[发明专利]膜电极组件、燃料电池堆体和制造燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池堆体。

背景技术

燃料电池是将包含在烃基燃料中的氢和分离地供应的氧的化学反应能直接转换成电能的发电系统。

燃料电池可以构造为例如聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接氧化燃料电池(DOFC)等。

聚合物电解质燃料电池可以具有被称为堆体的燃料电池体(在下文中称作“堆体”)，并可以具有其中电能根据氢(其可以由重整器提供)和氧(其可以通过开动空气泵或风扇(fan)提供)之间的电化学反应而产生的结构。

直接氧化燃料电池可以直接接收燃料，也就是没有使用氢气。燃料的氢组分和分离地供应的氧可以电和化学地反应以产生电能。

堆体可以具有几个或许多个单位电池，每个具有膜电极组件(MEA)和隔板(也称为双极板)。

在本背景部分公开的上述信息只是为了增强对本发明背景的理解，因此，它可以包含并不形成本领域技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

因此，本发明的实施例针对用于燃料电池的膜电极组件以及具有该膜电极组件的燃料电池堆体，其基本克服了由于现有技术的限制和不足所引起的一个或多个问题。

因此，实施例的一个特征是提供一种被构造为将水从中央区域转移的膜电极组件、包括该膜电极组件的燃料电池堆体和燃料电池以及相关方法。

因此，实施例的另一个特征是提供一种被构造为在中央区域保持足够的水以向电解质膜提供水分保留(water retention)的膜电极组件、包括该膜电极组件的燃料电池堆体和燃料电池以及相关方法。

至少一个上述和其它的特征以及优点可以通过提供一种用于燃料电池的膜电极组件(MEA)而实现，该膜电极组件包括燃料电池电解质膜、设置在电解质膜第一侧的阳极以及设置在电解质膜第二侧的阴极。阴极可以具有厚度和阴极区域，阴极区域在基本平行于电解质膜的主表面的平面延伸，阴极区域可以包括中央区域和周边区域，周边区域延伸到阴极的侧边，中央区域可以包括亲水部分和疏水部分，周边区域可以包括亲水部分和疏水部分，中央区域可以比周边区域更加疏水。

中央区域中的疏水部分的区域密度可以高于周边区域中的疏水部分的区域密度。

疏水部分的区域密度可以从中央区域到周边区域逐渐减小。

中央区域中的疏水部分的区域密度基本上等于周边区域中的疏水部分的区域密度。

中央区域中的疏水部分可以比周边区域中的疏水部分更强烈地疏水。

周边区域中的亲水部分可以比中央区域中的亲水部分更强烈地亲水。

中央区域中的疏水部分之间的间隔可以小于周边区域中的疏水部分之间的间隔。

中央区域中的疏水部分可以具有与周边区域中的疏水部分相同的宽度。

疏水部分之间的间隔可以从中央区域到周边区域单调地增加。

中央区域中的疏水部分的宽度可以从第一尺寸增大到第二尺寸，周边区域中的疏水部分可以具有基本等于第二尺寸的宽度。

疏水部分的宽度可以沿中央区域的半径移向周边区域而单调地增大，周边区域中的疏水部分的宽度可以基本不变。

疏水部分的宽度可以从中央区域到周边区域减小。

疏水部分的宽度可以从中央区域到周边区域单调地减小。

疏水部分可以形成从中央区域到周边区域的连续螺旋(spiral)。

多个疏水部分可以延伸为从中央区域到周边区域的连续放射状构件。

疏水部分可以是分离的单位区域，阴极的每单位区域的分离的单位区域的数目可以从中央区域到周边区域减小。

阴极还可以包括：阴极催化剂层，与电解质膜接触；以及阴极气体扩散层，在阴极催化剂层的外侧，该气体扩散层可以包括疏水部分和亲水部分。

阴极还可以包括：阴极催化剂层，与电解质膜接触；以及阴极气体扩散层，在阴极催化剂层的外侧，该阴极气体扩散层可以包括黑色层和微多孔层(MPL)，该MPL可以包括疏水多孔层和亲水多孔层。

周边区域可以完全地围绕中央区域。