体)，其中所述膜电极组件具有特殊膜并在其两侧包括气体扩散层。MEA被在表面上形成有气体流道的双极板夹持。为了防止反应气体以及冷却剂的泄漏，各燃料电池各自沿着外部边缘整体以及所有的开口部的周围需要密封部或者密封垫。众所周知使用分离的冲切(模切，die cut)或者模压橡胶密封垫，在燃料电池组(层叠体，stack)的组装时安装在双极板之间。但是，关于相对于被密封的开口部正确地定位密封垫，存在深刻的问题。产生了错位的密封垫不但会引起泄漏、层叠不良，而且会引起双极板的损伤。进而，通过使用分离的密封垫，电池组组装的整个工序期间显著增大。

发明内容

本发明是为了解决上述的以往技术的问题而进行的，其目的在于提供一种制造性优异的膜电极组件。

本发明提供一种具有一体成形在气体扩散层上并且包括结合部的密封部的MEA。具有一体成形的密封部的一对气体扩散层夹着结合部与催化剂被覆膜互相结合，形成MEA。

为了达成上述目的，本发明中的膜电极组件通过将一对双极板接合在该膜电极组件的层叠方向的两面上而形成燃料电池单元(单电池，cell)，其特征在于：

包括：

第1气体扩散层，其是所述一对双极板中的一方的双极板所接合的气体扩散层，并以包围周缘部的方式一体成形有第1密封部，所述第1密封部具有沿着与该双极板的接合面的周缘部与该双极板紧贴(紧密接合)的密封凸缘；

第2气体扩散层，其是另一方的双极板所接合的气体扩散层，并以包围周缘部的方式一体成形有第2密封部，所述第2密封部具有沿着与该双极板的接合面的周缘部与该双极板紧密接合的密封凸缘；和

催化剂被覆膜，其被配置在所述第1气体扩散层与所述第2气体扩散层之间；

所述第1密封部和第2密封部具有能够将彼此结合的结合部；

所述第1密封部与第2密封部夹持所述催化剂被覆膜的周缘部并且通过所述结合部互相结合，由此将所述第1气体扩散层与所述第2气体扩散层接合于所述催化剂被覆膜的两面。

这样，对于将气体扩散层与双极板的接合面密封的密封部，与各气体扩散层分别(各自)一体成形的密封部设为能够互相结合的分离的结构，由此能够在催化剂被覆膜上不直接一体成形地形成密封部。因此，能够抑制由密封部的一体成形时的催化剂被覆膜的变形等引起的成形不良的产生等。另外，通过由密封部夹持周缘部而对催化剂被覆膜定位，能够抑制催化剂被覆膜的错位(偏移)。进而，不需要将催化剂被覆膜与气体扩散层之间另外粘接等，能够实现制作成本的削减。

另外，为了达成上述目的，本发明中的膜电极组件是在燃料电池中使用的膜电极组件，其特征在于：

包括：

第1气体扩散层，其具有以包围周围的方式延伸的第1密封部；

第2气体扩散层，其具有以包围周围的方式延伸的第2密封部；和

催化剂被覆膜，其被配置在所述第1气体扩散层和所述第2气体扩散层之间；

所述第1密封部和第2密封部具有用于使彼此咬合的、一体成形的结合部。

由此，通过由结合部将第1密封部与第2密封部互相咬合，第1气体扩散层与第2气体扩散层夹持催化剂被覆膜而结合。因此，能够不在催化剂被覆膜上直接一体成形密封部地在膜电极组件上一体形成密封部，另外，不需要将气体扩散层与催化剂被覆膜之间另外粘接等。这样，通过第1密封部与第2密封部的结合部的咬合能够容易地形成膜电极组件，所以膜电极组件的制作性得到提高。

优选：所述结合部在所述第1密封部和第2密封部的各自上包括钩状边缘部；此时，优选：所述第1密封部和第2密封部，通过所述第1密封部和第2密封部的自由边缘部嵌入所述第1密封部和第2密封部中的相对的密封部的对应的钩状边缘部，从而互相卡合而咬合。

或者，也可以：所述第1密封部和第2密封部各自包括具有雄卡合部的第1边缘部和具有雌卡合部的第2边缘部；

所述第1密封部和第2密封部的各自的所述雄卡合部由另一方的所述第1密封部和第2密封部的所述雌卡合(接合)部保持。

或者，也可以设置成：所述结合部，在所述第1密封部和第2密封部的一方上具有至少一个雄凸部，在所述第1密封部和第2密封部的另一方上具有对应的雌孔部。

此时，优选：所述第1密封部和第2密封部具有在相互180度旋转而使相位错位时互相咬合的相同的结构。由此，能够通过一种类型的成形模具成形第1密封部与第2密封部，能够实现制作成本的削减。

另外，优选：所述第1密封部和第2密封部包括沿着所述第1气体扩散层和所述第2气体扩散层的周围配置的密封凸缘。

进一步的应用范围根据在这里表示的记载而变得明确。其记载、特定的实施例仅属于例示性表示，并不意味着限定本发明的范围。

另外，这里所记载的附图仅用于例示性表示，并不意味着限定本发明的范围。

如上面所说明，通过本发明，能够制造制作性优异的膜电极组件。

附图说明

图1是具有密封部一体型气体扩散层的MEA的概略剖视图，其中所述密封部一体型气体扩散层包括实施例1中的结合部；

图2是图1的MEA的分解剖视图，对密封部一体型气体扩散层的组装进行说明；

图3是具有密封部一体型气体扩散层的MEA的概略剖视图，其中所述密封部一体型气体扩散层包括实施例2中的结合部；

图4是实施例3中的MEA的分解剖视图。

符号说明

10：膜电极组件(MEA)

12：催化剂被覆膜(催化剂覆层)

14：第1气体扩散层

16：第2气体扩散层

18：密封部(seal bead)

20：结合部

22：雄卡合部

24：密封凸缘

具体实施方式

下面参照附图，基于实施例例示性详细说明用于实施本发明的最佳方式。但是，本实施例所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别特定的记载，意味着本发明的范围并不仅仅限定于此。

下面的记载的本质仅仅是例示，并不限定本公开应用或者使用。当然，在所有图中对应的参考符号表示同种或者对应的部件、部分。

(实施例1)

参照图1以及图2，说明本发明的实施例1中的膜电极组件(MEA)。图1是实施例1中的MEA的概略剖视图。图2是实施例1中的MEA的概略分解剖视图。MEA10包括催化剂被覆膜12。催化剂被覆膜12是在电解质膜的两面上以层叠状态形成有催化剂层。该催化剂被覆膜12被配置在第1气体扩散层14与第2气体扩散层16之间。气体扩散层14、16各设有以包围其周围的方式延伸的一体成形的密封部18a、18b。该密封部18a、18b可以通过一体模成形或者其他的方法相对于气体扩散层14、16固定。在一体成形密封部18a设有结合部，该部分被设计成与设置于第2气体扩散层16的一体成形密封部18b的对应结合部连结。一体成形密封部18a设有结合部20，可以是钩状边缘部20的形态，也可以是其他的形态。另外，一体成形密封部18a包括雄卡合部22，该卡合部可以设为自由边缘部的形态，其中该自由边缘部适于嵌入第2气体扩散层16的相对的一体成形密封部18b的钩状卡合部20。作为其他的结合部，包含能够相对于“雌”开口部压入或者咬合(嵌合)的、或者通过设置压缩余量而保持的各种“雄”形状，但并不限定于此。

结合部能够设为由橡胶或者插入成形(镶嵌成形)的硬质塑料/金属构成的结构。第1气体扩散层14以及第2气体扩散层16的一体成形密封部18a、18b各包括密封凸缘24，在燃料电池组的双极板(也称作隔板)之间形成适当的密封状态。

在MEA10的组装时，如图2所示，催化剂被覆膜12被载置在气体扩散层16的上面上，使第2气体扩散层14从上方下降到催化剂被覆膜12之上，各一体成形密封部18a、18b的结合部20、20’与结合部22、22’互相啮合，由此完成MEA。

当然，结合部能够设为各种形态，能够设置在一体密封部18的外周整个区域，也能够特定部位设置。进而，结合部也能够用作用于形成MEA的催化剂被覆膜12的定位(对位)的定位部。即，通过由结合部将密封部结合，将催化剂被覆膜的周缘部由密封部夹持，将催化剂被覆膜相对于气体扩散层定位。根据本发明的结构，催化剂被覆膜从所有的成形作业中免除，所以防止了因为成形作业不充分从而催化剂被覆膜变成碎屑。即，以往已知将催化剂被覆膜与气体扩散层预先接合、在其周缘部一体成形密封部由此进行密封部的成形的方法，但催化剂被覆膜一般由极其薄且柔软的材料构成，所以在一体成形密封部时容易产生变形等，有时产生成形不良等。另外，为了密封部的一体成形，有时也会产生将催化剂被覆膜与气体扩散层粘接等的必要。但是，在本实施例中，在与催化剂被覆膜接合之前的各气体扩散层各自一体形成能够相互结合的密封部，通过这些密封部彼此的结合，设为将气体扩散层与催化剂被覆膜接合的结构，由此能够不在催化剂被覆膜上直接一体成形密封部地在MEA的端部一体形成密封部。进而，通过一体成形密封部的结合部，排除了另外将MEA结构部件(气体扩散层、催化剂被覆膜)互相粘接或者加热固定的必要性。因此，提高了MEA的制作性。

(实施例2)

参照图3，对实施例2中的膜电极组件10’进行说明。图3是实施例2中的膜电极组件10’的概略剖视图。另外，在这里，对于与实施例1共通的结构赋予相同符号而将其说明省略。没有特别说明的结构及其作用效果等与实施例1同样。如图3所示，结合部18c、18d包括雄凸部122、和雄凸部122所嵌入的雌孔部120。在图3的实施例中，表示了第2气体扩散层16’包括2个雄凸部122的膜电极组件，这些雄凸部122嵌入设置在第1气体扩散层14’上的对应的雌孔部120。

(实施例3)

参照图4，对实施例3中的膜电极组件10”进行说明。图3是实施例3中的膜电极组件10”的概略剖视图。另外，在这里，对于与上述实施例1共通的结构赋予相同符号而将其说明省略。没有特别说明的结构及其作用效果等与上述实施例同样。在图4所示的实施例中，第1气体扩散层14”与第2气体扩散层16”形成为对称形状，所以两部件能够通过180度旋转而互相啮合，由此可由一个模腔(mold cavity)成形。详细而言，结合部在气体扩散层14”、16”的各自上包括雄凸部122’与雌孔部120’。该雄凸部122’以及雌孔部120’与设置在另一方的层(另一层)上的对应的结合部(即，雌孔部120’以及雄凸部122’)对应。根据本实施例，能够通过一种成形模具成形第1密封部18e与第2密封部18f。即，不再需要准备2种成形模具。因此，能够实现制作成本的削减。

Claims (3)

1.一种膜电极组件，通过将一对双极板接合在其层叠方向的两面上而形成燃料电池单元，其特征在于：

包括：

第1气体扩散层，其是所述一对双极板中的一方的双极板所接合的气体扩散层，并以包围周缘部的方式一体成形有第1密封部，所述第1密封部具有沿着与该双极板的接合面的周缘部与该双极板紧密接合的密封凸缘；

第2气体扩散层，其是另一方的双极板所接合的气体扩散层，并以包围周缘部的方式一体成形有第2密封部，所述第2密封部具有沿着与该双极板的接合面的周缘部与该双极板紧密接合的密封凸缘；和

催化剂被覆膜，其被配置在所述第1气体扩散层与所述第2气体扩散层之间；

一体成形的所述第1密封部和第2密封部在比所述第1气体扩散层或者所述第2气体扩散层的周缘部靠外侧的部位具有能够将彼此结合的、一体成形的结合部和所述密封凸缘；

所述第1密封部与所述第2密封部夹持所述催化剂被覆膜的周缘部并且通过所述一体成形的结合部互相结合，由此将所述第1气体扩散层与所述第2气体扩散层接合于所述催化剂被覆膜的两面；

所述一体成形的结合部，在所述第1密封部和第2密封部的一方上具有至少一个雄凸部，在所述第1密封部和第2密封部的另一方上具有对应的雌孔部，

所述第1密封部和第2密封部具有在相互180度旋转而使相位错位时互相咬合的相同的结构。

2.根据权利要求1所记载的膜电极组件，其特征在于：所述第1密封部和第2密封部包括沿着所述第1气体扩散层和第2气体扩散层的周围配置的密封凸缘。

3.一种膜电极组件，其在燃料电池中使用，其特征在于：

包括：

第1气体扩散层，其具有以包围周围的方式延伸的第1密封部；

第2气体扩散层，其具有以包围周围的方式延伸的第2密封部；和

催化剂被覆膜，其被配置在所述第1气体扩散层和第2气体扩散层之间；

所述第1密封部和第2密封部在比所述第1气体扩散层或者所述第2气体扩散层的周缘部靠外侧的部位具有：用于使彼此咬合的、一体成形的结合部，和沿着与膜电极组件的两面接合的双极板的周缘部与该双极板紧密接合的密封凸缘；

所述一体成形的结合部，在所述第1密封部和第2密封部的一方上具有至少一个雄凸部，在所述第1密封部和第2密封部的另一方上具有对应的雌孔部，

所述第1密封部和第2密封部具有在相互180度旋转而使相位错位时互相咬合的相同的结构。

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