[发明专利]膜的局部去活化

说明书

技术领域

本发明的披露内容主要涉及的领域包括离子传导膜、由所述离子传导膜制成的产品以及制造和利用所述产品的方法。

背景技术

燃料电池通常包括膜如聚合物电解质膜(PEM)，所述聚合物电解质膜传导质子且被夹在阴极催化剂层与阳极催化剂层之间。气体扩散介质(GDM)层可分别与阴极催化剂层和阳极催化剂层接合。在一些应用中，催化剂层被涂覆在气体扩散介质上，而在其它应用中，催化剂层被涂覆在膜上。该膜、两个催化剂层以及两个气体扩散介质在下文中总体被称作膜电极组件(MEA)。在膜电极组件外部设置了用于对膜电极组件进行机械紧固以及使相邻的膜电极组件串联地电连接在一起的导电隔板(双极板)。被设置成与膜电极组件接触的每块隔板的一部分设有用于将燃料如氢气或氧化剂如氧气供应至相应的电极表面并且用于除去所产生的水的气体通路。冷却剂也可流动通过双极板。

为了防止被供应至阳极的氢燃料气体和被供应至阴极的氧气产生泄漏且为了防止燃料电池中的气体产生混合，迄今为止的做法是将垫圈布置在每个电极催化剂层的周部上，且膜被夹在所述垫圈与所述电极催化剂层之间。在组装燃料电池的过程中，双极板与可压缩垫圈材料接触，由此产生防止气体泄漏的屏障。

在燃料电池中，已经在膜电极组件的催化剂层边缘处观察到了膜电极组件的过早失效。为了保护催化剂层边缘以免产生过早失效，垫圈边缘保护材料已被引入膜电极组件构造内。该边缘保护材料位于膜与相应的催化剂层中的每个催化剂层之间或者位于催化剂层中的每个催化剂层与相应的气体扩散介质之间。该边缘保护材料通常覆盖位于催化剂层边缘外部的膜。通常情况下，该边缘保护材料在催化剂层边缘的内部边缘上进行延伸。然而，仍然在边缘保护材料下面的催化剂边缘的区域中发现了过早失效。

发明内容

本发明的一个实施例包括一种方法，所述方法包括使离子传导膜的边缘区域去活化。所述方法包括设置膜、使所述膜的选定的一个或多个区域特别是所述边缘区域去活化、并且将所述膜与阴极催化剂层和阳极催化剂层以及气体扩散介质层组装形成膜电极组件。所述阴极催化剂层和所述阳极催化剂层可被涂覆在所述膜或所述气体扩散介质上。所述方法可进一步包括使用与所述膜的所述去活化边缘区域相结合的边缘保护材料。

本发明的另一实施例包括一种膜，所述膜具有受到局部去活化的一个或多个区域，特别是边缘区域。通常通过将材料如钡或另一元素添加到所述膜边缘区域中以防止进行质子传导从而使所述膜的所述边缘区域去活化。所述钡或其它元素防止了质子被传导通过所述膜的该区域，因此使所述区域去活化。用于使所述膜的区域去活化的其它元素包括形成了不溶硫酸盐和磺酸盐的那些元素，所述元素包括锶、铅、钙、银和汞(I)。这些金属与所述膜的磺酸基团形成了溶解度较低的产物。具有去活化边缘区域的所述膜可与所述膜电极组件中的边缘保护材料相结合地使用。另一种可选方式是，边缘保护材料可从所述膜电极组件中被省去。

本发明的另一实施例包括一种膜电极组件，所述膜电极组件包括具有活化区域和去活化区域的膜。所述膜电极组件中的阴极催化剂层具有与所述膜的第一表面邻近的边缘区域。阳极催化剂层具有与所述膜的第二表面邻近的边缘区域。所述阴极催化剂层的所述边缘区域和所述阳极催化剂层的所述边缘区域被设置在与所述膜的所述去活化区域邻近的位置处。

通过下文提供的详细描述将更易于理解本发明的其它典型实施例。应该理解：尽管在详细描述和特定实例中对本发明的典型实施例进行了说明，但所述详细描述和特定实例仅旨在示例性的目的，而不是旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过以下详细描述和附图将会更充分地理解本发明的典型实施例。

图1是根据本发明的一个实施例的具有局部去活化区域的聚合物电解质膜的顶视图；

图2是根据本发明的一个实施例的燃料电池堆的一部分的剖视图，且具有局部去活化区域的膜被组装到该燃料电池堆中的膜电极组件内；和

图3是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

以下对实施例进行的描述在本质上仅是示例性的，且决不旨在限制本发明及其应用或使用。

参见图1，本发明的一个实施例包括膜30，所述膜包括中心活化区域30a(具有离子传导性)，所述中心活化区域能够将质子传导通过膜30的该活化区域30a，且所述膜包括去活化边缘区域30b(不具有离子传导性)，所述去活化边缘区域围绕活化区域30a且防止将质子传导通过膜30的去活化区域30b。