[发明专利]质子交换膜燃料电池的膜电极组及其组装方法

说明书

本发明为一种质子交换膜燃料电池的膜电极组，具有催化剂涂布薄膜、及位于薄膜两侧的阶梯状边框组与气体扩散层，利用阶梯状边框组具有不同孔径的内框及外框的特性，使得两侧的气体扩散层搭设于内框外表面并夹持于薄膜两侧，藉由内框的固定厚度与孔径，来控制气体扩散层与薄膜之间的空隙，以控制气体扩散层和催化剂涂布薄膜之间的接触电阻为最小，并利用内框及外框的搭配来提供足够的边框刚性，则使本发明的结构能提供兼具组装便利及低接触电阻的特点。

技术领域

本发明为一种膜电极组，是指一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极组。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)为现有技术中其中一种燃料电池，其膜电极组(MEA，Membrane Electrode Assembling)一般由内而外具有质子交换膜(PEM，Proton Exchange Membrane)、阳极/阴极催化剂层及气体扩散层(GDL，Gas Diffusion Layer)，气体通过气体扩散层到达阳极催化剂层，经阳极催化剂层作用而反应为氢离子及电子，氢离子通过质子交换膜抵达另一侧的阴极催化剂层，电子则经阳极的导电板收集，并因电位差而流向阴极的导电板，故而形成电流。

由于质子交换膜的厚度越大，则放电时的阻抗越大，故现有技术中无不追求使质子交换膜越薄越好，以提高放电效能。然而，质子交换膜的厚度越薄，将导致其本身的强度下降，当进行膜电极组的组装时，质子交换膜容易在过程中被拉伸、穿刺而造成损坏。在专利CN103119711A号公开文件中，虽然已提出利用设置边框于质子交换膜边缘来提高膜电极组的强度，且组装时不影响主要的活性区域，但采用此方法时，气体扩散层须设法固定在活性区周边的边框上，如此一来将增加气体扩散层与催化剂层和质子交换膜的组合之间的接触电阻，但若采用薄形边框来减少接触电阻，则会增加边框组装的困难度。

发明内容

有鉴于此，本发明在加强膜电极组强度且减少接触电阻的前提下，改善前述组装上的问题。

为达到上述发明目的，本发明提供一种一种质子交换膜燃料电池的膜电极组，其包括：

一催化剂涂布薄膜；

二阶梯状边框组，其分别设于该催化剂涂布薄膜的两侧的边缘，该催化剂涂布薄膜夹持于所述阶梯状边框组之间，各阶梯状边框组包含一内框及一外框，该内框具有一第一孔，该外框具有一第二孔，该第一孔的宽度小于该第二孔的宽度；

二气体扩散层，其分别设于该催化剂涂布薄膜的两侧，该催化剂涂布薄膜夹持于所述气体扩散层之间，且所述气体扩散层设置于所述第一孔与所述第二孔中，所述气体扩散层搭接于所述内框的外表面。

另一方面，本发明亦提供一种组装质子交换膜燃料电池的膜电极组的方法，其包含以下步骤：

组装多个阶梯状边框组：提供一内框，再将一外框设置于该内框的外表面，该内框具有一第一孔，该外框具有一第二孔，该内框的第一孔的宽度小于该外框的第二孔的宽度，重复所述步骤以组装多个阶梯状边框组；

设置一气体扩散层：取其中一阶梯状边框组，设置一气体扩散层于该阶梯状边框组中，将该气体扩散层设置于该外框的第二孔中，并贴靠于该外框的第二孔的内壁面；

设置一催化剂涂布薄膜：将一催化剂涂布薄膜设置于该气体扩散层及该内框上；

设置另一阶梯状边框组：将另一阶梯状边框组压合于该催化剂涂布薄膜上，以将该催化剂涂布薄膜夹持于两个阶梯状边框组之间；

设置另一气体扩散层：将另一气体扩散层设置于该另一组阶梯状边框组的外框的第二孔中，并贴靠于该外框的第二孔的内壁面；

进行压合制程：对所述气体扩散层进行压合，使所述气体扩散层分别延伸入所述阶梯状边框组的内框的第一孔中，并搭接于所述内框的外表面，且夹持于该催化剂涂布薄膜的两侧。