燃料电池的膜电极组件及其制造方法和燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池的膜电极组件及其制造方法和燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃料电池的膜电极(membrane-electrode )组件及其 制造方法，以及包括该膜电极组件的燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池是能量产生系统，其通过氧化剂与包括在诸如曱醇、乙醇、天 然气等的碳氢化合物基材料中的氢的电化学氧化还原反应来产生电能。
燃料电池提供清洁能源，其能够取代燃烧化石燃料(fossil foel)的能量
能量输出。由于典型燃料电池的能量密度是小的锂电池的四至十倍，所以燃 料电池可以用作小的便携电源。
典型的示范性燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC )和直接 氧化燃料电池(DOFC)。直接氧化燃料电池包括利用曱醇作为燃料的直接 曱醇燃料电池(DMFC)。
在工作中，燃料电池的燃料供给到燃料电池的阳极并被吸附到阳极的催 化剂层上，燃料被氧化以产生质子和电子。电子通过外部电路被传输到燃料 电池的阴极，质子通过阳极和阴极之间的聚合物电解质膜被传输到阴极。此 外，氧化剂被供给到阴极，接着氧化剂、质子和电子在阴极的催化剂层上反
应以产生电和7K。
通过利用金属掩模，阳极的催化剂层和/或阴极的催化剂层仅形成在聚合 物电解质膜的设定或预定区域中。然而，利用(或定位)金属掩模来形成催 化剂层需要大量的时间，所以金属掩模会引起阴影效应(shadow effect)，
于金属掩模的厚度催化剂被金属掩模遮蔽。

发明内容
本发明实施例的一个方面涉及改良的膜电极组件，其包括大量的催化剂
5且每单位体积具有高能量。
在一个实施例中，用于燃料电池的膜电极组件包括第一基板、面对第一 基板的第二基板以及第 一基板和第二基板之间的催化剂层，该催化剂层具有
大约0.5或更大的h,/t!比率，或者更具体地，h,/ti比率为约0.5至约2，其中 s,表示在催化剂层的一端处第一基板上的点，h,表示第一基板和第二基板之 间的距离，32表示在第一基板上最靠近Sl的点，在该点处催化剂层的高度(h ) 变为hpt，表示S,和S2之间的距离。在一个实施例中，第一基板是聚合物 电解质膜，第二基板是电极基板。在另一个实施例中，第一基板是电极基板， 第二基板是聚合物电解质膜。
在一个实施例中，膜电极组件还包括衬垫，该衬垫围绕催化剂层的外围 表面并用于密封第一基板和第二基板之间的催化剂层。衬垫可包括在衬垫的 侧面上的粘合层，通过该粘合层，该衬垫被固定到第一基板的某区域。
粘合层可包括从硅酮基树脂、环氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安 酯聚合物两组分树脂及其的组合组成的组中选择的树脂。在一个实施例中， 粘合层的厚度在约10至约5(Vm之间。
在一个实施例中，电极基板和催化剂层成整体来作为阳极或阴极。
本发明实施例的另 一个方面涉及一种用于燃料电池的膜电极组件的制 造方法。在一个实施例中，用于燃料电池的膜电极组件的制造方法包括通 过贴附衬垫的粘合层到基板的区域来将衬垫固定到基板上，该衬垫包括在其 侧面上的所述粘合层；以及通过利用衬垫作为掩模来在基板上形成催化剂 层。
基板可以是聚合物电解质膜或者电极基板。
在一个实施例中，衬垫的厚度在约100至约300pm之间，和/或粘合层 的厚度在约10至约50)im之间。
本发明实施例的另 一个方面涉及一种燃料电池系统，其包括至少一个具 有膜电极组件的生电元件；燃料供应器，用于供应燃料到生电元件；和氧化 剂供应器，用于供应氧化剂到生电元件，其中膜电极组件与前述膜电极组件 相同或基本相同。


图1A是显示根据本发明的实施例的膜电极组件的示意性截面图；图IB是显示根据本发明另 一个实施例的膜电极组件的示意性截面图2是显示图1A中示出的区域A的放大图3是显示利用掩模制造常规膜电极组件的方法的截面图4是显示根据本发明的实施例的膜电极组件的制造方法的截面图5是显示根据本发明的实施例的燃料电池系统的结构的示意图6是显示图5中示出的电池堆的结构的分解透视图7是根据本发明实例1的膜电极组件的光学显微图8是根据对比例1的膜电极组件的光学显微图9是显示由本发明实例1和对比例1得到的燃料电池的性能的图表。
具体实施例方式
在后文的详细描述中，通过说明的方式仅显示和描述了本发明的特定示 范性实施例。正如本领域的技术人员所知，发明可以许多不同形式实施并且 不应被解释为限于这里阐明的实施例。而且，在本申请的上下文中，当一个 元件被称为在另一元件"上"时，它可以直接在其他元件上或可以间接地在 其他元件上且二者之间存在中间元件。通篇说明书相同的附图标记指示相同 的元件。
图1A和1B是示出根据本发明的不同实施例的膜电极组件的截面的示 意图。图1A和1B的每个的截面图示出沿着平行于形成有催化剂层的基板 的 一侧的对称轴截耳又基板。
通常，用于燃料电池的膜电极組件的制造方法有两种。第一种方法包括 首先在电极基板上涂敷催化剂层，接着将其与聚合物电解质膜层叠以提供膜 电极组件。第二种方法包括首先在聚合物电解质膜的任一侧(或表面)上形 成催化剂层，接着将其与电极基板层叠以提供膜电极组件。第一种方法被称 为催化剂覆盖基板(CCS, catalyst coated substrate )法，第二种方法被称为催 4匕剂4隻盖月莫(CCM, catalyst coated membrane )法。
同样地，如果根据CCS法形成催化剂层，基底基板可以是电极基板； 如果根据CCM法形成催化剂层，则基底基板(或基板)可以是聚合物电解 质膜。
图1A显示根据CCM法形成催化剂层的情况。换句话说，图IA显示聚 合物电解质膜130被用作基底基板(或作为基板)的情况。图1B显示根据CCS法形成催化剂层的情况。在此方法中，催化剂层形 成在电才及基—反上。
参考图1A，膜电极组件100包括阳极110、阴极120以及在阳极110和 阴极120之间的聚合物电解质膜130。
阳极110包括通过氧化反应将氢转化为质子和电子的阳极催化剂层111 和用于支撑阳极催化剂层111的阳极基板112。阴极120包括阴极催化剂层 121和用于支撑阴极催化剂层121的阴极基板122，阴极催化剂层121通过
物电解质膜13 0通过将阳极110产生的质子传输到阴极120而被用作离子交换膜。
此外，膜电极组件100包括衬垫(gasket) 140a和l德，其围绕阳极催 化剂层111和阴极催化剂层121的外围表面(external circumferential surface ) 并用于密封阴极催化剂层121和阳极催化剂层111。才艮据一个实施例，衬垫 140a和140b的每个分别包括在它们的一个表面上的粘合层141a、 141b。粘 合层141a和141b用于将衬垫140a和140b贴附到聚合物电解质膜130，并 可以包括防水、耐热和/或耐酸的材^H"。
在另一个实施例中，粘合层141a和141b包括能够抵抗燃料电池工作期 间产生的热量的耐热粘合剂。在一个实施例中，粘合层141a和141b能抵抗 150至20(TC之间的热。
resin )、环氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安酯(polyester-polyurethane ) 的两组分聚合物树脂及其的组合组成的组的树脂。粘合层141a和141b的厚 度为10至5(Him,在另一个实施例中，它们的厚度为20至40iim,从而实现 粘合和密封功能。
参考图1B，由于催化剂层121'(例如，阴极催化剂层)形成在电极基 板122'上(例如，阴极基板)，所以图1B所示的空的空间150b'就形成了。
根据本发明的一个实施例，由于包括粘合层141a和141b的衬垫140a 和140b被用作掩模以形成催化剂层，所以膜电极组件100可以因为该掩模 而降低阴影效应，在阴影效应中催化剂层没有形成在催化剂层的上表面的边 缘部分处。图1A中的附图标记150a和150b代表空的空间，由于阴影效应 而没有在其中形成催化剂层。图2为图1A中所示的区域A的放大图。当指示相同的元件时，图2使 用与图l相同的附图标记。参考图2，点Si在基板240上催化剂层111的第 一端230处；距离h,在聚合物电解质膜130和阳极基板112之间；h表示点 s处催化剂层111的高度；S2表示在h等于h,的点s中最靠近点s,的点；以 及t,表示s,和s2之间的距离。
在一个实施例中，催化剂层的h,/t,比率为0.5或更大。在另一个实施例 中，h一t,比率为l或更大，或者更特别地，为1.5或更大。在一个实施例中， 当h一t,比率为0.5或更大时，随着在相同体积中存在的催化剂的量的增大， 催化剂层的有效区域增大。h，/t，比率越大，单位体积的能量密度越高。然而， 难以提供h,/t,比率大于2的催化剂层。
由于h,值高度依赖电极的制造工艺，所以h,不应被限制在特定范围。 也就是，因为通常在聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的情况中，催化剂 的涂敷量为0.2mg/cn^左右，而在直接甲醇氧化燃料电池(DMFC )的情况 中，催化剂的涂敷量为4mg/cn^左右，所以定义聚合物电解质和基板的绝对 厚度是没有意义的。
根据本发明另一个实施例，提供了膜电极组件的制造方法。该方法包括 通过将衬垫的粘合层贴附到基板的特定区域而将在一个表面上具有粘合层 的衬垫固定到基板上，以及通过利用衬垫作掩模从而在基板上形成催化剂 层。
当根据CCS (催化剂层形成在电极基板上)法形成催化剂层时，该基板 可以是电极基板。当根据CCM (催化剂层形成在聚合物电解质膜上)法形 成催化剂层时，该基板可以是聚合物电解质膜。
图3是显示利用金属掩模制造常规膜电极组件的方法的截面图。参考图 3，通过利用金属掩模320将聚合物电解质膜330固定在橡胶-兹板310上， 用胶带(tape) 340a和340b固定聚合物电解质膜330的边缘，从而防止或 减小聚合物电解质膜330的收缩。通过诸如丝网印刷、喷涂或刮墨刀涂敷 (doctor blade coating )的涂敷法，涂敷层形成在形成有金属掩模320的聚合 物电解质膜330上，然后去除金属掩模320。
在常规膜电极组件的制造方法的情况中，将聚合物电解质膜330和金属 掩模320放置在橡胶磁板310上需要很长时间，当阳极催化剂层形成在聚合 物电解质膜330的一个表面上时难以布置具有阳极的聚合物电解质膜330。然后，阴极催化剂层形成在聚合物电解质膜330的另一表面上。此外，当金 属掩模320和橡胶磁板310之间的磁力不够时，聚合物电解质膜330在催化 剂层形成时会收缩。
为了保持金属掩模320和橡胶》兹板310之间的磁力在至少一定的或足够 的水平，金属掩模320应该具有至少一定水平的厚度。当采用具有一定水平 (或更大)的厚度的金属掩模320时，会产生阴影效应，其中在形成催化剂 层时由于金属掩模的遮蔽而使催化剂层不形成在催化剂层上表面的边缘区 域上。
图4为显示根据本发明实施例的膜电极组件的制造方法的截面图。当图 4示出根据CCM法形成催化剂的情况时，本发明并不限于此，催化剂层可 以根据CCS法形成。
参考图4，根据本发明的一个实施例的膜电极组件的制造方法包括在真 空板410上固定聚合物电解质膜420，以及通过使衬垫430的粘合层贴附到 聚合物电解质膜420的特定区域从而将具有在一个表面上的粘合层的衬垫 430固定到聚合物电解质膜420上。当利用衬垫430作掩模时，通过诸如丝 网印刷、喷涂或刮墨刀涂敷的涂敷法将催化剂层形成在聚合物电解质膜420 上除了衬垫430贴附的区域。
当包括粘合层的衬垫430在形成催化剂层时用作掩模时，因为衬垫430 的厚度小于金属掩模，所以衬垫430可以减小阴影效应，。同样，甚至在形 成催化剂层之后，衬垫430仍然保留，因此当阳极催化剂层形成在聚合物电 解质膜420的一个表面(或一侧)上时，确定阳极图案是不难的。然后，阴 极催化剂层形成在相对的表面上。
在一个实施例中，具有粘合层的衬垫430的厚度在100至300pm之间； 在另一个实施例中，厚度在150至200)im之间。在一个实施例中，当衬垫 430的厚度小于100pm时，形成电极的图案是很成问题的。在另一个实施例 中，当衬垫430的厚度大于300|im时，会产生显著的阴影效应。相比较， 图3中，金属掩模的厚度为约700pm。
此外，因为聚合物电解质膜420被固定在真空板(vacuum plate ) 410上， 所以能够防止或减小在催化剂层形成时因用于催化剂层的合成物的溶剂挥 发而导致的聚合物电解质膜420的收缩。
粘合层将衬垫430贴附到聚合物电解质膜420，它可以包括具有防水、耐热和/或耐酸性的任意适当的材料，从而达到充分密封。
用于粘合层的材料可以包括耐热粘合剂，其能够承受燃料电池工作时产
生的热。在一个实施例中，该材料在150至20CTC之间耐热。
resin)、环氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安酯(polyester-polyurethane ) 的两组分聚合物树脂及其的组合组成的组的树脂。根据一个实施例，粘合层 的厚度在10至50nm之间，在另 一个实施例中，粘合层的厚度在20至40)_im 之间从而实现附着和密封功能。
通过固化(curing)粘合层，包括粘合层的衬垫430能被固定到聚合物 电解质膜420。粘合层的固化取决于粘合层的材料。在另一个实施例中，粘 合层被紫外线或x射线辐照，或者被加热以使得其不影响聚合物电解质膜 420的物理性能。
根据另一个实施例，燃料电池系统被设置为包括生电元件，该生电元 件包括这里所描述的根据本发明实施例的膜电极组件；用于供应燃料到生电 元件的燃料供应器；以及用于供应氧化剂到生电元件的氧化剂供应器。
图5是显示根据本发明的实施例的燃料电池系统的结构的示意图，图6 是显示图5中示出的电池堆510的结构的分解透^L图。
参考图5，燃料电池系统500采用聚合物电解质膜燃料电池(PEM)形 式，聚合物电解质膜燃料电池(PEM)形式通过重整(或改性)包括氢的燃 料来产生氬并且通过氢的氧化反应及氧化剂的还原反应来产生电能。
在燃料电池系统500中，氧化剂可以包括存储在独立的存储空间中的氧 或者包括氧的空气。
燃料电池系统500还包括生电元件511,其用于通过诱发来自重整器 530的重整燃料(或重整气)与氧化剂的氧化和还原反应来产生电能；燃料 供应器550，用于向重整器530供给燃料；重整器530，用于重整燃料以产 生重整燃料(或富氢燃料)以及用于供应氢(或重整燃料或富氢燃料)到生 电元件511;以及氧化剂供应器570,用于供应氧化剂到重整器530和生电 元件511。复数个(multiple)生电元件511 ;故堆叠在一起以形成电池堆510。
当燃料电池系统500工作时，由重整器产生的氬被供应到电池堆510的
生电元件511,氧化剂被供应到生电元件511,电池堆通过氢的氧化反应及
氧化剂的还原反应产生具有设定或预定输出的电能、水和热。重整器530具有由包括氩的燃料产生富氬燃料并供应富氢燃料到电池堆 510的结构。重整器530通过蒸汽重整(SR， steam reforming )、自热重整(ATR， autothermal reforming)和/或部分氧化(POX， partial oxidation)由燃料产生 富氢燃料，并且供应富氢燃料到电池堆510。此外，重整器530可选地可以 包括4吏燃津牛中的一氧化碳氧化的 一氧化^友减少部(decreasing part )。
用于供应燃料到重整器530的燃料供应器550包括用于储存燃料的燃料 罐551和连接到燃料罐551并用于从燃料罐551释放燃料的燃料泵553。
氧化剂供应器570包括氧化剂泵571，其用于以一定的抽吸力(pumping force)来抽吸氧化剂并用于供应氧化剂到电池堆510的每个生电元件511及 重整器530。氧化剂供应器570通过图5所示的单个氧化剂泵571供应氧化 剂到电池堆510和重整器530，但并不限于此，其可以包括分别连接到电池 堆510和重整器530的两个氧化剂泵。
参考图6，通过堆叠生电元件511来设置电池堆510。生电元件511形 成燃料电池的单个单元，该燃料电池的单个单元具有在中心的膜电极组件 512和在膜电极组件512两个表面上的分隔体(也称作双极板)516。下文的实施例将更详细的说明本发明。然而，应当理解的是本发明并不 受这些实例的限制。 制造膜电极组件 实例1
125pm厚的NAFION 115膜tm (由DuPont制造)在90"下在3%过氧 化氢溶液和0.5M硫酸水溶液中处理2小时，接着在IOCTC下在去离子水中 清洗1小时以制备H+型NAFION 115膜。所得到的膜被用作聚合物电解质膜。
使用棒状涂敷器将聚酯和聚亚安酯的两组分树脂粘合聚合物以2至 3g/m2的量涂敷在衬垫的一个表面上并被干燥以提供包括lOjim厚度的粘合 层的衬垫。
衬垫与聚合物电解质膜以这样的方式接触衬垫的粘合层面对聚合物电 解质膜并且在60。C固化24小时从而将衬垫固定在聚合物电解质膜上。衬垫 的厚度为约150pm。
10g 10wt%NAFIONTM(由DuPont制造)的水分散体(aqueous dispersion) 被添加到在30ml异丙醇中的3.0g Pt/C ( 20wt % ,由E-tek制造)中并且被机械搅动从而提供用于催化剂层的合成物。
贴附有衬垫的聚合物电解质膜^皮放置在真空板上，衬垫用作掩模。用于 催化剂层的合成物通过喷射印刷被涂敷到聚合物电解质膜的 一个表面上，从
而提供阴极催化剂层。用于形成阴极催化剂层的区域为5x5cm2,催化剂的 装载量为3mg/cm2。接着，根据与上述程序基本相同的工艺，阳极催化剂层 形成在聚合物电解质膜的另一个表面上。
置在两个电极基板之间，同时在135。C下以300psi对该聚合物电解质膜和两 个电极基板施压3分钟以将电极基板与聚合物电解质膜接合，从而提供膜电
极组件。 比4交例l
125pm厚的NAFION115膜tm (由DuPont制造)在90。C下在3。/。过氧 化氢溶液和0.5M碌b酸水溶液中处理2小时，接着在100。C下在去离子水中 清洗1小时以制造H+型NAFION 115膜从而用作聚合物电解质膜。
10g 10wt%NAFION (由DuPont制造)的水分散体(aqueous dispersion ) 被添加到在30ml异丙醇中的3.0g Pt/C ( 20wt% ,由E-tek制造)中并且被机 械搅动从而提供用于催化剂层的合成物。
通过使用金属掩模将聚合物电解质膜固定在橡胶磁板上，聚合物电解质 膜的边缘用胶带粘贴。用于阴极催化剂层的合成物通过丝网印刷被涂敷在形 成有金属掩模的聚合物电解质膜的一个表面上从而提供阴极催化剂层，接着 金属掩模被去除。用于形成阴极催化剂层的区域是5x5cm2,催化剂装载量 为3mg/cm2。此后，根据与上述程序基本相同的工艺，阳极催化剂层形成在 聚合物电解质膜的另一个表面上。
衬垫被放在金属掩模所处的催化剂层的外围表面上。此后，形成有阴极 催化剂层和阳极催化剂层的聚合物电解质膜被放置在两个电极基板之间，通 过使用压塑模型(compression molder),在135。C下以300 psi对该聚合物电 解质膜和两个电极基板施压3分钟以将电极基板与聚合物电解质膜接合，从 而提供膜电极组件。 观测光学显微镜
用光学显微镜观测聚合物电解质膜的截面表面，截面表面是沿着平行于 膜电极组件的一侧的对称轴关于聚合物电解质膜在垂直方向上截取的，该膜电极组件由实例1得到并包括形成有催化剂层的聚合物电解质膜，图7中示 出观测结果。此外，用光学显微镜观测聚合物电解质膜的截面，该截面是沿 着平行于膜电极组件的一侧的对称轴关于聚合物电解质膜在垂直方向上截 取的，该膜电极组件由比较例l得到并包括形成有催化剂层的聚合物电解质
膜，图8中示出^L测结果。
参考图2和7，实例1的膜电极组件的催化剂层高度(h，)(或聚合物电 解质膜与基板之间的距离)为约16pm，距离(t,)为约10pm。参考图2和 8,不同地，比较例1的膜电极组件的高度(h,)为约16pm,距离(t,)为 约50^m。换句话说，显而易见的是，在实例l中，h,/t,的比率为约1.6,在 比较例1中，h,/t'的比率为约0.32。 燃料电池性能测量
对由实例1和比较例1得到的燃料电池进行测量以确定基于电流密度的 电压特性，图9中示出了测试结果。
如图9所示，可以确定实例1的燃料电池的性能好于比较例1的燃料电 池。这个结果是制备膜电极组件时在实例1的燃料电池中使用粘性衬垫带来 的。衬垫有助于在形成催化剂层时减小阴影效应，因此能使燃料电池在单位 体积中具有增加的能量。
虽然参考特定示范性实施例描述了本发明，但是应该理解的是本发明不 限于公开的实施例，而是，相反，本发明旨在覆盖包括在权利要求及其等价 物的精神和范围内的不同变形和等价布置。
权利要求
1.一种用于燃料电池的膜电极组件，包括第一基板；第二基板，面对所述第一基板；和催化剂层，在所述第一基板和所述第二基板之间并具有0.5或更大的h1/t1比率，其中s1表示在所述催化剂层的一端处所述第一基板上的点；h1表示所述第一基板和所述第二基板之间的距离；s2表示在所述第一基板上的最靠近所述s1的点，在该点处所述催化剂层的高度(h)变为h1；以及t1表示所述s1和所述s2之间的距离，并且其中所述第一基板是聚合物电解质膜，所述第二基板是电极基板，或者所述第一基板是电极基板，所述第二基板是所述聚合物电解质膜。
2. 如权利要求1所述的膜电极组件，其中所述h,/t,比率在0.5至2之间。
3. 如权利要求1所述的膜电极组件，还包括衬垫，其围绕所述催化剂层 的外围表面并用于密封所述第 一基板和所述第二基^1之间的所述催化剂层。
4. 如权利要求3所述的膜电极组件，其中所述衬垫包括在所述衬垫的侧 面上的粘合层，并且所述衬垫通过所述粘合层被固定到所述第 一基板的区 域。
5. 如权利要求4所述的膜电极组件，其中所述粘合层包括从硅酮基树 脂、环氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安酯聚合物两组分树脂及其组合 组成的组中选择的树脂。
6. 如权利要求5所述的膜电极组件，其中所述粘合层的厚度在10至 50(im之间。
7. 如权利要求1所述的膜电极组件，其中所述电极基板和所迷催化剂层 成整体来作为阳极或阴极。
8. —种用于燃料电池的膜电极组件的制造方法，该方法包括 通过贴附村垫的粘合层到基板的区域来将所述衬垫固定到所述基板上，所述衬垫包括在所述衬垫的侧面上的所述粘合层；以及通过利用所述衬垫作为掩模而在所述基板上形成催化剂层。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述基板是聚合物电解质膜。
10. 如权利要求8所述的方法，其中所述基板是电极基板。
11. 如权利要求8所述的方法，其中所述衬垫的厚度在100至300pm之间。
12. 如权利要求8所述的方法，其中所述粘合层的厚度在10至50nm之间。
13. 如权利要求8所述的方法，其中所述粘合层包括从硅酮基树脂、环 氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安酯聚合物两组分树脂及其组合组成的 组中选择的树脂。
14. 一种燃料电池系统，包括 至少一个生电元件，包括膜电极组件； 燃料供应器，用于供应燃料到所述生电元件；以及 氧化剂供应器，用于供应氧化剂到所述生电元件， 其中所述膜电极组件，包括阳极； 阴极；聚合物电解质膜，在所述阳极和所述阴极之间， 所述阳极和所述阴极的每个均包括电极基板和催化剂层，并且 所述催化剂层在所述电极基板和所述聚合物电解质膜之间并且 h,/t,比率为约0.5或更大， 其中s,表示在所述催化剂层的 一端处第 一基板上的点； h,表示所述第 一基板和第二基板之间的距离；S2表示在所述第一基板上的最靠近所述s！的点，在该点处所述催化剂层的高度(h)变为所述h!;以及t，表示所述Si和所述S2之间的距离，并且其中所述第一基板是聚合物电解质膜，所述第二基板是电极基板， 或者所述第 一基板是电极基板，所述第二基板是所述聚合物电解质膜。
15. 如权利要求14所述的燃料电池系统，其中所述h,/t,比率在0.5至2之间。
16. 如权利要求14所述的燃料电池系统，其中所述膜电极组件还包括衬垫，该衬垫围绕所述催化剂层的外围表面并用于密封所述电极基板和所述聚 合物电解质膜之间的所述催化剂层。
17. 如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述衬垫具有粘合层，该 粘合层在所述衬垫的侧面上，所述衬垫通过所述粘合层被固定到所述第 一基 板的区域。
18. 如权利要求17所述的燃料电池系统，其中所述粘合层包括从硅酮基 树脂、环氧基树脂、丙烯基树脂、聚酯-聚亚安酯聚合物两组分树脂及其组 合组成的组中选择的树脂。
19. 如权利要求17所述的燃料电池系统，其中所述粘合层的厚度在10 至50(im之间。
20. 如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述衬垫的厚度在100 至300(im之间。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池的膜电极组件及其制造方法和燃料电池系统，该膜电极组件包括第一基板、第二基板以及在第一基板和第二基板之间的催化剂层，其中第一基板是聚合物电解质膜，第二基板是电极基板，或者第一基板是电极基板，第二基板是聚合物电解质膜。催化剂层具有大约0.5或更大的h₁/t₁比率，其中s₁表示在所述催化剂层的一端处所述第一基板上的点，h₁表示所述第一基板和所述第二基板之间的距离，s₂表示在所述第一基板上最靠近s₁的点，在该点处所述催化剂层的高度(h)变为h₁，t₁表示s₁和s₂之间的距离。通过减小阴影效应，膜电极组件能包括大量催化剂，从而增加膜电极组件的能量密度。
文档编号H01M8/02GK101582505SQ200910132200
公开日2009年11月18日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年5月13日
发明者宋佳映, 权镐真, 李翰奎 申请人:三星Sdi株式会社