[发明专利]含有催化层的MEA密封结构

说明书

发明背景

本发明涉及燃料电池，更具体的，涉及PEM燃料电池以及减少其薄膜的退化。

在PEM燃料电池中，少量的氧穿过薄膜从阴极扩散到阳极并能在阳极催化剂表面和低电势下通过与氢反应形成过氧化物。这种过氧化物可以分离成高反应性自由基。这些自由基可以使薄膜迅速退化。

虽然许多氧、氢和/或过氧化物的来源会导致这个问题，从阴极穿越的氧和在阴极产生的过氧化氢才是本发明考虑的重点。

本发明的一个首要目标是尽可能的降低由这些自由基的源产生的退化。

本发明的另一个目标是提供一个具有更长寿命的薄膜电极组件，该寿命的延长是由于减少了氧穿越以及由此导致的退化。

本发明的其他目标和优势将在下文呈现。

发明概要

依照本发明，前述的目标和优势可以容易的实现。

根据本发明，提供一种薄膜电极组件，其包括阳极、阴极、布置在阳极和阴极之间的薄膜、在阴极和薄膜间和/或阳极和薄膜间的催化层、和沿着薄膜电极组件边缘设置的边缘封装，其中薄膜和催化层都延伸入边缘封装。

电极优选的也至少部分的延伸入边缘封装。

附图说明

本发明优选的实施方式的具体说明参照附图给出，其中：

图1示例的示出了根据发明包括边缘封装和MEA组件的UEA的边缘部分；

图2示出了只有催化层延伸入边缘封装的一可选的实施方式；及

图3示出了电极部分的延伸入边缘封装的另一实施方式。

具体实施方式

本发明涉及燃料电池，尤其涉及PEM燃料电池，更具体的涉及通过设置延伸或催化层来减少反应物的穿越，该延伸催化层消耗了剩余的反应物并由此避免产生过氧化氢。

本发明还具体涉及薄膜电极组件的封装部分中薄膜的保护，否则在薄膜电极组件中会发生过氧化物导致的分解(peroxide-mediated decomposition)。

图1示出了一个包含薄膜电极组件(MEA)50的单位电极组件10(UEA)，薄膜电极组件(50)具有薄膜52，位于薄膜52一侧的阳极54，在薄膜52另一边的阴极56，以及分别位于薄膜52和阳极54之间和薄膜52与阴极56之间的催化层58、60。正如本领域普通技术人员熟知的那样，气体扩散层62、64位于电极54、56的外部，并且用于引入氢和氧，如图所示。

同样，正如本领域普通技术人员熟知的那样，设置封装66于薄膜封装组件50的边缘68以使密封的UEA10与反应物隔离。

依照本发明，现已发现，如果不针对含有过氧化物导致的薄膜侵蚀进行保护，封装或非活性区中的薄膜52将会发生快速分解。

依照本发明，通过将催化层58、60沿薄膜52一起延伸入边缘封装66可以防止这种过氧化物侵蚀。以此方式，扩散入边缘封装区域内的氧和/或氢以及任何得到的过氧化物被层58、60所消耗从而阻止了薄膜52的分解。

依照图1显示的实施方式，电极54、56也延伸入边缘封装66。这从制造观点来说是有利的。

图2显示了本发明的一个备选的实施方式，其中类似的数字代表类似的部分。然而，在此实施方式中，电极54、56并不延伸入边缘封装66的区域内。这样，边缘封装66直接顶着催化层58、60密封。在除此之外的所有其他方面，本实施方式的功能相同，催化层58、60用于有利的消耗氢、氧和/或分解过氧化氢，正如上面所讲的那样。

现在参考图3，示出了本发明另一可选的实施方式。在这个实施方式中，正如图2所示的实施方式那样，相同的数字代表类似的部分。本实施方式中，电极54、56延伸入边缘封装66，但与催化层58、60延伸的程度不同。这样，本实施方式中，催化层延伸到薄膜52的边缘，而阳极54和阴极56延伸入边缘封装66但在到达薄膜52和催化层58、60的边缘之前就停止了。在本实施方式中，使用比图1的实施方式中更小的电极，因而需要材料更少。

根据本发明，通过催化层有利的消耗掉和/或良性的分解掉了扩散入封装区域的任何氢、氧和过氧化物，这种分解由催化层与相应电极的电连接促进。

图1-3示出了薄膜的活性和非活性区域。这些区域之间的过渡是“入口干区域”，这些区域对催化层的出现也是相当重要的。同样，这个区域通常也会被过氧化物分解所侵蚀，但依据本发明可以被催化层58、60有利的保护。