CN103682393A - 包括涂覆子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件，以及包括燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件和燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括涂覆子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件，以及包括燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件和燃料电池堆。燃料电池膜-子垫圈组件可包括电解质膜和涂覆子垫圈，涂覆子垫圈围绕着电解质膜的周长叠置在电解质膜上，从而限定了在周长内部的有效区域。涂覆子垫圈可包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体。涂覆子垫圈的至少一侧包括子垫圈覆层，子垫圈覆层包含涂覆材料或由涂覆材料形成，该涂覆材料例如是金属、陶瓷、聚合物、高分子复合材料、或其它硬覆层。燃料电池组件可包括气体扩散介质、双极板、和具有涂覆子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件。燃料电池堆可包括夹紧板、单极端板、和多个单独的燃料电池组件，它们中的至少一个包括具有涂覆子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件。

Description

包括涂覆子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件，以及包括燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件和燃料电池堆

技术领域

本发明概括地涉及燃料电池系统，并更具体地，涉及具有金属化的或硬涂覆的子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件，涉及包括燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件，并且涉及包括燃料电池组件的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池已经被提出作为清洁、高效、且环保的功率源而用于电动车辆和各种其它应用。具体来说，燃料电池已经被认为是用在现代汽车中的传统的内燃发动机的潜在替代者。

一种类型的燃料电池是高分子电解质膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部件： 电解质膜；和一对电极，包括阴极和阳极。电解质膜被夹在所述电极之间以形成膜-电极-组件（MEA）。MEA通常被定位在多孔扩散介质（DM）之间，例如碳纤维纸，其有利于诸如氢气的反应物传递到阳极，并有利于诸如氧气，通常来自空气，传递到阴极。在电化学燃料电池反应中，氢气在阳极中被催化氧化以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质膜，并代替地被作为电流通过电负载引导到阴极，电负载例如是电马达。质子在阴极中与氧和电子反应以生成水。

电解质膜通常由离聚物层形成。典型的离聚物是全副磺酸（PFSA）聚合物，例如Nafion®，其在商业上可从E. I. du Pont de Nemours and Company获得。燃料电池的电极通常由细粒催化剂形成。催化剂可以是催化地支持燃料电池电化学反应的氢气氧化和氧气还原中的至少一个的任何电催化剂。催化剂可以是贵金属，例如铂或另一铂族金属。催化剂通常被设置在碳支撑体上，例如碳黑颗粒，并且被分散在离聚物中。电解质膜、电极和DM被定位在一对燃料电池板之间并且例如用垫圈密封，该垫圈提供了基本上不透流体的密封。

电解质膜还通常具有屏障薄膜或子垫圈，这联接到该电解质膜上以提供内部加强且将供应到燃料电池堆的氢气和空气分隔开。子垫圈通常叠置在电解质膜的边缘并且在二次操作中通过切割一片聚合物薄片材料并且用压缩和粘合剂中的至少一个将该薄片材料结合到电解质膜来形成。子垫圈和用于将子垫圈联接到电解质膜的装置的一些示例在共有的美国专利7,935,453中被描述，该专利的全部内容通过引用并入本文。

沿着燃料电池板有效区域的外围的子垫圈抵接MEA并能与MEA交叠。子垫圈通常用于同时支撑MEA并且将燃料电池的阴极流场与堆叠组件中的邻近的燃料电池的阳极流场电绝缘。子垫圈也电绝缘流场外部的区域。子垫圈的内边缘限定了MEA的有效区域。

在燃料电池的正常运行中会遇到诸如高温和高压或这两者的严酷条件，这使得必须用不会降级或变形的材料来构建燃料电池的各种部件。降级或变形的通常原因包括当厚子垫圈被使用时的具有高压缩的局部区域或者是在薄子垫圈被使用时的由反应物气体流导致的子垫圈偏转区域。子垫圈的这种降级或变形可负面地影响MEA的寿命或者可降低整个燃料电池的性能。

因此，一直存在对改进的子垫圈的需求，其能被包含在MEA中；以及包括该MEA的燃料电池组件；以及包括一个或多个该燃料电池组件的燃料电池堆，借此子垫圈降级和变形的问题可被解决，但不牺牲制造成本或生产产量。

发明内容

在上述背景下，本文描述的一些实施例涉及燃料电池膜-子垫圈组件。燃料电池膜-子垫圈组件可包括电解质膜和涂覆子垫圈，该子垫圈叠置在电解质膜的周长上。涂覆子垫圈可限定了在电解质膜的周长内部的有效区域。涂覆子垫圈可包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体。子垫圈本体可具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧。子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个可包括在子垫圈材料上的子垫圈涂覆层。子垫圈涂覆层可包含一个或多个涂覆材料或由该一个或多个涂覆材料形成，该材料例如是金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸树脂、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层。

本文描述的其它实施例涉及燃料电池组件，其包括根据还在本文中描述的一个或多个实施例的燃料电池膜-子垫圈组件。燃料电池组件可包括第一气体扩散介质、第二气体扩散介质、设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间的燃料电池膜-子垫圈组件。燃料电池膜-子垫圈组件可包括电解质膜和涂覆子垫圈，该子垫圈叠置在电解质膜的周长上。涂覆子垫圈可限定了在电解质膜的周长内部的有效区域。涂覆子垫圈可包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体。子垫圈本体可具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧。子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个可包括在子垫圈材料上的子垫圈涂覆层。子垫圈涂覆层可包含一个或多个涂覆材料或由该一个或多个涂覆材料形成，该材料例如是金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸树脂、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层。燃料电池组件的第一电极层可被设置在燃料电池膜-子垫圈组件的电解质膜和第一气体扩散介质之间。燃料电池组件的第二电极层可被设置在燃料电池膜-子垫圈组件的电解质膜和第二气体扩散介质之间。燃料电池组件也可包括双极板，该双极板具有阴极侧和与阴极侧相对的阳极侧。双极板可与电解质膜流体连通。

本文中描述的另外的实施例涉及燃料电池堆，其包括至少一个上述的燃料电池组件。该至少一个燃料电池组件可包括根据本文描述的一个或多个实施例的燃料电池子垫圈电极组件。燃料电池堆可包括第一夹紧板、第二夹紧板、设置在第一夹紧板和第二夹紧板之间的第一单极端板、和设置在第一单极端板和第二夹紧板之间的第二单极端板。燃料电池堆可还包括在第一单极端板和第二单极端板之间的多个单独的燃料电池组件。单独的燃料电池组件中的至少一个可包括第一气体扩散介质、第二气体扩散介质、设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间的燃料电池膜-子垫圈组件。在这个单独的燃料电池组件中的燃料电池膜-子垫圈组件可包括电解质膜和涂覆子垫圈，该子垫圈叠置在电解质膜的周长上。涂覆子垫圈可限定了在电解质膜的周长内部的有效区域。涂覆子垫圈可包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体。子垫圈本体可具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧。子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个可包括在子垫圈材料上的子垫圈涂覆层。子垫圈涂覆层可包含一个或多个涂覆材料或由该一个或多个涂覆材料形成，该材料例如是金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸树脂、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层。单独的燃料电池组件的第一电极层可被设置在燃料电池膜-子垫圈组件的电解质膜和第一气体扩散介质之间。单独的燃料电池组件的第二电极层可被设置在燃料电池膜-子垫圈组件的电解质膜和第二气体扩散介质之间。单独的燃料电池组件可还包括双极板，该双极板与电解质膜流体连通并且具有面对第一夹紧板和第二夹紧板中的其中一个的阴极侧和面对第一夹紧板和第二夹紧板中的另一个的阳极侧。在燃料电池堆中，多个堆叠的单独的燃料电池组件的邻近的单独的燃料电池组件可共享在第一单独的燃料电池组件和第二单独的燃料电池组件之间的公共双极板。具体来说，公共双极板的阴极侧可面对第一单独的燃料电池组件，并且公共双极板的阳极侧可面对第二单独的燃料电池组件。

应该理解，前述的概括描述和下面的详细描述都描述了各种实施例，并且都被用于提供总览或框架以理解所要求保护的主题的本质和特征。包括了附图以提供了对各种实施例的进一步理解，这些附图被包含在说明书内并构成了该说明书的一部分。附图说明了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

本申请还提供了如下方案：

方案1. 一种燃料电池膜-子垫圈组件，包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的电解质膜的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层。

方案2. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、和它们的组合物组成的组。

方案3. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈涂覆材料选自由金属、钢和氮化物组成的组。

方案4. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、类金刚石和氮化钛组成的组。

方案5. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中：

子垫圈覆层具有的厚度是从约0.01µm到约20µm；

子垫圈本体具有的厚度是从约5µm到约200µm；以及

子垫圈覆层的厚度与子垫圈本体的厚度的比是从约1：2到约1：500。

方案6. 如方案5所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯而子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、类金刚石和氮化钛组成的组。

方案7. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，还包括第一电极层和第二电极层，其中：

电解质膜在电解质膜的第一侧上涂覆有第一电极层，在电解质膜的与第一侧相对的第二侧上涂覆有第二电极层；以及

第一电极层设置在电解质膜和涂覆子垫圈之间。

方案8. 如方案1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，还包括第一气体扩散介质、第二气体扩散介质、第一电极层和第二电极层，其中：

第一电极层是在第一气体扩散介质上的催化剂覆层；

第二电极层是在第二气体扩散介质上的催化剂覆层；以及

涂覆子垫圈设置在第一电极层和电解质膜之间。

方案9. 一种燃料电池组件，包括：

第一气体扩散介质；

第二气体扩散介质；

燃料电池膜-子垫圈组件，其设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间，燃料电池膜-子垫圈组件包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层；

设置在电解质膜和第一气体扩散介质之间的第一电极层；

设置在电解质膜和第二气体扩散介质之间的第二电极层；以及

双极板，其具有阴极侧和与阴极侧相对的阳极侧，双极板与电解质膜流体连通。

方案10. 如方案9所述的燃料电池组件，其中，子垫圈材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、和它们的组合物组成的组。

方案11. 如方案9所述的燃料电池组件，其中，子垫圈涂覆材料选自由金属、钢和氮化物组成的组。

方案12. 如方案9所述的燃料电池组件，其中，子垫圈材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯。

方案13. 如方案9所述的燃料电池组件，其中，子垫圈材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯而子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、和氮化钛组成的组。

方案14. 如方案9所述的燃料电池组件，其中：

第一电极层是在电解质膜的第一电极表面上的催化剂覆层；以及

第一电极层设置在电解质膜和涂覆子垫圈之间。

方案15. 如方案9所述的燃料电池组件，其中：

第一电极层是在第一气体扩散介质上的催化剂覆层；以及

涂覆子垫圈设置在第一电极层和电解质膜之间。

方案16. 一种燃料电池堆，包括：

第一夹紧板；

第二夹紧板；

定位在第一夹紧板和第二夹紧板之间的第一单极端板；

定位在第一单极端板和第二夹紧板之间的第二单极端板；以及

多个堆叠的单独的燃料电池组件，每个燃料电池组件被定位在第一单极端板和第二单极端板之间，各个燃料电池组件中的至少一个包括：

第一气体扩散介质；

第二气体扩散介质；

燃料电池膜-子垫圈组件，其设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间，燃料电池膜-子垫圈组件包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层；

设置在电解质膜和第一气体扩散介质之间的第一电极层；

设置在电解质膜和第二气体扩散介质之间的第二电极层；以及

双极板，其具有阴极侧和与阴极侧相对的阳极侧，双极板与电解质膜流体连通，

其中：

多个堆叠的单独的燃料电池组件的邻近的单独的燃料电池组件可共享在第一单独的燃料电池组件和第二单独的燃料电池组件之间的公共双极板；

公共双极板的阴极侧面对第一单独的燃料电池组件；以及

公共双极板的阳极侧面对第二单独的燃料电池组件。

方案17. 如方案16所述的燃料电池堆，其中：

至少一个燃料电池组件的子垫圈材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、和它们的组合物组成的组；以及

至少一个燃料电池组件的子垫圈涂覆材料选自由金属、钢和氮化物组成的组。

方案18. 如方案16所述的燃料电池堆，其中，至少一个燃料电池组件的子垫圈材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯而至少一个燃料电池组件的子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、类金刚石和氮化钛组成的组。

方案19. 如方案16所述的燃料电池堆，其中：

至少一个燃料电池组件的第一电极层是在电解质膜的第一电极表面上的催化剂覆层；以及

至少一个燃料电池组件的第一电极层被设置在涂覆子垫圈和电解质膜之间。

方案20. 如方案16所述的燃料电池堆，其中：

第一电极层是在第一气体扩散介质上的催化剂覆层；以及

涂覆子垫圈设置在第一电极层和电解质膜之间。

附图说明

图1是根据本文描述的实施例的燃料电池膜-子垫圈组件的平面图，包括涂覆子垫圈；

图2A是图1的燃料电池膜-子垫圈组件的横截面，示出了根据本文公开的一个实施例的涂覆子垫圈，其中涂覆子垫圈仅在第一面上被涂覆；

图2B是图1的燃料电池膜-子垫圈组件的横截面，示出了根据本文公开的一个实施例的涂覆子垫圈，其中涂覆子垫圈仅在与第一面相对的第二面上被涂覆；

图2C是图1的燃料电池膜-子垫圈组件的横截面，示出了根据本文公开的另一个实施例的涂覆子垫圈，其中涂覆子垫圈在第一面和第二面上都被涂覆；

图3A是燃料电池膜-子垫圈组件的一个实施例的横截面，包括了围绕电解质膜的外周长的根据图2A的实施例的子垫圈；

图3B是燃料电池膜-子垫圈组件的一个实施例的横截面，包括了围绕涂覆有电极层的电解质膜的外周长的根据图2A的实施例的子垫圈，该电极层被设置在电解质膜和子垫圈之间；

图3C是燃料电池膜-子垫圈组件的一个实施例的横截面，包括围绕电解质膜的外周长的涂覆子垫圈，其中该涂覆子垫圈和电解质膜被设置在两个催化剂涂覆的气体扩散介质之间；

图4是根据本文描述的实施例的燃料电池组件，其包括了根据本文中的实施例的燃料电池膜-子垫圈组件；以及

图5是根据本文描述的实施例的燃料电池堆，其包括了包含两个图4的燃料电池组件的堆叠构造。

具体实施方式

现在将具体参照在附图中示出的具有金属化或硬涂覆的子垫圈的燃料电池膜-子垫圈组件的，包括该燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件的，并包括该燃料电池组件的燃料电池堆的非限定示例。在可能时，在所有附图中相同的附图标记被用来指示相同或相似的部分。燃料电池膜-子垫圈组件的一个实施例被描述在图1中，在图2A和2B中的横截面说明了在该燃料电池膜-子垫圈组件中存在的涂覆子垫圈，并在图3中的横截面说明了该子垫圈与燃料电池膜-子垫圈组件的其它层的关系。燃料电池膜-子垫圈组件的其它实施例可通过图3、3B和3C的横截面示出。下面将参照图4描述包括燃料电池膜-子垫圈组件的燃料电池组件的实施例，并且下面将参照图5描述包括燃料电池组件的燃料电池堆的实施例。

参照图1和3A，根据一些实施例的燃料电池膜-子垫圈组件1可包括电解质膜35和涂覆子垫圈10，涂覆子垫圈10围绕电解质膜35的周长31叠置在电解质膜35上。如在本文中使用时，术语关于涂覆子垫圈10的“叠置”仅指的是涂覆子垫圈10相对于电解质膜35的定位并且不排除在涂覆子垫圈10和电解质膜35之间还存在额外的特征。而且，应该理解的是，术语“叠置”不是用来暗示燃料电池膜-子垫圈组件1的任何优选取向，使得在操作中，在一些实施例中涂覆子垫圈可在电解质膜35之上，在另一些实施例中可在电解质膜35之下，或者在其它的实施例中在电解质膜35旁边。涂覆子垫圈10可限定了在电解质膜35的周长31内部的有效区域30。

图3A、3B和3C说明了燃料电池膜-子垫圈组件1的三个示例性实施例。应该理解的是，图3A、3B和3C是部分分解图，并且在附图中示出的各个部件可在运行的燃料电池中物理接触以及可任选地通过中间层（未示出）例如粘结剂保持在一起。在根据图3A的实施例中，燃料电池膜-子垫圈组件1的涂覆子垫圈10可直接放置在电解质膜35上。在根据图3B的实施例中，燃料电池膜-子垫圈组件1可还包括第一电极层32和第二电极层34。第一电极层32可以是在电解质膜35的第一侧上的催化剂覆层，第二电极层可以是在电解质膜35的与第一侧相对的第二侧上的催化剂覆层。在根据图3B的一些实施例中，第一电极层32可以是阳极电极，而第二电极层34可以是阴极电极。在根据图3B的另一些实施例中，第一电极层32可以是阴极电极，而第二电极层34可以是阳极电极。

在根据图3C的实施例中，燃料电池膜-子垫圈组件1可还包括第一气体扩散介质160、第二气体扩散介质170、第一电极层32和第二电极层34。第一电极层32是在第一气体扩散介质160上的催化剂覆层。第二电极层34是在第二气体扩散介质170上的催化剂覆层。涂覆子垫圈10被设置在第一电极层32和电解质膜35之间。在根据图3C的一些实施例中，第一电极层32可以是阳极电极，而第二电极层34可以是阴极电极。在根据图3C的另一些实施例中，第一电极层32可以是阴极电极，而第二电极层34可以是阳极电极。

参照图1，在根据图3A、3B和3C中任一个的实施例中，涂覆子垫圈10可具有限定在其内的多个单独的通道或集管，用以容纳气体或流体的流动，例如燃料、氧化剂或冷却剂。例如，涂覆子垫圈10可具有限定在其内的第一子垫圈燃料通道50、第二子垫圈燃料通道55、第一子垫圈氧化剂通道60、第二子垫圈氧化剂通道65、第一子垫圈冷却剂通道70、和第二子垫圈冷却剂通道75。在包括燃料电池膜-子垫圈组件1的燃料电池组件或燃料电池堆中，例如，各个通道或集管中的每一个可与燃料电池组件或燃料电池堆的其它板上的对应通道或集管流体连通。

参照在图2A-2C中示出的图1的横截面，涂覆子垫圈10包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体20。子垫圈本体20具有面对电解质膜35的第一子垫圈侧12和与第一子垫圈侧12相对的第二子垫圈侧14。子垫圈本体20的第一子垫圈侧12和子垫圈本体20的第二子垫圈侧14中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层25。子垫圈本体20的各个侧面的涂覆的非限定实施例在图2A-2C中示出。例如，如在图2A的实施例中，仅子垫圈本体20的第二子垫圈侧14可被涂覆有子垫圈覆层25。替换地，如在图2B的实施例中，仅子垫圈本体20的第一子垫圈侧12可被涂覆有子垫圈覆层25。在图2C中示出的另一实施例中，子垫圈本体20的第一子垫圈侧12和子垫圈本体20的第二子垫圈侧14可涂覆有子垫圈覆层25。

尽管在图3A和3B中，燃料电池膜-子垫圈组件1包括根据图2A的实施例的涂覆子垫圈10，但是应该理解的是，根据图2B或2C的任一实施例的涂覆子垫圈10可被替换地包含在燃料电池膜-子垫圈组件1中。同样，尽管在图3C中，燃料电池膜-子垫圈组件1包括根据图2C的实施例的涂覆子垫圈10，但是应该理解的是，根据图2A或2B的任一实施例的涂覆子垫圈10可被替换地包含在燃料电池膜-子垫圈组件1中。子垫圈本体20的子垫圈材料和子垫圈覆层25的材料和性能将在下面被更具体讨论。

涂覆子垫圈10的子垫圈本体20可由本领域已知的任何合适的子垫圈材料形成。在非限定性实施例中，子垫圈本体20可由聚合物材料形成，例如聚烯烃（例如，聚乙烯、聚丙烯、它们的混合物、以及它们的衍生物）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、或聚酯薄膜。在优选的实施例中，子垫圈本体20可由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成。不受理论所约束，认为PET通常不适合用作在燃料电池应用中的子垫圈材料，因为随着时间推移，其往往降级或变脆，尤其是在有水存在下，燃料电池的运行期间产生水。不过，发明人已经令人惊奇地发现了当子垫圈本体20的一侧或两侧涂覆有根据本文描述的实施例的子垫圈覆层25时，不仅PET的机械性能被改善，而且PET被保护不受水侵入的影响并且不太可能出现降级问题。而且，PET可以是子垫圈本体20的优选材料，因为其相比最通常使用的子垫圈材料，尤其是PEN，要相对便宜。在说明性实施例中，子垫圈本体可具有从约12µm到约125µm的厚度，或者优选地，从约25µm到约75µm。

在一些实施例中，子垫圈覆层25可以是任何涂覆材料，该材料与子垫圈材料化学兼容，并且优选地，还在操作温度和压力下与燃料电池反应物，例如氢气，与氧化剂，例如氧气，和与副产品或冷却剂介质，例如水和乙二醇兼容。优选地，子垫圈覆层25的材料、涂覆材料的厚度、或这两者被选择成使得子垫圈本体20的物理特征以对限制涂覆子垫圈在包括燃料电池膜-子垫圈组件1的燃料电池组件或燃料电池堆的长久运行期间的降级和/或变形来说有用的方式被大大改变。在说明性实施例中，子垫圈覆层25可包括涂覆材料、主要由涂覆材料构成或者由涂覆材料构成，该涂覆材料例如是金属；钢；合金；陶瓷，例如氧化物、氮化物、和碳化物；丙烯酸涂层；聚合物材料；聚合物复合材料；和硬覆层，例如类金刚石。在一些优选实施例中，氮化钛（TiN）、铬、不锈钢可非常适合作为子垫圈覆层25。子垫圈覆层25可通过合适的且实用的涂覆方法被施涂到第一子垫圈侧12，第二子垫圈侧14或这两者，涂覆方法例如是真空沉积、等离子体辅助沉积、微波辅助化学气相沉积、金属化、电沉积、RF或磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、或蒸发。

子垫圈覆层25的厚度可变化，这取决于子垫圈本体20的厚度和被选择用于子垫圈本体20和子垫圈覆层25的材料。在非限定性说明性实施例中，子垫圈覆层可具有从约0.01µm到约20µm的厚度，优选地，从约0.1µm到约10µm。在一些实施例中，子垫圈覆层的厚度与子垫圈本体的厚度的比可从约1：2到约1：500，从约1：10到约1：500，或从约1：50到约1：500，或从约1：100到约1：500，或优选地从约1：250到约1：500。在一些实施例中，子垫圈本体20可具有的厚度是从约0.2µm到约1000µm，或从约1.0µm到约500µm，或从约5µm到约200µm，或从约10µm到约200µm，或从约10µm到约100µm。在说明性的、非限定性实施例中，子垫圈本体20可由具有从约10µm到约100µm的厚度的PET形成，并且子垫圈覆层25可具有从约0.1µm到约10µm的厚度并可包括铬、不锈钢或氮化钛。

优选地，子垫圈覆层25，不论厚度如何，具有基本上一致的厚度，基本上没有裂缝，或这两者。在本文中使用时，短语“基本上一致的厚度”意思是子垫圈覆层25从其最厚点到其最薄点变化，但不多于约±25%，优选地不多于约±10%，这是在与子垫圈本体20的表面垂直地测量的。在本文中使用时，短语“基本上没有裂缝”意思是子垫圈覆层25完全没有直径大于50mm的小孔并且还完全没有具有平行于子垫圈本体20的表面测量的大于50nm的宽度的裂缝。尤其优选的是，子垫圈覆层25可完全没有能够建立从子垫圈覆层25的暴露表面到第一子垫圈侧12，第二子垫圈侧14或这两者的电气连接的任何厚度变化或者表面缺陷。不受理论的约束，认为子垫圈覆层25中的裂缝或缺陷的出现或普遍存在可减少或否定一些益处，诸如将子垫圈覆层25添加到子垫圈本体20相关联的增加的抗弯刚度和/或增加的穿刺阻力。

不受理论约束，认为子垫圈覆层25可通过增加涂覆子垫圈10的刚性和涂覆子垫圈10的穿刺阻力而对子垫圈本体20有益。在一些实施例中，例如，子垫圈覆层25可使子垫圈本体的抗弯刚度增加至少50％，至少100％，至少200％，至少300％，或甚至至少500％。当涂覆子垫圈被包含在燃料电池组件或燃料电池堆中时，包括下面要描述的那些，这些物理特征是重要的。具体来说，认为具有增加的刚性的涂覆子垫圈10在燃料电池的运行期间在涂覆子垫圈10的相对侧上存在压力差时不太可能弯曲。通常，不易弯曲变形的子垫圈也会不太可能侵入燃料电池堆中的双极板的燃料或氧化剂导管。这种接触和/或侵入可降低到有效区域30的可用燃料和/或氧化剂供应。这些有害影响可导致燃料电池堆的功率输出的减少。关于穿刺阻力，相信涂覆子垫圈10的增加的穿刺阻力是可取的，因为在典型的燃料电池堆中靠近或邻近涂覆子垫圈10的诸如双极板的层自然地可具有不平坦的表面或缺陷，这可刺穿子垫圈本体20。一旦子垫圈本体20被以这种方式刺穿，会发生燃料、氧化剂、或水的泄漏，这潜在地减少了有效区域或甚至使燃料电池堆中的特定膜电极组件不工作。

在包括燃料电池膜-子垫圈组件1的燃料电池的运行期间，燃料，诸如氢气，可沿垂直于涂覆子垫圈10的平面的一个方向流过第一子垫圈燃料通道50并且沿相反方向流过第二子垫圈燃料通道55。氧化剂，例如氧气，可沿着垂直于涂覆子垫圈10的平面的一个方向流过第一子垫圈氧化剂通道60，并沿着相反方向流过第二子垫圈氧化剂通道65。同样，冷却剂，例如水，可沿着垂直于涂覆子垫圈10的平面的一个方向流过第一子垫圈冷却剂通道70，并沿着相反方向流过第二子垫圈冷却剂通道75。取决于这种燃料电池的运行要求，应该理解的是，燃料、氧化剂、和冷却剂在涂覆子垫圈10的一侧上的流动方向（例如，通过第二子垫圈燃料通道55，第一子垫圈氧化剂通道60，和第一子垫圈冷却剂通道70）可都是相同的，或者燃料、氧化剂、和冷却剂中的任意两个可与燃料、氧化剂和冷却剂中的剩余一个在涂覆子垫圈10的同一侧上具有逆流关系。

现在将参照图4描述燃料电池组件100的实施例，偶尔参照图1、2A-2C和3A-3C以描述燃料电池膜-子垫圈组件1的部件。燃料电池组件100包括第一气体扩散介质160，第二气体扩散介质170和根据上述实施例中任一个的燃料电池膜-子垫圈组件1。具体来说（见图1和3A），燃料电池膜-子垫圈组件1可包括电解质膜35和涂覆子垫圈10，涂覆子垫圈10叠置在电解质膜35的周长31上。涂覆子垫圈10限定了在电解质膜35的周长31内部的有效区域30。涂覆子垫圈10包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体20。子垫圈本体20具有第一子垫圈侧12和与第一子垫圈侧12相对的第二子垫圈侧14。子垫圈本体20的第一子垫圈侧12和子垫圈本体20的第二子垫圈侧14中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层25。子垫圈材料和子垫圈覆层25为如上关于燃料电池膜-子垫圈组件1的实施例所描述的。

在燃料电池组件100中，燃料电池膜-子垫圈组件1可被设置在第一气体扩散介质160和第二气体扩散介质170之间。在一些实施例中，第一气体扩散介质160和第二气体扩散介质170可任选地包括在其面对电解质膜的表面上的多微孔层（未示出）。

在一些实施例中，燃料电池组件100的燃料电池膜-子垫圈组件1可根据图3B或3C的实施例中的任一个构造。燃料电池膜-子垫圈组件1的构造确定了电极层在燃料电池组件100中的位置。在任一种构造中，燃料电池组件100包括设置在燃料电池膜-子垫圈组件1的电解质膜35和第一气体扩散介质160之间的第一电极层32（在图4中未示出）。燃料电池组件100还包括设置在燃料电池膜-子垫圈组件1的电解质膜35和第二气体扩散介质170之间的第二电极层34（在图4中未示出）。

在一些实施例中，燃料电池组件100的燃料电池膜-子垫圈组件1可根据图3B构造。在这种实施例中，第一电极层32和第二电极层34是在电解质膜35上的催化剂覆层并且第一气体扩散介质160和第二气体扩散介质170在燃料电池膜-子垫圈组件1外部。在其它实施例中，燃料电池组件100的燃料电池膜-子垫圈组件1可根据图3C构造。在这种实施例中，第一电极层32是在第一气体扩散介质160上的催化剂覆层，第二电极层34是在第二气体扩散介质170上的催化剂覆层。不过，不论电极层被定位在何处，燃料电池膜-子垫圈组件1，第一气体扩散介质160和第二气体扩散介质170的组合可形成单元化的电极组件150。单元化的电极组件150的部件可在其生产期间被组装并且通过任何传统的工艺例如热处理被彼此附接。粘结剂在必要时可被用在单独的部件之间。

燃料电池组件100还包括双极板110，其具有阴极侧120和与阴极侧120相对的阳极侧130。双极板被布置成使得第一气体扩散介质160被设置在双极板110和燃料电池膜-子垫圈组件1的有效区域30之间。应该理解的是，双极板110的阴极侧120和阳极侧130相对于燃料电池膜-子垫圈组件1的如图4中所示的取向是仅出于说明目的被选择的，并且取决于燃料电池膜-子垫圈组件1的电极的实际取向（见图3），双极板110的阴极侧120和阳极侧130可与它们在图4中的取向相反。这将在下面对燃料电池堆的描述中更加容易理解。

双极板110通常由成形薄片金属的传统工艺形成，例如，冲压、机加工、模制或通过光刻罩光刻。在一个实施例中，双极板110可由单极端板形成，这些单极端板此后被连接。应该理解的是，双极板110也可由复合材料形成。在一个特定实施例中，双极板110可由石墨或石墨填充的聚合物形成。

如在图4的非限定性实施例中所示，双极板110还可包括多个单独的通道或集管，这些通道或集管将双极板110设置成与燃料电池膜-子垫圈组件1的电解质膜（见图3），尤其是有效区域30流体连通。流体连通可被建立，例如，因为双极板110的各个通道与涂覆子垫圈10的各个通道对准以形成流体导管。例如，双极板110可包括与第一子垫圈燃料通道50对准的第一板燃料通道122，与第二子垫圈燃料通道55对准的第二板燃料通道132，与第一子垫圈氧化剂通道60对准的第一板氧化剂通道124，与第二子垫圈氧化剂通道65对准的第二板氧化剂通道134，与第一子垫圈冷却剂通道70对准的第一板冷却剂通道126，和与第二子垫圈冷却剂通道75对准的第二板冷却剂通道136。

现在参照图5，将描述燃料电池组件200的实施例。出于简化目的，此后仅图示和描述两个电池的堆（即，仅具有一个双极板（即，双极板110）的堆），应该理解的是，典型的燃料电池堆可包含更多数量的这种电池和双极板，例如，数十个、数百个、或者甚至数千个。

根据一些实施例，燃料电池堆200可包括第一夹紧板210、第二夹紧板215、设置在第一夹紧板210和第二夹紧板215之间的第一单极端板250、和设置在第一单极端板250和第二夹紧板215之间的第二单极端板255。任选地，夹紧板210、215可被垫圈（未示出）或介电覆层（未示出）与单极端板250、255电绝缘。

第一夹紧板210可包括各种连接部220、225、230、235、240、245，其将燃料电池堆200设置为与燃料源、氧化剂源、冷却剂源、燃料排放装置、氧化剂排放装置和冷却剂排放装置流体连通。例如，第一夹紧板可包括到燃料源（未示出）的燃料供应连接部230，到燃料排放歧管（未示出）的燃料排放连接部235，到氧化剂源（未示出）的氧化剂供应连接部220，到氧化剂排放歧管（未示出）的氧化剂排放连接部225，冷却剂进口240，和冷却剂出口245。在一些实施例中，冷却剂进口240和冷却剂出口245可被连接为冷却剂回路（未示出）或者可被单独地连接到相应的冷却剂源（未示出）和排放装置（未示出）。各种连接部220、225、230、235、240、245中的每一个都被构造成与由燃料电池堆200的板250、10A、110、10B、255中的通道限定的导管对准。各种连接部可被构造成使得燃料、氧化剂、和冷却剂全部沿相同方向流过燃料电池堆200或者使得燃料、氧化剂、和冷却剂中的任意两个沿与燃料、氧化剂、和冷却剂中的第三个相反的方向流动。如此，应该理解的是，图5中的各个连接部220、225、230、235、240、245的名称选择仅是出于说明目的。

燃料电池堆200可还包括多个单独的燃料电池组件100A、100B，图5中仅示出了它们中的两个，但是，典型的燃料电池堆可包含10、50或甚至数百个单独的燃料电池组件。每个单独的燃料电池组件100A、100B被定位在第一单极端板250和第二单极端板255之间。单极端板250、255包括相应的有效区域252、257。同样地，双极板110的邻近第一气体扩散介质160A、160B的部分也限定了有效区域。有效区域中的每一个通常是用于分布气体反应物于各个燃料电池组件100A、100B中的燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B的电极层（见图3）上的流场，反应物例如是氢气和空气。

各个燃料电池组件100A、100B中的至少一个是根据上面参照图4描述的实施例中的至少一个的燃料电池组件100。在一些实施例中，燃料电池堆200中的各个燃料电池组件100a、100B全部是根据上面参照图4描述的实施例中的至少一个的燃料电池组件。燃料电池组件100A、100B中的至少一个包括燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B，其包括涂覆子垫圈10A、10B，其中涂覆子垫圈10A、10B在至少一个子垫圈侧12A、14A、12B、14B上被涂覆有子垫圈覆层25（见图 2A-2C以及上面的进一步描述）。每个燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B被设置在相应的第一气体扩散介质160A、160B和相应的第二气体扩散介质170A、170B之间，借此燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B和相应的气体扩散介质160A、160B、170A、170B的组合形成单元化的电极组件150A、150B。涂覆子垫圈10A、10B可提供在单元化的电极组件150A、150B与双极板110和端板250、255中之一之间的密封和电绝缘。涂覆子垫圈10A、10B可基本上沿着单元化的电极组件150A、150B的外围。关于电极层（未在图5中示出）的定位，燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B可被根据上述的实施例中的任一个构造，尤其是参照图3B和3C描述的那些。

燃料电池组件100A、100B中的至少一个还包括双极板110，该双极板110具有面对第一夹紧板210和第二夹紧板215中的其中一个的阴极侧120和面对第一夹紧板210和第二夹紧板215中的另一个的阳极侧130。应该理解的是，尽管图5中的双极板110被定向为使得阴极侧120面对第一夹紧板210而阳极侧130面对第二夹紧板215，但是这种定向只是用于说明目的，并且阴极侧120和阳极侧130可颠倒。尽管如此，还应该理解的是，当多个双极板存在于包含比图5中所示的更多的燃料电池组件的燃料电池堆中时，双极板的全部阴极侧将面对相同的方向（即，朝向第一夹紧板210或第二夹紧板215）。每个单独的燃料电池组件100A、100b的双极板110与其相应的单独的燃料电池组件100A、100B的燃料电池膜-子垫圈组件1A、1B流体连通，如上面参照图4所示。

在燃料电池堆200中，每个邻近的第一单独的燃料电池组件100A和第二单独的燃料电池组件100B共享公共双极板110，使得双极板110的阴极侧120面对第一单独的燃料电池组件100A，而公共双极板110的阳极侧130面对第二单独的双极板110B。因此，根据图5中描述的关于单独的燃料电池组件100A、100B的命名约定，第一单独的燃料电池组件100A的第一子垫圈侧12A是第一单独的燃料电池组件100A的阳极侧，而第一单独的燃料电池组件100A的第二子垫圈侧12A是第一单独的燃料电池组件100A的阴极侧。对于第二单独的燃料电池组件100B来说这个关系被颠倒，借此，第二单独的燃料电池组件100B的第一子垫圈侧12B是第二单独的燃料电池组件100B的阴极侧，而第二单独的燃料电池组件100B的第二子垫圈侧14B是第一单独的燃料电池组件100B的阳极侧。应该理解的是，命名约定仅是说明性的并且可在燃料电池堆200中被整体颠倒，使得全部的阴极侧变为阳极侧而全部的阳极侧变为阴极侧。

应该理解的是，意图是图5的燃料电池堆200在可被包含的任何额外部件或特征方面是非限定性的。燃料电池堆也可包含未在图5中示出的额外部件，例如绝缘板或非导电垫圈，这在共同转让的美国专利申请公开2010/0159294中被描述，该文献通过引用并全文并入本文。燃料电池堆200可被用作车辆的惟一的或补充的电源，例如汽车。

因此，根据各种实施例，燃料电池膜-子垫圈组件1、包括燃料电池膜-子垫圈组件1的燃料电池组件100，和包括至少一个燃料电池组件100的燃料电池堆200已被描述。在燃料电池膜-子垫圈组件1和燃料电池组件100中，以及在包含在燃料电池堆200的燃料电池膜-子垫圈组件1的至少一个中，存在涂覆子垫圈10、10A、10B。在涂覆子垫圈10、10A、10B中，在子垫圈本体20上的子垫圈覆层25已经被示出为增加了涂覆子垫圈10、10A、10B的降级和变形阻力，由此避免了这种降级和变形对包含涂覆子垫圈的燃料电池的电输出操作的负面影响，同时不牺牲制造成本或者生产产量。

示例

仅以说明方式提供了下面示例。本领域技术人员应该认识到，具体的示例不是用于限制上述的实施例和附在本说明书的权利要求的范围。

根据上述的实施例的涂覆子垫圈被准备和测试以确定该涂覆子垫圈对于燃料电池应用的适用性。涂覆子垫圈通过如下制造，准备子垫圈材料的子垫圈本体，然后将该子垫圈本体的一侧或两侧涂覆有子垫圈涂覆材料。为了评价通过涂覆子垫圈本体所提供的改进，涂覆子垫圈的物理特征与未涂覆子垫圈的那些进行比较。尤其是，涂覆子垫圈和未涂覆子垫圈在关于抗弯刚度和刺穿所需的力方面被评估。作为给定厚度的子垫圈本体的品质因数，在抗弯刚度和刺穿所需的力的一者或两者中的增加被认为是指示可取的改进。

抗弯刚度数据被总结在表1中。其条件被标记为“干”的测量结果是在室温（25±2摄氏度）下进行的，而其条件被标记为“湿”的测量结果是在水浴中在70摄氏度下进行的。抗弯刚度数据是通过根据ASTM D790执行三点弯曲测试获得的，其中子垫圈薄膜在两个圆柱形固定装置上以挠曲模式被施加应力，并且阻力由按照在拉伸测试设备上的测力传感器记录。由此获得的力偏转数据被用于计算刚度。

表1

¹ 聚萘二甲酸乙二醇酯

² 聚对苯二甲酸乙二醇酯

³ 不锈钢304、含有至少18％重量的铬、8％重量的镍、和最多0.8％重量的碳的铬-镍奥氏体铁合金

⁴ 带有氧化物填充物的丙烯酸类聚合物

如从表1所见，带有覆层的聚酯薄膜相比具有相同厚度的未涂覆薄膜在干和湿条件下提供了高得多的抗弯刚度，覆层例如是铬或SS304 SS304。

刺穿阻力测试方法，根据ASTM F1306，允许子垫圈薄膜的特征在对被驱动探针的慢速穿刺阻力。样品由一组夹紧环保持并且受到双轴向应力，这些应力代表当在燃料电池堆时遇到的应力。从此测试方法产生的各种涂覆薄膜的数据被总结在表2中。

表2

如从上表可见，涂覆薄膜提供了比相同厚度的未涂覆薄膜高得多的刺穿阻力。

除非另有定义，否则本文中使用的全部技术和科技术语都具有与本领域技术人员通常理解相同的含义。在本文描述中使用的术语仅是用于描述特定的实施例，而不是用作为具有限定性。在说明书和所附权利要求中使用时，单数形式的“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。

除非另有指示，否则在说明书和权利要求中使用的表达成分、性质例如分子量、反应条件等的数量的所有数字都被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非另有指示，在说明书和权利要求中公开的数值性质都是近似值，其可根据在本文描述的实施例中想要获得的期望性质而变化。虽然公开了实施例的宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体示例中公开的数值是被尽可能精确地报告的。本领域技术人员将理解，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差可归因于确定该值所使用的测量技术。

注意到像“优选地”、“普通地”和“通常地”这样的术语，当在本文中被使用时，不是用来限制所附权利要求的范围或暗示某些特征对所要求保护的装置的结构或功能来说是关键的、必不可少的、甚至是重要的。相反，这些术语仅是用于强调替代性的或额外的特征，这些特征在特定实施例可被利用或可不被利用。

为了在本文中描述和定义实施例的目的，注意到术语“基本上”在本文中被用于代表固有的不确定程度，这些不确定程度可归因于任何定量比较、值、测量或其它表示。术语“基本上”在本文中也用于表示在不导致所讨论的主题的基本功能改变的情况下定量表示可不同于所述参考的程度。如此，其用于代表可归因于任何定量比较、值、测量、或其它表示的固有不确定度，指的是元件或特征的布置，虽然在理论上会被期望展示出精确的对应或行为，但是实际上可能体现出稍微不那么精确。

尽管前面的描述包括了对具体实施例的参考，但是显然的是，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可进行改进和变化。更具体地说，尽管某些实施例的一些方面在本文中被确认为是优选的或特别有利的，但是可行的是，所附的权利要求不一定受限于这些优选方面。

Claims (10)

1.一种燃料电池膜-子垫圈组件，包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的电解质膜的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层。

2.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈材料选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、和它们的组合物组成的组。

3.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈涂覆材料选自由金属、钢和氮化物组成的组。

4.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、类金刚石和氮化钛组成的组。

5.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中：

子垫圈覆层具有的厚度是从约0.01µm到约20µm；

子垫圈本体具有的厚度是从约5µm到约200µm；以及

子垫圈覆层的厚度与子垫圈本体的厚度的比是从约1：2到约1：500。

6.如权利要求5所述的燃料电池膜-子垫圈组件，其中，子垫圈材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯而子垫圈涂覆材料选自由铬、不锈钢、类金刚石和氮化钛组成的组。

7.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，还包括第一电极层和第二电极层，其中：

电解质膜在电解质膜的第一侧上涂覆有第一电极层，在电解质膜的与第一侧相对的第二侧上涂覆有第二电极层；以及

第一电极层设置在电解质膜和涂覆子垫圈之间。

8.如权利要求1所述的燃料电池膜-子垫圈组件，还包括第一气体扩散介质、第二气体扩散介质、第一电极层和第二电极层，其中：

第一电极层是在第一气体扩散介质上的催化剂覆层；

第二电极层是在第二气体扩散介质上的催化剂覆层；以及

涂覆子垫圈设置在第一电极层和电解质膜之间。

9.一种燃料电池组件，包括：

第一气体扩散介质；

第二气体扩散介质；

燃料电池膜-子垫圈组件，其设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间，燃料电池膜-子垫圈组件包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层；

设置在电解质膜和第一气体扩散介质之间的第一电极层；

设置在电解质膜和第二气体扩散介质之间的第二电极层；以及

双极板，其具有阴极侧和与阴极侧相对的阳极侧，双极板与电解质膜流体连通。

10.一种燃料电池堆，包括：

第一夹紧板；

第二夹紧板；

定位在第一夹紧板和第二夹紧板之间的第一单极端板；

定位在第一单极端板和第二夹紧板之间的第二单极端板；以及

多个堆叠的单独的燃料电池组件，每个燃料电池组件被定位在第一单极端板和第二单极端板之间，各个燃料电池组件中的至少一个包括：

第一气体扩散介质；

第二气体扩散介质；

燃料电池膜-子垫圈组件，其设置在第一气体扩散介质和第二气体扩散介质之间，燃料电池膜-子垫圈组件包括：

电解质膜；以及

涂覆子垫圈，其叠置在电解质膜的周长上，涂覆子垫圈限定了在电解质膜的周长内部的有效区域，

其中：

涂覆子垫圈包括由子垫圈材料形成的子垫圈本体；

子垫圈本体具有面向电解质膜的第一子垫圈侧和与第一子垫圈侧相对的第二子垫圈侧；

子垫圈本体的第一子垫圈侧和子垫圈本体的第二子垫圈侧中的至少一个包括在子垫圈材料上的子垫圈覆层；以及

子垫圈覆层包括选自由下列各项组成的组的子垫圈涂覆材料：金属、钢、合金、陶瓷、氧化物、氮化物、碳化物、碳、类金刚石、丙烯酸、聚合物、高分子复合材料、和硬覆层；

设置在电解质膜和第一气体扩散介质之间的第一电极层；

设置在电解质膜和第二气体扩散介质之间的第二电极层；以及

双极板，其具有阴极侧和与阴极侧相对的阳极侧，双极板与电解质膜流体连通，

其中：

多个堆叠的单独的燃料电池组件的邻近的单独的燃料电池组件可共享在第一单独的燃料电池组件和第二单独的燃料电池组件之间的公共双极板；

公共双极板的阴极侧面对第一单独的燃料电池组件；以及

公共双极板的阳极侧面对第二单独的燃料电池组件。

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