[发明专利]制备包括蒸气阻挡层、气体扩散层或两者的膜电极组件的方法

权利要求书

1.一种在电化学转换组件操作时减少膜电极组件中形成的应力 程度的方法，包括：

提供包括至少一个燃料电池的电化学转换组件，所述燃料电池包 括所述膜电极组件、在膜电极组件相对侧上限定的第一和第二流场部 分、以及布置在所述膜电极组件和至少一个所述流场部分之间的至少 一个蒸气阻挡层；

为所述至少一个蒸气阻挡层选择至少0.05cm的所要求的传质系 数(MTC)，其中MTC＝Dh/D_eff，h为蒸气阻挡层的厚度，D为通过 蒸气阻挡层的自由气相扩散率，D_eff为通过蒸气阻挡层的有效扩散率； 和

优化所述蒸气阻挡层的孔隙率、弯曲度和厚度中的一个或多个以 在所述蒸气阻挡层中产生所要求的MTC，使得在所述电化学转换组件 操作之后，通过所述所要求的MTC来减少所述膜电极组件中的湿度 程度的变化。

2.根据权利要求1的方法，其中优化的蒸气阻挡层包括至多100 μm的厚度。

3.根据权利要求1的方法，其中优化的蒸气阻挡层包括20％至 70％之间的孔隙率。

4.根据权利要求1的方法，其中优化的蒸气阻挡层包括4至10 之间的弯曲度。

5.根据权利要求1的方法，还包括将蒸气阻挡层粘合性结合到 膜电极组件上以减小横跨它们之间界面的电阻。

6.根据权利要求1的方法，还包括热压蒸气阻挡层到膜电极组 件上以减少横跨它们之间界面的电阻。

7.根据权利要求1的方法，其中蒸气阻挡层包括金属或石墨。

8.根据权利要求1的方法，其中蒸气阻挡层包括碳纤维、碳片 或它们的组合。

9.根据权利要求1的方法，其中蒸气阻挡层包括填料材料，填 料材料包括含氟聚合物、碳颗粒、可碳化热固性树脂、离聚物或它们 的组合。

10.一种电化学转换组件操作时减少膜电极组件中形成的应力程 度的方法，包括：

提供包括至少一个燃料电池的电化学转换组件，所述燃料电池包 括所述膜电极组件、在膜电极组件相对侧上限定的第一和第二流场部 分、以及在膜电极组件和流场部分之间的气体扩散层；

为所述气体扩散层选择至少0.10cm的所需传质系数(MTC)， 其中MTC＝Dh/D_eff，其中h为气体扩散层的厚度，D为通过气体扩散 层的自由气相扩散率，D_eff为通过气体扩散层的有效扩散率；和

优化气体扩散层的孔隙率、弯曲度和厚度中的一个或多个以在气 体扩散层中产生所要求的MTC，使得在所述电化学转换组件操作之 后，通过所述所要求的MTC来减少所述膜电极组件中的湿度程度的 变化。

11.根据权利要求10的方法，其中所述气体扩散层包括基底层 和设置在其上的微孔层。

12.根据权利要求10的方法，其中气体扩散层包括碳纸、碳纤 维、含氟聚合物和它们的组合。

13.根据权利要求10的方法，其中所述优化的气体扩散层包括 在150μm至250μm之间的厚度。

14.根据权利要求10的方法，其中所述优化的气体扩散层包括 20％至70％的孔隙率。

15.根据权利要求10的方法，其中所述优化的气体扩散层包括4 至10的弯曲度。

16.一种电化学转换组件操作时减少膜电极组件中形成的应力程 度的方法，包括：

提供包括至少一个燃料电池的电化学转换组件，所述燃料电池包 括所述膜电极组件、在膜电极组件相对侧上限定的第一和第二流场部 分、在膜电极组件和在膜电极组件相对侧上的流场部分之间的各个气 体扩散层、以及在各个气体扩散层和膜电极组件之间的各个蒸气阻挡 层；

选择所要求的总传质系数(MTC_总)，其中气体扩散层和蒸气阻 挡层限定至少0.15cm的总传质系数(MTC_总)，其中：

其中h_gdl为气体扩散层的厚度，D_gdl为通过气体扩散层的自由气相扩 散率，D_gdleff为通过气体扩散层的有效扩散率，h_vbl为蒸气阻挡层的厚 度，D_vbl为通过蒸气阻挡层的自由气相扩散率，D_vbleff为通过蒸气阻挡 层的有效扩散率；和

优化气体扩散层、蒸气阻挡层或两者的孔隙率、弯曲度和厚度中 的一个或多个以产生所要求的MTC_总，使得在所述电化学转换组件操 作之后，通过所述所要求的MTC来减少所述膜电极组件中的湿度程 度的变化。