CN106463746B - 膜密封组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种增强的膜密封组件，该增强的膜密封组件包含：内部区域和边界区域，和其中该内部区域包含离子传导组分，该边界区域包含密封组分；其中第一和第二平面多孔增强组分每个沿着该内部区域延伸进入该边界区域中，并且其中该内部区域中的该第一和第二平面多孔增强组分每个的孔浸渍有离子传导组分，和该边界区域中的该第一和第二平面多孔增强组分每个的孔浸渍有密封组分。还公开了一种催化剂涂覆的增强的膜密封组件，增强的膜密封电极组件和包含该增强的膜密封组件的电化学装置。

Description

膜密封组件
发明领域
本发明涉及一种增强的膜密封组件，特别是涉及一种具有多个增强层的增强的膜密封组件。本发明的增强的膜密封组件适用于燃料电池或电解器。
发明背景
燃料电池是一种电化学电池，其包含由电解质隔开的两种电极。燃料例如氢气或醇如甲醇或乙醇供给到阳极，氧化剂例如氧气或空气供给到阴极。电化学反应在电极处发生，燃料和氧化剂的化学能被转化成电能和热。电催化剂被用于促进燃料在阳极的电化学氧化和氧气在阴极的电化学还原。
在氢气作为燃料或醇作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，电解质是实心聚合物膜，其是电子绝缘和质子传导的。在阳极处产生的质子沿着膜传输到阴极，在这里它们与氧气结合来形成水。最广泛使用的醇燃料是甲醇，PEMFC的这种变体经常被称作直接甲醇燃料电池(DMFC)。
PEMFC的主要部件被称作膜电极组件(MEA)，基本上包含5层。中心层是聚合物离子传导膜。在该离子传导膜的任一侧上存在着电催化剂层，其含有经设计来用于特定的电催化反应的电催化剂。最后，与每个电催化剂层相邻的是气体扩散层。气体扩散层必须允许反应物到达电催化剂层和必须传导电化学反应所产生的电流。所以，气体扩散层必须是多孔的和导电的。
常规上，MEA可以通过下文概述的多种方法来构建：
(i)电催化剂层可以施用到气体扩散层来形成气体扩散电极。两个气体扩散电极可以置于离子传导膜的任一侧，并层合在一起来形成5层MEA；
(ii)电催化剂层可以施用到离子传导膜的两面来形成催化剂涂覆的离子传导膜。随后，将气体扩散层施用到该催化剂涂覆的离子传导膜的两面。
(iii)MEA可以由一侧涂覆有电催化剂层的离子传导膜形成，气体扩散层与该电催化剂层相邻，气体扩散电极在该离子传导膜的另一侧。
常规上，构建MEA以使得中心聚合物离子传导膜延伸到该MEA的边缘，并且气体扩散层和电催化剂层的面积小于该膜，以使得在MEA外围存在着仅包含离子传导膜的区域。不存在电催化剂的区域是非电活性活性区。典型地由非离子传导聚合物形成的薄膜层通常位于离子传导膜的暴露表面上的MEA的边界区域周围(这里不存在电催化剂)来密封和/或增强该MEA的边缘。粘合剂层可以存在于该薄膜层的一个或两个表面上。
MEA中的组分层典型地通过层合方法来结合。典型地，用于该膜中的许多聚合物离子传导材料延伸过电化学活性区进入非电化学活性区，经常达到几厘米。在低几何面积MEA中，这种非电化学活性区可以占到整个MEA几何面积的50％。延伸过该电化学活性区域的该膜不产生活性和性能。聚合物离子传导膜是燃料电池中最昂贵的部件之一，所以需要使它的使用最小化。此外，位于MEA边界区域周围的密封薄膜层典型地如下来形成：取一卷薄膜，切割出中心区来产生窗口框架，其然后置于MEA的边缘周围。所以，大比例的密封膜材料也浪费了。通常的实践是聚合物离子传导膜还包含增强材料例如平面多孔材料，其嵌入到该膜的厚度中，来为该膜提供改进的机械强度和因而增加的MEA耐久性和燃料电池寿命。
发明内容
为了实现燃料电池更快速的商业化和更大的市场渗入，必须进行进一步改进MEA的性能和耐久性，以及降低材料用量和因此降低成本，以及明显降低制造成本和增加MEA的制造生产速率。引入这种连续高体量制造方法(其中以高速生产了MEA的连续卷)作为个体MEA由单独的MEA部件组装的制造方法的替代。所以需要这样的MEA设计，其同时(i)改进MEA的功能性特性，(ii)使昂贵材料和组分的效用最大化，和(iii)以及能够以低成本、高速度和生产量的制造方法来制造。
本发明提供一种用于增强的膜密封组件的设计，其提供增强的强度、机械稳定性和因此耐久性，离子传导膜和密封膜材料的高利用率，并且其适于高速连续制造方法。
本发明提供一种增强的膜密封组件，该增强的膜密封组件包含内部区域和边界区域，其中该内部区域包含离子传导组分，该边界区域包含密封组分；
其中第一和第二平面增强组分每个沿着该内部区域延伸进入该边界区域中，并且其中该内部区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有离子传导组分，和该边界区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有密封组分。
还提供一种制造本发明的增强的膜密封组件的方法。
本发明进一步提供一种催化剂涂覆的增强的膜密封组件和增强的膜密封电极组件。
附图说明
图1显示了本发明的增强的膜密封组件的内部区域和边界区域。
图2-4显示了本发明的增强的膜密封组件的横截面图。
具体实施方式
本发明提供一种增强的膜密封组件，该增强的膜密封组件包含内部区域和边界区域，其中该内部区域包含离子传导组分，该边界区域包含密封组分；
其中第一和第二平面增强组分每个沿着该内部区域延伸进入该边界区域中，并且其中该内部区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有离子传导组分，和该边界区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有密封组分。
一种或多种另外的平面增强组分可以沿着该内部区域延伸进入该增强的膜密封组件的边界区域。
内部区域和边界区域
内部区域指的是在x/y方向(平面内的方向)上的平面区域，并且其在穿过平面的方向(z方向)上延伸穿过该增强的膜密封组件的厚度。
边界区域指的是在平面内的方向上的平面区域，并且其在穿过平面的方向(z方向)上延伸穿过该增强的膜密封组件的厚度，该边界区域围绕该内部区域的周边延伸。
对于术语“内部区域”和“边界区域”更好的理解从图1获得，其显示了具有内部区域(2)和边界区域(3)的增强的膜密封组件(1)。
常规上，内部区域具有四边形几何形状，例如矩形或正方形，和边界区域围绕内部区域产生框。但是，将理解内部区域可以是任何几何形状；边界区域的内边缘因此将具有与内部区域相同的几何形状。边界区域的外边缘不必需具有对应于内边缘形状的几何形状；例如，内边缘可以是圆形而外边缘是正方形。
增强的膜密封组件的总平面面积(即内部区域和边界区域的合并平面(x/y)面积)将取决于增强的膜密封组件的最终用途；合适的整体平面面积的选择将在本领域技术人员的能力范围内。
每个层中内部区域和边界区域的尺寸将由总平面面积决定，并且也将取决于增强的膜密封组件的最终用途；合适的尺寸的选择将在本领域技术人员的能力范围内。
离子传导组分
取决于本发明的增强的膜密封组件的制造方法，一种或多种不同的离子传导组分可以存在于该增强的膜密封组件中。
离子传导组分选自质子传导聚合物，或者选自阴离子传导聚合物，例如羟基阴离子传导聚合物。合适的质子传导聚合物的例子包括全氟磺酸离聚物(例如(E.I.DuPont de Nemours and Co.)、(Asahi Kasei)、AquivionTM(SolvaySpeciality Polymers)、(Asahi Glass Co.)或基于磺酸盐化的烃的离聚物，例如可获自FuMA-Tech GmbH作为P、E或K系列产品，JSR Corporation、ToyoboCorporation和其他的那些。合适的阴离子传导聚合物的例子包括由TokuyamaCorporation制造的A901和来自于FuMA-Tech GmbH的Fumasep FAA。
该离子传导组分可以独立地包含一种或多种有助于膜的化学耐久性的组分，例如过氧化氢分解催化剂、自由基猝灭剂等。这种组分的例子是本领域技术人员已知的。
密封组分
取决于增强的膜密封组件的制造方法，可以存在多于一种类型的密封组分。
密封组分需要与离子传导组分和平面增强组分相容。该密封组分应当是非离子传导的，并且在最终的产品中必须具有用于燃料电池堆叠体运行所必需的机械、热和化学特性。当该载体材料在过程完成时除去时，该密封组分必须能够经受任何变形。
可以用作密封组分的合适材料的例子包括氟硅氧烷、聚氨酯、共聚酰胺、环氧化物和氟丙烯酸酯。合适的密封组分具体的例子包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)、氟化的乙烯丙烯(FEP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚环氧乙烷(PEO)、聚亚苯基醚(PPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚(对亚苯基硫醚)(PPS)、聚烯烃和硅酮。
平面增强组分
存在第一、第二和任何另外的平面增强组分来向增强的膜密封组件提供强度和增强。
第一、第二和任何另外的平面增强组分由多孔材料形成。第一、第二和任何另外的平面增强组分可以由相同或不同的多孔材料形成。多孔材料应当具有以下性质中的至少一些：与离子传导和密封组分可相容，以使得这些组分可以容易地浸渍到该多孔材料中，同时保持多孔结构；在最终的MEA的可变湿度下提供改进的机械强度和尺寸稳定性；是非导电的；并且在燃料电池运行的温度是化学和热稳定的。
合适的平面增强组分包括但不限于由纳米纤维结构形成的那些(例如通过电纺丝或离心纺丝(force spinning)形成)，由膨胀聚合物网络形成的那些，和通过平面非多孔结构的工程化形成的那些。适用的材料的例子典型地是聚合物，包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺、聚醚砜(PES)和聚丙烯(PP)。
构成第一、第二和任何另外的平面增强组分的多孔材料的孔隙率适宜地大于30％，优选大于50％和最优选大于70％。适宜地，该孔隙率小于95％。孔隙率(n)根据式n＝Vv/Vt×100来计算，其中n是孔隙率，Vv是空隙体积，和Vt是多孔材料的总体积。该多孔材料的空隙体积和总体积可以通过本领域技术人员已知的方法来测定。
构成该第一、第二和任何另外的平面增强组分的多孔材料可以是各向同性或各向异性的。如果是各向异性，则相邻的平面增强组分中各向同性的方向可以是相同的或者可以彼此为一定角度例如90°，来提供增强的膜密封组件在全部方向上另外的稳定性。
第一、第二和任何另外的平面增强组分可以在全部方向上延伸到边界区域的外边缘；即，该平面增强组分是与该边界区域的外边缘同延伸的。
可选地，第一、第二和任何另外的平面增强组分的平面面积可以大于内部区域的平面面积，但是面积小于该增强的膜密封组件的总平面面积。
可选地，第一、第二和任何另外的平面增强组分中的至少一个延伸到边界区域的外边缘，和第一、第二和任何另外的平面增强组分中的至少另一个的平面面积大于内部区域的平面面积，但是面积小于该增强的膜密封组件的总平面面积。
可选地，第一、第二任何另外的平面增强组分的一种或多种与边界区域的外边缘在一个平面方向(例如x方向)上共延伸，但是在第二平面方向(例如y方向)上的边界区域内边缘和外边缘之间的一点停止。
虽然本发明被描述为具有存在于内部区域的离子传导组分和存在于边界区域的密封组分，但是在离子传导组分和密封组分的界面处，在平面(x和/或y)方向上可以存在高至5mm的共混区域；所以这个共混区域将包含离子传导组分和密封组分二者。
在该共混区域中，如果密封组分和离子传导组分是可混溶的，则该两种组分完全混合，以使得该组分在整个共混区域中均匀分布。
可选地，如果密封组分和离子传导组分是不可混溶的，则在共混区域中，可以存在被离子传导组分包围的密封组分的一个或多个“孤岛”。
可选地，在共混区域中，可以存在被密封组分包围的离子传导组分的一个或多个“孤岛”。
可选地，共混区域可以包含两种或更多种上述布置的混合。
可选地，离子传导组分和密封组分的界面可以不是完美的线性，而可以是不规则的，例如提供“波状”线。
可选地，可以存在不规则界面和共混区域的混合。
虽然参考x和/或y方向来描述，但是共混区域和不规则界面也可以应用于穿过平面的方向(x方向)。
可选地，一种组分可以与另一组分在该两种组分的界面处在平面方向上重叠高至5mm。
在一个实施方案中，离子传导组分和/或密封组分在穿过平面(z)的方向上不延伸过平面增强组分，以使得不存在没有浸渍到第一和/或第二平面增强组分的一个或另一个中的离子传导组分和/或密封组分。
可选地，离子传导组分和/或密封组分在厚度方向上延伸过该平面增强组分，以使得存在没有浸渍到第一或第二平面增强组分中的离子传导组分和/或密封组分的层。离子传导组分和/或密封组分的该未增强的层可以在另外的步骤中施用，或者离子传导组分和/或密封组分的该未增强的层可以通过平面增强组分在干燥时收缩来产生。如果该未增强的层作为另外的步骤来施用，则密封组分的未增强的层与离子传导组分的未增强的层之间的界面可以相对于在含有平面增强组分的层中密封组分和离子传导组分之间的界面偏移，和/或相对于平面增强组分的另一侧上任何未增强的层中的界面偏移。
密封组分的任何未增强的层可以与离子传导组分重叠(离子传导组分浸渍到平面增强组分的孔中，或者离子传导组分在穿过平面的方向(z方向)上延伸过平面增强组分)。任何重叠可以大于或等于1mm。重叠可以小于或等于10mm。可选地，代替重叠，可以存在此前所述的共混区域，其包含离子传导组分和密封组分二者。
增强的膜密封组件在内部区域中在穿过平面的方向(z方向)上的厚度将取决于它最终的应用。但是，通常厚度将≤50μm，例如≤35μm，例如≤25μm。适宜地，厚度≥5μm。在一个实施方案中，增强的膜密封组件在内部区域中在穿过平面(z方向)上的厚度是8-25μm。
现在将参考附图来更详细地描述本发明，其是说明性的，并不限制本发明。
图2显示了本发明的增强的膜密封组件(1)的内部区域(2)和边界区域(3)的横截面。每个层的内部区域包含离子传导组分(4)，每个组分的边界区域包含密封组分(5)。第一平面增强组分(6)和第二平面增强组分(7)(通过交叉阴线显示)沿着内部区域(2)延伸，并进入增强的膜密封组件(1)的边界区域(3)。第一和第二增强组分(6和7)嵌入到离子传导组分(4)和密封组分(5)内，以使得第一和第二增强组分(6和7)的全部孔基本上填充有离子传导组分(4)或密封组分(5)。用措词“基本上填充”表示增强组分的孔体积的至少90％，适宜地至少95％和优选至少99％被填充。
虽然图2显示了两种平面增强组分由离子传导组分和密封组分的未增强的带隔开，但是本领域技术人员将理解，在增强的膜密封组件的制作和/或进一步处理过程中，这种分离会减少，并且可以减少到该两种平面增强组分基本上相邻和彼此接触的程度。
图3显示了本发明的增强的膜密封组件(1)的横截面图，类似于图2所示；全部组分的编号保持相同。但是，在图3中，可以看到第一和第二增强组分(6和7)没有延伸到边界区域的边缘，而是在边界区域的内边缘和外边缘之间的位置停止。第一和第二增强组分(6和7)可以在两个平面方向上或者在仅一个平面方向上，例如在连续制造的增强的膜密封组件的交叉网方向上，在边界区域的内和外边缘之间的位置停止。
图4显示了本发明的增强的膜密封组件(1)的放大的横截面图，其类似于图1，但是其中离子传导组分(4)和密封组分(5)在穿过平面(z)的方向上延伸过第一和第二平面增强组分(6和7)，提供了未增强的层(8和9)。本领域技术人员将理解，在未增强的层(8和9)之一或二者中，密封组分和离子传导组分之间的界面可以彼此偏移，和/或相对于嵌入平面增强组分中的密封组分和离子传导组分的界面之一或二者偏移。
虽然附图显示了在整个增强的膜密封组件中具有相同尺寸的内部区域和边界区域，本领域技术人员将理解，内部和边界的尺寸可以在整个增强的膜密封组件中，在穿过平面的方向上变化，这取决于最终的设计要求和制造方法。
本发明的增强的膜密封组件可以通过多种不同的方法来制造。在一种方法中，增强的膜密封组件通过将离子传导组分沉积到载体材料上(来形成内部区域)和围绕离子传导组分沉积密封组分(来形成边界区域)，例如在载体材料上，作为层来构建。可选地，密封组分可以首先沉积，随后是离子传导组分。层然后干燥。如果层包含平面增强组分，则将其在干燥之前施用到湿的密封组分/离子传导组分，来使得平面增强组分变成嵌入到离子传导组分/密封组分内，以使得平面增强组分全部的孔基本上填充有离子传导组分或密封组分。然后根据需要添加另外的层。载体材料然后在合适的时间从增强的膜密封组件中除去。
离子传导组分和密封组分在每个沉积之后单个干燥，或者可以在二者都沉积之后在单个步骤中干燥。基本上要从离子传导或密封组分涂料分散体中除去溶剂的干燥可以通过本领域已知的任何合适的加热技术来进行，例如空气冲击(air impingement)、红外等，适宜地，干燥典型地在70-120℃的温度进行，但是将取决于溶剂的性质，并且可以高至或超过200℃。
密封组分和取决于离子传导组分除了干燥之外，还可以固化，来提供组分的机械和化学强度。固化是进行了改变例如交联的化学反应，并且可以是热活化的(例如通过热或IR)或通过UV活化。
另外，离子传导组分除了干燥(和任选地固化)之外可以退火，来改变和增强离聚物的结晶结构。任何退火步骤可以使用比干燥步骤高的温度，例如高至200℃。
固化和/或退火步骤可以在每个干燥步骤之后或者在除去载体材料之前沉积过程结束时进行。取决于用于密封组分和离子传导组分的材料，固化和退火可以在单个过程中进行。
载体材料不是最终的增强的膜密封组件的一部分，而是要在随后的步骤中除去；该步骤可以紧接在形成增强的膜密封组件之后进行，或者在增强的膜密封组件与其他组分合并来形成催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件的生产方法的下游的某些处进行。载体材料在制造过程中提供用于增强的膜密封组件的载体，并且如果不立即除去，则可以在任何随后的存储和/或运输过程中提供支持和强度。制造载体材料的材料应当提供所需的支持，与平面增强组分、离子传导组分和密封组分相容，是离子传导组分和密封组分不可透过的，并且能够经受增强的膜密封组件生产中所涉及的工艺条件，并且能够容易地除去而不损坏增强的膜密封组件。适用的材料的例子包括氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化的乙烯丙烯(FEP–六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物)，和聚烯烃，例如双轴定向的聚丙烯(BOPP)。其他例子包括层合体、多层挤出物和涂覆的膜/箔，其能够在高温例如高至200℃的温度保持它们的机械强度/完整性。例子包括以下层合体：聚(乙烯-共聚-四氟乙烯)(ETFE)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚甲基戊烯(PMP)和PEN；聚全氟烷氧基(PFA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亚胺(PI)。层合体可以具有两个或更多个层，例如ETFE-PEN-ETFE、PMP-PEN-PMP、PFA-PET-PFA、PEN-PFA、FEP-PI-FEP、PFA-PI-PFA和PTFE-PI-PTFE。层可以使用粘合剂例如丙烯酸或聚氨酯来结合。
本发明的增强的膜密封组件可以用于任何需要离子传导膜的电化学装置。因此，本发明的另一方面提供一种电化学装置，其包含上文所述的增强的膜密封组件。可选地，提供了上文所述的增强的膜密封组件在电化学装置中的用途。本发明的增强的膜密封组件特别可用于其中的电化学装置的一个例子是燃料电池，例如PEMFC。
本发明进一步提供一种催化剂涂覆的增强的膜密封组件，其包含上文所述的增强的膜密封组件和存在于该增强的膜密封组件的至少一个面上的催化剂层。催化剂层可以存在于该增强的膜密封组件的两个面上。
催化剂层包含一种或多种电催化剂，其可以是磨细的未负载的金属粉末，或者可以是负载的催化剂，其中小的金属纳米颗粒分散在导电微粒碳载体上。该电催化剂金属适宜地选自：
(i)铂族金属(铂、钯、铑、钌、铱和锇)，
(ii)金或银，
(iii)贱金属，
或者包含这些金属中一种或多种的合金或混合物或者它们的氧化物。优选的电催化剂金属是铂，其可以用其他贵金属或贱金属来制成合金。如果电催化剂是负载的催化剂，则金属颗粒在碳载体材料上的负载量适宜地是所形成的电催化剂的重量的10-90wt％，优选15-75wt％。
催化剂层适于用作墨水，其是有机或含水的(但优选是含水的)，施用到增强的膜密封组件的面上。该墨水可以适宜地包含其他组分例如EP0731520中所述的离子传导聚合物，其被包含来改进层内的离子传导率。可选地，催化剂通过预先制备的催化剂层的贴花转印来施用到增强的膜密封组件的面。
催化剂层可以进一步包含另外的组分。这种另外的组分包括但不限于促进氧气形成和因此在电池反向和启动/停止情况中将是有益的催化剂，或者过氧化氢分解催化剂。这种催化剂和适于包含在催化剂层中的任何其他添加剂的例子将是本领域技术人员已知的。
本发明进一步提供一种增强的膜密封电极组件，其包含上文所述的增强的膜密封组件和存在于增强的膜密封组件的至少一个面上的气体扩散电极。气体扩散电极可以存在于增强的膜密封组件的两个面上。
增强的膜密封电极组件可以以多种方式制成，包括但不限于：
(i)本发明的增强的膜密封组件可以位于两个气体扩散电极(一个阳极和一个阴极)之间；
(ii)本发明的在一侧上仅涂覆了催化剂层的催化剂涂覆的增强的膜密封组件可以位于气体扩散层和气体扩散电极之间，该气体扩散层与催化剂涂覆的增强的膜密封组件的涂覆了催化剂层的一侧接触，或者；
(iii)本发明的在两侧上涂覆了催化剂层的催化剂涂覆的增强的膜密封组件可以位于两个气体扩散层之间。
为了帮助结合组分和形成整合的膜密封组件，可以将粘合剂层施用到增强的膜密封组件的至少一部分暴露的边界区域。
阳极和阴极气体扩散层适宜地基于常规气体扩散基底。典型的基底包括非织造纸或网，其包含碳纤维网络和热固性树脂粘合剂(例如可获自日本Toray Industries Inc.的TGP-H系列碳纤维纸，或可获自德国Freudenberg FCCT KG的H2315系列，或可获自德国SGLTechnologies GmbH的系列，或可获自Ballard Power Systems Inc.的系列，或织造碳布。该碳纸、网或布可以在引入到MEA之前进行进一步处理，来使得它更可润湿(亲水性)或更防湿(疏水性)。任何处理的性质将取决于燃料电池的类型和将使用的操作条件。基底可以通过经由从液体悬浮液浸渍来引入材料例如无定形炭黑，而成为更可润湿的，或者可以通过用聚合物例如PTFE或聚氟乙烯丙烯(FEP)的胶体悬浮液浸渍基底的孔结构，随后干燥和在高于该聚合物的熔点加热，来成为更疏水的。对于应用例如PEMFC来说，微多孔层也可以施用到气体扩散基底的将接触电催化剂层的面。该微多孔层典型地包含炭黑和聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)的混合物。
增强的膜密封组件、催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件可以进一步包含添加剂。该添加剂可以存在于增强的膜密封组件、催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件的任何个体组分层内部，或者在催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件的情况中，可以存在于不同层之间的一个或多个界面上和/或一个或多个层内。
添加剂可以是选自以下的一种或多种：过氧化氢分解催化剂、自由基猝灭剂、自由基分解催化剂、自生抗氧化剂、氢给体(H给体)主抗氧化剂、自由基猝灭剂次抗氧化剂、氧吸收剂(氧猝灭剂)。这些不同的添加剂的例子可以在WO2009/040571和WO2009/109780中找到。优选的添加剂是二氧化铈。
本发明的另一方面提供一种具有密封边(sub-gasketed)的催化剂涂覆的增强的膜密封组件，其包含本发明的催化剂涂覆的增强的膜密封组件和施用到该催化剂涂覆的增强的膜密封组件的一个或两个面上的密封组分的密封边。该密封边经设计来为催化剂涂覆的膜密封组件的边缘提供另外的强度和坚固性。该密封边典型地是聚合物材料，并且可以选自与密封组分材料相同的材料，或者可以是专门选择来用作密封边的不同类型的聚合物。该密封边可以使用与施涂密封组分所述的那些类似的方法涂覆到该催化剂涂覆的膜密封组件的密封组分上，或者可以作为预成型的相框(picture frame)薄膜施用到密封组分上。该密封边可以施用到催化剂涂覆的膜密封组件的一个或两个面，但是当施用到两个面时，它可以仅在除去载体材料之后完成。
粘合剂层可以用于帮助将密封边粘附到催化剂涂覆的增强的膜密封组件上。该粘合剂层可以是密封边的整体部分，以使得该密封边和粘合剂层在单个步骤中施用，或者该粘合剂层可以首先施用到催化剂涂覆的增强的膜密封组件，并且该密封边随后施用到粘合剂层。
本发明的另一方面提供一种具有密封边的增强的膜密封电极组件，其包含催化剂涂覆的增强的膜密封组件，在该催化剂涂覆的增强的膜密封组件的一个或两个面上的气体扩散层，和施用到该催化剂涂覆的增强的膜密封组件的一个或两个面上的密封边。
本发明进一步提供一种燃料电池，其包含增强的膜密封组件，上文所述的催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件。在一个实施方案中，该燃料电池是PEMFC。
本发明的实施方案迄今被描述为单个或个体增强的膜密封组件，催化剂涂覆的增强的膜密封组件或增强的膜密封电极组件。但是，本发明的教导也可以应用于多个增强的膜密封组件的连续卷，催化剂涂覆的增强的膜密封组件和增强的膜密封电极组件。这样的产品可以使用类似于共同待决的英国专利申请中所述的方法来制造。
全部上文所述的实施方案同等地应用于基于质子交换膜(PEM)的电解器中。在这些PEM电解器中，沿着膜电极组件施加电压，以使得供给到该装置的水分解成氢和氧，分别在阴极和阳极。MEA会需要不同的催化剂组分用于PEM燃料电池，例如在阳极是基于Ir和Ru的材料，但是其他方面非常类似于燃料电池的MEA的构造。

Claims (10)

1.增强的膜密封组件，该增强的膜密封组件包含内部区域和边界区域，和其中该内部区域包含离子传导组分，该边界区域包含密封组分，该密封组分是非离子传导的；
其中第一和第二平面增强组分每个沿着该内部区域延伸进入该边界区域中，并且其中该内部区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有离子传导组分，和该边界区域中的该第一和第二平面增强组分每个的孔浸渍有密封组分。
2.根据权利要求1所述的增强的膜密封组件，其中一种或多种另外的平面多孔增强组分沿着该内部区域延伸进入该增强的膜密封组件的该边界区域。
3.根据权利要求1或2所述的增强的膜密封组件，其中该离子传导组分和/或密封组分在穿过平面的方向上不延伸过该第一或第二平面增强组分。
4.根据权利要求1或2所述的增强的膜密封组件，其中该离子传导组分和/或密封组分延伸过该第一或第二平面增强组分，以使得存在离子传导组分和/或密封组分的层，其没有浸渍到该第一或第二平面增强组分中。
5.催化剂涂覆的增强的膜密封组件，其包含根据权利要求1-4中任一项所述的膜密封组件，和存在于该膜密封组件的至少一个面上的催化剂层。
6.根据权利要求5所述的催化剂涂覆的增强的膜密封组件，其中催化剂层存在于该膜密封组件的两个面上。
7.增强的膜密封电极组件，其包含根据权利要求1-4中任一项所述的增强的膜密封组件，和存在于该膜密封组件的至少一个面上的电极。
8.根据权利要求7所述的增强的膜密封电极组件，其中催化剂层存在于该增强的膜密封组件的两个面上。
9.电化学装置，其包含根据权利要求1-4中任一项所述的增强的膜密封组件。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中该电化学装置是燃料电池。
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