CN110098421B - 用于制造集成水汽传输装置及燃料电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于制造集成MEA的方法。该方法包括如下步骤：(1)提供具有AA区域以及WVT区域的基底；(2)将疏水微孔层涂覆至整个基底上；(3)将催化剂层涂覆至AA区域中的疏水微孔层上；(4)将第一燃料电池膜离聚物层涂覆至AA区域中的催化剂层以及WVT区域中的疏水微孔层上；(5)任选地将膜载体层施涂至AA区域和WVT区域中的第一燃料电池膜离聚物层上；(6)任选地施涂第二燃料电池膜离聚物层的涂层，由此形成涂覆基底；以及(7)将涂覆基底组装至配对涂覆基底上。

Description

用于制造集成水汽传输装置及燃料电池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有水汽传输(WVT)区域的集成膜电极组件(MEA)的方法。
背景技术
燃料电池堆叠体系统作为动力源用于电动车辆、固定电源以及其他应用中。一种已知的燃料电池堆叠体系统为质子交换膜(PEM)燃料电池堆叠体系统，其包括具有薄固体聚合物电解质膜的膜电极组件(MEA)，该电解质膜的一面是阳极，而相对面是阴极。MEA夹设在一对用作阳极和阴极的集流体的导电接触元件之间，其可在其中包括合适的通道及开口，以将燃料电池堆叠体系统的气体反应物(即H2以及O2或空气)分布在相应的阳极和阴极的表面上。
PEM燃料电池包括多个MEA，该多个MEA以电串联的形式堆叠在一起，同时通过被称作双极板或集流体的不可渗透导电接触元件隔开。燃料电池堆叠体系统的操作方式使得MEA保持处于湿润状态中。MEA的湿度水平会对燃料电池堆叠体系统的性能产生影响。此外，若MEA在过于干燥的状态下进行操作，则MEA的性能及使用寿命可能会发生降低。为了避免使MEA变得干燥，典型的燃料电池堆叠体系统在MEA具有期望的湿度水平的条件下进行操作，其中液态水在电的产生期间形成在燃料电池中。此外，供给至燃料电池堆叠体系统的阴极反应气体和阳极反应气体也进行加湿，以防止MEA在反应气体入口附近的位置中变得干燥。在进入燃料电池之前，阴极反应气体通常通过水汽传输(WVT)单元进行加湿。例如，参见授予Forte等人的第7,138,197号美国专利。该专利以全文引用的方式并入本文中，其公开了一种用于操作燃料电池堆叠体系统的方法。
PEM型燃料电池的基本部件为两个通过聚合物膜电解质隔开的电极。各电极作为薄催化剂层设置在膜的相对侧上。类似地，在组件的邻近各薄催化剂层的各侧上，微孔层(MPL)涂覆至气体扩散基底上，以形成气体扩散层(GDL)，其中该气体扩散层为膜电极组件(MEA)的各侧上的最外层。气体扩散基底通常由非织造碳纤维纸或织造碳布组成。GDL主要提供来实现传导性，并使得气体能够通过GDL孔与催化剂进行接触。GDL用作为催化剂层的载体，其具有较高的机械强度，并使得气体能够容易地与催化剂进行接触，而且还具有导电性。微孔层的目的在于最大程度地降低GDL与催化剂层之间的接触电阻、防止催化剂流失至GDL内部，并在提供有效水输送时帮助改善水管理。因此，电极(催化剂层)、膜、微孔层以及气体扩散层共同形成膜电极组件(MEA)。MEA通常设置在两个双极板之间，以形成燃料电池结构。
众所周知，氢气可供给至燃料电池堆叠体中的燃料电池，以引起必要的化学反应，从而通过电为车辆提供动力。在传统燃料电池中，这种化学反应的副产物中的一种为以蒸汽和/或液体的形式存在的水。还期望的是，将湿润空气作为输入提供至燃料电池堆叠体，以实现给定的燃料电池堆叠体尺寸下的最大性能输出。湿润空气还可防止燃料电池膜过早出现机械及化学降解。
输入空气通常由压缩机提供，同时，位于堆叠体外部的水传输装置通常实施在燃料电池系统中，以为压缩机所供给的输入空气增加水分，其中水分源通常来自载有产物水的堆叠体阴极出口流。在传统的燃料电池系统中，这些部件以及许多其他部件增加了燃料电池系统的成本，并且还需要安装空间。在许多应用中(例如，但不限于：车辆)，安装空间是有限的。
因此，在可能的情况下，有必要以合理的成本集成燃料电池系统的部件。
发明内容
本公开提供了用于制造具有集成WVT区域的MEA的方法。该方法包括如下步骤：(1)提供具有有源区(AA)区域以及水汽传输(WVT)区域的基底；(2)将疏水微孔层涂覆至整个基底上；(3)将催化剂层涂覆至AA区域中的疏水微孔层上；(4)将第一燃料电池膜离聚物层涂覆至AA区域中的催化剂层以及WVT区域中的疏水微孔层上；(5)任选地将膜载体层施涂至AA区域和WVT区域中的第一燃料电池膜离聚物层上；(6)任选地施涂第二燃料电池膜离聚物层的涂层，由此形成涂覆基底；以及(7)将涂覆基底组装至配对涂覆基底上。涂覆基底可在涂覆基底组装至配对涂覆基底上之前进行热处理。因此，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。
涂覆基底的AA区域可包括基底层、疏水MPL层、催化剂层、第一燃料电池膜离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二燃料电池膜离聚物。涂覆基底的WVT区域包括基底层、疏水MPL层、第一燃料电池膜离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二燃料电池膜离聚物。WVT区域可限定在基底的第一端部。WVT区域还可限定在基底的第一端部以及基底的第二端部，其中AA区域设置在这两个端部之间。
在本公开的另一实施例中，用于制造具有集成水汽传输区域的燃料电池的方法可涉及对燃料电池的某些层进行条纹式涂覆。在本实施例中，制造方法包括如下步骤：(1)提供具有AA区域以及WVT区域的基底；(2)将疏水微孔层涂覆至整个基底上；(3)将催化剂层条纹式涂覆至AA区域中的疏水微孔层上，并将混合碳/离聚物层条纹式涂覆至WVT区域中；(4)将第一燃料电池膜离聚物层涂覆至AA区域中的催化剂层以及WVT区域中的混合碳/离聚物层上；(5)任选地将膜载体层施涂至AA区域和WVT区域中的第一燃料电池膜离聚物层上；(6)任选地施涂第二燃料电池膜离聚物层的涂层，由此形成涂覆基底；以及(7)将涂覆基底组装至配对涂覆基底上。上述方法的涂覆基底可在涂覆基底组装至配对涂覆基底上之前进行热处理。因此，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。
涂覆基底的AA区域可包括基底层、疏水MPL层、催化剂层、第一燃料电池膜离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二燃料电池膜离聚物。相反，涂覆基底的WVT区域包括基底层、疏水MPL层、任选的混合碳/离聚物层、第一燃料电池膜离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二燃料电池膜离聚物。WVT区域可限定在涂覆基底的第一端部，而AA区域则可限定在涂覆基底的整个剩余部分上。可选地，WVT区域可限定在基底的第一端部以及基底的第二端部，其中AA区域设置在这两个端部之间。
在本公开的又一实施例中，用于制造具有集成水汽传输区域的燃料电池的方法可涉及对燃料电池的多个层进行条纹式涂覆。在本实施例中，制造方法包括如下步骤：(1)提供具有AA区域以及WVT区域的基底；(2)将疏水微孔层条纹式涂覆至AA区域中，并将亲水微孔层条纹式涂覆至WVT区域中；(3)将催化剂层条纹式涂覆至AA区域中的疏水微孔层上，并将碳/离聚物层条纹式涂覆至WVT区域中；(4)将第一燃料电池膜离聚物层条纹式涂覆至AA区域中的催化剂层上，并将第一WVT离聚物条纹式涂覆至WVT区域中的碳/离聚物层上；(5)施涂任选的膜载体层；(6)任选地将条纹式涂覆第二燃料电池膜离聚物层施涂至AA区域中，并将任选的第二WVT离聚物施涂至WVT区域中；以及(7)将涂覆基底组装至配对涂覆基底上。因此，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。
基底可为气体扩散介质。此外，上述制造方法的涂覆基底可在涂覆基底组装至配对涂覆基底上之前进行热处理。涂覆基底的AA区域可包括基底层、疏水MPL层、催化剂层、第一燃料电池膜离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二燃料电池膜离聚物。相反，涂覆基底的WVT区域包括基底层、疏水MPL层、任选的碳/离聚物层、第一WVT离聚物层、任选的膜载体层，以及任选的第二WVT离聚物层。在一个实施例中，WVT区域可限定在涂覆基底的第一端部，且AA区域可限定在涂覆基底的整个剩余部分上。在另一个实施例中，WVT区域可限定在基底的第一端部以及基底的第二端部，其中AA区域设置在这两个端部之间。
通过以下参考附图进行的详细描述，本公开及其特定特征和优点将变得更加显而易见。
附图说明
通过以下详细描述、最佳方式、权利要求书以及附图，本公开的这些特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。在这些附图中：
图1是示出了传统燃料电池系统的示例性示意图。
图2是示出了位于燃料电池堆叠体中的燃料电池外部的传统水汽传输单元的示意图。
图3是示出了具有集成膜电极组件的展开燃料电池的示例性侧视图的示意图。
图4是示出了燃料电池的第一示例性正视图的示意图，其中集成膜电极组件设置在第一双极板上。
图5是示出了燃料电池的第二示例性正视图的示意图，其中集成膜电极组件设置在第一双极板上。
图6A是示出了集成水汽传输装置及燃料电池的第一实施例的展开示意图。
图6B是示出了可组装至图6A所示的涂覆基底上的配对涂覆基底的第一实施例的示意图。
图7A是示出了集成水汽传输装置及燃料电池的第二实施例的展开示意图。
图7B是示出了可组装至图7A所示的涂覆基底上的配对涂覆基底的第二实施例的示意图。
图8A是示出了集成水汽传输装置及燃料电池的第三实施例的展开示意图。
图8B是示出了可组装至图8A所示的涂覆基底上的配对涂覆基底的第三实施例的示意图。
图9示出了根据本公开的示例性非限制性条纹式涂覆步骤，其中基底以平面图的形式示出。
在针对附图的若干视图进行的整个描述中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
现将详细参考本公开的当前优选的组合物、实施例及方法，其构成了目前为发明人所知的用于实施本公开的最佳方式。附图不必按比例绘制。然而，将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示范性方案，其可以以各种可选的形式进行实现。因此，本文所公开的特定细节不应被解释为具有限制性；相反，其仅仅作为本公开的任何方面的代表性基础和/或作为用于教导本领域技术人员多样化地利用本公开的代表性基础。
除了在示例中以外，或在另外明确地指出的情况下，本说明书中表示材料量或反应和/或使用条件的所有数值数量都应被理解为在描述本公开的最宽范围时由词语“约”进行修饰。通常而言，优选的是在所述数值限值内进行实践。此外，除非明确指出与此相反，否则百分比、“份”以及比率值均以重量计；当一组或一类材料被描述为适用于或优选用于与本公开相关的给定用途时，这意味着该组或该类的组成部分中的任意两种或多种的混合物同样是合适或优选的；首字母缩写词或其他缩写的第一定义适用于同一缩写在本文中的所有后续使用，并适用于初始定义的缩写的正常语法变型；而且，除非明确指出与此相反，否则属性的测量值通过前文或后文针对同一属性所引用的相同技术进行确定。
还将理解的是，本公开并不局限于下文所描述的特定实施例及方法，这是因为特定部件和/或条件可毫无疑问地加以改变。此外，本文所使用的术语仅出于描述本公开的特定实施例的目的而使用，其决不旨在具有限制性。
此外，值得注意的是，如在说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非上下文另有明确说明。例如，以单数形式提及的某个部件旨在包括多个部件。
术语“包括”与“含”、“具有”、“包含”或“以......为特征”同义。这些术语具有包括性和开放性，并且不排除其他未提到的元件或方法步骤。
短语“由......组成”排除未在权利要求中指明的任何元件、步骤或成分。当该短语出现在权利要求的主体的条款中，而不是立即跟在前序后时，其仅限制在该条款中阐述的元件；其他元件未被排除在作为整体的权利要求之外。
短语“基本上由......组成”将权利要求的范围限制至指定材料或步骤，以及那些不会对所要求保护的主题的基本特性和新型特性造成实质影响的材料或步骤。
术语“包括”、“由......组成”以及“基本上由......组成”可替换使用。在使用这三个术语中的一个的情况下，当前公开的所要求保护的主题可包括另外两个术语中的任一个的使用。
在本申请中，在引用出版物的情况下，这些出版物的全部公开内容通过引用结合至本申请中，以更全面地描述本公开所属技术领域的状况。
图1示出了本领域中公知的燃料电池系统110的示意性阴极子系统。如图所示，典型的水汽传输(WVT)装置104被定位成远离燃料电池堆叠体系统的燃料电池堆叠体的阴极出口130以及阴极入口128。传统燃料电池系统可包括(但可不必包括)增压空气冷却器(CAC)和/或分流器112以及水汽传输装置104(例如，加湿器)，以调节燃料电池102的相对湿度。增压空气冷却器和/或分流器112可具有第一入口132、第一出口124以及第二出口122。如图所示，传统燃料电池系统还可包括燃料电池102以及空气压缩机126。燃料电池102具有多个燃料电池、阴极入口128以及阴极出口130。空气压缩机126与燃料电池102流体连通，并适于将增压空气流提供至该燃料电池。如图所示，WVT装置104通常为位于燃料电池堆叠体外部的部件，且WVT装置104与空气压缩机126和燃料电池102流体连通。WVT装置104适于选择性地加湿提供至燃料电池102的增压空气。WVT装置104可将水分从经由膜(未示出)离开阴极出口130的潮湿阴极废气流148传输至输入增压空气127(来自压缩机126)。因此，来自WVT装置的输出增压空气127’具有足够的湿度，以用于燃料电池102中。还可采用其他合适的用于加湿增压空气的装置。
任选的增压空气冷却器(和/或分流器)112被设置成与空气压缩机126以及燃料电池102和WVT装置104中的每一个连通。第一入口132与空气压缩机126流体连通。第一出口124与燃料电池102流体连通。空气压缩机126吸入环境空气100，并与WVT装置104流体连通(经由任选的CAC和/或分流器112)。第二出口122与WVT装置104流体连通。作为元件112示出的增压空气冷却器(和/或三通分流器)适于：a)使增压空气绕过WVT装置104并流动至燃料电池102；和/或b)使增压空气流动至WVT装置104，以调节燃料电池102的湿度。
图1所示的示例性公知燃料系统可包括致动器116、控制器118以及至少一个湿度传感器120。燃料电池系统控制器118可与致动器116电通信。控制器118经由致动器和/或WVT调节燃料电池102的湿度。湿度传感器120可被设置成与控制器电通信，以将增压空气相对湿度的反馈提供至控制器118。然而，值得注意的是，更普遍的公知燃料电池系统不采用湿度传感器，而是采用堆叠体的高频(即膜)电阻来间接测量系统中的水分。但是，不管是否实施湿度传感器，许多燃料电池系统通常实施如图所示的外部WVT装置104，这种装置需要空间，并由此增大了燃料电池系统的整体尺寸。在各种应用(例如，但不限于：车辆)中，燃料电池系统的安装空间是尤其有限的。因此，期望的是降低此类燃料电池系统的体积，尤其是在车辆应用中。
图2示出了传统燃料电池及外部水汽传输装置的更详细示意图。来自压缩机126(和/或任选的CAC&分流器112)的输入增压空气127进入WVT装置104中。WVT膜150被配置成传输来自潮湿阴极废气流148的水分158，由此形成在阴极入口128(参见图1)处进入燃料电池102的湿润输出增压空气127’。由于燃料电池102中的MEA 152上发生的反应产生水副产物156，因此阴极废气流148作为富含水分的空气离开燃料电池102。将理解的是，穿过WVT装置104之后，阴极废气流148’具有较低的水分含量。
因此，参照图3，本公开提供了具有WVT区域的集成燃料电池10，该WVT区域位于燃料电池的内部中。本公开的燃料电池10包括集成在膜电极组件18内的水传输部分12。如图3所示，集成燃料电池10包括第一双极板14、第二双极板16以及设置在第一双极板14与第二双极板16之间的膜电极组件(MEA)18。参照图3至5，膜电极组件18还包括水汽传输部分12以及有源区部分20，该有源区部分被配置成在促进输入流与氢气24之间以及输入空气流26与氧气之间的反应之后生成电62，并提供水副产物22。将理解的是，针对输入空气流26的所有引用都应被解释为意指输入空气流26含有氧气。
再次参照图3，膜电极组件18的水汽传输部分12可相对于有源区部分20呈亲水性，并被可操作地配置成将水分从相对湿度较高的流体主流23(例如，但不限于：输出氢气流24’)传输至流体次流25(例如，但不限于：第一MEA端部28处的输入增压空气26)。可选地，第二MEA端部30处的水汽传输部分12可被配置成同样将水分从流体主流23(排出空气流26’)传输至流体次流25(具有氢的输入气态流24)。将理解的是，流体主流(排出空气流26’、输出氢气流24’等)富含水分，这是因为当燃料电池生成电时，会产生水汽副产物。
本公开还包括用于制造集成MEA的方法。如图6A所示，该方法包括如下步骤：(1)提供具有有源区(AA)区域20以及水汽传输(WVT)区域12的基底70；(2)将疏水微孔层72涂覆至整个基底70上；(3)将催化剂层(阳极或阴极)74涂覆至AA区域20中的疏水微孔层72上；(4)将第一燃料电池膜离聚物层76涂覆至AA区域20中的催化剂层以及WVT区域12中的疏水微孔层上；(5)将任选的膜载体层78施涂至AA区域20和WVT区域12中的第一燃料电池膜离聚物层76上；(6)将任选的第二燃料电池膜离聚物层80涂覆至膜载体层78上，由此形成涂覆基底；以及(7)将涂覆基底84组装至配对涂覆基底上。将理解的是，各层可在添加额外层之前进行热处理，但第一燃料电池膜离聚物层76除外，其中，第一燃料电池膜离聚物层76可在膜载体层78施涂至其上时处于润湿状态中。因此，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可任选地施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。在第四种方案中，第二燃料电池膜离聚物层80可直接施涂至第一燃料电池膜离聚物层76上。通过基底以及多个层(如上所述)形成的涂覆基底可随后进行热处理，并组装至配对涂覆基底上。
在上述第一种结构中，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物之后形成。在该结构下，第一燃料电池膜离聚物层可包括多种增强材料，例如，但不限于：短塑料或陶瓷纤维。短塑料和/或陶瓷纤维可混入第一燃料电池膜离聚物溶液中，并通过模具涂覆工具送出，以施涂所述层。
在一个非限制性示例中，当组装完成整个涂覆基底84时(如上文的步骤1至6所述)，涂覆基底84可在涂覆基底84组装至配对涂覆基底85(如图6B所示)上之前进行热处理，从而使得能够对第二燃料电池膜离聚物层80进行热处理。配对涂覆基底85包括基底70、疏水微孔层(MPL)以及催化剂层74。至于本公开的所有实施例，配对涂覆基底85、85’和85”可通过多个层形成，这些层以与具有第一燃料电池膜离聚物层76的涂覆基底84相同的方式施涂至基底70上；随后，任选地添加膜载体层以形成涂覆基底；之后，作为第三种方案，施涂第二燃料电池膜离聚物层80以形成涂覆基底。在第四种方案中，第二燃料电池膜离聚物层80可直接施涂至第一燃料电池膜离聚物层76上。通过基底以及多个层(如上所述)形成的涂覆基底可随后进行热处理，并组装至配对涂覆基底上。
至于本公开的所有实施例，各涂覆层可经由模具涂覆工艺进行施涂，其中各层(除了膜载体层以外)可涂覆至基底上。任选的膜载体层可由膨胀性聚四氟乙烯(ePTFE)组成，但这并不是必须的。此外，至于本公开的所有实施例，还将理解的是，涂覆至基底上的各层(可能除了第一膜离聚物层以外)可在施涂下一层之前进行热处理，但这并不是必须的。
再次参照图6A，涂覆基底84的AA区域20(在图6A中作为元件20示出)包括基底层70、疏水MPL层72、催化剂层74、第一燃料电池膜离聚物层76、任选的膜载体层78，以及任选的第二燃料电池膜离聚物80。涂覆基底84的WVT区域12包括基底层70、疏水MPL层72、第一燃料电池膜离聚物层76、膜载体层78以及第二燃料电池膜离聚物80。膜载体层78和第二燃料电池膜离聚物层80以虚线示出，以表明这些层是任选的。如图5所示，WVT区域12可限定在基底的第一端部28上。可选地，如图3和4所示，WVT区域12还可限定在基底的第一端部28以及第二端部30上，其中AA区域20设置在该两个端部之间。
现参照图7A，用于制造具有集成水汽传输区域12的燃料电池的方法的另一实施例可涉及对燃料电池的某些层进行条纹式涂覆。在本实施例中，制造方法包括如下步骤：(1)提供具有AA区域20以及WVT区域12的基底70’；(2)将疏水微孔层72’涂覆至整个基底70’上；(3)条纹式涂覆混合层74’，其中催化剂层71’涂覆至AA区域20中的疏水微孔层72’上，且混合/碳离聚物层73’涂覆至WVT区域12中的疏水微孔层72’上；(4)将第一燃料电池膜离聚物层76’涂覆至AA区域20中的催化剂层71’以及WVT区域12中的碳离聚物层73’上；(5)将任选的膜载体层78’施涂至AA区域20和WVT区域12中的第一燃料电池膜离聚物层76’上；(6)将任选的第二燃料电池膜离聚物层80’涂覆至膜载体层78’上，由此形成涂覆基底84’；(7)将涂覆基底84’组装至配对涂覆基底85’(如图7B所示)上。与先前的实施例相同，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。在第四种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于第一燃料电池膜离聚物层的顶部。不管通过上述四个方案实施哪一个实施例，上述方法的涂覆基底84’都可在涂覆基底84’组装至配对涂覆基底85’上之前进行热处理。
在上述第一种结构中，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物之后形成。在该结构下，第一燃料电池膜离聚物层可包括多种增强材料，例如，但不限于：短塑料或陶瓷纤维。短塑料和/或陶瓷纤维可混入第一燃料电池膜离聚物溶液中，并通过模具涂覆工具送出，以施涂所述层。
如图7A所示，涂覆基底84’的AA区域20包括基底层70’、疏水MPL层72’、催化剂层71”、第一燃料电池膜离聚物层76’、任选的膜载体层78’，以及任选的第二燃料电池膜离聚物80’。相反，涂覆基底84’的WVT区域12包括基底层70’、疏水MPL层72’、碳/离聚物层73’、第一燃料电池膜离聚物层76’、膜载体层78’以及第二燃料电池膜离聚物80’。如图5所示，上述实施例的WVT区域12可限定在涂覆基底84’的第一端部28(图5)上，其中AA区域20可限定在涂覆基底84’的整个剩余部分上。可选地，如图4所示，上述实施例的WVT区域12可限定在涂覆基底的第一端部28以及第二端部30上，其中AA区域20设置在这两个端部之间。
现参照图8A，提供了制造方法的另一实施例，其中，对涂覆基底84’的多个层进行条纹式涂覆。在本实施例中，制造方法包括如下步骤：(1)提供具有AA区域20以及WVT区域12的基底70”；(2)条纹式涂覆混合层72”，其中疏水微孔层69’涂覆至AA区域20中，且亲水微孔层67”涂覆至WVT区域12中；(3)条纹式涂覆另一混合层74”，其中催化剂层71”涂覆至AA区域20中的疏水微孔层69”上，且碳/离聚物层73”涂覆至WVT区域12中的亲水微孔层67”上；(4)条纹式涂覆又一混合层76”，其中第一燃料电池膜离聚物层75”涂覆至AA区域20中的催化剂层71”上，且第一WVT离聚物77”涂覆至WVT区域12中的碳离聚物层73”上；(5)任选地将膜载体层78”施涂至AA区域20中的第一燃料电池膜离聚物75”以及WVT区域12中的第一WVT离聚物77”上；(6)条纹式涂覆另一混合层80”，其中第二燃料电池膜离聚物层79”涂覆至AA区域20和WVT区域12中的膜载体层78”上，由此形成涂覆基底84”；以及(7)将涂覆基底84”组装至配对涂覆基底85”上。基底70”可为气体扩散介质。此外，上述制造方法的涂覆基底84”可在涂覆基底84”组装至配对涂覆基底85”(如图8B所示)上之前进行热处理。因此，将理解的是，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物层之后形成。然而，作为另一种方案，膜载体层可任选地施涂至第一燃料电池膜离聚物层上，由此形成涂覆基底。此外，在第三种方案中，第二燃料电池膜离聚物可施涂于膜载体层的顶部，由此形成涂覆基底。在第四种方案中，第二燃料电池膜离聚物层80”可直接施涂至第一燃料电池膜离聚物层76”上。通过基底以及多个层(如上所述)形成的涂覆基底可随后进行热处理，并组装至配对涂覆基底上。
在上述第一种任选结构中，涂覆基底可在施涂第一燃料电池膜离聚物之后形成。在该结构下，第一燃料电池膜离聚物层可包括多种增强材料，例如，但不限于：短塑料或陶瓷纤维。短塑料和/或陶瓷纤维可混入第一燃料电池膜离聚物溶液中，并通过模具涂覆工具送出，以施涂所述层。
再次参照图8A，涂覆基底84”的AA区域20可包括基底层70”、疏水MPL层69”、催化剂层71”、第一燃料电池膜离聚物层75”、膜载体层78”以及第二燃料电池膜离聚物79”。相反，涂覆基底84”的WVT区域12包括基底层70”、亲水MPL层67”、碳/离聚物层73”、第一WVT离聚物层77”、膜载体层78”以及第二WVT离聚物层81”。再次参照图5，上述实施例的WVT区域12可限定在涂覆基底的第一端部28上，且AA区域20可限定在涂覆基底84”的整个剩余部分上。再次参照图4，可选地，上述实施例的WVT区域12可限定在涂覆基底的第一端部28以及第二端部30上，其中AA区域20设置在这两个端部之间。
参照图9，示出了各种实施例的条纹式涂覆步骤，其中模具涂覆工具86容纳WVT溶液88以及AA溶液90。WVT溶液可为上述溶液/层中的任一种，这些溶液/层在条纹式涂覆步骤期间专用于基底卷材83的WVT区域12’中。AA溶液可为上述溶液/层中的任一种，这些溶液/层在条纹式涂覆步骤期间专用于基底卷材83的AA区域20’中。如图9所示，模具涂覆机器86被配置成在基底卷材移动远离模具涂覆工具时，使上述溶液分布至其如图所示的专用区域。
虽然在上述详细描述中提出了至少三个示例性实施例，但应理解的是，存在有大量的变型。还应理解的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，其并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或结构。相反，上述详细描述将为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便利指示。应理解的是，在不偏离所附权利要求书及其法律等效物所阐述的本公开的范围的情况下，可在元件的功能及布置方面进行各种改变。

Claims (7)

1.一种用于制造集成MEA的方法，所述方法包括：
提供具有AA区域以及与所述AA区域相邻的WVT区域的基底；
条纹式涂覆混合层，其中疏水微孔层涂覆至AA区域中，且亲水微孔层涂覆至WVT区域中；
条纹式涂覆另一混合层，其中催化剂层涂覆至AA区域中的疏水微孔层上，且碳/离聚物层涂覆至WVT区域中的亲水微孔层上；
条纹式涂覆又一混合层，其中第一燃料电池膜离聚物层涂覆至AA区域中的催化剂层上，且第一WVT离聚物层涂覆至WVT区域中的碳/离聚物层上；
将膜载体层施涂至AA区域中的第一燃料电池膜离聚物层以及WVT区域中的第一WVT离聚物层上；
条纹式涂覆另一混合层，其中第二燃料电池膜离聚物层涂覆至AA区域的膜载体层上，且第二WVT离聚物层涂覆至WVT区域中的膜载体层上，由此形成涂覆基底；以及
将所述涂覆基底组装至配对涂覆基底，所述配对涂覆基底的AA区域包括基底层、疏水微孔层和催化剂层，所述配对涂覆基底的WVT区域包括基底层、亲水微孔层和碳/离聚物层；
其中，各层在添加额外层之前进行热处理，但第一燃料电池膜离聚物层除外，其中，第一燃料电池膜离聚物层在膜载体层施涂至其上时处于润湿状态中。
2.根据权利要求1所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述涂覆基底在所述涂覆基底组装至所述配对涂覆基底之前进行热处理。
3.根据权利要求2所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述涂覆基底的所述AA区域包括基底层、所述疏水微孔层、所述催化剂层、所述第一燃料电池膜离聚物层、所述膜载体层以及所述第二燃料电池膜离聚物层。
4.根据权利要求2所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述涂覆基底的所述WVT区域包括基底层、所述亲水微孔层、所述碳/离聚物层、所述第一WVT离聚物层、所述膜载体层以及所述第二WVT离聚物层。
5.根据权利要求1所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述WVT区域限定在所述基底的第一端部。
6.根据权利要求1所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述WVT区域限定在所述基底的第一端部以及所述基底的第二端部，其中所述AA区域设置在所述第一端部与所述第二端部之间。
7.根据权利要求6所述的用于制造集成MEA的方法，其中所述基底为气体扩散介质。
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