KR20040106564A - 압축 제어 가스켓을 구비한 멤브레인 전극 조립체 - Google Patents

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KR20040106564A
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왈드데이비드에이.
얀드라시츠마이클에이.
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 i) 유체 운반층 시트 재료를 선택하는 단계와, ii) 연료 전지 멤브레인 전극 조립체에 있는 상기 유체 운반층 시트 재료를 사용하기 위한 압축 목표 수준 Ct%를 선택하는 단계와, iii) 유체 운반층 시트 재료가 Ct%의 압축을 이루기 위한 압력 Pt를 측정하는 단계와, iv) a) 폴리머 전해질 멤브레인과, b) 아노드 촉매 재료와, c) 캐소드 촉매 재료와, d) 선택된 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 아노드측 유체 운반층과, e) 선택된 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 캐소드측 유체 운반층을 포함하는, 멤브레인 전극 조립체를 프레스의 플래튼(platen) 사이에 배치시키는 단계와, v) 가스켓 재료를 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드 및 캐소드면의 외부 에지부에 부착시키는 단계와, vi) 멤브레인 전극 조립체를 Pt의 90% 및 110% 사이의 가압 압력(pressing preassure) Pp까지 압축시키는 단계와, vii) 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 형성하도록 가스켓 재료를 실질적으로 고정시키는 단계를 포함한다. 접촉면 하에서 각 가스켓의 평균 두께 Tg가 {Tf × (100% - Ct%)}의 90% 및 110% 사이에 있는 상기 열거된 층을 포함하는 MEA가 제공되며, 여기서 Tf는 개개의 동일측 유체 운반층의 평균 두께이다.

Description

압축 제어 가스켓을 구비한 멤브레인 전극 조립체 {MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY WITH COMPRESSION CONTROL GASKET}
미국 특허 출원 제2002/0,034,670호는 시일 및 MEA의 가스 융해층 사이의 높이 차이가 일정한 멤브레인 전극 조립체를 밀봉하는 시일을 개시한다. 상기 참조는 또한 MEA가 고정된 압력하에서 유지되는 성형 다이에 배치되고 시일 재료가 공동에 충진되는 사출 성형에 의해 시일(seal)을 형성하는 방법을 개시한다.
미국 특허 출원 제2001/0,019,790호 및 미국 특허 출원 제2001/0,019,791호는 폴리머 전극 멤브레인에 몰딩될 수 있는 다중 로브(multi-lobe) 가스켓을 포함하는 연료 전지를 개시한다.
미국 특허 제6,337,120호는 시트 재료의 그루브 안쪽으로 형성된 가스켓을 개시한다.
미국 특허 제6,261,711호는 연료 전지 유동 판의 그루브 내에 배치된 가스켓을 포함하는 연료 전지를 위한 시일을 개시한다.
미국 특허 제6,159,628호는 열가소성 재료를 주변부에 주입한 다공성 기판을 포함하는 연료 전지를 개시한다.
미국 특허 제6,080,503호는 MEA가 하나 이상의 분리기 판에 접착 결합된 연료 전지를 개시한다.
미국 특허 제6,057,054호는, 몇몇 실시예에서, 함께 연장된(co-extensive) 폴리머 전극 멤브레인과 다공성 전극층을 갖는 MEA를 개시하며, 다공성 전극층은 다공성 전극층 내로 주입된 실리콘과 같은 밀봉 재료를 갖는다. 상기 참조는 다른 실시예에서 그 다공성 전극층 내로 주입된 시일 재료를 갖는 MEA를 개시하며, 시일은 MEA를 지나 연장된다. 시일은 리브 패턴 및 교차 리브(cross-rib) 패턴을 포함할 수 있다.
미국 특허 제5,928,807호는 탄성적이고, 소성 변형 가능하며, 전기적으로 전도성인 흑연 시일을 포함하는 폴리머 전해질 연료 전지를 개시한다.
미국 특허 제5,464,700호는 폴리머 전해질 멤브레인 대신에 가스켓 재료를 주연부에 채용하여 연료 전지 내의 폴리머 전해질 멤브레인 재료의 양을 최소화하도록 의도된 연료 전지 멤브레인 전극 조립체(MEA)용 가스켓 시스템을 개시한다.
미국 특허 제5,441,621호는 "교차 리지(crossed-ridge)" 패턴, 특히 정방형 전지를 형성하는 "교차 리지" 패턴을 가지는, 연료 전지용 시일링 면을 개시한다. 상기 참조는 교차 리지 시일링 면을 구체화하는 리지 전지 프레임을 개시한다.
미국 특허 제5,264,299호는 탄성폴리머 재료로 충전된 주변부를 가지는 MEA에서 사용하기 위한 다공성 지지체를 개시한다.
미국 특허 제4,721,555호는 전기 분해 전지의 전극 프레임 부재 사이에 개재된 고상(solid) 시일 수단을 개시한다. 상기 참조는 도17 및 도18에 도시된 칼라-알칼리(color-alkali) 전지와 같은 내부 분리기를 갖는 전기 분해 전지와, 염소산염(chlorate) 전지와 같은 내부 분리기가 없는 전기 분해 전지를 개시한다. 도8 및 도9는 육각형 패턴을 개시한다.
본 발명은 전형적으로 연료 전지에서 사용되기 위한, 각 가스켓의 높이는 인접 유체 운반층(fluid transport layer: FTL)의 특성에 최적화된 가스켓식 멤브레인 전극 조립체(membrane electrode assembly: MEA)의 제조 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 방법에 따라 가압하기 전의 멤브레인 전극 조립체의 개략 단면도이다.
도2는 본 발명의 방법에 따라 가압하는 중의 멤브레인 전극 조립체의 개략 단면도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명을 실시하는 데 유용한 육각형 패턴을 도시한다.
도4a 및 도4b는 본 발명을 실시하는 데 유용한 변형된 육각형 패턴을 도시한다.
간단히 말해서, 본 발명은 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 i) 유체 운반층 시트 재료를 선택하는 단계와, ii) 상기 유체 운반층 시트 재료에 대하여 Ct%를 선택하는 단계-C%는 비압축 두께의 백분률로서 상기 유체 운반층 시트 재료의 두께의 압축이고 Ct%는 연료 전지 멤브레인 전극 조립체에서 상기 유체 운반층 시트 재료의 사용 중에 C%의 목표 수준임-와, iii) 상기 유체 운반층 시트 재료가 Ct%의 압축을 이루기 위한 압력 Pt를 측정하는 단계와, iv) a) 폴리머 전해질 멤브레인과, b) 아노드 촉매 재료와, c) 캐소드 촉매 재료와, d) 선택된 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 아노드측 유체 운반층과, e) 선택된 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 캐소드측 유체 운반층을 포함하는, 멤브레인 전극 조립체를 프레스의 플래튼(platen) 사이에 배치시키는 단계와, v) 가스켓 재료를 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드 및 캐소드면의 외부 에지부에 부착시키는 단계와, vi) 멤브레인 전극 조립체를 Pt의 90% 및 110% 사이의 가압 압력(pressing preassure) Pp까지 압축시키는 단계와, vii) 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 형성하도록 상기 가스켓 재료를 실질적으로 고정시키는단계를 포함한다. 특히, 상기 방법은 또한 viii) 프레스(press) 및 가스켓 재료 중 한쪽 또는 양쪽 플래튼 사이에서 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴의 음각부(negative relief)를 지지하는 하나 또는 두 개의 패턴닝 판을 배치시키는 단계를 포함한다. 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 전형적으로 연결점에서 만나는 리지를 포함하고, 상기 리지는 육각형 및 변형된 육각형 패턴과 같이 임의의 한 연결점에서 3개 이하의 리지가 만나는 연결점에서 만나다. 가스켓 재료는 전형적으로 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(ethylene propylene diene monomer rubber: EPDM 고무)나 부틸 고무 및 가장 전형적으로 실리콘으로부터 선택된 재료를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 MEA를 제공하며, 상기 MEA는 a) 폴리머 전해질 멤브레인과, b) 아노드 촉매 재료와, c) 캐소드 촉매 재료와, d) 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 아노드측 유체 운반층과, e) 상기 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 캐소드측 유체 운반층과, f) 접촉면을 갖는 아노드측 가스켓과, g) 접촉면을 갖는 캐소드측 가스켓을 포함하며, 상기 유체 운반층 시트 재료는 목표 압축 Ct%를 특징으로 하고, 접촉면 하에서 각 가스켓의 평균 두께 Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 90% 및 110% 사이에 있으며, 여기서 Tf는 개개의 동일측 유체 운반층의 평균 두께이다. 한 실시예에서, 가스켓의 접촉면은 리지를 포함하는 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 지지하고, 상기 리지는 육각형 및 변형된 육각형 패턴과 같이 임의의 한 연결점에서 3개 이하의 리지가 만나는 연결점에서 만난다. 가스켓은 전형적으로 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무)나 부틸 고무 및 특히 실리콘으로부터 선택된 재료를 포함한다.
종래 기술에서 기술되지 않았지만 본 발명에 의해 제공되는 것은, MEA 및 MEA 제조 방법이며, 가스켓과 MEA의 FTL 사이의 높이 차이가 최적 FTL 높이를 달성할 때까지 인가된 압력을 변화시킴으로써, MEA는 하나의 MEA에서 이웃한 MEA까지의 FTL 두께 변동에도 불구하고 최적 압력을 넘는 넓은 범위의 인가된 압력하에서 연료 전지 스택(fuel cell stack)에서 사용하는 중에 FTL 층의 최적 압축을 달성할 것이다.
본 발명에서, C%로 나타낸 "압축"은 비압축 두께의 백분률로서 압축된 유체 운반층 시트 재료의 두께에 있어서의 감소로 표현되며, 예컨대, 500 미이크로미터의 비압축 두께를 갖는 층은 450 마이크로미터까지 압축될 때 10%의 압축을 갖는다.
리지의 패턴과 관련하여 "미세구조식"은, 1,000 마이크로미터 미만의, 더 전형적으로는 600 마이크로미터 미만의, 그리고 가장 전형적으로 300 마이크로미터 미만의 폭과, 250 마이크로미터 이하의, 더 전형적으로는 150 마이크로미터 미만의, 가장 전형적으로는 100 마이크로미터 미만의 깊이(높이)를 갖는 리지로 실제로 구성되는 것을 의미한다.
"육각형 패턴"은 3개 이하의 리지가 한 점에서 만나는 규칙에 따른 리지 패턴을 의미하는데, 이러한 리지 패턴은, 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같은 6면 (육각형) 전지를 주로 포함하며 에지 영역에서 불완전한 전지를 포함할 수 있다.
"변형된 육각형 패턴"은 3개 이하의 리지가 한 점에서 만나는 규칙에 따른리지 패턴을 의미하는데, 이러한 리지 패턴은, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같은 6면 (육각형) 전지의 2개 이상의 연속적인 면을 평행하게 함으로써 6면 (육각형) 전지로부터 파생될 수 있는 3면, 4면 또는 5면 전지를 주로 포함하며 에지 영역에서 불완전한 전지를 포함할 수 있다.
MEA와 관련하여 "일체형 가스켓"은, MEA의 폴리머 전해질 멤브레인, MEA의 유체 운반층, 또는 이들 모두에 결합된 가스켓을 의미하며, 가장 전형적으로는 MEA의 유체 운반층을 주입하는 가스켓 재료를 포함하는 가스켓이다.
본 발명의 장점은, 하나의 MEA에서 이웃한 MEA까지의 FTL 두께 변동에도 불구하고 넓은 범위의 인가된 압력하에서 연료 전지 스택에서 사용하는 중에 MEA의 FTL 층의 최적 압축을 달성하는 MEA를 제공하는 MEA 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 장점의 가스켓과 MEA의 FTL 사이의 높이 차이가 최적 FTL 높이를 달성할 때까지 인가된 압력을 변화시키는 MEA를 제공하는 것이다. 본 발명의 장점은 사출 성형의 단점을 회피하고, 기계 가공된 복잡한 주형의 필요성과, 주형 내의 MEA 요소를 정렬하는 단계와, 몰딩된 제품을 주형으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명은, 한가지 점에 있어서, 일체형 가스켓을 구비하는 연료 전지에 사용하기 위한 멤브레인 전극 조립체(MEA)를 제조하는 방법을 제공하고, 각 가스켓의 높이는 인접 유체 운반층(FTL)의 특성에 최적화된다.
멤브레인 전극 조립체(MEA)는 수소 연료 전지와 같은 양성자 교환 멤브레인 연료 전지의 중심 요소이다. 연료 전지는 수소와 같은 연료 및 산소와 같은 산화제의 촉매 조합에 의해 가용 전기를 생성하는 전기 화학 전지이다. 전형적인 MEA는 고상 전해질로서 기능하는 [이온 전도성 멤브레인(ion conductive membrane: ICM)으로도 공지된] 폴리머 전해질 멤브레인(PEM)을 포함한다. PEM의 일면은 아노드 전극층에 접촉되고, 대향면은 캐소드 전극층에 접촉한다. 각각의 전극층은 전형적으로 백금 금속을 포함하는 전기 화학 촉매를 포함한다. 유체 운송층(FTL)은 아노드 및 캐소드 전극 재료에서와 전극 재료로부터의 기체 운반을 용이하게 하고 전류를 전도한다. 전통적인 PEM 연료 전지에서, 양성자는 아노드에서 수소 산화를 통해 형성되고, 캐소드로 운송되어 산소와 반응함으로써, 전극을 연결하는 외부 회로에 전류가 흐르게 된다. FTL은 가스 확산층(gas diffusion layer: GDL) 또는 확산기/집전기(diffuser/current collector: DCC)로 지칭될 수도 있다. 아노드 및 캐소드 전극층이 완성된 MEA 내에서 PEM 및 FTL 사이에 배치된다면, 아노드 및 캐소드 전극층은 제조 중에 PEM 또는 FTL에 가해질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 적절한 임의의 PEM이 사용될 수 있다. PEM은 전형적으로 50 ㎛ 미만의, 더 전형적으로 40 ㎛ 미만의, 더 전형적으로 30 ㎛ 미만의, 가장 전형적으로 약 25 ㎛의 두께를 갖는다. PEM은 네이피온(Nafion)(독일 윌밍턴, 듀퐁 케미칼즈) 및 플레미온(Flemio™)(일본 도꾜, 아사히 글라스 코. 엘티디.)와 같은 산성 기능(acid-functional) 플루오르폴리머(fluoropolymer)인 폴리머 전해질로 통상 구성된다. 본 발명에 유용한 폴리머 전해질은 통상 양호하게는 하나 이상의 플루오르화 산성 기능 코모노머(fluorinated, acid-functional comonomer)와 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머이다. 전형적으로 폴리머 전해질은 술폰산염 기능 그룹을 지지한다. 가장 전형적으로, 폴리머 전해질은 네이피온이다. 폴리머 전해질은 전형적으로 1200 이하의 산 등가 중량, 더 전형적으로는 1100 이하의, 더 전형적으로는 1050 이하의, 가장 전형적으로는 약 1000의 산 등가 중량을 갖는다.
본 발명의 실시예에는 임의의 적절한 FTL이 사용될 수 있다. 전형적으로 FTL은 탄소 섬유를 포함하는 시트 재료로 구성된다. 전형적으로 FTL은 직포(woven) 또는 부직포(nonwoven) 탄소 섬유 구조체로부터 선택된 탄소 섬유 구조체이다. 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 탄소 섬유 구조체는 토레이(Toray™) 탄소 페이퍼, 스펙트라카브(SpectraCarb™) 탄소 페이퍼, 에이에프엔(AFN™) 부직포 탄소 직물, 졸텍(Zoltek™) 탄소 직물 등을 포함할 수 있다. FTL은 탄소 입자 피복, 친수성(hydrophilizing) 처리 및 폴리테트라플르오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE)의 피복과 같은 소수성(hydrophobizing) 처리를 포함하는 다양한 재료로 피복되거나 주입될 수 있다. FTL 시트 재료의 기계적 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 처리는 하기 기재된 목표 압축량 Ct%의 결정 전후에 발생할 수 있다.
연료 전지에서 사용하는 동안, FTL은 압축 압력하에 있게 될 것이다. 이 압력은 단부판 또는 양극판(bipolar plate)으로 공지된 인접한 전류 전도판(current-conducting plate) 및 FTL 사이에 양호한 전기적 접촉을 제공하기에 충분해야 한다. 그러나, 이 압력은 FTL 내의 유체 유동을 제한하거나 FTL 재료에 분쇄 손상을 발생시킬 정도로 커서는 안된다. 임의의 소정 유체 운반층 시트 재료에 대하여, 비압축 두께의 백분률로서 FTL 시트 재료의 두께의 압축으로 표현된 최적 압축 정도 C%가 결정될 수 있다. 이러한 목표 압축 Ct%는 전기적 및 유체 전도성의 경쟁적 이해관계를 균형잡는 임의의 적절한 방법에 의해 결정될 수 있다. 소정의 유체 운반층시트 재료에 대하여, 목표 압력 Pt는 FTL 시트 재료를 목표 압축 Ct%까지 압축할 것이다. 본 발명에 따른 실시예에서, 작업 연료 전지 내에서 MEA 상의 작업 압력은 Pt보다 클 수 있으며, 그 이유는 본 명세서에서 기재된 가스켓이 Pt보다 큰 압력에서 얻어지도록 목표 압축 Ct%를 허용하기 때문이다.
본 발명의 실시예에는 임의의 적절한 촉매가 사용될 수 있다. 전형적으로, 탄소 지지(carbon-supported) 촉매 입자가 사용된다. 전형적으로 탄소 지지 촉매 입자는 50 내지 90 중량%의 탄소와 10 내지 50 중량%의 촉매 금속이고, 촉매 금속은 전형적으로 캐소드로 사용되는 플래티늄 및 아노드로 사용되는 중량비 2:1의 플래티늄와 루테늄을 포함한다. 전형적으로, 촉매는 촉매 잉크의 형태로 FTL에 인가되거나 PEM에 가해진다. 촉매 잉크는, PEM을 포함하는 동일한 폴리머 전해질 재료이거나 아닐 수 있는 폴리머 전해질 재료를 통상 포함한다. 폴리머 전해질은 전형적으로 네이피온(독일 윌밍턴, 듀퐁 케미칼) 및 플레미온™(일본 도꾜, 아사히 글라스 코. 엘티디.)와 같은 산성 기능 플루오르 폴리머이다. 본 발명에 사용하는 잉크로 유용한 폴리머 전해질은 전형적으로 양호하게는 하나 이상의 플루오르화 산성 기능 코모노머와 테트라플루오로에틸렌의 코폴리머이다. 전형적으로, 폴리머 전해질은 술폰산염 기능 그룹을 지지한다. 가장 전형적으로는, 폴리머 전해질은 네이피온이다. 폴리머 전해질은 전형적으로 1200 이하의, 더 전형적으로는 1100 이하의, 더 전형적으로는 1050 이하의, 가장 전형적으로는 약 1000의 등가 중량을 갖는다. 촉매 잉크는 폴리머 전해질의 분산 물 내에 촉매 입자의 분산물을 전형적으로 포함한다. 잉크는 전형적으로 5 내지 30%의 고체(즉, 폴리머 및 촉매)를 포함하고, 더 전형적으로는 10 내지 20%의 고체를 포함한다. 전해질 분산물은, 알콜 및 글리세린과 에틸렌 글리콜과 같은 폴리알콜을 더 함유할 수 있는 전형적으로 수성 분산물이다. 물, 알콜 및 폴리알콜의 양은 잉크의 유동학적 특성을 변화시키도록 조절될 수 있다. 잉크는 전형적으로 0% 내지 50%의 알콜과 0% 내지 20%의 폴리알콜을 포함한다. 또한, 잉크는 0% 내지 2% 의 적절한 분산제를 포함할 수 있다. 잉크는 전형적으로 가열 교반된 후에 피복 가능한 농도로 희석됨으로써 제조된다.
촉매는, 핸드 브러싱(hand brushing), 노치 바 피복(notch bar coating), 유체 베어링 다이 피복(fluid bearing die coating), 권선 로드 피복(wire-wound rodcoating), 유체 베어링 피복, 슬롯 공급식 나이프 피복(slot-fed knife coating), 3롤 피복(three roll coating) 또는 전사(decal transfer)를 포함하는, 수작업 또는 기계작업을 모두 포함하는 임의의 적절한 수단에 의해 PEM 또는 FTL에 가해질 수 있다. 피복은 한번 또는 여러 번 이루어질 수 있다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명을 따른 MEA는 5개의 층을 포함하며, 그 순서는, 아노드측 유체 운반층(2), 아노드 촉매제의 박층(도시되지 않음), 폴리머 전해질 멤브레인(1), 캐소드 촉매제의 박층(도시되지 않음) 및 캐소드측 유체 운반층(3)이다. 각각의 촉매층은 FTL 중의 하나 및 PEM과 접촉한다. 전형적으로, 유체 운반층(2, 3)은 폴리머 전해질 멤브레인(1)의 외측 에지부(6) 위로 연장되지 않는다. 전형적으로, 촉매층은 각각의 FTL(2, 3)의 주연부를 지나 연장되지 않는다. 도1 및 도2가 본 발명을 따른 MEA의 에지 단면을 각각 도시하지만, 본 발명에 따른 MEA는 각 측면에 유사한 에지를 가질 수 있음을 쉽게 이해될 것이다.
본 발명에 따른 방법에서, MEA의 다섯 요소(PEM, 두 개의 FTL 및 두 개의 촉매층)들은 도1에 도시된 바와 같이 프레스의 플래튼(30, 31) 사이에 배치된다. 선택적으로, 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴(22, 23)의 음각부를 지지하는 패터닝 판(20, 21)은 각 가스켓의 접촉면상에 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 형성하기 위하여 가스켓 재료(10) 및 상기 프레스의 한쪽 또는 양쪽 판(30, 31) 사이에 배치될 수 있다.
가스켓 재료(10)는 PEM의 아노드 및 캐소드면의 외부 에지부에 부착된다. 플래튼(30, 31) 사이에 배치된 층들과 재료들이 전형적으로 하부에서 상부로의 순서로 부착되는 것을 알 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 이러한 구성은 Pt의 90% 및 110% 사이에, 더 전형적으로 95% 및 105% 사이에, 가장 전형적으로 Pt와 동일한 가압 압력 Pp까지 압축된다. 전형적으로, 열도 인가될 수 있다. 그리고 나서, 가스켓 재료는 인접한 유체 운반층(FTL)의 특성에 최적화된 높이의 가스켓을 형성하도록 실질적으로 고정된다. 아노드측 및 캐소드측 가스켓 재료(10)는 도2에 도시된 바와 같이 PEM(1)의 외부 주연부 주위에 결합할 수 있거나, 상기 가스켓 재료들은 PEM(1)의 각 측면에 분리되어 유지될 수 있다.
FTL 재료는 압력이 제거될 때 다시 회복하는 반면에, 압력이 인가되는 동안에 소정 형상으로 고정되는 가스켓 재료는 실질적으로 다시 회복하지 않음을 알 수 있을 것이다. 그러므로, FTL은, 미세구조식 가스켓의 패턴의 첨두(peak)가 FTL보다 더 길 수 있음에도 불구하고, 전형적으로 대응 가스켓의 평균 높이(두께)보다 더 길다. 전형적으로, 가스켓 높이(Tg)는 Ct%에서 유체 운반층의 높이, 즉 Tf × (100% - Ct%)에 근접하게 유지하며, 여기서 Tf는 유체 운반층의 평균 두께이다. 전형적으로, Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 90% 및 110% 사이에 있으며, 더 전형적으로 {Tf × (100% - Ct%)}의 95% 및 105% 사이에 있다. Tg 및 Tf는 MEA의 단일측 상에서 가스켓 및 FTL 두께를 참조한다.
열가소성 재료 및 경화 가능한 재료를 포함하는 임의의 적절한 가스켓 재료가 사용될 수 있다. 탄성중합체 가스켓 재료는 전형적으로 전기 전도성이 아니다. 탄성중합체 가스켓 재료는 전형적으로 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무)나 부틸 고무와 같은 고무 또는 실리콘으로부터 선택되며, 가장 전형적으로는실리콘이다. 경화 재료는 실질적으로 경화될 때 실질적으로 고정된다. 실질적으로 경화됨은 가스켓 재료가 외력의 부재시 안정한 형상을 유지할 정도로 경화되는 것을 의미한다. 더 전형적으로는, 실질적으로 경화됨은 본질적으로 완전히 경화되는 것을 의미한다. 추가적인 경화 단계가 뒤따를 것이다. 열가소성 탄성중합체 및 탄성중합체 접착제가 가스켓 재료로서 사용될 수도 있다. 열가소성 재료는 재료가 Tg이하로 냉각될 때 실질적으로 고정된다.
적절한 가압 압력, 온도 및 지속 시간은 사용되는 재료를 기준으로 결정된다. 전형적인 압력은 1MPa 내지 3MPa이며, 더 전형적으로는 1MPa 내지 2MPa이고, 가장 전형적으로는 대략 1.7MPa이다. 전형적인 온도는 80℃ 내지 150℃이며, 더 전형적으로는 120℃와 140℃이며, 가장 전형적으로는 약 132℃이다. 전형적인 가압 지속 시간은 1분 내지 15분이며, 더 전형적으로는 3분 내지 8분이며, 가장 전형적으로는 약 5분이다.
가스켓은 임의의 적절한 폭으로 될 수 있다. 가스켓 폭은 MEA의 원주 주위를 변화시킬 수 있다. MEA의 가스켓부는 MEA의 패널에 수직하게 절단된 구성들을 수용할 수 있다. 각 가스켓의 재료는 개별 FTL의 외부 에지부 내로 주입될 수 있다. 전형적으로, MEA의 에지부가 임의의 적절한 방법에 의해 트림되어 형성되어, 각 가스켓의 외부 주연부는 PEM의 외부 주연부와 함께 연장될 것이다.
가스켓은 용기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 포함할 수 있다. 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 전형적으로 연결점에서 만나는 리지를 포함하며, 세 개 이하의 리지가 임의의 한 연결점에서 만난다. 본 발명에 따른 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 유리하게는 도3a 및 도3b에 도시된 패턴을 포함할 수 있는 6각형 패턴이거나 도4a 및 도4b에 도시된 패턴을 포함할 수 있는 변형된 6각형 패턴이다. 본 발명을 따른 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 유리하게는 셀로 구성되어 임의의 누설을 국소화하고 그 확산을 방지한다. 셀로 구성된 패턴으로 인해, 구멍 사이의 접속 경로를 개방하지 않고, MEA의 평면에 수직하게, MEA의 가스켓부 내에 다수의 구멍이 절취될 수 있다. 본 발명을 따른 접촉 표면은 상당하게 압축 가능하지 않지만, 밀봉하기 위한 압력 하에서 변형되는 형상으로 성형되는 탄성중합체 재료로 만들어진다는 것이 이해될 것이다. 리지들이 연결점에서 만나는 곳에서도 접촉 패턴으로 인해 유리하게는 탄성중합체 재료가 압력 하에서 이동할 수 있는 공간이 마련된다. 본 발명을 따른 MEA에서, 셀로 구성된 패턴에서 리지의 최대 변형 가능성은, 임의의 한 연결점에서 만나는 리지의 수를 세 개로 제한함으로써 유지되며, 최소 변형 가능성은 기하학적인 형상에 의해 허용된다.
융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 포함하는 리지들은, 전형적으로 1000 마이크로미터 이하의, 더욱 전형적으로는 600 마이크로미터 이하의, 가장 전형적으로는 300 마이크로미터 이하의 비적재(unladen) 폭을 가지며, 전형적으로 250 마이크로미터 이하의, 더욱 전형적으로는 150 마이크로미터 이하의, 가장 전형적으로는 100 마이크로미터 이하의 깊이(높이)를 갖는다.
본 발명에 따른 MEA는 a) 폴리머 전해질 멤브레인과, b) 아노드 촉매 재료와, c) 캐소드 촉매 재료와, d) 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 아노드측 유체 운반층과, e) 상기 유체 운반층 시트 재료를 포함하는 캐소드측 유체 운반층과, f)접촉면을 갖는 아노드측 가스켓과, g) 접촉면을 갖는 캐소드측 가스켓을 포함하며, 상기 유체 운반층 시트 재료는 목표 압축 Ct%를 특징으로 하고, 접촉면 하에서 각 가스켓의 평균 두께 Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 90% 및 110% 사이에 있으며, 여기서 Tf는 개별의 동일측 유체 운반층의 평균 두께이고, 더 전형적으로 Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 95% 및 105% 사이에 있다. 상기 기재된 바와 같이, 가스켓의 접촉면은 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 지지할 수 있고, 상기 패턴은 전형적으로 연결점에서 만나는 리지를 포함하며, 육각형 또는 변형된 육각형 패턴과 같이 세 개 이하의 리지가 임의의 한 연결점에서 만난다. 미세구조식 접촉면의 높이는 표면의 평균 높이의 견지에서 토의된다. 변형 압력하에서 패턴된 표면의 높이는 평균 높이에 근접할 것이다. 가스켓은 상기 기재된 재료를 포함할 수 있고, 더 전형적으로는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무)나 부틸 고무 및 가장 전형적으로 실리콘으로부터 선택된 재료를 포함한다.
연료 전지의 사용 중에, 본 발명에 따른 MEA는 Pt보다 큰 인가된 압력의 넓은 범위 하에서 FTL의 최적 압축을 달성할 것이다.
본 발명은 연료 전지의 제조 및 작동에 유용하다.
본 발명의 다양한 변형 및 대안은 본 발명의 범주와 원리 내에서 본 기술 분야의 숙련자들에게 명확해질 것이며, 본 발명은 전술된 도시적 실시예로 부당하게 제한되지 않는다는 것이 이해되어야만 한다.

Claims (40)

  1. 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 제조하는 방법이며,
    i) 유체 운반층 시트 재료를 선택하는 단계와,
    ii) 상기 유체 운반층 시트 재료에 대하여 Ct%를 선택하는 단계-C%는 비압축 두께의 백분률로서 상기 유체 운반층 시트 재료의 두께의 압축이고 Ct%는 연료 전지 멤브레인 전극 조립체에서 상기 유체 운반층 시트 재료의 사용 중에 C%의 목표 수준임-와,
    iii) 상기 유체 운반층 시트 재료가 Ct%의 압축을 이루기 위한 압력 Pt를 측정하는 단계와,
    iv) a) 외부 에지부를 구비한 아노드면, 외부 에지부를 구비한 캐소드면, 및 외주연부를 가지는 폴리머 전해질 멤브레인과,
    b) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드면의 적어도 일부와 접촉하는 아노드 촉매 재료와,
    c) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 캐소드면의 적어도 일부와 접촉하는 캐소드 촉매 재료와,
    d) 상기 유체 운반층 시트 재료를 포함하고, 상기 아노드 촉매 재료층과 접촉하며, 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 외부 에지부 상으로 연장하지 않는 아노드측 유체 운반층과,
    e) 상기 유체 운반층 시트 재료를 포함하고, 상기 캐소드 촉매 재료층과 접촉하며, 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 외부 에지부 상으로 연장하지 않는 캐소드측 유체 운반층을 포함하는,
    멤브레인 전극 조립체를 프레스의 플래튼 사이에 배치시키는 단계와,
    v) 가스켓 재료를 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드 및 캐소드면의 외부 에지부에 부착시키는 단계와,
    vi) 상기 멤브레인 전극 조립체를 Pt의 90% 및 110% 사이의 가압 압력 Pp까지 압축시키는 단계와,
    vii) 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 형성하도록 상기 가스켓 재료를 실질적으로 고정시키는 단계를 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가압 압력 Pp는 Pt의 95% 및 105% 사이에 있는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, viii) 상기 프레스 및 상기 가스켓 재료 중 하나 또는 양 플래튼 사이에서 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴의 음각부를 지지하는 한쪽 또는 양쪽의 패터닝 판을 배치시키는 단계를 더 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 연결점에서 만나는 리지를 포함하며, 3개 이하의 리지가 임의의 한 연결점에서 만나는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 육각형 패턴인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 변형된 육각형 패턴인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 가스켓 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무), 부틸 고무, 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탄성중합체 가스켓 재료는 실리콘을 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 가스켓 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무), 부틸 고무, 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 탄성중합체 가스켓 재료는 실리콘을 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체 제조 방법.
  11. 제1항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  12. 제2항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  13. 제3항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  14. 제4항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  15. 제5항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  16. 제6항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  17. 제7항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  18. 제8항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  19. 제9항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  20. 제10항의 방법에 따라 제조된 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  21. a) 외부 에지부를 갖는 아노드면, 외부 에지부를 갖는 캐소드면 및 외주연부를 갖는 폴리머 전해질 멤브레인과,
    b) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드면의 적어도 일부와 접촉하는 아노드 촉매 재료층과,
    c) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 캐소드면의 적어도 일부와 접촉하는 캐소드 촉매 재료층과,
    d) 유체 운반층 시트 재료를 포함하고, 상기 아노드 촉매 재료층과 접촉하며, 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 외부 주연부로 연장하지 않는 아노드측 유체 운반층과,
    e) 상기 유체 운반층 시트 재료를 포함하고, 상기 캐소드 촉매 재료층과 접촉하며, 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 외부 주연부로 연장하지 않는 캐소드측 유체 운반층과,
    f) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 아노드측의 외부 에지부 상으로 연장되고, 접촉면을 갖는 아노드측 가스켓과,
    g) 상기 폴리머 전해질 멤브레인의 캐소드측의 외부 에지부 상으로 연장되고, 접촉면을 갖는 캐소드측 가스켓을 포함하며,
    상기 유체 운반층 시트 재료는 목표 압축 Ct%를 특징으로 하며, C%는 비압축두께의 백분률로서 상기 유체 운반층 시트 재료의 두께의 압축이고 Ct%는 연료 전지 멤브레인 전극 조립체에서 상기 유체 운반층 시트 재료의 사용 중에 C%의 목표 수준이며,
    접촉면 하에서 각 가스켓의 평균 두께 Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 90% 및 110% 사이에 있으며, Tf는 개개의 동일측 유체 운반층의 평균 두께인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  22. 제21항에 있어서, 접촉면 하에서 각 가스켓의 평균 두께 Tg는 {Tf × (100% - Ct%)}의 95% 및 105% 사이에 있으며, Tf는 개개의 동일측 유체 운반층의 평균 두께인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  23. 제21항에 있어서, 상기 가스켓의 접촉 면적 중 적어도 일부는 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴을 지지하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  24. 제23항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 연결점에서 만나는 리지를 포함하며, 3개 이하의 리지가 임의의 한 연결점에서 만나는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  25. 제24항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 육각형 패턴인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  26. 제25항에 있어서, 상기 융기형 리지 미세구조식 접촉 패턴은 변형된 육각형 패턴인 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  27. 제23항에 있어서, 상기 가스켓 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무), 부틸 고무, 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  28. 제27항에 있어서, 상기 탄성중합체 가스켓 재료는 실리콘을 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  29. 제24항에 있어서, 상기 가스켓 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM 고무), 부틸 고무, 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  30. 제29항에 있어서, 상기 탄성중합체 가스켓 재료는 실리콘을 포함하는 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체.
  31. 제11항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  32. 제13항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  33. 제14항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  34. 제17항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  35. 제19항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  36. 제21항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  37. 제23항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  38. 제24항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  39. 제27항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
  40. 제29항에 따른 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 연료 전지이며, 상기 가스켓식 연료 전지 멤브레인 전극 조립체는 Pt%보다 더 큰 압력으로 압축되는 연료 전지.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5208338B2 (ja) * 2001-06-29 2013-06-12 本田技研工業株式会社 電解質膜・電極構造体及び燃料電池セル
JP4316164B2 (ja) * 2001-07-10 2009-08-19 本田技研工業株式会社 膜・電極構造体及び燃料電池セル
US7087339B2 (en) * 2002-05-10 2006-08-08 3M Innovative Properties Company Fuel cell membrane electrode assembly with sealing surfaces
US7217471B2 (en) * 2002-05-17 2007-05-15 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly with compression control gasket
EP1569291B1 (en) * 2002-10-29 2012-11-21 Honda Motor Co., Ltd. Membrane-electrode structure and method for producing same
KR100551809B1 (ko) * 2004-03-27 2006-02-13 현대자동차주식회사 복합 가스켓을 포함하는 연료전지스택용 단셀 구조
KR101232396B1 (ko) * 2004-08-30 2013-02-12 파나소닉 주식회사 고체 고분자형 연료전지용 막전극접합체 및 고체 고분자형연료전지
US7771181B2 (en) * 2005-11-14 2010-08-10 3M Innovative Properties Company Gasket molding system for membrane electrode assemblies
GB2437994A (en) * 2006-05-13 2007-11-14 Intelligent Energy Ltd Gaskets for fuel cells
CN101507030B (zh) * 2006-11-07 2011-08-31 松下电器产业株式会社 膜-膜加强膜组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件、以及高分子电解质型燃料电池
JP5245369B2 (ja) * 2007-11-16 2013-07-24 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体、および、膜電極接合体の製造方法
US9419286B2 (en) 2011-01-13 2016-08-16 GM Global Technology Operations LLC Wet lamination process for reducing mud cracking in fuel cell components
US9780399B2 (en) 2008-01-11 2017-10-03 GM Global Technology Operations LLC Electrode assembly with integrated reinforcement layer
US9722269B2 (en) 2008-01-11 2017-08-01 GM Global Technology Operations LLC Reinforced electrode assembly
US9647274B2 (en) 2008-01-11 2017-05-09 GM Global Technology Operations LLC Method of making a proton exchange membrane using a gas diffusion electrode as a substrate
DE102008013038A1 (de) 2008-03-06 2009-09-10 Carl Freudenberg Kg Dichtung für eine Brennstoffzelle
DE102008028117A1 (de) 2008-06-13 2009-12-17 Carl Freudenberg Kg Anordnung für eine Brennstoffzelle
US9012346B2 (en) 2010-11-04 2015-04-21 GM Global Technology Operations LLC Wet lamination process for reducing mud cracking in fuel cell components
KR101272513B1 (ko) 2010-12-03 2013-06-10 현대자동차주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법
AT513190B9 (de) * 2012-08-08 2014-05-15 Berndorf Hueck Band Und Pressblechtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Plasmabeschichtung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs
JP2014135229A (ja) * 2013-01-11 2014-07-24 Ne Chemcat Corp 燃料電池用触媒インク
JP6102624B2 (ja) * 2013-08-08 2017-03-29 エヌ・イーケムキャット株式会社 電気化学測定用ディスク電極の製作方法
DE102016202481A1 (de) 2016-02-18 2017-08-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Herstellen eines solchen Brennstoffzellenstapels
CN112945719B (zh) * 2019-12-11 2022-10-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池膜电极测试装置及测试膜电极性能的方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4721555A (en) * 1985-08-02 1988-01-26 The Dow Chemical Company Electrolysis cell seal means
CA2102695C (en) * 1991-06-04 1998-04-07 Alfred E. Steck Gasketed membrane electrode assembly for electrochemical fuel cells
US5264299A (en) * 1991-12-26 1993-11-23 International Fuel Cells Corporation Proton exchange membrane fuel cell support plate and an assembly including the same
JP3052536B2 (ja) * 1992-02-26 2000-06-12 富士電機株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
US5441621A (en) 1993-12-22 1995-08-15 United Technologies Corporation Electrochemical cell having crossed-ridge sealing surface
DE69635021T2 (de) 1995-05-25 2006-01-26 Honda Giken Kogyo K.K. Brennstoffzelle und verfahren zu ihrer kontrolle
JP3353567B2 (ja) * 1995-09-29 2002-12-03 松下電器産業株式会社 燃料電池
DE19542475C2 (de) * 1995-11-15 1999-10-28 Ballard Power Systems Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Verteilerplatte für eine solche Zelle
DE19713250C2 (de) * 1997-03-29 2002-04-18 Ballard Power Systems Elektrochemischer Energiewandler mit Polymerelektrolytmembran
EP1156546B1 (en) 1997-07-16 2003-10-08 Ballard Power Systems Inc. Method of making a resilient seal for membrane electrode assembly (MEA) in an electrochemical fuel cell
DE69818874T2 (de) * 1997-07-16 2004-05-19 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Verfahren zur Herstellung einer elastischen Dichtung für die Membranelektrodenanordnung (mea) in einer elektrochemischen Brennstoffzelle
JP4205774B2 (ja) 1998-03-02 2009-01-07 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6159928A (en) * 1998-04-13 2000-12-12 Kuraray Co., Ltd. Cis-configurational unsaturated ester, process for producing the same, and fragrance composition containing the same
US6337120B1 (en) * 1998-06-26 2002-01-08 Nok Corporation Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same
US6174616B1 (en) * 1998-10-07 2001-01-16 Plug Power Inc. Fuel cell assembly unit for promoting fluid service and design flexibility
US6159628A (en) 1998-10-21 2000-12-12 International Fuel Cells Llc Use of thermoplastic films to create seals and bond PEM cell components
AU3234200A (en) * 1999-03-10 2000-09-28 Flexfab Horizons International, Inc. Fuel cell gasket assembly and method of assembling fuel cells
JP4809519B2 (ja) 1999-09-10 2011-11-09 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6261711B1 (en) * 1999-09-14 2001-07-17 Plug Power Inc. Sealing system for fuel cells
WO2002001658A1 (fr) * 2000-06-29 2002-01-03 Nok Corporation Composant destine a une pile a combustible
JP3542550B2 (ja) * 2000-07-19 2004-07-14 本田技研工業株式会社 燃料電池用シールの成形方法
JP4071032B2 (ja) * 2002-04-23 2008-04-02 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池及びそれを用いた発電システム
US7087339B2 (en) * 2002-05-10 2006-08-08 3M Innovative Properties Company Fuel cell membrane electrode assembly with sealing surfaces
US7217471B2 (en) * 2002-05-17 2007-05-15 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly with compression control gasket

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