[发明专利]紫外光可固化的燃料电池密封剂和由其形成的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及粘结和密封电化学电池，例如燃料电池中各部 件的密封剂组合物，以及由其形成的电化学电池。更特别地，本发明 涉及密封燃料电池部件的紫外光可固化的组合物。

背景技术

存在各类电化学电池，但最常见的一种可能是燃料电池， 例如质子交换膜(“PEM”)燃料电池。PEM燃料电池含有在两个流场板 或双极板极之间提供的膜电极组件(“MEA”)。在双极板极和MEA之间 使用垫圈，以在其间提供密封。另外，由于单独的PEM燃料电池典型 地提供相对低的电压或功率，因此叠加多个PEM燃料电池，以增加所 得燃料电池组件总的电输出。在单独的PEM燃料电池之间也要求密封。 此外，典型地还提供冷却板，以控制燃料电池内的温度。同样密封这 种板，以防止在燃料电池组件内泄漏。在组装之后，紧固该燃料电池 层叠体，以固定该组件。

如美国专利No.6057054中所述，提出了液体硅橡胶以供在 膜电极组件上模塑。然而，这种硅酮组合物在实现燃料电池的所需操 作寿命之前，有时会降解。这种硅橡胶剥离材料还污染燃料电池，从 而负面影响燃料电池的性能。在美国专利No.5264299中还公开了在隔 板(separator plate)上模塑液体硅橡胶。为了增加其操作寿命，提出 了更加耐用的弹性体，例如美国专利No.6165634中公开的氟弹性体和 美国专利No.6159628中公开的聚烯烃烃类，以粘结燃料电池各部件的 表面。然而，这些组合物没有充分地浸渍多孔结构，例如气体扩散层。 在没有损坏基材或浸渍多孔结构的情况下，这些热塑性和氟弹性体组 合物的粘度对于注塑来说也太高。

美国专利申请公布No.US2005/0263246A1公开了在膜电极 组件上制备边缘密封件的方法，该方法用熔点或玻璃化转变温度为约 100℃的热塑性膜，浸渍气体扩散层。这一方法存在问题，因为质子交 换膜可能暴露于其下的最大温度将限制熔体的加工温度。然后密封将 限制燃料电池的操作温度上限。例如，质子交换膜典型地可仅仅暴露 于130℃的最大温度下，而它通常在至少90℃的温度下操作。因此， 燃料电池的正常和最大操作温度受到这一公开内容的粘结方法的限 制。

美国专利No.6884537公开了具有密封垫片(bead)的橡胶 垫圈用于密封燃料电池部件的用途。通过使用粘合层，将该垫圈固定 到燃料电池部件上，以防止垫圈移动或滑动。类似地，国际专利公布 Nos.WO2004/061338A1和WO2004/079839A2公开了多片和单片垫圈密 封燃料电池部件的用途。通过使用粘合剂，将如此所述的垫圈固定到 燃料电池部件上。粘合剂和垫圈的定位不仅耗时，而且有问题，因为 未对准而可能引起燃料电池泄漏和性能损失。

美国专利No.6875534公开了密封燃料电池隔板的周边的 原地固化的组合物。原地固化的组合物包括在每一端基处具有烯丙基 端基的聚异丁烯聚合物，有机基聚硅氧烷，具有至少两个氢原子且各 自连接到硅原子上的有机基氢聚硅氧烷和铂催化剂。美国专利 No.6451468公开了原地形成的组合物密封燃料电池中的隔板、电极或 离子交换膜。原地形成的组合物包括在每一端基处具有链烯基端基的 直链聚异丁烯全氟聚醚，具有至少两个氢原子且各自键合到硅原子上 的交联剂或硬化剂，和氢化硅烷化催化剂。因使用烯丙基或链烯基官 能度为2的直链聚异丁烯低聚物，导致这些组合物的交联密度和所得 性能受到局限。通过改变氢化甲硅烷基官能度，来改性这些组合物内 的官能度，而所得组合物的性能会受到限制。

国际专利公布No.WO2004/047212A2公开泡沫橡胶垫圈、液 体硅酮密封剂或固体氟塑料用于密封燃料电池的流体传输层或气体扩 散层的用途。使用固体垫圈，即泡沫橡胶和/或固体氟塑料胶带或膜使 得定位这些材料和随后校准燃料电池部件与垫圈既耗时，又存在问题。

美国专利申请公布No.2003/0054225公开了旋转设备，例 如转鼓或辊用于施加电极材料到燃料电池电极上的用途。尽管这一公 布文件公开了形成燃料电池电极的自动化方法，但该公布文件没有解 决所形成的燃料电池的密封这一关心的问题。

尽管存在这些现有技术，但仍需要适合于与电化学电池部 件一起使用的密封剂组合物，所需地紫外光可固化的密封剂。

发明内容