專利名稱：一種燃料電池膜電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種燃料電池膜電極。
技術(shù)背景燃料電池是一個(gè)能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。燃料電池尤其是 質(zhì)子交換膜燃料電池除了在發(fā)電時(shí)無(wú)污染、噪音低外，還具有無(wú)腐蝕，啟動(dòng)快, 制備容易，功率密度大，發(fā)電效率高，使用壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，在交通 工具、發(fā)電設(shè)備、軍事、航天等領(lǐng)域內(nèi)均有著廣闊的應(yīng)用前景。質(zhì)子交換膜燃料電池由多個(gè)單電池組成，單電池是由兩塊氣體流場(chǎng)板和一 片膜電極組成，膜電極被夾在兩塊氣體流場(chǎng)板的中間。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物 體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。在采用氫氣為燃料,含有氧氣的空氣為氧化劑的質(zhì)子交換膜燃料電池中， 燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換 膜幫助氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料 的氣流與含氧的氣流分隔開(kāi)來(lái)，使他們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移 過(guò)來(lái)的正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣的質(zhì)子交換膜燃料電 池中，陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)陽(yáng)極反應(yīng)H2* 2H++ 2e—陰極反應(yīng)02+ 4H++4 e_= 2H20在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極有三層結(jié)構(gòu)、五層結(jié)構(gòu)和七層結(jié) 構(gòu)之分。三層結(jié)構(gòu)是在膜上直接制作催化層，膜電極由陽(yáng)極催化層、膜和陰極 催化層構(gòu)成；五層結(jié)構(gòu)是在三層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在陽(yáng)極催化層和陰極催化層之外 分別增加氣體擴(kuò)散層，七層結(jié)構(gòu)則是在氣體擴(kuò)散層周圍再增加密封圈。在上述 結(jié)構(gòu)中，陽(yáng)極和陰極在尺寸上完全一致。為了使質(zhì)子交換膜燃料電池處于高性能的工作狀態(tài)，必須始終將膜兩側(cè)氣 體完全隔離，因此，密封是必須的。然而密封也是燃料電池中的難點(diǎn)和關(guān)鍵技 術(shù)。為了達(dá)到密封效果，需要考慮以下幾點(diǎn)第一，陽(yáng)極和陰極側(cè)的密封圑形狀和尺寸要一致，否則由于密封圈的錯(cuò)位， 會(huì)失去密封效果，還會(huì)導(dǎo)致夾在密封圏中間的膜或其他材料變形或損壞；
第二，密封圍經(jīng)過(guò)流道的地方，必須在流道上設(shè)置硬質(zhì)墊片，以避免密封 圈受擠壓進(jìn)入流遒，從而堵塞流道，影響水、氣的流動(dòng)。為滿足上述要求，必須對(duì)密封圏進(jìn)行精密制作和安裝，從而耗費(fèi)大量時(shí)間。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種燃料電池膜電極，它可以簡(jiǎn)化密封結(jié)構(gòu)，方便安裝， 并且能保證密封效果。本實(shí)用新整可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種燃料電池膜電極，包括陽(yáng)極催化層、陰極催化層和兩者之間的質(zhì)子交換膜，以及在陽(yáng)極催化層和陰極催 化層外側(cè)的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陰極氣體擴(kuò)散層，所述的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層平面尺 寸小于陰極氣體擴(kuò)散層，陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層的外周緣設(shè)有密封圏，所述密封圈由 膜電極陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外的流場(chǎng)板和陰極氣體擴(kuò)散層支撐夾持。本實(shí)用新型中，優(yōu)選方案是陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層平面尺寸相對(duì)陰極氣體擴(kuò)散層在外周上都小0.1-5mm，更優(yōu)選方案是陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層平面尺寸相對(duì)陰極氣體 擴(kuò)散層在外周上都小0. 5-2mm。膜電極可以是圓形，也可以是方形。由于采用了如上技術(shù)方案，陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外周緣的密封圈通過(guò)質(zhì)子交換 膜相隔與陰極氣體擴(kuò)散層相接觸，陰極氣體擴(kuò)散層起到對(duì)密封圏提供平面支撐 的作用，陰極側(cè)則不需要放置針對(duì)膜電極的密封圈。這樣一方面使陽(yáng)極側(cè)對(duì)陽(yáng) 極氣體的密封有充足的空間；另一方面，陽(yáng)極側(cè)密封圏受到陰極氣體擴(kuò)散層和 陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外的流場(chǎng)板的平面支撐，密封圏不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，從而能充分保 證密封效果。本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了密封結(jié)構(gòu)，安裝方便，無(wú)須耗費(fèi)大量的安裝時(shí) 間。


圖l是傳統(tǒng)膜電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型膜電極結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
圖l中，質(zhì)子交換膜1被陽(yáng)極催化層2和陰極催化層3夾在中間，陽(yáng)極氣 體擴(kuò)散層4和陰極氣體擴(kuò)散層5分別置于陽(yáng)極催化層2和陰極催化層3之外， 陽(yáng)極催化層2和陰極催化層3以及氣體擴(kuò)散層在尺寸上是完全一致的。兩塊流 場(chǎng)板6分別置于陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層4和陰極氣體擴(kuò)散層5之外，提供陽(yáng)極和陰極 反應(yīng)氣體流道以及收集電流。在陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層4和陰極氣體擴(kuò)散層5的外周 緣分別放置有密封圈7,陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的密封圈7被質(zhì)子交換膜1隔開(kāi)。密
封圈7依靠流場(chǎng)板6作為支撐。由于質(zhì)子交換膜l很薄，很容易因?yàn)閮蓚?cè)密封圈7的錯(cuò)位而導(dǎo)致變形或撕裂。為此，必須對(duì)密封圈7進(jìn)行精確定位。圖2中，質(zhì)子交換膜1被陽(yáng)極催化層2和陰極催化層3夾在中間，陽(yáng)極氣 體擴(kuò)散層4和陰極氣體擴(kuò)散層5分別置于陽(yáng)極催化層2和陰極催化層3之外， 陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層4在尺寸上較陰極氣體擴(kuò)散層5為小，僅在陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外 周緣放置針對(duì)膜電極進(jìn)行密封的密封圈7。密封圈7 —側(cè)以陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外 的流場(chǎng)板6為支撐，另一側(cè)則是隔著質(zhì)子交換膜l以陰極氣體擴(kuò)散層5和陰極 流場(chǎng)板6為支撐，這樣密封圏7不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，質(zhì)子交換膜l也不會(huì)變形或撕 裂。這種膜電極結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的膜電極結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化制作和密封工作。本實(shí)用新型中，優(yōu)選方案是陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層4平面尺寸相對(duì)陰極氣體擴(kuò)散 層5在外周上都小0. 1-5mm,更優(yōu)選方案是陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層4平面尺寸相對(duì)陰 極氣體擴(kuò)散層5在外周上都小0. 5-2mm。膜電極可以是圓形，也可以是方形。
權(quán)利要求1、一種燃料電池膜電極，包括陽(yáng)極催化層(2)、陰極催化層(3)和兩者之間的質(zhì)子交換膜(1)，以及在陽(yáng)極催化層(2)和陰極催化層(3)外側(cè)的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)、陰極氣體擴(kuò)散層(5)，其特征在于所述的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)平面尺寸小于陰極氣體擴(kuò)散層(5)，陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)的外周緣設(shè)有密封圈(7)，所述密封圈(7)由膜電極陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)外的流場(chǎng)板(6)和陰極氣體擴(kuò)散層(5)支撐夾持。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4 ) 平面尺寸相對(duì)于陰極氣體擴(kuò)散層(5)的外周緣小0. l-5mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池膜電極，其特征在于陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4 ) 平面尺寸相對(duì)于陰極氣體擴(kuò)散層(5)的外周緣小0.5-2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或者3所述的燃料電池膜電極，其特征在于所述膜 電極平面形狀為矩形或者圓形。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種燃料電池膜電極，包括陽(yáng)極催化層(2)、陰極催化層(3)和兩者之間的質(zhì)子交換膜(1)，以及在陽(yáng)極催化層(2)和陰極催化層(3)外側(cè)的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)、陰極氣體擴(kuò)散層(5)，所述的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)平面尺寸小于陰極氣體擴(kuò)散層(5)，陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(4)的外周緣設(shè)有密封圈(7)，所述密封圈(7)由膜電極陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層外(4)的流場(chǎng)板(6)和陰極氣體擴(kuò)散層(5)支撐夾持。這種膜電極結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的膜電極結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化制作和密封工作，并且能保證密封效果。
文檔編號(hào)H01M8/02GK201051520SQ20072003683
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者岳江寧, 邢志勇 申請(qǐng)人:春蘭(集團(tuán))公司