[发明专利]采用子垫片式节约膜的燃料电池子组件

说明书

根据能源部授予的合同No.DE-FG36-07GO17006的规定，本发明得到美国政府支持。政府拥有本发明的某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年12月22日提交的美国临时专利申请No.61/289036的优先权，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及燃料电池子组件以及用于制造燃料电池子组件的系统。

背景技术

燃料电池是一种通过混合氢燃料和空气中的氧而生成电、热及水的电化学装置。燃料电池不利用燃烧，因此，燃料电池几乎不会产生危害性流出物。燃料电池直接将氢燃料和氧转化为电能，较之例如内燃发电机，其效率高得多。

典型的燃料电池电源系统包括电源部分，其中提供了一个或多个燃料电池堆。燃料电池电源系统的功效部分地取决于单个燃料电池内部和相邻燃料电池堆之间的各种接触和密封界面的完整性。

可将子垫片部署在燃料电池的电解质膜上以密封燃料电池的活性区域并为电解质膜提供尺寸稳定性。在压力下，电池堆中的燃料电池组件的边缘可能导致膜上局部应力集中，这可能导致燃料电池失效。子垫片为膜提供支承，以降低该失效机制的发生率。

发明内容

实施例涉及具有多个单个电解质膜的燃料电池卷材子组件。一个或多个第一子垫片附接到单个电解质膜。每个第一子垫片具有至少一个孔，并且第一子垫片被布置为使得单个电解质膜的中心区域的第一表面通过第一子垫片的孔暴露出来。第二子垫片包括具有多个孔的幅材。第二子垫片幅材被布置为使得单个电解质膜的中心区域的第二表面通过第二子垫片幅材的孔暴露出来。

其他实施例包括具有子垫片幅材的燃料电池卷材子组件，所述子垫片幅材具有附接到多个单个电解质膜的多个孔。子垫片幅材被布置为使得单个电解质膜的中心区域的表面通过子垫片幅材的孔暴露出来。

一些实施例涉及包括电解质膜的燃料电池组合件，所述电解质膜具有粘附于电解质膜的第一子垫片。第一子垫片具有朝向电解质膜定向的第一子垫片表面以及设置在第一子垫片表面上的第一粘合剂层。燃料电池组合件包括第二子垫片，其具有朝向电解质膜定向的第二子垫片表面。第二子垫片在第二子垫片表面的大部分上不包括第二粘合剂层。

燃料电池卷材子组件包括多个单个电解质膜，每个单个电解质膜具有中心区域。一个或多个第一子垫片粘附于各个单个电解质膜，每个第一子垫片具有至少一个孔。第一子垫片被布置为使得单个电解质膜的中心区域通过第一子垫片的孔暴露出来。燃料电池卷材组件还包括第二子垫片，其包括具有多个孔的幅材。第二子垫片幅材被布置为使得单个电解质膜中心区域的第二表面通过第二子垫片幅材的孔暴露出来。粘合剂层未设置在第二子垫片表面的大部分上。

制造燃料电池卷材子组件的自动化卷对卷方法包括提供具有多个孔的细长第一子垫片幅材与多个单个电解质膜之间的相对移动。将单个电解质膜与第一子垫片幅材对齐，使得每个电解质膜的中心区域与第一子垫片幅材的孔对齐。将单个电解质膜附接到第一子垫片幅材。

根据一种实施方式，可将第一子垫片幅材切成多个单个的子垫片式膜。具有多个孔的第二子垫片幅材与所述多个单个的子垫片式膜对齐，使得每个电解质膜的中心区域与第二子垫片幅材的孔对齐。各个单个子垫片式膜附接到第二子垫片幅材。

根据另一种实施方式，具有多个孔的第二子垫片幅材可与第一子垫片幅材对齐并附接到第一子垫片幅材上，所述第一子垫片幅材具有附接到其上的单个膜。

本发明的以上概述并非旨在说明本发明所公开的每个实施例或本发明的每种实施方式。结合附图并参照下文的具体实施方式以及所附权利要求书，再结合对本发明比较完整的理解，本发明的优点和成效将变得显而易见并且为人所领悟。

附图说明

图1示出典型燃料电池及其基本操作；

图2A、2B和2C为采用节约式电解质膜和单面粘合剂子垫片的燃料电池子组件的平面视图和横截面视图；

图2D为采用图2A的子垫片式膜和催化剂涂覆的气体扩散层的五层膜电极组件的横截面视图；

图2E-2G示出各种子垫片式电解质膜，其中至少一个子垫片层的大部分不具有粘合剂；

图2H示出子垫片式电解质膜，其中至少一个子垫片层的一部分包括能减轻膜移动的表面处理；

图3A为具有单面粘合剂子垫片的节约式催化剂涂覆的膜的横截面；