專利名稱：具有電極邊緣保護的低水平鈰遷移的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改進的化學(xué)降解抗性的燃料電池組裝件，尤其涉及具有減少的氟損失的燃料電池組裝件。
背景技術(shù)：
燃料電池在許多應(yīng)用中用作電源。尤其，燃料電池被建議用于汽車以替代內(nèi)燃機。 通常使用的燃料電池設(shè)計使用固體聚合物電解質(zhì)(“SPE”)膜或質(zhì)子交換膜(“PEM”)，以提供在陽極和陰極之間的離子傳輸。在質(zhì)子交換膜型燃料電池中，氫作為燃料供應(yīng)給陽極，而氧作為氧化劑供應(yīng)給陰極。該氧可以為純形式(O2)或空氣(O2和隊的混合物)。PEM燃料電池典型地具有膜電極組裝件(“MEA”)，其中固態(tài)聚合物膜在一個面上具有陽極催化劑，并且在相反的面上具有陰極催化劑。典型的PEM燃料電池的陽極層和陰極層由多孔導(dǎo)電性材料如織造石墨、石墨化的片材、或碳紙形成，以便能使燃料分散在燃料供應(yīng)電極的催化劑的表面上。每一電極具有擔(dān)載于碳顆粒上的細(xì)碎的催化劑顆粒(例如鉬顆粒)，以促進氫在陽極的氧化和氧在陰極的還原。質(zhì)子從陽極通過該離子傳導(dǎo)聚合物膜流入到陰極，在陰極處，它們與氧結(jié)合形成水，該水從電池中排出。典型地，該離子傳導(dǎo)聚合物膜包括全氟化磺酸(PFSA)離聚物。該MEA夾在一對多孔氣體擴散層(“⑶L”)之間，其進而夾在一對無孔的導(dǎo)電性元件或板之間。該板起陽極和陰極的集電器的作用，并且含有在其中形成的適當(dāng)?shù)耐ǖ篮烷_口，用于將燃料電池的氣體反應(yīng)劑分布到各陽極催化劑和陰極催化劑的表面上。為了有效地產(chǎn)生電能，PEM燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜必須是薄的，化學(xué)上穩(wěn)定的，質(zhì)子透過的，非導(dǎo)電性和不透氣的。在典型的應(yīng)用中，燃料電池以多個獨立的燃料電池堆的陣列提供，以便提供高水平的電功率。離子傳導(dǎo)聚合物降解的一種機理是通過在升高的溫度在開路電壓(OCV)和干操作條件下氟的損失(即氟離子釋放)。需要在PFSA膜中添加添加劑以提高燃料電池壽命、提高膜耐久性并降低在這些條件下的氟離子釋放。因此，需要具有減少的氟離子釋放的改進的離子傳導(dǎo)膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供具有改進的氟離子保持的燃料電池解決了現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個問題。該實施方案的燃料電池包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜。特征在于，該離子傳導(dǎo)膜具有在與除了沒有鈰離子之外具有相同構(gòu)造的離子傳導(dǎo)膜相比時足以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失的量的穩(wěn)定劑(例如含鈰化合物)。該MEA還包括設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第一側(cè)上的第一催化劑層，和設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上的第二催化劑層。第一墊圈沿該第二側(cè)的周邊設(shè)置在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間。類似地，第二墊圈沿該第二側(cè)的周邊插入該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間。
在本發(fā)明的另一實施方案中，提供了制備上述MEA的方法。本發(fā)明進一步體現(xiàn)在如下方面 1.燃料電池，包括
具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜，該離子傳導(dǎo)膜具有有效量的鈰離子以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失；
設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第一側(cè)上的第一催化劑層； 插在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間的第一墊圈； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)上的第二催化劑層；和插在該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間的第二墊圈。2.方面1的燃料電池，其中該第一墊圈和第二墊圈各自獨立地包括聚合物。3.方面1的燃料電池，其中該第一墊圈和第二墊圈各自獨立地包括選自由聚酰亞胺、聚酯及其組合構(gòu)成的組的聚合物。4.方面1的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地粘附到該離子傳導(dǎo)膜上。5.方面1的燃料電池，進一步包括設(shè)置在該第一催化劑層上的第一氣體擴散層和設(shè)置在該第二催化劑層上的第二氣體擴散層。6.方面5的燃料電池，其中該第一催化劑層粘附到該第一擴散層上，且該第二催化劑層粘附到該第二氣體擴散層上。7.方面2的燃料電池，其中在95°C和50%相對濕度在開路條件下的氟離子釋放速率小于約 1x10" gF/cm2.h。8.方面2的燃料電池，其中在95°C和50%相對濕度在開路條件下的氟離子釋放速率為約 1x10— gF/cm2.h 一約 IxlO"5 gF/cm2.h。9.方面1的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地包括
貴金屬ο10.方面9的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地包括催化劑載體。11.方面9的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地包括量為約0. lmg/cm2 一約0. 8mg/cm2的催化劑。12.方面9的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地包括鈰離子。13.方面11的燃料電池，其中該第一或第二催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子。14.方面1的燃料電池，其中該SO3H交換水平為0. Imo 1%-約ImoW。15.制備膜電極組裝件的方法，該方法包括
a)將第一墊圈放置在離子傳導(dǎo)層的第一側(cè)上以形成第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合；
b)將第一催化劑層放置在該第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合上以使得該第一催化劑層接觸該離子傳導(dǎo)層的一部分和該第一墊圈的一部分，該第一催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子；和
c)將第二催化劑層放置在該離子傳導(dǎo)層的第二側(cè)上。
16.方面15的方法，其中在步驟C)之前將第二墊圈放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上。17.方面16的方法，其中該第二催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子。18.燃料電池，包括
具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜，該離子傳導(dǎo)膜具有有效量的穩(wěn)定劑以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失，該穩(wěn)定劑選自由含鈰化合物、含錳化合物及其組合構(gòu)成的組； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)上的第一催化劑層； 插在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間的第一墊圈； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)上的第二催化劑層；和插在該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間的第二墊圈。19.方面18的燃料電池，其中該穩(wěn)定劑包括選自由Ce02、Mn02、含Ce (III)化合物、 含Ce (IV)化合物、含Mn (II)化合物、含Mn (IV)化合物及其組合構(gòu)成的組的化合物。20.方面18的燃料電池，其中該穩(wěn)定劑包括選自由( 納米顆粒、MnA納米顆粒及其組合構(gòu)成的組的化合物。


從詳細(xì)說明和附圖可以更完全理解本發(fā)明的示例性的實施方案，其中
圖1是結(jié)合有本發(fā)明的一種或多種實施方案的氣體擴散層的燃料電池的示意圖； 圖2A是具有改進的氟離子保持的膜電極組裝件的橫截面示意圖； 圖2B是具有改進的氟離子保持的膜電極組裝件的橫截面示意圖； 圖3是在該膜組裝件中使用的墊圈的頂視圖；和
圖4提供了具有和不具有墊圈的燃料電池的氟離子釋放率與時間的關(guān)系曲線。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)涉及本發(fā)明的目前優(yōu)選的組合物、實施方案和方法，它們構(gòu)成本發(fā)明人目前已知的實施本發(fā)明的最佳方式。附圖不一定按比例繪制。但是，要理解的是，所公開的實施方案僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以具體體現(xiàn)為各種可替代的形式。因此，本文中公開的具體細(xì)節(jié)不應(yīng)被視為限制性的，而是僅作為本發(fā)明的任何方面的代表性基礎(chǔ)和/或作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。除了在實施例中或明確地另行指明之處外，本說明書中表示材料量或反應(yīng)條件和 /或使用條件的所有數(shù)值量應(yīng)被理解為用詞語“大約”修飾以描述本發(fā)明的最寬范圍。同樣要理解的是，本發(fā)明不限于下述具體實施方案和方法，因為具體組分和/或條件當(dāng)然可變。此外，本文所用的術(shù)語僅用于描述本發(fā)明的具體實施方案并且無論如何不是限制性的。還必須指出，說明書和所附權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式“某(a、an)”和“該、所述 (the)”包含復(fù)數(shù)對象，除非文中清楚地另行指明。例如，以單數(shù)提到某組分意在包括多個組分。參考圖1，提供了結(jié)合本發(fā)明的實施方案的膜電極組裝件的燃料電池。PEM燃料電池10包括位于第一催化劑層14和第二催化劑層16之間的聚合物離子傳導(dǎo)膜12。在某變型中，第一催化劑層14是陰極層，而第二催化劑層16是陽極層。聚合物離子傳導(dǎo)膜12、陰極催化劑層14和陽極催化劑層16—起限定了膜電極組裝件(“MEA”)。離子傳導(dǎo)膜包括有效量的穩(wěn)定劑(例如鈰離子)以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失。而且，本實施方案的 MEA包括在離子傳導(dǎo)層12和催化劑層之間的周邊墊圈以維持該穩(wěn)定劑(例如鈰離子)在減少氟離子損失方面中的有益效果。燃料電池10還包括電導(dǎo)板20、22和氣體通道M和26。氣體擴散層30插在電導(dǎo)板20和第一催化劑層14之間，而氣體擴散層32插在電導(dǎo)板22和第二催化劑層16之間。 任選地，氣體擴散層30包括微孔層34，而氣體擴散層32包括微孔層36。參考圖2A和2B，提供了具有改進的氟離子保持的燃料電池的示意圖。圖2A是其中催化劑層都施加在離子傳導(dǎo)層上的燃料電池的橫截面示意圖。在圖2A的變型中，燃料電池38包括膜電極組裝件40。膜電極組裝件40包括具有第一側(cè)42和第二側(cè)44的離子傳導(dǎo)膜12。如上所述，該離子傳導(dǎo)膜12包括有效量的穩(wěn)定劑(例如鈰離子)以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜損失。第一催化劑層14施加或粘附在離子傳導(dǎo)層12的第一側(cè)42上。第一墊圈50插在該第一催化劑層14和離子傳導(dǎo)膜12的第一側(cè)42之間。第二催化劑層16施加或粘附在離子傳導(dǎo)層的第二側(cè)44上。在某變型中，第二墊圈52插在第二催化劑層16和離子傳導(dǎo)膜12的第二側(cè)44之間。圖2B提供了其中第一催化劑層14施加或粘附在氣體擴散層30上而第二催化劑層16施加或粘附在氣體擴散層32上的變型。圖3提供了在該膜組裝件中使用的墊圈的頂視圖。在圖3的某變型中，墊圈50限定了可使催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜之間接觸的中心區(qū)域60，而在該周邊或其附近提供離子傳導(dǎo)膜12與催化劑層14和16的分離。墊圈52與墊圈50具有類似的構(gòu)造。在一種變型中，墊圈各自獨立地包括聚合物。適合的聚合物的實例包括但不限于聚酰亞胺、聚酯及其組合。在某改進中，墊圈50、52具有約2-約150微米的厚度。在另一種改進中，墊圈50、52 具有約20-約75微米的厚度。在某變型中，墊圈50、52各自獨立地包括聚合物。通常，可用的聚合物在燃料電池操作條件下是穩(wěn)定的、電絕緣的且不能滲透氫氣。在進一步改進中，聚合物也不能滲透氧氣?？捎糜谛纬蓧|圈50、52的聚合物的實例包括但不限于聚酰亞胺、聚烯烴(例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))等。特別有用的材料是DuPont產(chǎn)品 KaptorA其是聚酰亞胺。如上所述，本實施方案的燃料電池包括第一和第二催化劑層。典型地，第一催化劑層和第二催化劑層各自獨立地包括貴金屬。在某變型中，第一催化劑層和第二催化劑層各自獨立地包括催化劑載體。在進一步改進中，第一催化劑層和第二催化劑層各自獨立地包括量為約O.Olmg/cm2-約0.8mg/cm2的催化劑。在進一步改進中，第一催化劑層和第二催化劑層各自獨立地包括量為約0. 05mg/cm2-約0. 5mg/cm2的催化劑。優(yōu)選的催化劑包括金屬，但不限于鉬(Pt)、鈀(Pd)；金屬Pt和鉬(Mo)的混合物、Pt和鈷(Co)的混合物、Pt和釕(Ru)的混合物、Pt和鎳(Ni)的混合物、Pt和錫(Sn)的混合物。典型地，將這類催化劑浸漬到載體(例如碳或各種金屬氧化物)上。在另一變型中，第一催化劑層和第二催化劑層各自獨立地包括穩(wěn)定劑(例如鈰離子)。在某改進中，該穩(wěn)定劑(例如鈰離子)可擴散到離子傳導(dǎo)層中。
在本實施方案的某變型中，上述燃料電池的特征在于在95°C和50%相對濕度在開路條件下的氟離子釋放速率小于約lxl0_7 gF/Cm2*h。在另一變型中，該燃料電池的特征在于在95°C和50%相對濕度在開路條件下的氟離子釋放速率為約lxlO—6 gF/cm2 -h 一約1χ10_5 gF/cm2 *h。在另一變型中，上述燃料電池的特征在于SO3H交換量為約0. 1% 一約lmd%。在另一實施方案中，提供了制備上述燃料電池的方法。本實施方案的方法包括將第一墊圈放置在離子傳導(dǎo)層的第一側(cè)上以形成第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合的步驟。然后將第一催化劑層放置在該第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合之上以使該第一催化劑層接觸該離子傳導(dǎo)層的一部分和該第一墊圈的一部分。特征在于，該第一催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的穩(wěn)定劑(例如鈰離子)。然后將第二催化劑層放置在該離子傳導(dǎo)層的第二側(cè)上。 在某變型中，在將該第二催化劑層放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上之前，將第二墊圈放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上。在某改進中，該第二催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的穩(wěn)定劑(例如鈰離子)。在某改進中，該穩(wěn)定劑以占包括其的催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. 01襯%-約5wt%的量存在。在另一改進中，該穩(wěn)定劑以占包括其的該催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. lwt%-約4wt%的量存在。在另一改進中，穩(wěn)定劑以包括其的催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. 5wt%-約3wt%的量存在?？梢詫⑷芜x的氣體擴散層放置在該第一和第二催化劑層上。通過在每一側(cè)上放置電導(dǎo)板完成該燃料電池。在另一實施方案中，提供了上述燃料電池的制備方法。本實施方案的方法包括將第一墊圈放置在離子傳導(dǎo)層的第一側(cè)上以形成第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合的步驟。然后將第一催化劑層/氣體擴散層組合放置在該第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合上以使該第一催化劑層接觸該離子傳導(dǎo)層的一部分和該第一墊圈的一部分。特征在于，該第一催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的穩(wěn)定劑(例如鈰離子)。然后將第二催化劑層/氣體擴散層組合放置在該離子傳導(dǎo)層的第二側(cè)上。在某變型中，在將該第二催化劑/氣體擴散層組合放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上之前，將第二墊圈放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上。在某改進中，該第二催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子。在某改進中，穩(wěn)定劑以占包括其的催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. 01wt%-約5wt%的量存在。在另一改進中，該穩(wěn)定劑以占包括其的催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. lwt%-約4wt%的量存在。在另一改進中，該穩(wěn)定劑以占包括其的催化劑層(即第一催化劑層或第二催化劑層)的重量的約0. 5wt%-約3wt%的量存在。通過將電導(dǎo)板放置在該第一和第二催化劑/氣體擴散層組合上完成該燃料電池。在上述各種實施方案和變型中，穩(wěn)定劑包括鈰離子，尤其是Ce3+離子。在另一變型中，穩(wěn)定劑包括選自由Ce02、Mn02、含Ce(III)化合物、含Ce(IV)化合物、含Mn(II)化合物、 含Mn(IV)化合物及其組合構(gòu)成的組的化合物。在另一變型中，穩(wěn)定劑包括選自由CeO2納米顆粒、MnA納米顆粒及其組合構(gòu)成的組的化合物。以下實施例舉例說明了本發(fā)明的各種實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到在本發(fā)明的主旨和權(quán)利要求的范圍內(nèi)的許多變型。催化劑油墨制備
將172mg的( (CO3)3·8Η20 (0. 57mmol Ce3+)添加到55. 5g的全氟磺酸離聚物的磁攪拌的乙醇/水溶液(28%固體，15. 5g離聚物，Eff=910g/mol, 17. Immol SO3H)中。隨著該溶液的溫度升高到40°C—小時并然后使其攪拌整晚，發(fā)生二氧化碳析出。將該離聚物溶液添加到34. 2g的催化劑粉末中，在該催化劑粉末中，Pt (45. 6wt%)負(fù)載在碳納米顆粒載體上 (離聚物/碳=0.84)。將所得到的混合物研磨72小時以制備用于涂覆的催化劑油墨。使用涂覆棒將該催化劑油墨涂覆在ePTFE貼花紙上，并在80°C干燥5分鐘。將該大催化劑貼花紙沖切成50cm2的貼花紙，用于膜電極組裝件。使用該油墨制備工藝，該催化劑貼花紙包含 0. Img (0. 7Mfflol)Ce3+0使用實質(zhì)上相同的程序(但是，該程序省略了添加鈰鹽)制備未緩和的貼花紙。MEA 制備
通過將兩個50cm2催化劑貼花紙在4000磅(300psi)的力下熱壓到IOOcm2 Nafion 212CS 50Mm (EW=IlOO)膜上4分鐘而制備無下墊圈的膜電極組裝件(MEA)。基于轉(zhuǎn)移的催化劑的質(zhì)量，測定標(biāo)稱Pt覆蓋量為0. %ig/cm2。在IOOcm2膜樣品內(nèi)包含的SO3H的量為 0.91mmolo通過兩個貼花紙內(nèi)包含的Ce3+的總量確定該膜中的SO3H交換水平。在使用一個或兩個負(fù)載鈰的貼花紙制備MEA時，該膜內(nèi)的SO3H交換水平分別為0. 24mol%和0. 48mol%0以類似的方式制備有下墊圈的MEA，除了在熱壓該貼花紙之前在該膜的每一側(cè)上放置具有約44cm2的正方形窗口的7. δμπι厚Kapton 聚酰亞胺膜以外。該50cm2貼花紙施加在該Kaptone膜中的正方形開口上。該膜的陽極側(cè)和陰極側(cè)上的窗口能夠具有相同的尺寸，或者其尺寸能夠不同，但兩個窗口都必須小于該催化劑貼花紙面積。典型的MEA構(gòu)造使用分別為38cm2和44cm2的陽極活性面積和陰極活性面積?；瘜W(xué)耐久性測試
通過監(jiān)控在95°C和50%相對濕度在開路條件下對陽極和陰極兩者的操作過程中的氟離子釋放速率(FRR)，來評價該膜電極組裝件的化學(xué)耐久性。將本發(fā)明的膜電極組裝件的氟離子釋放速率與不用電極下墊圈制備的MEA對比評價。圖4提供了舉例說明上述墊圈技術(shù)的影響的氟離子釋放速率的曲線圖。顯示了具有相同鈰含量(0. 24mol%)的兩個MEA的FRR。對照樣品沒有電極邊緣下墊圈，而本發(fā)明的實施例在分別具有38cm2和44cm2的活性區(qū)域的陽極和陰極上都具有下墊圈。在該95°C的 OCV測試過程中，無下墊圈的對照MEA的FRR在150小時內(nèi)逐漸升高以達到lxlO—6 gF/cm2-h 的值。本發(fā)明的MEA的FRR在300測試小時過程中保持約8 xl0_8 gF/Cm2*h的恒定值。因此，該下墊圈技術(shù)將該FRR減少了超過一個數(shù)量級并由此提高了 MEA壽命。雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的實施方案，但沒有打算讓這些實施方案說明和描述本發(fā)明的所有可能的形式。反而，說明書中使用的措詞是描述性而非限制，應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下可以做出各種變化。
權(quán)利要求
1.燃料電池，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜，該離子傳導(dǎo)膜具有有效量的鈰離子以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失；設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第一側(cè)上的第一催化劑層； 插在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間的第一墊圈； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)上的第二催化劑層；和插在該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間的第二墊圈。
2.權(quán)利要求1的燃料電池，其中該第一墊圈和第二墊圈各自獨立地包括聚合物。
3.權(quán)利要求1的燃料電池，其中該第一墊圈和第二墊圈各自獨立地包括選自由聚酰亞胺、聚酯及其組合構(gòu)成的組的聚合物。
4.權(quán)利要求1的燃料電池，其中該第一催化劑層和該第二催化劑層各自獨立地粘附到該離子傳導(dǎo)膜上。
5.制備膜電極組裝件的方法，該方法包括a)將第一墊圈放置在離子傳導(dǎo)層的第一側(cè)上以形成第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合；b)將第一催化劑層放置在該第一墊圈/離子傳導(dǎo)層組合上以使得該第一催化劑層接觸該離子傳導(dǎo)層的一部分和該第一墊圈的一部分，該第一催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子；和c)將第二催化劑層放置在該離子傳導(dǎo)層的第二側(cè)上。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在步驟c)之前將第二墊圈放置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中該第二催化劑層包括可擴散到該離子傳導(dǎo)層內(nèi)的鈰離子。
8.燃料電池，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜，該離子傳導(dǎo)膜具有有效量的穩(wěn)定劑以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失，該穩(wěn)定劑選自由含鈰化合物、含錳化合物及其組合構(gòu)成的組； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)上的第一催化劑層； 插在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間的第一墊圈； 設(shè)置在該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)上的第二催化劑層；和插在該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間的第二墊圈。
9.權(quán)利要求1的燃料電池，其中該穩(wěn)定劑包括選自由&0211102、含(^(111)化合物、含 Ce(IV)化合物、含Mn(II)化合物、含Mn (IV)化合物及其組合構(gòu)成的組的化合物。
10.權(quán)利要求1的燃料電池，其中該穩(wěn)定劑包括選自由CeO2納米顆粒、MnO2納米顆粒及其組合構(gòu)成的組的化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有電極邊緣保護的低水平鈰遷移。本實施方案的燃料電池包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的離子傳導(dǎo)膜。特征在于，該離子傳導(dǎo)膜具有在與除了沒有鈰離子之外具有相同構(gòu)造的離子傳導(dǎo)膜相比時足以抑制氟離子從該離子傳導(dǎo)膜中的損失的量的鈰離子。該MEA還包括設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第一側(cè)上的第一催化劑層，和設(shè)置在該離子傳導(dǎo)層的該第二側(cè)上的第二催化劑層。第一墊圈沿該第二側(cè)的周邊設(shè)置在該第一催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第一側(cè)之間。類似地，第二墊圈沿該第二側(cè)的周邊插入該第二催化劑層和該離子傳導(dǎo)膜的該第二側(cè)之間。
文檔編號H01M4/88GK102255095SQ201110131838
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者孔斯 F. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司