CN220556599U - 膜电极组件以及具有膜电极组件的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于制造燃料电池的膜电极组件(10)的方法，在该方法中，膜(1)、优选聚合物膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一和第二电极(2，3)，并且在至少一个边缘区域(A)中通过使用粘合剂(5)在两个塑料薄膜(6，7)之间被层压以构造垫片(4)。根据本实用新型，在层压被涂覆的膜(1)时，将所述粘合剂(5)仅仅施加到一个塑料薄膜(6)上，并且然后使这个塑料薄膜与被涂覆的膜(1)和另一个塑料薄膜(7)粘合。此外，本实用新型涉及一种膜电极组件(10)以及一种具有根据本实用新型的膜电极组件(10)的燃料电池。

Description

膜电极组件以及具有膜电极组件的燃料电池

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)，其具有膜，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部也被称为“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。本实用新型的有利的扩展方案可从相应的从属权利要求中得知。此外，说明一种具有根据本实用新型的膜电极组件的燃料电池。

在所提出的、用于制造膜电极组件的方法中，膜、优选聚合物膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一和第二电极，并且在至少一个边缘区域中通过使用粘合剂在两个塑料薄膜之间被层压以构造垫片。根据本实用新型，在层压被涂覆的膜时，粘合剂仅仅被施加到一个塑料薄膜上，并且然后使这个塑料薄膜与被涂覆的膜和另一个塑料薄膜粘合。因此，另一个塑料薄膜不直接与被涂覆的膜粘合，而是仅间接地通过施加有粘合剂的那个塑料薄膜粘合。这意味着，被涂覆的膜的边缘区域仅在一侧被粘合剂覆盖并且因此失效。与此相反，在无粘合剂的侧上，活性面延伸至塑料薄膜下方，因为由于省去粘合，相应的反应气体能够到达塑料薄膜下方。

在所述一个塑料薄膜与被涂覆的膜和另一个塑料薄膜粘合时，如果粘合剂到达自身无粘合剂的塑料薄膜与膜之间时，在膜的端面的区域中会发生该自身无粘合剂的塑料薄膜与膜的粘合。在执行该方法时不能排除这一点，更确切地说，尤其是当使用热熔胶作为粘合剂(所述粘合剂在软化时到达无粘合剂的塑料薄膜和膜之间)时不能排除这一点。就在当前讨论的自身无粘合剂的塑料薄膜与膜的仅仅“间接的”粘合而言，这不排除这种塑料薄膜在端面的区域与所述膜的粘合。

因此，根据所提出的方法制造的膜电极组件具有带有不同大小的活性面的电极，更确切地说，即使是当被用于构造垫片的塑料薄膜具有相同大小的窗口以暴露活性面时，也具有带有不同大小的活性面的电极。因为在无粘合剂的电极的侧上(也就是说，或者在阳极侧上或者在阴极侧上)，活性面延伸至塑料薄膜下方。优选地，较大的活性面位于阳极侧上，以便应对燃料供应不足(“Fuel Starvation”)。

换言之，根据所提出的方法制造的膜电极组件仅在一侧上具有由于粘合剂而失效的表面。以此方式能够提高膜电极组件的性能和因此提高燃料电池的性能。同时，降低粘合剂消耗。结果，还能够降低燃料电池的重量。

在本实用新型的扩展方案中提出，使用两个不同大小的粘合剂薄膜并且将粘合剂施加到较小的塑料薄膜上。由此能够进一步降低粘合剂消耗。此外节省薄膜材料。此外，燃料电池的重量进一步减小。

优选地，塑料薄膜具有不同的外部尺寸，这意味着，它们在它们的长度和/或宽度方面变化。替代地或者补充地提出，它们在用于暴露相应的活性面的窗或者窗式留空的尺寸方面不同。尤其是，无粘合剂的塑料薄膜的窗式留空能够比另一塑料薄膜的窗式留空更大地构造，因为不需要它用于粘合。因此，与另一塑料薄膜相比，无粘合剂的塑料薄膜具有与膜的更小的重叠，这导致构造不对称的垫片。

此外，优选使用两个粘合剂薄膜，所述两个粘合剂薄膜中一个边框式地构造。在这种情况下，将粘合剂施加到边框式地构造的粘合剂薄膜上。边框能够相对窄地构造，从而粘合面与之相应地小。因此，边框式地构造的粘合剂薄膜尤其能够涉及两个不同大小的粘合剂薄膜中的较小的那个。替代地，边框能够环绕地相同宽地构造。替代地，两个纵侧和/或两个横侧能够分别相同宽地构造。

此外提出，将粘合剂全面地施加到所述一个塑料薄膜上。尤其是当该塑料薄膜比另一个塑料薄膜更小和/或边框式地构造时，这适用。甚至是在全面地涂敷粘合剂的情况下，能够以此方式降低粘合剂消耗。同时确保，这个塑料薄膜不但与膜粘合而且与另一个塑料薄膜粘合。

在层压之前或者之后，优选仅一个塑料薄膜设有留空、尤其是冲制部。所述留空用于构造介质通道。为此，多个同类的燃料电池以下述方式布置成堆垛：所述留空相互重叠。留空优选地设置在不直接与膜粘合的塑料薄膜中。

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。该膜电极组件包括膜、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和第二电极，并且在至少一个边缘区域中借助粘合剂在垫片的两个塑料薄膜之间被层压。根据本实用新型，通过使用粘合剂将仅一个塑料薄膜与被涂覆的膜粘合，从而被涂覆的膜在边缘区域中仅在一侧被粘合剂覆盖。另一个塑料薄膜——可能除了在膜的端面的区域中的胶合之外——仅间接地通过被粘合的塑料薄膜与膜连接。

因此，根据本实用新型的膜电极组件的膜在边缘区域中仅在一侧被粘合剂覆盖。这意味着，所述膜在无粘合剂的侧上具有更大的活性面，该活性面延伸到未被粘合的塑料薄膜下方。因为相应的反应气体也到达未被粘合的塑料薄膜和膜之间。

较大的活性面能够构造在阳极侧或者阴极侧。然而，有利地，较大的活性面位于阳极侧上，以应对燃料供应不足(“Fuel Starvation”)的风险。因而，通过增大在阳极侧上的活性面能够实现进一步的效率提高。

所提出的膜电极组件尤其可以根据先前所说明的、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，垫片的塑料薄膜是不同大小的。尤其是，两个塑料薄膜中的一个能够比通常更小地构造，从而节省昂贵的薄膜材料。优选地，两个塑料薄膜中的较小的那个直接地与被涂覆的膜粘合，而两个塑料薄膜中的较大的那个——可能除了在膜的端面的区域中的粘合之外——仅间接地通过那个较小的塑料薄膜与被涂覆的膜粘合。较小的塑料薄膜的粘合减少胶合剂消耗。

不同地大的塑料薄膜尤其能够具有不同的外部尺寸，例如不同地长和/或不同地宽。替代地或者补充地，两个塑料薄膜能够具有不同地大的窗或者窗式留空，用于暴露相应的活性面。尤其能够增大无粘合剂的塑料薄膜的窗或者窗式留空，因为所述无粘合剂的塑料薄膜不与膜粘合。因此，两个塑料薄膜在膜的边缘区域中的重叠部是不同的。

此外提出，两个塑料薄膜中较小的那个实施为边框。边框的宽度能够相对窄地选择，从而一个塑料薄膜越过被涂覆的膜的经层压的边缘区域延伸至另一个塑料薄膜，从而确保与另一个塑料薄膜环绕式地粘合。该另一个塑料薄膜在其外部尺寸上能够大于边框式的塑料薄膜，从而垫片局部地仅由一个塑料薄膜、更确切地说是较大的塑料薄膜构成。优选地，边框环绕式地具有相同的宽度，从而保持不变地宽的边缘区域环绕式地被塑料薄膜和粘合剂覆盖，以及产生保持不变地宽的、与另一个塑料薄膜的重叠区域。

有利地，两个塑料薄膜中的较小的那个全面地与被涂覆的膜和另一个塑料薄膜粘合。因为提供较少的粘合面，以此方式确保可靠的粘合。然而，胶粘剂消耗量低。

根据本实用新型的一种优选的实施方式，两个塑料薄膜中的仅较大的那个具有留空、优选是冲制部，用于构造介质通道。尤其是当垫片在介质通道的区域中仅由塑料薄膜、更确切地说是两个塑料薄膜中较大的那个构造时，是这种情况。另一个塑料薄膜能够与之相应地更小地、尤其是边框式地构造。

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，所述燃料电池能够成本便宜地制造，因为节省粘合剂和可能的薄膜材料。此外，通过节省材料减小了燃料电池的重量。

附图说明

随后，根据随附的附图更详尽地解释本实用新型的优选实施方式。附图示出：

图1是膜电极组件在层压之前的立体示图，

图2是膜电极组件在层压之后的立体示图，和

图3是膜电极组件的示意性的横截面。

具体实施方式

图1示出被涂覆的膜1以及两个塑料薄膜6，7，所述两个塑料薄膜用于构造垫片4。为此，借助粘合剂5将膜1层压在两个塑料薄膜6，7之间。因为两个塑料薄膜6，7具有大面积的窗式留空9，它们仅在环绕的边缘区域A中覆盖膜1(见图3)。此外，上方的塑料薄膜6构造为窄的边框，从而需要明显较少的薄膜材料。边框环绕式地具有保持不变的宽度b。因此，上方的塑料薄膜6明显小于下方的塑料薄膜7地构造并且仅覆盖下方的塑料薄膜7的一部分区域。下方的塑料薄膜7在端部区段11，12中具有另外的留空8，所述另外的留空用于构造介质通道。垫片4在该区域仅具有塑料薄膜7。这意味着，垫片4在介质通道的区域中仅单层地构造(见图2)。

在层压中，根据本实用新型的方法，仅塑料薄膜6设有粘合剂5，从而仅该塑料薄膜6与被涂覆的膜1粘合。由于塑料薄膜6具有比被涂覆的膜1更大的外部尺寸，因此塑料薄膜6超过该被涂覆的膜延伸到塑料薄膜7，从而此外实现两个塑料薄膜6，7的粘合。不同于塑料薄膜6地，塑料薄膜7——除了在膜1的端面的区域中之外——仅间接地通过塑料薄膜6与薄膜1粘合(见图3)。被涂覆的膜1的面向塑料薄膜7的表面保持没有粘合剂5，如这可从图3明显地看到。

此外，图3示出，为了构造电极2，3，膜1在两侧涂覆有催化活性的材料。在当前，电极2形成阴极，电极3形成阳极。因此，在阳极侧，膜电极组件的活性的面积大于在阴极侧上的活性的面积。这可应对燃料供应不足(“Fuel Starvation”)。

Claims (9)

1.一种膜电极组件(10)，其用于燃料电池，所述膜电极组件包括膜(1)，所述膜在两侧涂覆有催化活性的材料以构造第一电极和第二电极(2，3)，并且在至少一个边缘区域(A)中借助于粘合剂(5)在垫片(4)的两个塑料薄膜(6，7)之间被层压，

其特征在于，仅一个塑料薄膜(6)通过使用所述粘合剂(5)与被涂覆的膜(1)粘合，从而所述被涂覆的膜(1)在所述边缘区域(A)中仅仅在一侧被所述粘合剂(5)覆盖。

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所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述垫片(4)的塑料薄膜(6，7)是不同大小的。

4.根据权利要求3所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述两个塑料薄膜(6，7)中的较小的那个作为边框来实施。

5.根据权利要求4所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述边框环绕式地具有相同的宽度(b)。

6.根据权利要求3或4所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述两个塑料薄膜(6，7)中的较小的那个全面地与所述被涂覆的膜(1)和另一个塑料薄膜(7)粘合。

7.根据权利要求3或4所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述两个塑料薄膜(6，7)中的仅仅较大的那个具有留空(8)，以构造介质通道。

8.根据权利要求7所述的膜电极组件(10)，

其特征在于，所述留空是冲制部。

9.一种燃料电池，其用于燃料电池堆，其特征在于，该燃料电池包括根据权利要求1至8中任一项所述的膜电极组件(10)。