CN109428086A - 制造包覆模制的组合电极组件的方法 - Google Patents

制造包覆模制的组合电极组件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109428086A
CN109428086A CN201810896510.XA CN201810896510A CN109428086A CN 109428086 A CN109428086 A CN 109428086A CN 201810896510 A CN201810896510 A CN 201810896510A CN 109428086 A CN109428086 A CN 109428086A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffusion layer
layer
pem
uea
main
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.)
Pending
Application number
CN201810896510.XA
Other languages
English (en)
Inventor
J·A·罗克
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.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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 GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN109428086A publication Critical patent/CN109428086A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14311—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles using means for bonding the coating to the articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14336—Coating a portion of the article, e.g. the edge of the article
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • 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
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1083—Starting from polymer melts other than monomer melts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14311—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles using means for bonding the coating to the articles
    • B29C2045/14327—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles using means for bonding the coating to the articles anchoring by forcing the material to pass through a hole in the article
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3468—Batteries, accumulators or fuel cells
    • 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
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

制造阶梯式组合电极组件(UEA)的方法包括以下步骤：在下支撑模上提供主扩散层、PEM层以及次扩散层；将主扩散层、PEM层和次扩散层封闭在下支撑模与上模中；将聚合物材料注入模具中；聚合物材料渗透进主扩散层和次扩散层每一层的周围边缘区域中，且将聚合物材料直接模制到PEM的周围边缘区域上；从上模与下支撑模中移除包覆模制的UEA。

Description

制造包覆模制的组合电极组件的方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池组件，尤其是制造具有包覆模制的辅助垫圈的耐用组合电极组件配置的方法。
背景技术
在许多应用中将燃料电池用作电源。具体而言，在汽车应用中提出将燃料电池替代内燃机。常用的燃料电池设计采用固体聚合物电解质(“SPE”)膜或者质子交换膜(“PEM”)，来提供阳极和阴极之间的离子传送。
燃料电池通常为电化学装置，其在催化剂存在的情形下，将燃料(氢、甲醇等)和氧化剂(空气或纯氧)的化学能转化成电能、热和水。在燃料的整个电化学转化中，燃料电池产生清洁能源。由于零排放或者极低的排放，因此其对环境友好。此外，燃料电池是高功率产生系统，其从几瓦变成几百千瓦，所用效率远高于传统内燃机。燃料电池还产生极低的噪音，因为其移动部件极少。
在质子交换膜类型燃料电池中，将氢供应给阳极作燃料，将氧供应给阴极作氧化剂。氧可为纯态(O2)或空气(O2和N2的混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”)，其中固态聚合物膜在其一个表面上具有阳极催化剂，在相对表面上有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极和阴极层由多孔导电材料形成，诸如石墨布、石墨板或者碳纸，使得燃料能够在朝向燃料供应电极的膜表面上分散。每个电机具有负载于碳颗粒上的细分散的催化剂颗粒(例如铂颗粒)，以促进氢在阳极的氧化和氧在阴极的还原。质子从阳极通过离子导电聚合物膜流向阴极，在阴极处它们与氧结合生成水，水从电池中排出。质子交换膜夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)之间，该对气体扩散层依次夹在一对无孔导电元件或板(即流场板)之间。板用作阳极和阴极的集电器，且其包含适合的通道以及于其中形成的开口，以将燃料电池的气态反应物分散在阳极和阴极催化剂各自的表面上。为有效产生电能，PEM燃料电池的聚合物电解质薄膜必须很薄、具备化学稳定性、可透过质子、不导电且不透气。在典型应用中，燃料电池设置为许多单独的燃料堆的阵列，以提供高电平电力。
如图2A-2B所示，通过如图1所示浸渍质子交换膜124的任一侧上的多孔电极层122、120使辅助垫圈134与UEA的平直边缘167合为一体，从而使密封件可与传统组合电极组件110成为一体。辅助垫圈134可横向延伸超过UEA110的均匀或平直边缘167并包住其周围。然而，鉴于弹性体密封材料132的粘度，当在模具155中将弹性体材料132模制到微孔层120、122上并渗透进微孔层120、122中时，微孔层120、122和PEM124易于弯曲和断裂，如图1所示，从而引起结构泄漏。图2A示出了置于双极板116上的传统包覆模制的UEA110的实例，而图2B示出了具有传统包覆模制的UEA110和双极板114、116的传统电池燃料组件112的实例。因此，需要一种提供耐用组合电极组件和/或燃料电池组件的制造方法，其在气体扩散层中具有降低的破裂和/或泄漏风险。
发明内容
本发明提供用于燃料电池组件的阶梯式包覆模制的组合电子组件(UEA)。该阶梯式UEA包括主扩散层、次扩散层、包覆模制辅助垫圈，以及布置在主扩散层与次扩散层之间的质子交换膜层。包覆模制的辅助垫圈可直接模制到主扩散层、次扩散层和质子交换膜层每一层的周围边缘区域上。
在本发明的另一方面，所提供的燃料电池组件包括第一双极板、第二双极板，以及阶梯式UEA，该阶梯式UEA具有布置在第一双极板与第二双极板之间的包覆模制的辅助垫圈。阶梯式UEA进一步包括主扩散层、次扩散层，以及布置在主扩散层与次扩散层之间的质子交换膜层。应理解，次扩散层具有比主扩散层和质子交换膜层每一个都小的表面区域。主扩散层和质子交换膜层可具有大小基本相等的表面区域。
制造阶梯式UEA的方法包括以下步骤：在下支撑模上提供主扩散层、PEM层和次扩散层；将主扩散层、PEM层和次扩散层封闭在下支撑模与上模中；将聚合物材料注入模具中；聚合物材料渗透进主扩散层和次扩散层每一层的周围边缘区域中，且将聚合物材料直接模制到PEM的周围边缘区域上；以及从上模与下支撑模中移除包覆模制的UEA。
从下面参考附图进行的详细中明中，本发明及其特定特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
通过下面的详细说明、最佳模式、权利要求和附图，本发明的这些和其他特征及优点将变得更加清楚，其中：
图1为在模制浇口处传统包覆模制的UEA的横截面示意图。
图2A为在第二双极板上传统包覆模制的UEA的截面示意图。
图2B为具有布置在第一双极板与第二双极板之间的包覆模制的UEA的传统燃料电池组件的横截面示意图。
图3A为在第二双极板上非限制性包覆模制的UEA实例的截面示意图。
图3B为具有布置在第一双极板与第二双极板之间的包覆模制的UEA的非限制性燃料电池组件实例的横截面示意图。
图4为根据本发明的布置在模制浇口内的包覆模制的UEA的实例的横截面示意图。
图5为说明制造阶梯式UEA的非限制性方法的实例的流程图。
在附图中的各个视图中相同的标号表示相同的部件。
具体实施方式
将详细参考本发明目前所优选的成分、实施例和方法，这些成分、实施例和方法构成发明人目前所知的实施本发明的最佳模式。附图并不一定是成比例的。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以表现为各种和替代形式。因此，本文中公开的细节不应解释为限制性的，而是仅仅作为用于本发明的任何方面的代表性的基础和/或作为用于教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性的基础。
除了实例或以其他方式明确指明的地方之外，本说明书中表示物质的量或反应条件和/或用途的所有数值量应理解为在描述本发明最宽泛的范围时，用词语“大约”修饰。在所述数值范围内的实施通常是首选的。除非明确说明相反含义，百分比、“份数”和比率值都是以重量计。对适用于或优选用于与本发明相关的特定目的的一组或一类材料的描述意味着该组或类中的任何两个或两个以上成员的混合物同样适合或优选；首字母缩写或其他缩写的首次定义适用于本文中所有具有相同缩写的后续使用中，并对初始定义的缩写的正常语法变体采用必要的修正。并且，除非明显声明相反意思，对于相同特性，由先前或之后提及的相同技术确定特性测量值。
还应理解，本发明并不限于下文所述的具体实施例和方法，因为具体的组件和/或条件当然可加以改变。此外，本文中所用的术语仅出于描述本发明的特定实施例的目的，并未意图以任何方式加以限制。
还必须注意的是，如说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另外明确地指出。例如，以单数提及某一组件旨在包括多个组件。
术语“包括”与“包含”、“具有”、“含有”或“特征为”同义。这些术语是包含性质的或开放式的，并且不排除其它未提到的元素或方法步骤。
短语“由...组成”排除权利要求中未指明的任何元素、步骤或成分。当该短语出现在请求项主体条款中而不是立即跟在前序之后，则其仅限制该条款中所阐述的要素；其他元素总体上未从该项权利要求排除出去。
短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制在指定的材料或步骤，以及不会对所要求保护的主题的基本和新颖性特征有实质影响的材料或步骤。
可交替使用术语“包括”、“由...组成”和“基本上由...组成”。在使用这三个术语其中之一的地方，本发明所公开的所要求保护的主题可包括使用其他两个术语中任何一个。
在引用公开文献的整个本申请中，将这些公开文献的内容全部并入本发明作为参考以便更详细地描述本发明所属领域的状况。
以下详细描述在性质上仅仅是举例说明，并不打算限制本发明以及本发明的应用和使用。此外，不期望受到前述背景或以下详细说明所体现的任何原理的限制。
本发明提供用于燃料电池组件12中的阶梯式包覆模制的UEA。图3A中示出了阶梯式包覆模制的UEA10。阶梯式UEA10包括主扩散层20、次扩散层22、包覆模制的辅助垫圈34，以及布置在主扩散层20和次扩散层22之间的质子交换膜层24(PEM24)。包覆模制的辅助垫圈34可直接模制到主扩散层20、次扩散层22和质子交换膜层24每一层的周围边缘区域上。由于微孔层/PEM24中破裂风险的降低，本发明的包覆模制的密封防止围绕UEA10边缘流体传输并使相邻的两块流场板产生不透流体的密封。如图3A所示，所示为阶梯式UEA10配置，其中主扩散层20和PEM24延伸超过次扩散层22。如图所示，在图3A和3B中，主扩散层20、次扩散层22和PEM24每一层分别包括示为26、28和30的周围边缘区域。主扩散层20和次扩散层22每一层均可为阳极或阴极。不过，若主扩散层20为阳极，则次扩散层必须为阴极。同样，若主扩散层20为阴极，则次扩散层必须为阳极。
应理解，图3A-3B中所示的阶梯式配置沿气体扩散层(主和次扩散层)和PEM24的整个周围实施。因此，应理解，质子交换膜层24与主扩散层20可具有同等大小，而次扩散层22的表面区域61比主扩散层20的表面区域小。如图3A-3B所示，次扩散层22的末端69位于主扩散层20和PEM24的末端67的内侧。
在此配置下，质子交换膜层24的周围边缘区域28曝露在外使得辅助垫圈的聚合材料32可直接模制到PEM24上。此外，在该模制方法中，聚合材料32可直接模制到主扩散层20与次扩散层22的周围边缘区域上并渗透进该周围边缘区域。主扩散层与次扩散层的周围边缘区域分别示为元素30和26，其中辅助垫圈34的交叉阴影线与各个层20、24相交。应进一步理解的是，聚合材料32可直接模制到质子交换膜层24的周围边缘区域28上，从而形成用于UEA10的包覆模制的辅助垫圈34。因此，包覆模制的辅助垫圈34配置成在主扩散层20与次扩散层22之间提供阻挡36，同时也将主扩散层20与次扩散层22密封隔绝外部环境38，如图3B所示。
如图3B所示，包覆模制的辅助垫圈34配置成密封第一双极板14到第二双极板16上，且包覆模制的辅助垫圈34进一步配置成将质子交换膜层24与主扩散层20密封到第二双极板16上。应进一步理解的是，包覆模制的辅助垫圈34可进一步邻近包覆模制的辅助垫圈34的边缘区域限定至少一个密封凸缘40。图3A和图3B示出两个密封凸缘40，其位于包覆模制密封件的末端42与主扩散层20和PEM24的末端67之间。如图3A所示，密封凸缘40可从辅助垫圈表面69突出出来，以实现如图3B所示的第一与第二双极板14、16之间的密封。
在本发明的另一方面，所提供的燃料电池组件包括第一双极板14、第二双极板16，以及阶梯式UEA10，阶梯式UEA10具有布置在第一双极板14与第二双极板16之间的包覆模制的辅助垫圈34。燃料电池组件12示于图3B中。如图所示，燃料电池组件12包括阶梯式UEA10，阶梯式UEA10进一步包括主扩散层20、次扩散层22，以及布置在主扩散层20与次扩散层22之间的质子交换膜层24。应理解，次扩散层22具有比主扩散层20和质子交换膜层24的各表面61都小的表面区域61。主扩散层20和质子交换膜层24可具有大小基本相等的表面区域61。
如图所示，质子交换膜层24的周围边缘区域28曝露在外使得包覆模制的辅助垫圈34的聚合材料32可直接模制到PEM24的周围边缘区域28上。图3B中所示的阶梯式UEA10的配置一般可沿UEA10的整个周边63提供。因此，应理解，质子交换膜层24与主扩散层20大小可实质上相等，它们具有实质相等的表面区域61。然而，如图所示，次扩散层22可具有比主扩散层20和PEM24小的表面区域61。在此燃料电池组件12配置下，聚合材料32可模制到主扩散层20与次扩散层22的周围边缘区域30、26上并渗透进周围边缘区域30、26中。应进一步理解的是，聚合材料32可直接模制到质子交换膜层24的周围边缘区域28上，如图3B所示。
因此，模制到主扩散层20、次扩散层22和质子交换膜层24的周围边缘区域30、26、28上的聚合材料32形成UEA10的包覆模制的辅助垫圈34。包覆模制的辅助垫圈34配置成在主扩散层20与次扩散层22之间提供阻挡36，同时也将主扩散层20与次扩散层22密封隔绝外部环境38。如图3B所示，应进一步理解的是，包覆模制的辅助垫圈34配置成将第一双极板14密封到第二双极板16，且包覆模制的辅助垫圈34进一步配置成将质子交换膜层24与主扩散层20密封到第二双极板16上。此外，如图3B所示，燃料电池组件12进一步包括包覆模制的辅助垫圈34，其邻近包覆模制的辅助垫圈34的边缘区域限定至少一个密封凸缘40。
参考图5，制造包覆模制的辅助垫圈34的方法58以流程图的形式表示。方法58包括以下步骤：在下支撑模50上提供(60)主扩散层20、PEM层24以及次扩散层22；将主扩散层20、PEM层24和次扩散层22封闭(62)在下支撑模50与上模52中；将聚合材料32注入模具55中(模具55由上模52和下支撑模50形成)；使聚合材料32渗透(64)进主扩散层20和次扩散层22每一层的周围边缘区域中，并将聚合材料32直接模制(66)到PEM24的周围边缘区域28上以产生包覆模制的UEA；以及从上模52与下支撑模50中移除(68)包覆模制的UEA10。应理解，主扩散层、PEM层以及次扩散层每一层都包括周围边缘区域。
在前述方法中，应理解，次扩散层22具有比主扩散层20和次扩散层22的每个表面层61都小的表面区域61，从而使得PEM24的周围边缘区域28曝露给聚合材料32。然而，应理解，在模制过程期间，下支撑模50支撑主扩散层20与PEM层24的周围边缘区域30、28，从而减少这些层中破裂或泄漏的风险。如图4所示，次扩散层22被PEM24和主扩散层20支撑，从而减少在模制过程期间次扩散层22中的破裂或泄漏。
虽然在本发明以上详细阐述中，已举出至少一个示范性实施例，但应理解本发明存在许多变化。还应当认识到，示例性的一个或多个实施例仅作为例子，而不意图以任何方式限制本发明的范围、性能或配置。相反，以上详细描述会为本领域的技术人员实现示例性实施例提供便利的指示。应当理解，在不脱离如在所附权利要求书及其法律等效物中所阐明的本发明范围的情况下，可以对各要素的功能和配置进行各种变化。

Claims (5)

1.一种制造阶梯式组合电极组件(UEA)的方法，包括以下步骤：
在下支撑模上提供主扩散层、PEM层和次扩散层；
将所述主扩散层、所述PEM层和所述次扩散层封闭在所述下支撑模与上模中，所述主扩散层、所述PEM层和所述次扩散层每一层均包括周围边缘区域；
将聚合物材料注入模具中；
使所述聚合材料渗透进所述主扩散层和所述次扩散层每一层的所述周围边缘区域中，并将所述聚合材料直接模制到所述PEM的所述周围边缘区域上以产生包覆模制的UEA；以及
从所述上模与所述下支撑模中移除所述包覆模制的UEA。
2.根据权利要求1所述的制造阶梯式UEA的方法，其中所述次扩散层具有比所述主扩散层和所述PEM的每一层的表面区域都小的表面区域。
3.根据权利要求2所述的制造阶梯式UEA的方法，其中所述PEM的所述周围边缘区域被曝露给注入所述模具中的所述聚合材料。
4.根据权利要求3所述的制造阶梯式UEA的方法，其中，当将所述聚合材料注入所述模具中时，所述下支撑模支撑所述主扩散层和所述PEM的所述周围边缘区域。
5.根据权利要求4所述的制造阶梯式UEA的方法，其中，当将所述聚合材料注入所述模具中时，所述次扩散层被所述PEM和所述主扩散层支撑。
CN201810896510.XA 2017-08-22 2018-08-08 制造包覆模制的组合电极组件的方法 Pending CN109428086A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/682960 2017-08-22
US15/682,960 US20190067719A1 (en) 2017-08-22 2017-08-22 Method for manufactring an overmolded unitized electrode assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109428086A true CN109428086A (zh) 2019-03-05

Family

ID=65321828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810896510.XA Pending CN109428086A (zh) 2017-08-22 2018-08-08 制造包覆模制的组合电极组件的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190067719A1 (zh)
CN (1) CN109428086A (zh)
DE (1) DE102018120411A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11458300B2 (en) 2018-12-28 2022-10-04 Heraeus Medical Components Llc Overmolded segmented electrode

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057054A (en) * 1997-07-16 2000-05-02 Ballard Power Systems Inc. Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell and a method of making an improved membrane electrode assembly
US20020051902A1 (en) * 2000-10-18 2002-05-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for mounting seals for fuel cell and fuel cell
US20020127461A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell and fuel cell stack
CN102473937A (zh) * 2009-08-12 2012-05-23 日本戈尔有限公司 补强的膜电极装配体的制造方法及补强的膜电极装配体
CN104885275A (zh) * 2012-12-27 2015-09-02 日产自动车株式会社 膜电极接合体及膜电极接合体的制造方法
CN105304911A (zh) * 2015-11-27 2016-02-03 上海空间电源研究所 一种燃料电池电极结构及其制备方法
CN106133971A (zh) * 2014-03-18 2016-11-16 丰田自动车株式会社 燃料电池、燃料电池的制造方法
CN107046141A (zh) * 2016-02-09 2017-08-15 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有潜在粘合性能的密封材料和用其密封燃料电池部件的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057054A (en) * 1997-07-16 2000-05-02 Ballard Power Systems Inc. Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell and a method of making an improved membrane electrode assembly
US20020051902A1 (en) * 2000-10-18 2002-05-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for mounting seals for fuel cell and fuel cell
US20020127461A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell and fuel cell stack
CN102473937A (zh) * 2009-08-12 2012-05-23 日本戈尔有限公司 补强的膜电极装配体的制造方法及补强的膜电极装配体
CN104885275A (zh) * 2012-12-27 2015-09-02 日产自动车株式会社 膜电极接合体及膜电极接合体的制造方法
CN106133971A (zh) * 2014-03-18 2016-11-16 丰田自动车株式会社 燃料电池、燃料电池的制造方法
CN105304911A (zh) * 2015-11-27 2016-02-03 上海空间电源研究所 一种燃料电池电极结构及其制备方法
CN107046141A (zh) * 2016-02-09 2017-08-15 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有潜在粘合性能的密封材料和用其密封燃料电池部件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190067719A1 (en) 2019-02-28
DE102018120411A1 (de) 2019-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11431002B2 (en) Fuel cell microseal and a method of manufacture thereof
JP4077509B2 (ja) 固体高分子型燃料電池
KR20010022355A (ko) 고분자전해질형연료전지 및 그 제조방법
KR20020084159A (ko) 고분자전해질형 연료전지 및 그 제조방법
US20130302723A1 (en) Local hydrophilic gas diffusion layer and fuel cell stack comprising the same
US8133636B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method of the same
CN108091900B (zh) 利用凸缘近邻处的压制压纹减少压力变化
US9705139B2 (en) Printed multi-function seals for fuel cells
US20050100775A1 (en) One piece bipolar plate with spring seals
US10490829B2 (en) Method for manufacturing a fuel cell
US20080102334A1 (en) Pressure relief feature for a fuel cell stack
US20130101917A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell and method of fabricating the same
CN109428086A (zh) 制造包覆模制的组合电极组件的方法
US9362574B2 (en) PEM fuel cell seal design and method for manufacture
CN110571449A (zh) 燃料电池堆组件
KR20180067988A (ko) 연료전지용 막전극접합체 및 그 제조 방법
US20150147683A1 (en) Non-humidified fuel cell
EP2741358A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell
US20190067713A1 (en) Overmolded unitized electrode assembly
CN103872351B (zh) 用于燃料分配器组件的制造/组装的设计
EP4002526B1 (en) Fuel cell
CN109411770B (zh) 一种燃料电池用双极板及燃料电池
KR20160025110A (ko) 중앙 냉각 방식의 원통형 고분자 연료전지
CN115117379A (zh) 一种燃料电池及电池组
JP2005327613A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190305