[发明专利]一种燃料电池膜电极组件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池膜电极组件及其制备方法。由催化膜电极、两极密封边框、两极气体扩散层封装构成叠层结构；各边框平面设置位于中心的并匹配对应的通孔、两端的多个介质通道；阴极通孔边缘线向外侧大于阳极通孔边缘线0.5～3mm形成错位结构；催化膜电极封装边缘被各边框密封覆盖1～5mm；边框及其通孔平面形状相同或匹配对应，并采用联接件定位固定。本发明膜电极组件的定位结构设计简洁实用，减少了对定位工装的需求，易于实现柔性生产；两极密封边框中间通孔形成阶梯密封的错位结构，减少了应力的集中；基于边框结构和粘接性能的设计，本发明制备方法中对密封边框的热压压力更低，热压时间短，加工效率更高，加工质量得到进一步提高。

技术领域

本发明属于燃料电池设计与制造技术领域，尤其属于燃料电池中膜电极组件的设计制造技术，特别涉及一种七合一的膜电极组件的设计与制备方法。

背景技术

燃料电池电堆主要由端板、绝缘板、集流板、双极板、密封件、膜电极组件、紧固螺栓组成；其中为了装配的便利性，膜电极组件由催化膜电极、两极密封边框、气体扩散层等零件构成整体组件后装配。

催化膜电极(CCM)又可以称为三合一组件，由质子交换膜(PEM)和一侧的阳极催化层、另一侧的阴极催化层构成。

膜电极组件(MEA)又可以称为七合一组件；所谓三合一组件的催化膜电极(CCM)装配上阳极侧密封边框、阴极侧密封边框后形成五合一组件，在五合一组件的基础上分别装配上阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层后形成所谓七合一组件的膜电极组件(MEA)。

膜电极组件的两密封边框上开有与双极板相对应的通孔，用于参与反应的空气、氢气、冷却介质等物料流通；同时两密封边框与三合一的催化膜电极(CCM)接触部分形成有效的粘接密封，防止反应物料的泄漏。

现有技术中针对膜电极组件(MEA)的封装技术研究较多。如中国申请201811194333.7公布了一种燃料电池膜电极封装生产工艺，其主要通过预处理将阳极侧密封边框和阴极侧密封边框进行对位后侧向热封，然后将CCM置于初步侧向热封的两层密封边框中进行热压组合，形成五合一的催化膜电极组件，进一步可形成MEA组件。通过先将密封边框进行侧向热封再进行五合一的压合，工艺过程相对复杂。

中国申请201711336320.4公布了一种MEA组件制备方法，在切割出两个完全相同的密封边框后，裁剪出催化膜电极，然后将密封边框、催化膜电极、密封边框顺序层叠粘合。上下密封边框相同，可能造成应力集中，同时未涉及到气体扩散层的定位。

中国申请200580032435.3公布了薄膜元件被插在膜和电催化剂层之间的膜电极组件，制作过程中利用230～250psi的热压压力和150-190℃的温度将MEA的部件层压到一起。热压压力相对较大，且温度高。

现有技术在膜电极组件设计和加工存在一些不足，如：膜电组件各部件定位对齐难度高，不适合柔性生产；工艺复杂，现有的膜电极组件制备过程施加的压力大，热压时间长，效率低。

发明内容

本发明根据现有膜电极组件设计和制备方法的不足公开了一种燃料电池膜电极组件及其制备方法。本发明目的是提供一种能够实现七合一的膜电极组件的柔性生产、效率更高、加工性能更好的膜电极组件结构及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

燃料电池膜电极组件，由催化膜电极、阴极侧密封边框、阳极侧密封边框、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层封装构成叠层结构；其特征在于：

阴极侧密封边框平面设置位于中心的阴极通孔、两端的多个阴极介质通道；阳极侧密封边框平面设置位于中心的阳极通孔、两端的多个阳极介质通道；其中，阴极介质通道与阳极介质通道在叠层结构中一对一匹配相同布置，阴极通孔边缘线向外侧大于阳极通孔边缘线0.5～3mm形成错位结构；