[发明专利]用于制造膜片-电极-单元的方法和膜片-电极-单元

说明书

本发明涉及一种用于制造燃料电池用的膜片‑电极‑单元(10)的方法，其包括以下以所说明的顺序的步骤：提供两个气体扩散层(13)，其分别具有催化剂涂覆的表面；将离聚物分散系(15a)施加到气体扩散层(13)中的至少一个的所涂覆的表面上，气体扩散层(13)彼此布置成使得所涂覆的表面面向彼此且得到层堆(18)，其包括气体扩散层(13)/催化覆层(14)/离聚物覆层(15)/催化覆层(14)/气体扩散层(13)，以及围绕层堆(18)布置环绕的密封件(17)，其中，密封件(17)具有至少与层堆(18)的高度相应的高度。此外，本发明涉及一种利用根据本发明的方法所制造的或可制造的膜片‑电极‑单元(10)。

技术领域

本发明涉及一种用于制造膜片-电极-单元的方法以及一种利用该方法所制造的或可制造的膜片-电极-单元。

背景技术

燃料电池利用燃料与氧气至水的化学转化，以产生电能。为此，燃料电池作为核心部件包含所谓的膜片-电极-单元(MEA代表membrane electrode assembly)，其是由导引离子的(通常导引质子的)膜片和相应布置在膜片两侧的催化电极(阳极和阴极)构成的结构。催化电极大多包括所携带的贵金属、尤其铂。此外，气体扩散层(GDL)可在膜片-电极-单元两侧布置在电极的背对膜片的侧面处。通常，燃料电池由多个布置成堆的MEA形成，其电功率相加。在各个膜片-电极-单元之间，通常布置有双极板(也称流场板(Flussfeldplatte))，其保证以运行介质、即反应物供应单电池并且常常还用于冷却。此外，双极板负责至膜片-电极-单元的能导电的接触。

在燃料电池的运行中，燃料、尤其氢气H₂或含氢气的气体混合物经由双极板的阳极侧敞开的流场被输送给阳极，在那里在发出电子的情况下发生H₂至H⁺的电化学氧化。经由电解质或膜片(其使反应腔气密地彼此分离且电绝缘)，实现质子H⁺从阳极腔(结合水地或无水地)运输到阴极腔中。在阳极处提供的电子经由电导线被导引给阴极。经由双极板的阴极侧敞开的流场将氧气或含氧气的气体混合物输送给阴极，从而发生O₂至水H₂O的还原，其中，电子和质子被吸收。

在PEM-燃料电池中，在阳极电极与阴极电极之间需要导引质子的、气密的且不导电的层，以确保该工作原理。现有技术是为此使用聚合物-电解质-膜片(PEM)。在此，使用可作为单独构件再加工的膜片。这些膜片经受机械负荷和热负荷。这导致膜片不能任意薄且任意高地以官能团来加载。因此，在燃料电池内根据现有技术的膜片由于质子导引的欧姆阻抗而引起显著的电压损失。

为了避开离聚物薄膜的缺点，Klingele等开发了一种设计，在其中将离聚物层直接施加到气体扩散电极上。(Klingele等J. of Mat.Chem.A; 2015; DOI:10.1039/c5ta01341k)。直接施加离聚物层的该设计尤其在带有较小的气体湿度的运行中带来更加成本有利的可完成性、在组装燃料电池堆时的优点和更小的由质子阻抗引起的电压损失。为了避免在气体扩散层之间的运行气体的混合，在所说明的设计中然而需要副衬垫(Subgasket)，其不利地遮盖活性面的份额且因此使它失活。另外，副衬垫要求将离聚物层以及电极在重叠区域中非常强烈地挤压，这可导致损坏。

发明内容

现在本发明目的在于避开或至少减少现有技术的缺点。尤其应提供一种膜片-电极-单元，其不仅具有可流态施加的离聚物层的优点而且具有离聚物薄膜的优点。