CN220526961U - 膜电极组件以及具有膜电极组件的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于燃料电池的膜电极组件(10)，其包括膜(1)，所述膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一电极(2)和第二电极(3)，并且在至少一个边缘区域(A)中被垫片(4)围住，所述垫片由在两侧贴靠在所述膜上的塑料薄膜(6，7)构造，所述塑料薄膜借助于粘合剂(5)相互粘合，所述塑料薄膜(6，7)至少在与所述膜(1)的边缘区域(A)的重叠区域中没有粘合剂。还涉及一种用于燃料电池堆的燃料电池，其包括根据以上所述的膜电极组件(10)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种膜电极组件以及一种具有根据本实用新型的膜电极组件的燃料电池。
背景技术
借助于燃料电池，通过使用燃料(例如氢气)和氧化剂(例如氧气)将化学能转化为电能。为此，燃料电池具有膜电极组件(MEA)，所述膜电极组件具有膜，所述膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造电极。为了加固边缘，通常将在两侧被涂覆的膜层压在两个塑料薄膜之间。这种类型的边缘加固也被称为“垫片”。在此，两个塑料薄膜具有大面积的窗，由此被涂覆的膜除了窄的环绕的边缘区域之外保持空着。空着的面形成活性面，在燃料电池运行时，通过所述活性面进行对于电化学反应必需的质子交换。
在构造垫片时或者在层压被涂覆的膜时，活性面的大约6％被粘合剂覆盖并且因而失效。这对燃料电池的性能不利地产生影响。
实用新型内容
因此，本实用新型基于下述任务：改进具有经层压的膜电极组件的燃料电池的性能。此外，膜电极组件应能够尽可能简单且成本便宜地制造。
为了解决该任务，提出一种膜电极组件。此外，提出一种具有根据本实用新型的膜电极组件的燃料电池。
所提出的、用于制造燃料电池的膜电极组件的方法包括以下的步骤：
-提供膜、优选聚合物膜，
-通过在膜的两侧用催化活性的材料涂覆来构造电极，
-通过使用两个塑料薄膜和一种粘合剂构造在至少一个边缘区域中围住所述膜的垫片。
根据本实用新型，在构造垫片时，将两个塑料薄膜在边缘区域中在两侧施加到被涂覆的膜上并且在边缘区域之外互相粘合。
因而，在膜的边缘区域中的活性面保持无粘合剂，更确切地说，在两侧、也就是说不但在阳极侧而且在阴极侧无粘合剂。因为活性面不被粘合剂覆盖，它们不会失效。仅在边缘区域中在两侧贴靠在膜上的塑料薄膜不会导致活性面的失效，因为反应气体也可能到达塑料薄膜下方。因而，活性面延伸至塑料薄膜下方。这导致活性面的增大并且因此导致膜电极组件或者由其制造的燃料电池的性能的改进。
因为塑料薄膜在所提出的方法中不是全面地粘合，还能够节省粘合剂。由此，在制造膜电极组件时的成本降低。此外，根据所提出的方法制造的膜电极组件具有较小的重量。被涂覆的膜由于塑料薄膜的坚固性而被保持在垫片中。以此方式，在塑料薄膜不直接与膜粘合的情况下也实现边缘加固。
优选地，用于粘合两个塑料薄膜的粘合剂仅局部地被施加到一个或者两个塑料薄膜上。这意味着，至少一个塑料薄膜局部地保持没有粘合剂。在施加粘合剂时，能够用荫罩或者诸如此类的覆盖应保持无粘合剂的区域。
此外，在将粘合剂施加到一个或者两个塑料薄膜上时，空出下述区域，该区域的宽度与膜的被围住的边缘区域相同。此外，能够空出另外的区域，只要确保，保护两个塑料薄膜以防滑落。
如果粘合剂同时作为密封部或者气体屏障使用，则优选将所述粘合剂移近至膜的边缘区域旁边。优选地，膜的端面与塑料薄膜粘合。由此确保，在膜两侧的活性面保持空着，然而被粘合的端面不允许气体交换。无害的是，在将塑料薄膜施加到膜上时和/或在接着的层压过程中将粘合剂的一小部分压进边缘区域中，从而在边缘区域中的活性面不是完全没有粘合剂。这在允许的公差范围以内并且与权利要求不冲突。
此外，优选地，塑料薄膜在粘合之前和/或之后设有留空。第一留空例如能够用于构造介质通道。所述介质通道优选地布置在塑料薄膜的端部区段中。留空尤其能够涉及冲制部。所述冲制部能够在塑料薄膜互相粘合之前或者之后被引入到所述塑料薄膜中。另外的留空或者说冲制部优选地用于构造窗式开口以暴露被涂覆的膜的活性面。这些留空或者说冲制部仅能够在塑料薄膜粘合之前制造。
为了解决开篇所提到的任务还提出一种用于燃料电池的膜电极组件。所述膜电极组件包括膜、优选聚合物膜，所述膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一电极和第二电极，并且在至少一个边缘区域中被垫片围住。垫片由在两侧贴靠在膜上的塑料薄膜构造，所述塑料薄膜借助于粘合剂互相粘合。根据本实用新型，塑料薄膜至少在与膜的边缘区域的重叠区域中没有粘合剂。因而，在膜的边缘区域中的活性面不被粘合剂覆盖并且因此也不会失效。因为贴靠在膜上的塑料薄膜不防止反应气体到达塑料薄膜和膜之间。由此，增大在膜的两侧上的活性面。因而，膜电极组件或者由其制造的燃料电池具有改进的性能。同时，降低粘合剂消耗。此外，膜电极组件以及由其制造的燃料电池的重量减小。
所提出的膜电极组件尤其能够根据先前所说明的、根据本实用新型的方法制造。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，塑料薄膜的无粘合剂的区域的宽度与膜的被围住的边缘区域相同。以此方式应避免，粘合剂到达塑料薄膜和膜之间。然而，这一点不能完全被排除并且位于不与本实用新型冲突的公差范围以内。
优选地，粘合剂够得到膜的端面，从而膜在端面与塑料薄膜粘合。在端面的粘合不限制被涂覆的膜的活性面，从而这在膜电极组件或者燃料电池的性能方面没有不利。在膜在端面粘合的情况下，粘合剂同时可以作为密封部或者气体屏障使用，所述气体屏障防止气体从一个电极侧越到另一电极侧上。
此外优选地，塑料薄膜具有留空、优选冲制部，以构造介质通道。留空或者冲制部相互重合，从而介质通道构造成同类的燃料电池的堆叠的布置。介质通道用于以相应的反应气体供应燃料电池。
优选地，塑料薄膜具有另外的留空或者说冲制部，然而，所述另外的留空或者说冲制部在垫片构造之前被引入到所述塑料薄膜中。这些留空或者冲制部涉及大面积的窗式开口以暴露被涂覆的膜的活性面。借助于这些塑料薄膜能够形成环绕的边缘加固或者环绕的垫片，所述环绕的边缘加固或者环绕的垫片具有足够高的坚固性，以使膜保持。因此不需要将膜的边缘区域与垫片直接粘合。
此外，提出一种用于燃料电池堆的燃料电池，所述燃料电池包括根据本实用新型的膜电极组件。由于根据本实用新型的膜电极组件，燃料电池具有更好的性能。此外，所述膜电极组件能够成本更便宜地制造，因为节省了粘合剂。此外，由于材料节省，燃料电池的重量减小。
附图说明
随后，根据附图更详尽地解释本实用新型的优选的实施方式。附图示出：
图1是根据本实用新型的膜电极组件的单个的元件在粘合之前的立体示图，
图2是图1的元件在粘合之后的立体示图，和
图3是图1和2的、根据本实用新型的膜电极组件的示意性的横截面。
具体实施方式
图1示出在两侧涂覆有催化活性的材料的膜1以及用于构造垫片4的两个塑料薄膜6，7。为此，两个塑料薄膜6，7在边缘区域A中在两侧施加到被涂覆的膜1上并且在边缘区域A之外互相粘合。
两个塑料薄膜6，7相同地实施，从而它们在粘合之后相互重合。这也适用于设置在塑料薄膜6，7中的留空8，9。留空8分别构造在塑料薄膜6，7的端部区段11，12中，从而在膜1的两侧构造介质通道。留空9分别用于构造大的窗口，所述大的窗口使被涂覆的膜1的大的区域空出。在这里，这涉及被涂覆的膜1的活性面。
如从图1可得知，留空9分别被区域B围住，所述区域B没有粘合剂5。这意味着，用于粘合塑料薄膜6，7的粘合剂5仅在区域B外部施加到塑料薄膜6，7或者至少一个塑料薄膜上。在此，区域B具有下述宽度，该宽度与边缘区域A的宽度一致(见图3)。因此，塑料薄膜6，7基本上仅相互粘合，但不与膜1的边缘区域A粘合。
在两侧被涂覆的膜1与粘合成为垫片4的塑料薄膜6，7共同形成膜电极组件10(见图2)，其中，膜1在两侧以催化活性的材料进行的涂层构造电极2，3。
膜电极组件10的结构在图3中示出。由此可得出，塑料薄膜6，7相互的粘合也导致塑料薄膜6，7与膜1的粘合。然而，粘合局限于膜的端面13的区域上，从而膜1的活性面不被限制。因为边缘区域A保持没有粘合剂5。因而，垫片4仅在端面与膜1粘合。端面的粘合形成气体屏障，所述气体屏障防止，气体从膜电极组件10的一个电极侧到达另一电极侧上。
Claims (7)
1.一种用于燃料电池的膜电极组件(10)，其包括膜(1)，所述膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一电极(2)和第二电极(3)，并且在至少一个边缘区域(A)中被垫片(4)围住，所述垫片由在两侧贴靠在所述膜上的塑料薄膜(6，7)构造，所述塑料薄膜借助于粘合剂(5)相互粘合，
其特征在于，所述塑料薄膜(6，7)至少在与所述膜(1)的边缘区域(A)的重叠区域中没有粘合剂。
2.根据权利要求1所述的膜电极组件(10)，
其特征在于，所述膜(1)是聚合物膜。
3.根据权利要求1或2所述的膜电极组件(10)，
其特征在于，所述塑料薄膜(6，7)的无粘合剂的区域的宽度与所述膜(1)的被围住的所述边缘区域(A)相同。
4.根据权利要求1或2所述的膜电极组件(10)，
其特征在于，所述粘合剂(5)够得到所述膜(1)的端面(13)上，从而所述膜(1)在端面与所述塑料薄膜(6，7)粘合。
5.根据权利要求1或2所述的膜电极组件(10)，
其特征在于，所述塑料薄膜(6，7)具有留空(8，9)，以构造介质通道。
6.根据权利要求5所述的膜电极组件(10)，
其特征在于，所述留空(8，9)是冲制部。
7.一种用于燃料电池堆的燃料电池，其特征在于，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的膜电极组件(10)。
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