CN114551927A - 用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其注胶密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其从制造质子交换膜燃料电池单体的角度出发，解决质子交换膜燃料电池单体的阳极和阴极之间的气密性问题，从而将膜电极组件组装整合进质子交换膜燃料电池单体的制造步骤，从而从整体上改进质子交换膜燃料电池单体的制造工艺。

Description

用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其注胶密封方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件。本发明还进一步涉及一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法。

背景技术

燃料电池(或燃料电池堆)可通过电化学反应，将燃料中的化学能直接转变成电能。单个燃料电池(或燃料电池单体)，如质子交换膜燃料电池单体，包括阳极板(或阳极流场板)、膜电极组件和阴极板(或阴极流场板)。

膜电极组件是质子交换膜燃料电池单体的核心结构，决定燃料电池单体的性能，一般包括质子交换膜、膜边框、阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。质子交换膜是膜电极组件的核心部件，价格昂贵、脆弱和容易损坏。氢气或含氢气的混合气体通过阳极流场板的流场被提供，并通过阳极气体扩散层扩散至该质子交换膜的阳极侧，氧气或含氧气的混合气体通过阴极流场板的流场被提供，并通过阴极气体扩散层扩散至该质子交换膜的阴极侧。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。相应地，质子交换膜应具有防止电池阴阳极发生直接接触，避免两极燃料直接反应，传输氢质子和阻隔电子，确保电子从外电路传输的作用。换句话说，燃料电池单体的结构应确保燃料电池单体的阳极和阴极之间的气密性，以防止氢气或含氢气的混合气体直接流向阴极和防止氧气或含氧气的混合气体直接流向阳极。同时，为了确保燃料电池单体的正常运行，其阳极还应相对于外界环境密封，以防止燃料(如氢气)泄漏至外界环境，影响燃料电池的运行和外界环境。因此，燃料电池单体的结构应确保燃料电池单体的阳极、阴极之间的气密性和阳极相对于外界环境的气密性，以及阴极相对于外界环境的密封。此外，为了确保燃料电池单体的正常运行，还要防止燃料电池单体的密封破坏质子交换膜和影响到燃料电池单体的组装和性能。

说明书附图之图1和图2所示的是目前常用的质子交换膜燃料电池的膜电极组件的结构和密封方式，其中质子交换膜燃料电池单体的膜电极组件的质子交换膜的边缘被密封在膜电极组件的上边框1的内边缘和下边框2的内边缘之间，膜电极组件的上边框1的外边缘和下边框2的外边缘相重叠在一起(上边框1和下边框2的形状和大小相同)，通过将密封胶注在上边框1和下边框2，实现上边框1和燃料电池单体的阳极流场板之间的密封、下边框2和燃料电池单体的阴极流场板之间的密封。图1和图2所示的质子交换膜燃料电池的膜电极组件的结构和密封解决了燃料电池单体的阳极和阴极之间的气密性、燃料电池单体的阳极、阴极相对于外界环境的气密性，可确保在燃料电池单体内部，质子仅通过交换膜到达阴极。然而，图1和图2所示的质子交换膜燃料电池的膜电极组件的结构和密封方式可能会影响到质子交换膜：在对上边框1和燃料电池单体的阳极流场板之间、下边框2和燃料电池单体的阴极流场板之间进行密封时，液体胶将注在上边框1和下边框2的外侧，当在两侧同时注胶时，上边框1的外侧的注胶压力和下边框2的外侧的注胶压力两者之间难以被控制完全相同，容易导致上边框1和下边框2在注胶位置处向一侧形变鼓起，进而导致边框与质子交换膜之间的粘接处受到横向的拉力，影响质子交换膜和上边框1、下边框2之间的密封，甚至可能破坏质子交换膜的完整性。

发明内容

本发明的主要优势在于提供一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其在实现质子交换膜燃料电池的阴极流场板、阳极流场板和膜电极组件之间的密封时，能够避免该膜电极组件的边框组件的两侧因注胶受力不同而影响到密封在该边框组件的质子交换膜。

本发明的另一优势在于提供一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件，其中本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件在保留了双边框(边框组件的第一边框和第二边框)的基础上，通过对该边框组件的外边缘的整体注胶或减小该边框组件的两个边框中一个边框的尺寸的方式，使该膜电极组件既具有双边框膜电极组件的膜密封强度，又解决了因边框组件两侧的注胶压力不同而影响密封在该边框组件的质子交换膜的问题。

本发明的另一优势在于提供一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件，其中本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的边框组件的外边缘被整体注胶，且在注胶时，该边框组件的外边缘自由地伸展在注胶模具的注胶腔中，从而避免注入该注胶腔中的密封胶对该边框组件的两侧施加不同的压力和避免了边框组件的两侧因注胶受力不同而影响到密封在边框组件的质子交换膜。

本发明的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

相应地，依本发明，具有至少一个前述优势的本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法包括下述步骤：

(S1)气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

(S2)放置该边框组件在注胶模具，其中该边框组件被夹压，且该边框组件的外边缘能够自由地伸展在该注胶模具形成的注胶腔内；

(S3)向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶能够包覆在该边框组件的该外边缘的外表面；和

(S4)固化该密封胶后，脱模。

进一步地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法还包括下述步骤：

(A)分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧，其中该步骤(A)在该步骤(S2)之前或该步骤(S4)之后。

依本发明的另一方面，本发明进一步提供另一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其包括下述步骤：

(S11)气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

(S12)放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

(S13)向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；和

(S14)固化该密封胶后，脱模；

其中，该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。

依本发明的另一方面，本发明进一步提供另一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其包括下述步骤：

放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；

固化该密封胶后，脱模；和

气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间，其中该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。

结合下述描述和说明书附图，本发明上述的和其它的优势将得以充分体现。

本发明上述的和其它的优势和特点，通过下述对本发明的详细说明、说明书附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1和图2显示的是目前常用的质子交换膜燃料电池的膜电极组件的密封结构。

图3所示的是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法的流程。

图4是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的结构示意图，其中该图所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件可通过上述依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法的制成。

图5是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的剖视示意图。

图6是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的局部剖视放大图，其中该图所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的密封胶层包覆在边框组件的外边缘的外表面。

图7所示的是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法的一种可选实施的流程。

图8是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法的流程图。

图9所示的是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的一种可选注胶密封方法的流程。

图10是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的结构示意图，其中该图所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件可通过图9所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的可选注胶密封方法的制成。

图11是上述依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的剖视示意图。

图12是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的局部剖视放大图，其中该图所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的密封胶层形成在边框组件的第一边框的两侧。

图13所示的是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的可选注胶密封方法的一种可选实施的流程。

图14所示的是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的可选注胶密封方法的另一种可选实施的流程。

图15是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的可选注胶密封方法的流程图。

图16是示例性的根据本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的另一种可选注胶密封方法的流程图。

图17是依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的一种可选实施的剖视示意图。

图18是上述依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的可选实施的局部剖视放大图，其中该图所示的依本发明实施例的用于质子膜燃料电池的膜电极组件的密封胶层进一步包覆在阳极气体扩散层和阴极气体扩散层的外侧。

具体实施方式

以下描述被提供以使本领域普通技术人员能够实现本发明。本领域普通技术人员可以想到其它显而易见的替换、修改和变形。因此，本发明所保护范围不应受到本文所描述的示例性的实施方式的限制。

本领域普通技术人员应该理解，除非本文中特地指出，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。

本领域普通技术人员应该理解，除非本文中特地指出，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等所指代的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所涉及的装置或元件必须具有特定的方位或位置。因此，上述术语不应理解为对本发明的限制。

参考附图之图3至图8，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件被阐明，其中本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件至少包括一个质子交换膜10、一个边框组件20、一个阳极气体扩散层31、一个阴极气体扩散层32和一个密封胶层40，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的阴极侧102，其中该质子交换膜10包括一个膜主体11和一个自该膜主体11向外延伸的膜周缘12，该边框组件20包括一个第一边框21和一个第二边框22，其中该质子交换膜10的该膜周缘12被气密性地密封在该第一边框21和该第二边框22之间，其中该边框组件20形成一个内边缘23和一个自该内边缘23向外延伸的外边缘24，其中该质子交换膜10的该膜周缘12被至少部分地和气密性地密封在该边框组件20的该内边缘23，该密封胶层40包裹在该边框组件20的该外边缘24的外表面240。换句话说，该密封胶层40沿该边框组件20的该外边缘24的该外表面240自外向内地延伸，从而将该边框组件20的该外边缘24自外向内地包裹在该密封胶层40内。相应地，该密封胶层40具有至少一个大致为C形的纵向剖面。优选地，该密封胶层40自该边框组件20的该外边缘24延伸至该边框组件20的该内边缘23，从而使该密封胶层40、该边框组件20的该内边缘23和该质子交换膜10的该膜周缘12形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

如附图之图3至图8所示，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该边框组件20的该第一边框21形成一个第一密封部211和一个自该第一密封部211向外延伸的第二密封部212，该第二边框22形成一个第一密封区221和一个自该第一密封区221向外延伸的第二密封区222，其中该质子交换膜10的该膜周缘12被气密性地密封在该边框组件20的该第一边框21的该第一密封部211和该第二边框22的该第一密封区221之间。

如附图之图3至图8所示，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32分别被堆叠在该边框组件20的该内边缘23的两侧，从而使该阳极气体扩散层31、该边框组件20、该质子交换膜10和该阴极气体扩散层32形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。进一步地，该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32分别被粘接在该边框组件20的该内边缘23的两侧。更具体地，该阳极气体扩散层31的周缘311被堆叠在该边框组件20的该内边缘23的第一侧231，该阴极气体扩散层32的周缘321被堆叠该边框组件20的该内边缘23的第二侧232，从而使该阳极气体扩散层31、该边框组件20、该质子交换膜10和该阴极气体扩散层32形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

如附图之图3至图8所示，优选地，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该密封胶层40分别延伸至邻近该阳极气体扩散层31的周缘311和该阴极气体扩散层32的周缘321位置。如附图之图17和图18所示，可选地，该密封胶层40分别延伸至该阳极气体扩散层31的周缘311和该阴极气体扩散层32的周缘321，从而使该密封胶层40、该阳极气体扩散层31、该边框组件20、该质子交换膜10和该阴极气体扩散层32形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。相应地，此时，如附图之图17和图18所示，该密封胶层40可分别包覆在该阳极气体扩散层31的周缘311和该阴极气体扩散层32的周缘321。可选地，该密封胶层40也可分别被设置在该阳极气体扩散层31的周缘311和该边框组件20的该内边缘23之间、该阴极气体扩散层32的周缘321和该边框组件20的该内边缘23之间。

如附图之图3至图8所示，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该边框组件20的该第一边框21的该第一密封部211和该第二边框22的该第一密封区221形成该边框组件20的该内边缘23，该第一边框21的该第二密封部212和该第二边框22的该第二密封区222形成该边框组件20的该外边缘24。相应地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该边框组件20的该阳极气体扩散层31的该周缘311被堆叠在该第一边框21的该第一密封部211，该阴极气体扩散层32的该周缘321被堆叠在该第二边框22的该第一密封区221。换句话说，该第一边框21的该第一密封部211至少部分地与该阳极气体扩散层31相重叠，以形成一个堆叠结构，该第二边框22的该第一密封区221至少部分地与该阴极气体扩散层32相重叠，以形成一个堆叠结构，且两个堆叠结构至少部分地相重叠。

如附图之图3和图8所示，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件时，可气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20的该第一边框21和该第二边框22之间，然后通过注胶模具，将密封胶包覆在该边框组件20的该外边缘24的外表面240，以形成沿外边缘24的该外表面240自外向内延伸的密封胶层40。

如附图之图3和图8所示，示例性地，为了确保密封胶包覆在该边框组件20的该外边缘24的外表面240和形成该密封胶层40，当通过注胶模具60对该边框组件20进行注胶密封时，可将该边框组件20的该外边缘24放置在该注胶模具60的注胶腔601内，并使该边框组件20的该外边缘24自由地伸展在该注胶模具60的该注胶腔601内，以通过该注胶模具60将密封胶附着在该边框组件20的该外边缘24，且能够将该边框组件20的该外边缘24包裹于其内。如附图之图3所示，进一步地，当通过注胶模具60对该边框组件20进行注胶密封时，该边框组件20被夹压放置。优选地，当通过注胶模具60对该边框组件20进行注胶密封时，该边框组件20被该注胶模具60夹压。进一步地，当包覆在该边框组件20的该外边缘24的该外表面240的密封胶固化形成该密封胶层40后，脱模。

如附图之图3至图8、图17和图18所示，优选地，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件进一步具有一个用于将燃料电池单体的阳极(流场)板和阴极(流场)板相隔开的隔层50，其中该隔层50自该密封胶层40向外延伸。优选地，该隔层50由绝缘材料制成。更优选地，该密封胶层40和该隔层50均由密封胶形成，且由绝缘材料制成。

如附图之图7和图8所示，可选地，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件时，在气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20的该第一边框21和该第二边框22之间之前，可先分别将该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32粘接在该边框组件20的该内边缘23的两侧(该第一侧231和该第二侧232)，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的该阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的该阴极侧102。可选地，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件时，也可先气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20的该第一边框21和该第二边框22之间和将密封胶附着在该边框组件20的该外边缘24的该外表面240，在密封胶固化形成该密封胶层40后，再分别将该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32粘接在该边框组件20的该内边缘23的两侧，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的该阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的该阴极侧102。相应地，密封胶固化形成该密封胶层40可自该边框组件20的该外边缘24延伸至该边框组件20的该内边缘23，从而使该密封胶层40分别被设置在该阳极气体扩散层31和该边框组件20之间、该阴极气体扩散层32和该边框组件20之间，从而使该阳极气体扩散层31、该密封胶层40、该边框组件20、该质子交换膜10和该阴极气体扩散层32形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

如附图之图3至图7、图17和图18所示，依本发明实施例，本发明进一步提供一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其包括下述步骤：

(S1)气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

(S2)放置该边框组件在注胶模具，其中该边框组件被夹压，且该边框组件的外边缘能够自由地伸展在该注胶模具形成的注胶腔内；

(S3)向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶能够包覆在该边框组件的该外边缘的外表面；和

(S4)固化该密封胶后，脱模。相应地，该密封胶被固化和脱模后，形成该密封胶层40。优选地，该密封胶被固化和脱模后，形成该密封胶层40和该隔层50。

进一步地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法还包括下述步骤：

(A)分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的内边缘的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧，其中该步骤(A)在该步骤(S2)之前或该步骤(S4)之后。

因此，本发明上述实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件在保留了双边框(边框组件20的第一边框21和第二边框22)的基础上，通过对该边框组件20的外边缘24的整体注胶，使该膜电极组件既具有双边框膜电极组件的膜密封强度，又解决了因边框组件两侧的注胶压力不同而影响密封在该边框组件的质子交换膜的问题。可以理解的是，在注胶时，该边框组件20的外边缘24自由地伸展在注胶模具60的注胶腔601中，从而避免注入该注胶腔中的密封胶对该边框组件的两侧施加不同的压力和避免了边框组件的两侧因注胶受力不同而影响到密封在边框组件的质子交换膜。

此外，根据本发明上述实施例，如图4所示，本领域技术人员能够理解的是，在现有技术中，膜电极组件外轮廓的尺寸大小完全由边框组件的外轮廓尺寸大小决定，本发明虽然采用将该密封胶层40包裹该边框组件20的外边缘24并向外侧延伸的技术方案，以通过设定所述密封胶层40的外轮廓的尺寸大小，使该膜电极组件形成其应当具有的外轮廓尺寸，但是并没有舍弃依靠该边框组件20形成气体和冷却液的进出口的方案，该膜电极组件的阴极气体进出口、阳极气体进出口和冷却液进出口形成在该边框组件20，而非依靠该密封胶层40形成，既保证了结构强度，又节省了胶量。

附图之图9至图15所示的是依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的一种可选实施，其中本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件至少包括一个质子交换膜10、一个边框组件20A、一个阳极气体扩散层31、一个阴极气体扩散层32和至少一个密封胶层40A，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的阴极侧102，其中该质子交换膜10包括一个膜主体11和一个自该膜主体11向外延伸的膜周缘12，该边框组件20A包括一个第一边框21A和一个第二边框22A，其中该第一边框21A形成一个内周缘211A和一个自该内周缘211A向外延伸的外周缘212A，该第二边框22A形成一个内缘221A和一个自该内缘221A向外延伸的外缘222A，其中该质子交换膜10的该膜周缘12被至少部分地和气密性地密封在该第一边框21A的该内周缘211A和该第二边框22A的该内缘221A之间，该第二边框22A的该外缘222A粘接在该第一边框21A的该内周缘211A，该密封胶层40A附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的一侧或两侧。换句话说，该边框组件20A的该第一边框21A的宽度大于该第二边框22A的宽度，从而使该第二边框22A仅与该第一边框21A的该内周缘211A相重叠(该第一边框21A的该内周缘211A与该第二边框22A的内缘221A和外缘222A相重叠)，该第一边框21A的该外周缘212A自该第二边框22A的该外缘222A向外突出且未与该第二边框22A重叠。优选地，该密封胶层40A至少附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的第一侧2121A，其中该第一边框21A的该外周缘212A的第一侧2121A面向质子交换膜燃料电池的阳极流场板或者阴极流场板。更优选地，两个密封胶层40A分别附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的第一侧2121A和第二侧2122A，其中该第一边框21A的该外周缘212A的第二侧2122A面向质子交换膜燃料电池的阴极流场板或者阳极流场板。相应地，该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A被该密封胶层40A夹在中间，从而形成一个三明治结构。

如附图之图9至图15所示，相应地，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该可选实施的该边框组件20A的该质子交换膜10的该膜周缘12被至少部分地和气密性地密封在该第一边框21A的该内周缘211A和该第二边框22A的该内缘221A之间，该第二边框22A的该外缘222A粘接在该第一边框21A的该内周缘211A，该密封胶层40A附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的一侧或两侧。相应地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该边框组件20A的该阳极气体扩散层31的该周缘311被堆叠在该第一边框21A的该内周缘211A，该阴极气体扩散层32的该周缘321被堆叠在该第二边框22A的该内缘221A，或者，该阳极气体扩散层31的该周缘311被堆叠在该第二边框22A的该内缘221A，该阴极气体扩散层32的该周缘321被堆叠在该第一边框21A的该内周缘211A。换句话说，该第一边框21A的该内周缘211A至少部分地与该阳极气体扩散层31或者该阴极气体扩散层32相重叠，以形成一个堆叠结构，该第二边框22A的该内缘221A至少部分地与该阴极气体扩散层32或者该阳极气体扩散层31相重叠，以形成一个堆叠结构，且两个堆叠结构至少部分地相重叠。

如附图之图9至图15所示，依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该可选实施的该阳极气体扩散层31的周缘311被堆叠在该边框组件20A的该第一边框21A的该内周缘211A，该阴极气体扩散层32的周缘321被堆叠该边框组件20A的该第二边框22A的该内缘221A，从而使该阳极气体扩散层31、该边框组件20A、该质子交换膜10和该阴极气体扩散层32形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

如附图之图9所示，示例性地，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该可选实施时，可先气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该可选实施的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20A的该第一边框21A和该第二边框22A之间，然后通过注胶模具，将密封胶附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的一侧或两侧，以形成附着于该第一边框21A的该外周缘212A的外表面的密封胶层40。

如附图之图14所示，示例性地，为了确保附着密封胶在该边框组件20A的该第一边框21A时，不影响密封在该边框组件20A的该第一边框21A和该第二边框22A之间的该质子交换膜10，当使用者或操作人员通过注胶模具60对该边框组件20A进行注胶密封时，可先将该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A至少部分地放置在该注胶模具60的注胶腔601内，以通过该注胶模具60将密封胶附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A。然后，当附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A的密封胶固化形成该密封胶层40后，脱模。再然后，气密性地密封该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20A的第一边框21A和该第二边框22A之间和将该第二边框22A的该外缘222A粘接在该第一边框21A的该内周缘211A。先将该密封胶层40附着在该边框组件20A的该第一边框21A，而后密封该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20A的膜电极组件的注胶密封方式可完全避免该密封胶层40附着在该边框组件20A的该第一边框21A步骤对该质子交换膜10与该边框组件20A形成的结构的影响。

如附图之图13所示，可选地，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该可选实施时，在气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20A的该第一边框21A和该第二边框22A之间之前，可先分别将该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32粘接在该边框组件20A的两侧，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的该阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的该阴极侧102。相应地，当本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件用于组装质子交换膜燃料电池单体时，该阳极气体扩散层31被气密性地密封在质子交换膜燃料电池单体的阳极流场板、该密封胶层40、该边框组件20A和该质子交换膜10形成的空间内。可选地，当注胶密封依本发明实施例的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件时，也可先气密性地密封本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的该质子交换膜10的该膜周缘12在该边框组件20A的该第一边框21A和该第二边框22A之间和将密封胶附着在该边框组件20A的该第一边框21A的该外周缘212A。在密封胶固化形成该密封胶层40后，再分别将该阳极气体扩散层31和该阴极气体扩散层32粘接在该边框组件20A的两侧，其中该阳极气体扩散层31被设置面向该质子交换膜10的该阳极侧101，该阴极气体扩散层32被设置面向该质子交换膜10的该阴极侧102。

如附图之图9、图13至图15所示，依本发明实施例，本发明进一步提供另一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其包括下述步骤：

(S11)气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

(S12)放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

(S13)向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；和

(S14)固化该密封胶后，脱模；

其中，该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。相应地，该密封胶被固化和脱模后，形成该密封胶层40。

进一步地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法还包括下述步骤：

(A)分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧。

如附图之图9至图16所示，依本发明实施例，本发明进一步提供另一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其包括下述步骤：

放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；

固化该密封胶后，脱模；和

气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间，其中该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。相应地，该密封胶被固化和脱模后，形成该密封胶层40。

进一步地，本发明用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法还包括下述步骤：

(A)分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧。

本领域普通技术人员应该理解，上述描述和附图所示的实施方式仅仅是为了示例性地解释本发明，而不是对本发明的限制。所有在本发明精神之内的等同实施、修改和改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，包括下述步骤：

（S1）气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

（S2）放置该边框组件在注胶模具，其中该边框组件被夹压，且该边框组件的外边缘能够自由地伸展在该注胶模具形成的注胶腔内；

（S3）向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶能够包覆在该边框组件的该外边缘的外表面；和

（S4）固化该密封胶后，脱模。

2.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：

（A）分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的内边缘的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧，其中该步骤（A）在该步骤（S2）之前。

3.根据权利要求2所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，该密封胶形成的密封胶层分别延伸至该阳极气体扩散层的周缘和该阴极气体扩散层的周缘，从而使该密封胶层、该阳极气体扩散层、该边框组件、该质子交换膜和该阴极气体扩散层形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

4.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：

（A）分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的内边缘的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧，其中该步骤（A）在该步骤（S4）之后。

5.根据权利要求4所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，该密封胶形成的密封胶层分别被设置在该阳极气体扩散层和该边框组件之间、该阴极气体扩散层和该边框组件之间，从而使该密封胶层、该阳极气体扩散层、该边框组件、该质子交换膜和该阴极气体扩散层形成一个至少部分地相互重合的层叠结构。

6.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，该边框组件形成一个内边缘和一个自该内边缘向外延伸的外边缘，其中该质子交换膜的该膜周缘被至少部分地和气密性地密封在该边框组件的该内边缘。

7.一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，包括下述步骤：

（S11）气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间；

（S12）放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

（S13）向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；和

（S14）固化该密封胶后，脱模，其中该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。

8.根据权利要求7所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：

（A）分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧。

9.一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，包括下述步骤：

放置该边框组件的第一边框在注胶模具，其中该第一边框的外周缘被至少部分地容纳在该注胶模具形成的注胶腔内；

向该注胶模具形成的该注胶腔内注入密封胶，以使该密封胶附着在该第一边框的外边缘的一侧或者两侧；

固化该密封胶后，脱模；和

气密性地密封质子交换膜的膜周缘在边框组件的第一边框和第二边框之间，其中该第二边框的内缘粘接于该质子交换膜的膜周缘，该第二边框的外缘粘接于该第一边框的内周缘。

10.根据权利要求9所述的用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件的注胶密封方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：

（A）分别将阳极气体扩散层和阴极气体扩散层粘接在该边框组件的两侧，其中该阳极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阳极侧，该阴极气体扩散层被设置面向该质子交换膜的阴极侧。

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