[发明专利]膜电极组件、制备方法及燃料电池单电池

说明书

本发明提供了膜电极组件、制备方法及燃料电池单电池，具体地，提供了一种膜电极组件的制备方法，包括对以下叠层进行压制的步骤，其中，所述叠层包括：第一气体扩散层，第二气体扩散层，和布置在所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层之间的中间层，所述中间层包括质子交换膜，边框和热熔胶层，其中，所述边框以一定间隔包围所述质子交换膜从而在所述质子交换膜和所述边框之间形成空隙G，所述热熔胶层位于所述空隙G与第一气体扩散层之间或者位于所述空隙G与第二气体扩散层之间。本发明的方法不产生气泡，并且一次成型，减少热压次数，而减小了质子交换膜损坏的几率。

技术领域

本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种具有一体化结构的燃料电池膜电极组件的制备方法，以及使用这种制备方法制备的膜电极组件。

背景技术

随着石油资源的日益紧缺和人们环保意识的提高，全球的能源体系正在发生根本性的改变，发展高效的清洁能源代替石油已经成为大多数国家的共识，而其中最为重要的一种则是采用燃料电池进行发电，使氢气与空气发生电化学反应，产生电能而产物只有水，这种燃料电池尤其将会运用到汽车上，成为汽车的清洁能源。

燃料电池具有能量转换率高、环境友好等优点，而质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)更具有低温运行、比功率高等优点，因此PEMFC不仅可适用于建立分散电站，也适用于可移动动力源，如电动汽车、潜艇等，是军、民通用的新型可移动动力源。

质子交换膜燃料电池的核心部件为膜电极。通常把只含有催化层和质子交换膜的膜电极称为3层膜电极，也称催化剂涂层膜(Catlyst Coated Membrane，CCM)，而把含有气体扩散层、催化层和膜的膜电极称为5层膜电极，除质子交换膜、附着于质子交换膜两侧的催化剂形成的催化层，以及气体扩散层外，还包括密封并电绝缘膜电极组件，并形成气体流道的边框。

由于燃料电池的反应物质是气体，如果发生泄漏，到一定程度容易引起燃烧、起火、甚至爆炸等安全事故。因此，燃料电池的密封特别重要，这对于提高电池的可靠性、安全性非常重要，也是燃料电池能够走向实用化和商业化的重要前提。

同时，膜电极大多采用热压制备，传统的热压采用两次压制，即将边框和气体扩散层分开压制，由于压制过程中容易损坏质子交换膜，多次压制使得质子交换膜更易出现损坏。除此之外，在边框贴合过程中，由于上下两层边框中间空气的存在，在贴合压制过程中容易形成气泡，从而使得产品的外观不良。

中国专利申请CN201310732881.1涉及了一种膜电极边框工艺，包括聚合物膜和胶层，胶层起到粘结和密封的作用。其步骤繁琐并且容易出现气泡。

中国专利申请CN201810606372.7涉及了一种燃料电池和制造燃料电池的方法，其通过包围整个膜电极组件的粘结部将边框和膜电极组件连接起来。由于其粘结部的树脂是通过外周包围的形式粘结边框和膜电极组件，使得粘结剂会不可避免的附着在膜电极组件两侧的气体扩散层表面及孔隙内部阻碍气体的流通。

因此，现有技术需要一种在制备过程中不易产生气泡，并且步骤简单也不会阻碍气体流通的一体成型的膜电极组件制备方法以及通过这种制备方法制备的膜电极组件。

发明内容

本发明旨在提供一种在压制过程中不易产生气泡，且一次热压成型的膜电极组件制备方法以及膜电极组件和燃料电池单电池。

本发明的第一方面提供一种膜电极组件的制备方法，包括对以下叠层进行压制的步骤，其中，所述叠层包括：

第一气体扩散层，

第二气体扩散层，和

布置在所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层之间的中间层，