膜电极组件以及由其制备的电化学电池和液流电池的制作方法

本发明整体涉及可用于制造电化学电池和蓄电池的组件。具体地，本发明涉及膜电极组件以及由其制备的电化学电池和液流电池组。本公开还提供了制备电极组件和膜电极组件的方法。

背景技术：

本领域已公开可用于形成电化学电池和氧化还原液流电池的各种部件。这些部件在例如美国专利5,648,184、8,518,572和8,882,057中有所描述。

技术实现要素：

在一个实施方案中，本公开提供膜电极组件，所述膜电极组件包括：第一多孔电极；

离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面；

第一不连续输送保护层，所述第一不连续输送保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第一主表面之间；和

第一粘合剂层，所述第一粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第一粘合剂层沿所述膜电极组件的周边设置，其中在不存在所述第一粘合剂层的情况下，所述第一多孔电极和所述第一不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在另一个实施方案中，所述膜电极组件还包括第二粘合剂层，所述第二粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第一主表面和所述第一不连续输送保护层接触，其中所述第二粘合剂层将所述第一不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜，并且其中所述第二粘合剂层沿所述膜电极组件的周边设置。

在另一个实施方案中，所述膜电极组件还包括第一垫圈，所述第一垫圈具有第一主表面和第二主表面，所述第一垫圈设置在所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个与所述离子可渗透膜之间，其中所述第一垫圈沿所述膜电极组件的所述周边设置并且所述第一垫圈呈环形的形状，并且任选地包括第一垫圈粘合剂层和第二粘合剂层中的至少一个，所述第一垫圈粘合剂层与所述第一垫圈的所述第一主表面和所述离子可渗透膜的所述第一主表面接触；所述第二粘合剂层与所述第一垫圈的所述第二主表面和所述第一不连续输送保护层接触。

在又另一个实施方案中，所述膜电极组件还包括第二多孔电极和第二不连续输送保护层，所述第二不连续输送保护层设置在所述第二多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第二主表面之间。

在另一个实施方案中，包括第二多孔电极和第二不连续输送保护层的所述膜电极组件还包括第三粘合剂层，所述第三粘合剂层与所述第二多孔电极以及与所述第二不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第三粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置，其中在不存在所述第三粘合剂层的情况下，所述第二多孔电极和所述第二不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在另一个实施方案中，包括第二多孔电极和第二不连续输送保护层的所述膜电极组件还包括第四粘合剂层，所述第四粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第二主表面和所述第二不连续输送保护层接触，其中所述第四粘合剂层将所述第二不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜，并且其中所述第四粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置。

在另一个实施方案中，包括第二多孔电极和第二不连续输送保护层的所述膜电极组件还包括第二垫圈，所述第二垫圈具有第一主表面和第二主表面，所述第二垫圈设置在所述离子可渗透膜与所述第二不连续输送保护层之间，其中所述第二垫圈沿所述膜电极组件的所述周边设置并且所述第二垫圈呈环形的形状，并且任选地包括第二垫圈粘合剂层和第四粘合剂层中的至少一个，所述第二垫圈粘合剂层与所述第二垫圈的所述第一主表面和所述离子可渗透膜的所述第二主表面接触，所述第四粘合剂层与所述第二垫圈的所述第二主表面和所述第二不连续输送保护层接触。

在又另一个实施方案中，本公开提供膜电极组件，所述膜电极组件包括：

第一多孔电极；离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面，

第一不连续传输保护层，所述第一不连续传输保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜之间；和

第一粘合剂层，所述第一粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第一粘合剂层为多个第一粘合剂区域，所述多个第一粘合剂区域至少设置在所述膜电极组件的内部，并且在所述膜电极组件的平面中，所述第一多个粘合区域的面积小于所述膜电极组件的投影面积的至少50％，其中在不存在所述第一粘合剂层的情况下，所述第一多孔电极和所述第一不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在另一个实施方案中，本公开提供一种电化学电池，所述电化学电池包括根据本公开的膜电极组件中任一项所述的膜电极组件。

在另一个实施方案中，本公开提供液流电池，所述液流电池包括根据本公开的膜电极组件中任一项所述的至少一个膜电极组件。

附图说明

图1a为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的通过图1b的线1a的示意性横截面侧视图。

图1b为根据本公开的一个示例性实施方案的图1a的示例性膜电极组件的粘合剂层的平面中的示意性顶视图。

图1c为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1d为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1e为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1f为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1g为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1h为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1i为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1j为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1k为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1l为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1m为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图1n为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的通过图1p的线1n的示意性横截面侧视图。

图1p为根据本公开的一个示例性实施方案的图1n的示例性膜电极组件的粘合剂层的平面中的示意性顶视图。

图2a为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的通过图2b的线2a的示意性横截面侧视图。

图2b为根据本公开的一个示例性实施方案的图2a的示例性膜电极组件的粘合剂层的平面中的示意性顶视图。

图2c为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图2d为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图2e为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的示意性横截面侧视图。

图3a为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性顶视图。

图3b为根据本公开的一个示例性实施方案的图3a的示例性不连续输送保护层的通过图3a的线3b的示意性横截面侧视图。

图3c为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性顶视图。

图3d为根据本公开的一个示例性实施方案的图3c的示例性不连续输送保护层的通过图3c的线3d的示意性横截面侧视图。

图3e为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性顶视图。

图3f为根据本公开的一个示例性实施方案的图3e的示例性不连续输送保护层的通过图3e的线3f的示意性横截面侧视图。

图3g为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性顶视图。

图3h为根据本公开的一个示例性实施方案的图3e的示例性不连续输送保护层的示意性横截面侧视图。

图4为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性电化学电池的示意性横截面侧视图。

图5为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性电化学电池堆的示意性横截面侧视图。

图6为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性单电池液流电池的示意图。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。附图可不按比例绘制。如本文所用，应用于数值范围的字词“介于……之间”包括该范围的端值，除非另外指明。通过端点表述的数值范围包括该范围内的所有数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征结构尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。

应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中普遍使用的含义。本文提供的定义旨在有利于理解本文频繁使用的某些术语，并且并非旨在限制本公开的范围。本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”涵盖具有多个指代物的实施方案，除非上下文另有清晰的表示。本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以其包括“和/或”的意义被采用，除非上下文另有清晰的表示。

在整个本公开中，如果基材或基材的表面与第二基材或第二基材的表面“邻近”，则所述两个基材中两个最近的表面被认为是面向彼此的。这两个表面可相互接触，或者这两个表面可不相互接触，其间设置有一个或多个居间的第三层或基底。

在整个本公开中，除非另有说明，否则短语“非导电”是指不导电的材料或基底。在一些实施方案中，如果材料或基底具有大于约1000ohm-m的电阻率，则该材料或基底是非导电的。

在整个本公开中，水基溶液被定义为其中溶剂包括至少50重量％的水的溶液。非水基溶液被定义为其中溶剂包含少于50重量％的水的溶液。

在整个本公开中，除非另外指明，否则“纤维”一词旨在包括单数形式和复数形式两者。

在整个本公开中，基底的第一表面和第二表面之间的流体连通意味着流体(例如气体和/或液体)能够从基底的第一表面通过基底的厚度流到基底的第二表面。这固有地意味着存在从基底的第一表面穿过基底的厚度延伸到基底的第二表面的连续空隙区域。

软化温度是聚合物的玻璃化转变温度和/或熔融温度。

体积孔隙率：不连续输送保护层的开口区域的体积除以不连续输送保护层的总体积，即毛体积。

开口面积孔隙率：相对于织造、非织造或网状结构的主表面，主表面上的开口区域的总面积与主表面(即投影表面)的总表面积的比率。

在一些实施方案中，整体结构包括可在空间中以任何定向保持并且不会由于重力而分成至少两个部件的结构。

具体实施方式

可用于制造液流电池(例如，氧化还原液流电池)的单个电化学电池通常包括两个多孔电极，即阳极和阴极；离子可渗透膜，所述离子可渗透膜设置在所述两个电极之间，从而在所述电极之间提供电绝缘，并且提供一种或多种选择离子物质在所述阳极半电池和阴极半电池之间传递的路径；阳极流动板和阴极流动板，前者被定位成邻近阳极，后者被定位成邻近阴极，每个流动板包括一个或多个通道，这些通道允许阳极电解液和阴极电解液分别接触阳极和阴极并渗透到阳极和阴极中。离子可渗透膜连同阳极和阴极中的至少一个在本文中将称为膜电极组件(mea)。例如，在包含单个电化学电池的氧化还原液流电池中，该电池还将包括两个集电器，其中一个集电器与阳极流动板的外表面相邻并且接触，一个集电器与阴极流动板的外表面相邻并且接触。集电器允许电池放电期间产生的电子连接到外部电路并执行有用的工作。运行的氧化还原液流电池或电化学电池还包括阴极电解液、阳极电解液储液槽及相应的流体分配系统(管路和至少一个或多个泵)以有利于阳极电解液流入阳极半电池中，并且包括阴极电解液、阴极电解液储液槽及相应的流体分配系统以有利于阴极电解液流入阴极半电池中。尽管通常采用泵，但是也可使用重力供给系统。在放电期间，活性物质例如阳极电解液中的阳离子被氧化，并且相应的电子流过外部电路并且负载到阴极上，这些电子在阴极上将阴极电解液中的活性物质还原。由于用于电化学氧化还原的活性物质包含在阳极电解液和阴极电解液中，因此氧化还原液流电池和蓄电池具有能够将其能量储存于电化学电池的主体之外(即，阳极电解液中)的独特特征。存储容量主要受阳极电解液和阴极电解液的量以及这些溶液中活性物质的浓度限制。因此，氧化还原液流电池可用于与风力发电场和太阳能发电厂相关联的大规模储能需求，例如通过相应地缩放储罐的尺寸和活性物质浓度来实现。氧化还原液流电池还具有存储容量与其功率无关的优势。氧化还原液流电池或电池的功率通常由蓄电池内的膜电极组件的尺寸和数量及其相应的流动板(有时统称为“堆”)决定。另外，由于氧化还原液流电池设计用于在电网中使用，因此电压必须为高。然而，单个氧化还原液流电化学电池的电压通常小于3伏特(构成电池的半电池反应的电势差)。因此，需要将几百个电池串联连接才能产生足够大以具有实际功用的电压，而电池或电池组的成本主要与制备单个电池的部件成本有关。

氧化还原液流电化学电池和蓄电池的核心是膜电极组件(例如，阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的离子可渗透膜)。mea的设计对于氧化还原液流电池和蓄电池的功率输出至关重要。随后，这些部件的材料选择对于其性能至关重要。用于电极的材料可基于碳，碳基材料为待发生的氧化/还原反应提供期望的催化活性，并且是导电的，以向流动板提供电子转移。电极材料可为多孔的，以为待发生的氧化/还原反应提供更大的表面积。多孔电极可包括碳纤维基纸材、毡和布。在使用多孔电极时，电解质可渗透到电极主体内，接触用于反应的附加的表面区域，从而提高单位体积电极的能量产生率。另外，由于阳极电解液和阴极电解液中的一者或两者可为水基的，即水溶液，因此可能需要电极具有亲水性表面，以有利于电解质渗透到多孔电极的主体内。可采用表面处理来增强氧化还原液流电极的亲水性。相比之下，燃料电池电极例如氢/氧基燃料电池通常被设计为疏水性的，以防止水分进入电极及相应的催化剂层/区域，并且以有利于除去电极区域中的水分。

用于离子可渗透膜的材料需要为良好的电绝缘体，同时使一种或多种选定离子能够穿过膜。这些材料通常由聚合物制成，并且可包括离子物质以有利于离子通过离子可渗透膜进行转移。因此，构成离子可渗透膜的材料可为昂贵的特种聚合物。由于每个电池堆和蓄电池可能需要数百个mea，因此离子可渗透膜相对于mea的总成本以及电池和蓄电池的总成本可为重要的成本因素。由于期望使mea的成本最小化，因此使其成本最小化的一种方法是减小其中使用的离子可渗透膜的体积。然而，由于电池的功率输出要求有助于限定给定mea的尺寸要求，并且因此膜的尺寸(相对于其长度和宽度尺寸，通常优选更大的长度和宽度)，仅可能减小离子可渗透膜的厚度以便降低mea的成本。然而，通过减小离子可渗透膜的厚度，已确定存在问题。由于膜厚度减小，已发现，用于制造多孔电极的相对刚性的材料例如碳纤维可穿透较薄的膜并且接触相对半电池的对应的电极。这导致电池出现不利的局部短路，导致电池产生的功率损失以及总体蓄电池的功率损失。因此，需要改进的膜电极组件，该改进的膜电极组件能够防止这种局部短路，同时维持所需离子输送通过膜而不抑制由其制成的电化学电池和蓄电池的所需氧化/还原反应。

本公开提供了膜电极组件，所述膜电极组件包括：至少一个多孔电极，例如，第一多孔电极、离子可渗透膜、至少一个不连续输送保护层，所述至少一个不连续输送保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第一主表面之间；和至少一个粘合剂层，所述至少一个粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触。所述至少一个粘合剂层可以沿膜电极组件的周边设置。由于包含所述至少一个粘合剂层，膜电极组件可以为整体结构。在不存在所述至少一个粘合剂层(即没有添加一个或多个粘合剂层)的情况下，所述不连续输送保护层和所述多孔电极不是整体结构。本公开的所述膜电极组件可以用于电化学电池和/或液流电池中。所述不连续输送保护层保护离子可渗透膜以免被电极纤维刺穿，从而防止出现已在其他mea、电化学电池和液流电池设计中发现的局部短路问题。本公开的所述不连续输送保护层还可改善膜电极组件内的流体流动，进而改善电化学电池和/或蓄电池内的流体流动。短语“输送保护层”内的术语“输送”是指在保护层内和/或通过保护层的流体输送。术语“不连续”是指输送保护层的多孔性质，其允许至少通过其厚度，即在不连续输送保护层的第一主表面和相对的第二主表面之间的流体连通。这可改善(即降低)或至少不会显著改变电池电阻，这与在所述膜电极组件内包含附加层并进而在电化学电池和/或蓄电池中包含附加层时可能期望发生的情况相反。具有至少一个不连续输送保护层的所述膜电极组件可用于制造液流(例如氧化还原液流)电化学电池和蓄电池。液流电化学电池和蓄电池可包括单个半电池为液流型或两个半电池均为液流型的电池和蓄电池。本公开还包括包含所述膜电极组件的液流电化学电池和蓄电池，所述膜电极组件包括至少一个不连续输送保护层。

本公开提供了膜电极组件，所述膜电极组件包括：

(i)第一多孔电极；(ii)离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面，(iii)第一不连续输送保护层，所述第一不连续输送保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第一主表面之间；和(iv)第一粘合剂层，所述第一粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第一粘合剂层沿所述膜电极组件的周边设置，其中在不存在所述第一粘合剂层的情况下，所述第一多孔电极和所述第一不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。通常，本公开的所述多孔电极和所述不连续输送保护层各自具有第一主表面和相对的第二主表面。在一些实施方案中，所述第一粘合剂层可以与所述离子可渗透膜的所述第一表面和所述第一不连续输送保护层中的至少一者或两者接触。在一些实施方案中，所述第一粘合剂层可以与所述离子可渗透膜的所述第一表面和所述多孔电极中的至少一者或两者接触。所述第一粘合剂层可以至少部分地嵌入所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个中。在一些实施方案中，所述第一粘合剂层将所述第一不连续输送保护层粘附到所述第一多孔电极。在一些实施方案中，所述第一粘合剂层将所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个粘附到所述离子可渗透膜。所述第一粘合剂层可以为连续粘合剂层或不连续粘合剂层。所述膜电极组件可还包括第二粘合剂层，所述第二粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第一主表面和所述第一不连续输送保护层接触，其中所述第二粘合剂层将所述第一不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜。所述第二粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置。所述第一粘合剂层和/或第二粘合剂层可以各自为连续粘合剂层或不连续粘合剂层中的一个。连续粘合剂层具有单个邻接的粘合剂区域。不连续粘合剂层具有至少两个隔离的粘合剂区域。

本公开的所述膜电极组件可还包括第二多孔电极、第二不连续输送保护层，所述第二不连续输送保护层设置在所述第二多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第二主表面之间；和任选的第三粘合剂层。所述第三粘合剂层可以沿膜电极组件的所述周边设置，例如，所述第三粘合剂层的至少一部分沿所述膜电极组件的所述周边设置。所述第三粘合剂层可以设置在所述离子可渗透膜与所述第二多孔电极和所述第二不连续输送保护层中的至少一个之间。在一些实施方案中，所述第三粘合剂层可以与所述离子可渗透膜的所述第二表面和所述第二不连续输送保护层中的至少一者或两者接触。在一些实施方案中，所述第三粘合剂层可以与所述离子可渗透膜的所述第二表面和所述第二多孔电极中的至少一者或两者接触。所述膜电极组件可还包括第四粘合剂层，所述第四粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第二主表面和所述第二不连续输送保护层接触，其中所述第四粘合剂层将所述第二不连续输送保护层粘附到所诉离子可渗透膜。所述第四粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置。

在一些实施方案中，第一、第二、第三和/或第四粘合剂层沿膜电极组件的周边设置，但是没有延伸到膜电极组件的外围边缘。第一、第二、第三和/或第四粘合剂层可以呈环形的形状，即，环形第一粘合剂层、环形第二粘合剂层、环形第三粘合剂层和/或环形第四粘合剂层。术语“环”和/或“环形”通常用于描述由两个同心圆界定的环形物体。然而，在本公开中，术语“环”和/或“环形”将指代环形物体。环的形状不受具体限制并且可包括但不限于圆形、正方形、矩形、三角形、椭圆形和菱形。在一些实施方案中，第一、第二、第三和/或第四粘合剂层可以沿膜电极组件的周边设置，但没有延伸到膜电极组件的中心部分中。在一些实施方案中，第一、第二、第三和/或第四粘合剂层沿膜电极组件的周边或靠近膜电极组件的周边设置在环形区域中，并且环形区域的内部分别没有第一、第二、第三和/或第四粘合剂层。在一些实施方案中，第一粘合剂层的至少一部分和/或第三粘合剂层的至少一部分可以分别嵌入第一不连续输送保护层和/或第二不连续输送保护层中。在一些实施方案中，基本上整个第一粘合剂层和/或基本上整个第三粘合剂层可以分别嵌入第一不连续输送保护层和/或第二不连续输送保护层中。“基本上整个”是指第一粘合剂层的体积的至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或甚至至少100％嵌入所指示的一层或多层中。在一些实施方案中，第一粘合剂层的至少一部分和/或第三粘合剂层的至少一部分可以分别嵌入第一不连续输送保护层和第一多孔电极和/或第二不连续输送保护层和第二多孔电极中。在一些实施方案中，基本上整个第一粘合剂层和/或基本上整个第三粘合剂层可以嵌入第一不连续输送保护层和第一多孔电极中，和/或可以分别嵌入第二不连续输送保护层和第二多孔电极中。第一、第二、第三和/或第四粘合剂层可以是连续粘合剂层，例如图1b所示，第一粘合剂层1001。在一些实施方案中，第一、第二、第三和/或第四粘合剂层可以是不连续粘合剂层，其包括沿膜电极组件的周边设置的至少两个粘合剂区域(即第一粘合剂区域和第二粘合剂区域)，其中第一粘合区域与第二粘合区域相对，即第一粘合区域沿与第二粘合区域所在的周边部分相对的周边部分定位。膜电极组件可以为整体结构。

图1a至图1p公开了本公开的膜电极组件的各种非限制性实施方案。图1a为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的通过图1b的线1a的示意性横截面侧视图，并且图1b为根据本公开的一个示例性实施方案的图1a的示例性膜电极组件的粘合剂层1001的平面中的示意性顶视图。膜电极组件100a包括第一多孔电极40；离子可渗透膜20，其具有第一主表面20a和相对的第二主表面20b；第一不连续输送保护层10，其具有第一主表面和第二主表面，其设置在第一多孔电极40与离子可渗透膜20的第一主表面20a之间；和至少一个粘合剂层1001，其与第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10和离子可渗透膜20中的至少一个接触。在该示例性实施方案中，至少一个粘合剂层1001与第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10接触。在不存在第一粘合剂层1001的情况下，第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10不是整体结构。第一粘合剂层1001沿膜电极组件的周边p设置。在该示例性实施方案中，间隙g存在于粘合剂层的中心区域中，因为粘合剂层呈环形的形状。在该实施方案中，第一粘合剂层未嵌入(例如，不是至少部分地嵌入)在不连续输送保护层或多孔电极中。

在一些实施方案中，第一粘合剂层可以至少部分地嵌入不连续输送保护层中。图1c示出了膜电极组件100b。膜电极组件100b类似于如前所述的膜电极组件100a，除了第一粘合剂层1001至少部分地嵌入不连续输送保护层10中，例如，第一粘合剂层1001的一部分至少部分地嵌入不连续输送保护层10中。

在一些实施方案中，第一粘合剂层可以至少部分地嵌入第一多孔电极中。图1d示出了膜电极组件100c。膜电极组件100c类似于如前所述的膜电极组件100a，除了第一粘合剂层1001至少部分地嵌入第一多孔电极40中，例如，第一粘合剂层1001的一部分至少部分地嵌入第一多孔电极40中。在一些实施方案中，第一粘合剂层可以至少部分地嵌入第一不连续输送保护层中，并且可以至少部分地嵌入第一多孔电极中，例如，第一粘合剂层的一部分至少部分地嵌入第一不连续输送保护层中并且第一粘合剂层的一部分至少部分地嵌入第一多孔电极中。

相对于示例性实施方案，诸如图1a-1d中所示的实施方案，不连续输送保护层和离子可渗透膜可以为整体结构，从而有助于形成具有整体结构的膜电极组件，或者如下所述，可以使用第二粘合剂层将离子可渗透膜粘附到第一不连续输送保护层，从而有助于形成具有整体结构的膜电极组件。

在一些实施方案中，基本上整个第一粘合剂层可以嵌入不连续输送保护层和/或第一多孔电极中。“基本上整个”是指第一粘合剂层的体积的至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或甚至至少100％嵌入所指示的一层或多层中。另外，在一些实施方案中，第一粘合剂层将第一不连续输送保护层和第一多孔电极粘附到离子可渗透膜。图1e示出了膜电极组件100d。膜电极组件100d类似于如前所述的膜电极组件100a，除了基本上整个第一粘合剂层1001嵌入第一不连续输送保护层10和第一多孔电极40中。在该示例性实施方案中，第一粘合剂层1001嵌入在第一不连续输送保护层10的整个厚度中并接触离子可渗透膜20的第一主表面20a，并且第一粘合剂层1001部分嵌入多孔电极40中。这样，第一粘合剂层可以将第一不连续输送保护层粘附到离子可渗透膜和第一多孔电极两者，从而形成作为整体结构的膜电极组件。相对于图1e，例如，为了形成整体结构，第一粘合剂层不必部分地嵌入第一多孔电极中，因为第一粘合剂层可以粘附到第一多孔电极的表面并仍然形成整体结构。

在一些实施方案中，第一粘合剂层将第一多孔电极粘附到离子可渗透膜。图1f示出了膜电极组件100e。膜电极组件100e类似于如前所述的膜电极组件100a，除了第一不连续输送保护层10的尺寸被设置成配合在第一粘合剂层1001的中心部分内，即尺寸被设置成配合在图1a的间隙g内。在该示例性实施方案中，第一粘合剂层1001将第一多孔电极40粘附到离子可渗透膜20的第一主表面20a，由此形成是整体结构的膜电极组件100e。第一不连续输送保护层10包含在间隙g中并且是膜电极组件100e的整体结构的一部分。

本公开的膜电极组件可还包括第二粘合剂层，其与离子可渗透膜的第一主表面和第一不连续输送保护层接触，其中所述第二粘合剂层将第一不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜，并且其中所述第二粘合剂层沿膜电极组件的周边p设置。在一些实施方案中，第二粘合剂层至少部分地嵌入第一不连续输送保护层中。图1g示出了膜电极组件100f。膜电极组件100f类似于如前所述的膜电极组件100a，除了它还包括第二粘合剂层1002。第二粘合剂层1002与离子可渗透膜20的第一主表面20a和第一不连续输送保护层10接触。第二粘合剂层1002将第一不连续输送保护层10粘附到离子可渗透膜20。第二粘合剂层1002沿膜电极组件100f的周边p设置。在一些实施方案中，第二粘合剂层呈环形的形状。在一些实施方案中，第二粘合剂层可以至少部分地嵌入不连续输送保护层中，例如，第一粘合剂层的一部分可以至少部分地嵌入不连续输送保护层中。在该示例性实施方案中，间隙g存在于粘合剂层1001和1002中。

图1h示出了膜电极组件100g。膜电极组件100g类似于如前所述的膜电极组件100f，除了第二粘合剂层1002至少部分地嵌入不连续输送保护层10中，例如，第二粘合剂层1002的一部分至少部分地嵌入不连续输送保护层10中。在该示例性实施方案中，间隙g存在于粘合剂层1001和1002中。类似于图1d和图1e所示，在一些实施方案中，第一粘合剂层1001可以至少部分地嵌入不连续输送保护层10中和/或可以至少部分地嵌入第一多孔电极40中，例如，第一粘合剂层1001的一部分可以至少部分地嵌入不连续输送保护层10中和/或第一粘合剂层10的一部分可以至少部分地嵌入第一多孔电极40中。使用第二粘合剂层可以有助于形成具有整体结构的膜电极组件，但不是必需的。如先前已经使出的，单个粘合剂层可以用于形成是整体结构的膜电极组件。第二粘合剂层可以为连续粘合剂层或不连续粘合剂层。

本公开的膜电极组件可还包括第一垫圈，其具有第一主表面和第二主表面，其设置在离子可渗透膜与第一不连续输送保护层和第一多孔电极中的至少一个之间，其中第一垫圈沿膜电极组件的周边设置并且第一垫圈呈环形的形状。图1i示出了膜电极组件100h。膜电极组件100h类似于如前所述的膜电极组件100a，除了膜电极组件100h还包括第一垫圈1041，其具有第一主表面1041a和第二主表面1041b，其设置在离子可渗透膜20与第一不连续输送保护层10和第一多孔电极40中的至少一个之间。第一垫圈1041沿膜电极组件100h的周边p设置并且第一垫圈1041呈环形的形状。在该示例性实施方案中，第一垫圈1041设置在第一不连续输送保护层10与第一多孔电极40之间，其邻近第一不连续输送保护层10。第一粘合剂层1001将第一不连续输送保护层10粘附到第一多孔电极40。第一不连续输送保护层10、第一粘合剂层1001和第一多孔电极40的配置可以是先前描述的任何配置，例如，图1a-1f中描述的配置。例如，在另一个实施方案中，类似于图1f，第一不连续输送保护层10的尺寸可以被设置成配合在第一粘合剂层1001的中心部分内，即尺寸被设置成配合在间隙g内，并且然后第一垫圈1041将设置在离子可渗透膜20与第一多孔电极40之间。然后，第一粘合剂层1001将第一多孔电极40粘附到第一垫圈1041。其他粘合剂层可以用于促进是整体结构的膜电极组件的形成(例如，一个或多个粘合剂层)，可以用于将离子可渗透膜粘附到垫圈(例如，第一垫圈)和/或将垫圈(例如，第一垫圈)粘附到不连续输送保护层(例如，第一不连续输送保护层)。然而，在一些实施方案中，这可能不是必需的，因为离子可渗透膜和垫圈(例如，第一垫圈)可以为整体结构；垫圈(例如，第一垫圈)和不连续输送保护层(例如，第一不连续输送保护层)可以为整体结构；或者，离子可渗透膜、垫圈(例如，第一垫圈)和不连续输送保护层(例如，第一不连续输送保护层)可以为整体结构。间隙g可以存在于垫圈和第一粘合剂层中。

包括垫圈(例如，第一垫圈)的本公开的膜电极组件还可包括以下中的至少一个：垫圈粘合剂层，其与所述垫圈(例如，第一垫圈)的第一主表面和离子可渗透膜的第一主表面接触(例如，第一垫圈粘合剂层)；和第二粘合剂层，其与所述垫圈(例如，第一垫圈)的第二主表面和不连续输送保护层(例如，第一不连续输送保护层)接触。在一些实施方案中，包括第一垫圈的膜电极组件包括至少一个与第一垫圈的第一主表面和离子可渗透膜的第一主表面接触的第一垫圈粘合剂层。在一些实施方案中，包括第一垫圈的膜电极组件包括与第一垫圈的第二主表面和第一不连续输送保护层接触的第二粘合剂层。在一些实施方案中，包括第一垫圈的膜电极组件包括至少一个与第一垫圈的第一主表面和离子可渗透膜的第一主表面接触的第一垫圈粘合剂层以及与第一垫圈的第二主表面和第一不连续输送保护层接触的第二粘合剂层。图1j示出了膜电极组件100i。膜电极组件100i类似于如前所述的膜电极组件100h，除了膜电极组件100i还包括具有第一主表面1041a和相对的第二主表面1041b的第一垫圈1041以及第一垫圈粘合剂层1061中的至少一个。第一垫圈粘合剂层1061与第一垫圈1041的第一主表面1041a和离子可渗透膜20的第一主表面20a接触。间隙g可以存在于第一垫圈、第一垫圈粘合剂层和第一粘合剂层中。

在另一个实施方案中，图1k示出了膜电极组件100j，其类似于如前所述的膜电极组件100h，除了膜电极组件100j还包括与第一垫圈1041的第一主表面1041a和离子可渗透膜20的第一主表面20a接触的第一垫圈粘合剂层1061，以及与第一垫圈1041的第二主表面1041b和第一不连续输送保护层10接触的第二粘合剂层1002。在替代性实施方案(未示出)中，可以从膜电极组件100j移除第一垫圈粘合剂层1061，从而产类似于膜电极组件100h的膜电极组件，除了膜组件将包括与第一垫圈1041的第二主表面1041b和第一不连续输送保护层10接触的第二粘合剂层1002。垫圈粘合剂层(例如，第一垫圈粘合剂层)可以为连续粘合剂层或不连续粘合剂层。间隙g可以存在于第一垫圈、第一垫圈粘合剂层、第一粘合剂层和第二粘合剂层中。

本公开的膜电极组件可还包括第二多孔电极和设置在第二多孔电极与离子可渗透膜的第二主表面之间的第二不连续输送保护层。包括第二多孔电极和设置在第二多孔电极与离子可渗透膜的第二主表面之间的第二不连续输送保护层的本公开的膜电极组件可还包括与第二多孔电极以及与第二不连续输送保护层和离子可渗透膜中的至少一个接触的第三粘合剂层。第三粘合剂层可以沿膜电极组件的周边设置。在一些实施方案中，在不存在第三粘合剂层的情况下，第二多孔电极和第二不连续输送保护层不是整体结构，并且膜电极组件是整体结构。在一些实施方案中，第三粘合剂层可以与离子可渗透膜的第二表面和第二不连续输送保护层中的至少一者或两者接触。在一些实施方案中，第三粘合剂层可以与离子可渗透膜的第二表面和第二多孔电极中的至少一者或两者接触。第三粘合剂层可以至少部分地嵌入第二不连续输送保护层和第二多孔电极中的至少一个中。在一些实施方案中，第三粘合剂层将第二不连续输送保护层粘附到第二多孔电极。在一些实施方案中，第三粘合剂层将第二不连续输送保护层和第二多孔电极中的至少一个粘附到离子可渗透膜。第三粘合剂层可以沿膜电极组件的周边p设置。第三粘合剂层可以是连续粘合剂层或不连续粘合剂层。本公开的膜电极组件可还包括与离子可渗透膜的第二主表面和第二不连续输送保护层接触的第四粘合剂层。第四粘合剂层可以将第二不连续输送保护层粘附到离子可渗透膜。第四粘合剂层可以沿膜电极组件的周边p设置。在一些实施方案中，第四粘合剂层至少部分地嵌入第二不连续输送保护层中。第四粘合剂层可以是连续粘合剂层或不连续粘合剂层。

图1l示出了膜电极组件100k。膜电极组件100k类似于如前所述的膜电极组件100j，除了膜电极100k还包括第二多孔电极40'和设置在第二多孔电极40’与离子可渗透膜20的第二主表面20b之间的第二不连续输送保护层10'。膜电极组件可还包括与第二多孔电极接触的第三粘合剂层1003。在一些实施方案中，第三粘合剂层1003可以与第二不连续输送保护层10'和离子可渗透膜20的第二表面20b中的至少一者或两者接触。在一些实施方案中，第三粘合剂层1003可以与离子可渗透膜20的第二表面20b和第二多孔电极40'中的至少一者或两者接触。第三粘合剂层1003可以至少部分地嵌入第二不连续输送保护层10'和第二多孔电极40'中的至少一个中。在一些实施方案中，第三粘合剂层1003将第二不连续输送保护层10'粘附到第二多孔电极40'。在一些实施方案中，第三粘合剂层1003将第二不连续输送保护层10'和第二多孔电极40'中的至少一个粘附到离子可渗透膜20。第三粘合剂层1003可以沿膜电极组件100k的周边p设置。包括第二多孔电极、设置在第二多孔电极与离子可渗透膜的第二主表面之间的第二不连续输送保护层、以及与第二多孔电极以及与第二不连续输送保护层和离子可渗透膜中的至少一个接触的第三粘合剂层的本公开的膜电极组件任选地可还包括与离子可渗透膜20的第二主表面20b和第二不连续输送保护层10'接触的第四粘合剂层1004。第四粘合剂层1004可以将第二不连续输送保护层10'粘附到离子可渗透膜20。第四粘合剂层1004沿膜电极组件100k的周边p设置。在一些实施方案中，第四粘合剂层1004至少部分地嵌入第二不连续输送保护层10'中。在一些实施方案中，第四粘合剂层1004可以将第二不连续输送保护层10'粘附到离子可渗透膜20。在一些实施方案中，第四粘合剂层1004至少部分地嵌入第二不连续输送保护层10'中。第四粘合剂层1004可以是连续粘合剂层或不连续粘合剂层。间隙g可以存在于第三和/或第四粘合剂层中。

包括第二多孔电极和设置在第二多孔电极与离子可渗透膜的第二主表面之间的第二不连续输送保护层的本公开的膜电极组件可还包括具有第一主表面和第二主表面的第二垫圈，其设置在离子可渗透膜与第二不连续输送保护层和第二多孔电极中的至少一个之间。第二垫圈沿膜电极组件的周边设置并且第二垫圈呈环形的形状。这些膜电极组件可还包括第二垫圈粘合剂层和第四粘合剂层中的至少一个，所述第二垫圈粘合剂层与第二垫圈的第一主表面和离子可渗透膜的第二主表面接触，所述第四粘合剂层与第二垫圈的第二主表面和第二不连续输送保护层接触。图1m示出了膜电极组件100m。膜电极组件100m类似于如前所述的膜电极组件100k，除了膜电极100m还包括第二垫圈1042，其具有第一主表面1042a和第二主表面1042b，其设置在离子可渗透膜20与第二不连续输送保护层10'和第二多孔电极40'中的至少一个之间。在该示例性实施方案中，膜电极组件100m包括第二垫圈粘合剂层1062，其与第二垫圈1042的第一主表面1042a和离子可渗透膜20的第二主表面20b接触。第二垫圈1042沿膜电极组件100m的周边p设置并且第二垫圈1042呈环形的形状。膜电极组件100m可还包括第四粘合剂层1004，其与第二垫圈1042的第二主表面1042b和第二不连续输送保护层10'接触的第四粘合剂层1004。间隙g可以存在于第二垫圈和第二垫圈粘合剂层中。

相对于涉及离子可渗透膜、第二多孔电极、第二不连续输送保护层、第三粘合剂层、第四粘合剂层、第二垫圈和/或第二垫圈粘合剂层的膜电极组件配置(例如，层的数量和类型、粘合剂层的数量、嵌入其他层中的粘合剂层等)，可以采用本文前述的任何膜电极组件配置，其包括离子可渗透膜、第一多孔电极、第一不连续输送保护层、第一粘合剂层、第二粘合剂层、第一垫圈和/或第一垫圈粘合剂层，例如图1a-1k所示的膜电极组件的配置。在这些比较中，第二多孔电极类似于第一多孔电极，第二不连续输送保护层类似于第一不连续输送保护层，第一粘合剂层类似于第三粘合剂层，第四粘合剂层类似于第二粘合剂层，第二垫圈类似于第一垫圈，并且第二垫圈粘合剂层类似于第一垫圈粘合剂层。

在另一个实施方案中，本公开提供膜电极组件，该膜电极组件包括第一多孔电极、离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面，第一不连续输送保护层，所述第一不连续输送保护层设置在第一多孔电极与离子可渗透膜之间；和第一粘合剂层，该第一粘合剂层与第一多孔电极和第一不连续输送保护层和离子可渗透膜中的至少一个接触，其中第一粘合剂层是至少设置在膜电极组件内部的多个第一粘合剂区域并且在膜电极组件的平面中，第一多个粘合区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％。在不存在第一粘合剂层的情况下，第一多孔电极和第一不连续输送保护层不是整体结构，并且膜电极组件是整体结构。在一些实施方案中，第一粘合剂层将第一多孔电极粘附到离子可渗透膜。膜电极组件可还包括与离子可渗透膜的第一主表面和第一不连续输送保护层接触的第二粘合剂层。第二粘合剂层将第一不连续输送保护层粘附到离子可渗透膜。第二粘合剂层可以沿膜电极组件的周边设置。第二粘合剂层可以是至少设置在膜电极组件内部的多个第二粘合剂区域，并且在膜电极组件的平面中，第二多个粘合区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％。在一些实施方案中，第二粘合剂层至少部分地嵌入第一不连续输送保护层中。膜电极组件还可包括第一垫圈，其具有第一主表面和第二主表面，其设置在离子可渗透膜与第一不连续输送保护层和第一多孔电极中的至少一个之间，其中第一垫圈沿膜电极组件的周边设置并且第一垫圈呈环形的形状。在一些实施方案中，第一垫圈可以设置在离子可渗透膜与第一不连续输送保护层之间。在一些实施方案中，第一垫圈可以设置在离子可渗透膜与第一多孔电极之间。在一个特定实施方案中，第一不连续输送保护层的尺寸可以被设置成配合在第一垫圈的中心部分内，即尺寸被设置成配合在第一垫圈的间隙g内。因此，第一垫圈然后设置在离子可渗透膜与第一多孔电极之间。附加地，第一粘合剂层然后可以将第一多孔电极粘附到离子可渗透膜的第一表面，因为第一粘合剂可以嵌入通过第一多孔保护层的整个厚度并与离子可渗透膜和多孔电极接触，从而使用单个粘合剂层来形成具有整体结构的膜电极组件。包括第一垫圈的膜电极组件可还包括以下中的至少一个：第一垫圈粘合剂层，其与第一垫圈的第一主表面和离子可渗透膜的第一主表面接触；和第二粘合剂层，其与所述第一垫圈的所述第二主表面和所述第一不连续输送保护层接触。

图2a为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性膜电极组件的通过图2b的线2a的示意性横截面侧视图。图2a示出了膜电极组件200a，该膜电极组件200a包括不连续输送保护层10、多孔电极40、具有第一表面20a和相对的第二表面20b的离子可渗透膜20；以及设置在多孔电极40与不连续输送保护层10之间的第一粘合剂层1001。第一粘合剂层1001包括设置在膜电极组件200a内部的多个第一粘合区域1011，其中在膜电极组件200a的平面中，第一多个粘合区域的面积(图2b所示的圆的总面积)小于膜电极组件的投影面积(图2b所示的大正方形的面积)的至少50％。在该示例性实施方案中，第一粘合剂层1001与第一多孔电极40和不连续输送保护层10两者接触。在不存在第一粘合剂层1001的情况下，第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10不是整体结构。膜电极组件200a为整体结构。第一不连续输送保护层和离子可渗透膜可以是整体结构，或者可以通过第二粘合剂层彼此粘附。在图2a中，第一粘合剂层被图示为与输送保护层10接触，但未嵌入其中。然而，这不是特别限制，并且第一粘合剂层1001可以嵌入通过不连续输送保护层10的厚度的一部分；通过不连续输送保护层10的基本上整个厚度(由此接触离子可渗透膜20的第一主表面20a)；通过不连续输送保护层10的基本上整个厚度，并且部分地通过多孔电极40的厚度或通过不连续输送保护层10的基本上整个厚度并通过多孔电极40的基本上整个厚度。短语“可以嵌入通过基本上整个厚度”意味着包括层的厚度的至少80％、至少90％、至少95％、至少99或甚至至少100％已经用胶水嵌入。图2b为根据一个示例性实施方案的图2a的示例性膜电极组件的粘合剂层的平面中的示意性顶视图。图2b示出了包括设置在膜电极组件200a内部的多个第一粘合剂区域1011的第一粘合剂层1001。

图2c示出了膜电极组件200b。膜电极组件200b类似于如前所述的膜电极组件200a，除了膜电极200b的第一粘合剂层1001嵌入通过不连续输送保护层10的基本上整个厚度。在该实施方案中，第一粘合剂层1001将第一多孔电极40粘附到离子可渗透膜20。

膜电极组件200a可还包括例如类似于图1g和图1h中所述的粘合剂层的第二粘合剂层。在一些实施方案中，第二粘合剂层为设置在膜电极组件内部的第二多个粘合剂区域，并且其中在膜电极组件的平面中，所述第二多个粘合区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％。在一些实施方案中，在膜电极组件的平面中，第二多个粘合剂区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％、小于至少40％、小于至少30％、小于至少20％、小于至少10％或甚至小于至少5％。当第一和/或第二粘合剂层包括设置在膜电极组件内部的多个粘合剂区域时，第一和第二粘合剂层的粘合区域的形状没有具体限制，并且可以包括但不限于立方体、矩形固体、圆柱体、球体、球状体、棱锥、截棱锥、锥体等。粘合区域可以为离散线，例如矩形实线、圆柱形线等。

例如，膜电极组件200a和200c可还包括类似于例如图1i-1k所述的垫圈层的第一垫圈层1041。图2d示出了膜电极组件200c。膜电极组件200c类似于如前所述的膜电极组件200a，除了膜电极组件200c还包括第一垫圈1041，其具有第一主表面1041a和第二主表面1041b；第一不连续输送保护层10，所述第一不连续输送保护层10的尺寸被设置成配合在第一垫圈1041的中心部分内，即尺寸被设置成配合在第一垫圈1041的间隙g内；和第一粘合剂层1001，所述第一粘合剂层1001嵌入通过不连续输送保护层10的基本上整个厚度并且部分地通过多孔电极40的厚度。在该示例性实施方案中，单个粘合剂层用于形成具有整体结构的膜电极组件。

所述膜电极组件包括第一垫圈层(例如，膜电极组件200c)还可包括类似于例如图1j-1m所述的垫圈粘合剂层的第一垫圈粘合剂层1061。图2e示出了膜电极组件200d。膜电极组件200d包括第一不连续输送保护层10、多孔电极40、具有第一表面20a和相对的第二表面20b的离子可渗透膜20、设置在多孔电极40与不连续输送保护层10之间的第一粘合剂层1001。第一粘合剂层1001包括设置在膜电极组件200a内部的多个第一粘合区域1011，其中在膜电极组件200d的平面中，第一多个粘合区域的面积小于膜电极组件200d的投影面积的至少50％。在该示例性实施方案中，第一粘合剂层1001部分地嵌入第一多孔电极40和不连续输送保护层10中。虽然第一多孔电极与不连续输送保护层之间没有间隙，但仍认为第一粘合剂层设置在两层之间，因为第一粘合剂的至少一部分位于多孔电极与第一不连续输送保护层之间的界面处。膜电极组件200d还包括第一垫圈1041，其具有第一主表面1041a和第二主表面1041b；第二粘合剂层1002，其设置在第一垫圈1041与第一不连续输送保护层10和第一多孔电极40中的至少一个之间；和第一垫圈粘合剂层1061，其设置在离子可渗透膜20与第一垫圈1041之间。第一垫圈粘合剂层1061与第一垫圈1041的第一主表面1041a和离子可渗透膜20的第一主表面20a接触；和第二粘合剂层1002其与第一垫圈1041的第二主表面1041b和第一不连续输送保护层10接触。在不存在第一粘合剂层1001的情况下，第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10不是整体结构。膜电极组件200d为整体结构。

在一些实施方案中，第一粘合剂层、第二粘合剂层、第三粘合剂层和第四粘合剂层中的至少一个可以沿膜电极组件的周边设置，并且可还包括至少设置在膜电极组件内部的多个粘合区域(分别对应于第一、第二、第三和第四粘合剂层的第一、第二、第三和第四粘合区域)并且在膜电极组件的平面中，多个粘合区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％。图1n为示例性膜电极组件的通过图1p的线1n的示意性横截面侧视图，并且图1p为图1n的示例性膜电极组件的粘合剂层的平面中的示意性顶视图。图1n和图1p示出了膜电极组件100n，其包括第一多孔电极40；离子可渗透膜20，其具有第一主表面20a和相对的第二主表面20b；第一不连续输送保护层10，其具有第一主表面和第二主表面，其设置在第一多孔电极40与离子可渗透膜20的第一主表面20a之间；和至少一个粘合剂层1001，其与第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10和离子可渗透膜20中的至少一个接触。在该示例性实施方案中，至少一个粘合剂层1001与第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10接触。在不存在第一粘合剂层1001的情况下，第一多孔电极40和第一不连续输送保护层10不是整体结构。第一粘合剂层1001沿膜电极组件的周边p设置，并且还包括设置在膜电极组件100n内部的多个第一粘合区域1011，其中在膜电极组件100n的平面中，第一多个粘合区域的面积(图1p所示的圆的总面积)小于膜电极组件的投影面积(图2p所示的大正方形的面积)的至少50％。在该示例性实施方案中，间隙g仍然存在于粘合剂层的中心区域中，在多个第一粘合剂区域之间。在该实施方案中，第一粘合剂层未嵌入(例如，不是至少部分地嵌入)在不连续输送保护层或多孔电极中。任何先前公开的膜电极组件可以包括一个或多个粘合剂层，所述一个或多个粘合剂层包括沿膜电极组件的周边p设置的粘合剂，并且还包括设置在膜电极组件内部的多个粘合区域，并且在膜电极组件的平面中，多个粘合区域的面积小于膜电极组件的投影面积的至少50％。沿膜电极组件的周边和内部区域的一部分设置两者的粘合剂的组合可以提供膜电极组件的改进的尺寸稳定性。

贯穿本公开内容，膜电极组件的各种部件(例如，粘合剂层和垫圈层)包括“间隙”。在实际使用期间，在电化学电池或液流电池内，由于在电化学电池或液流电池组装期间施加到膜电极组件的力(例如，压缩力)，一个或多个间隙，直至包括所有间隙，可以在厚度方面减小或完全消除。

本公开的膜电极组件包括不连续输送保护层。“不连续”是指输送保护层包括至少一个开放区域和/或多个开放区域，其允许在不连续输送保护层的第一主表面与第二主表面之间的流体连通。不连续输送保护层可以包括网状结构、织造结构和非织造结构中的至少一种。

图3a是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性俯视图，并且图3b是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的通过图3b的线3b的对应示意性横截面侧视图。在该示例性实施方案中，不连续输送保护层10和/或10'是网状结构15a，该网状结构15a包括开口区域17(例如，多个通孔、圆柱形圆柱体，其圆柱体轴线基本垂直于不连续输送保护层的第一主表面10a和相对的第二主表面10b，圆柱体为六边形阵列图案)，具有宽度wh(例如，直径)、厚度t和面积ah(相当于π[wh/2]²)。开口区域17的总面积(例如，通孔的总面积)是n×ah，其中n是开口区域的数量(例如，通孔的数量)。不连续输送保护层具有长度l、宽度w和厚度t。不连续输送保护层的第一主表面10a的面积是ap。不连续输送保护层的投影面积为l×w。

图3c是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性俯视图，并且图3d是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的通过图3c的线3d的对应示意性横截面侧视图。在该示例性实施方案中，不连续输送保护层10和/或10'是网状结构15a，该网状结构15a包括开口区域17(例如，多个通孔、方形圆柱体，其圆柱体轴线基本垂直于不连续输送保护层的第一主表面10a和相对的第二主表面10b，圆柱体为方形网格阵列图案)，具有宽度wh、厚度t和面积ah。开口区域17的总面积(例如，通孔的总面积)是n×ah，其中n是开口区域的数量(例如，通孔的数量)。不连续输送保护层具有长度l、宽度w和厚度t。不连续输送保护层的第一主表面10a的面积是ap。不连续输送保护层的投影面积为l×w。

图3e是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性俯视图，并且图3f是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的通过图3e的线3f的对应示意性横截面侧视图。在该示例性实施方案中，不连续输送保护层10和/或10'是织造结构15b，该织造结构15b包括开口区域17(例如，多个通孔、方形圆柱体，其圆柱体轴线基本垂直于不连续输送保护层的第一主表面10a和相对的第二主表面10b，圆柱体为方形网格阵列图案)，具有宽度wh、厚度2t(假设经纱纤维和纬纱纤维具有相同的厚度t，如果不是，则不连续输送保护层的厚度可以取为经纱纤维和纬纱纤维的厚度的总和)和面积ah。应当注意的是，在该具体实施方案中，开口区域的高度可以设定为等于包括织造结构15b的经纱纤维和纬纱纤维的厚度的总和。开口区域17的总面积(例如，孔的总面积)是n×ah，其中n是开口区域的数量(例如，孔的数量)。不连续输送保护层具有长度l、宽度w和厚度2t。不连续输送保护层的第一主表面10a的面积是ap。不连续输送保护层的投影面积为l×w。

图3g是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的示意性俯视图，并且图3h是根据本公开的一个实施方案的示例性不连续输送保护层的对应示意性横截面侧视图。在该示例性实施方案中，具有第一主表面10a和相对的第二主表面10b的不连续输送保护层10和/或10'是包括开口区域17的非织造结构15c。不连续输送保护层的厚度为t，其可以与非织造结构的厚度tp相同。由于其随机结构，非织造物的横截面积ap在某种程度上不明确，因此可以使用计算值。非织造物的横截面积ap的平均值可以根据下式来计算：

ap＝mp/(dp×tp)

其中，

mp是非织造物的聚合物的质量(在给定区域内)，

dp是用于形成非织造物的聚合物的密度，

tp是非织造织物的厚度(在给定区域内)。

如果非织造物包括多种纤维类型，则密度dp将基于构成非织造物的纤维的平均密度，根据其在非织造物中存在的质量分数进行调整。还可以使用本领域已知的技术来测量dp。如果厚度tp不均匀，则可以使用厚度的平均值。不连续输送保护层具有长度l、宽度w和厚度t(不连续输送保护层的厚度t等于非织造物的厚度tp)。不连续输送保护层的投影面积为l×w。

可以归纳上式以计算本公开的任何不连续输送保护层的横截面积ap的平均值，其中mp是不连续输送保护层的聚合物的质量，dp是不连续输送保护层的聚合物的密度并且tp是不连续输送保护层的厚度。可以使用本领域已知的技术来测量dp。如果厚度tp不均匀，则可以使用厚度的平均值。在一些实施方案中，ap可以是横截面积的计算平均值：ap＝mp/(dp×tp)，其中参数如上定义。

本公开的不连续输送保护层可以包括聚合物和陶瓷中的至少一种。

不连续输送保护层可以包括聚合物。不连续输送保护层的聚合物不受具体限制。然而，为了确保聚合物在其使用期间可暴露于的阳极电解液和/或阴极电解液中的长期稳定性，不连续输送保护层的聚合物可以被选择为具有对阳极电解液和/或阴极电解液(包括相关溶剂、氧化/还原活性物质、盐和/或其中包括的其他添加剂)的良好耐化学性。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以包括热塑性塑料和热固性塑料中的至少一种。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以包括热塑性塑料。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以包括热固性塑料。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以基本上由热塑性塑料组成。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以基本上由热固性塑料组成。热塑性塑料可包括热塑性弹性体。热固性塑料可以包括b阶段热固性塑料，例如最终固化后的b阶段热固性塑料。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以包括热塑性塑料和b阶段热固性塑料中的至少一种。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以基本上由b阶段热固性塑料组成，例如在最终固化后的b阶段热固性塑料。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物包括但不限于以下中的至少一种：环氧树脂、酚醛树脂、离子聚合物、聚氨酯、尿素-甲醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯和苯乙烯基无规共聚物和苯乙烯基嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氯乙烯和氟化聚合物(例如，聚乙烯基氟化物和聚四氟乙烯)。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物可以是以下中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯和基于苯乙烯的无规共聚物和嵌段共聚物、聚氯乙烯和氟化聚合物。不连续输送保护层的聚合物可以是聚合物共混物或聚合物组合物。在一些实施方案中，聚合物共混物和/或聚合物组合物可以包括选自本公开的聚合物的至少两种聚合物。

在一些实施方案中，包括聚合物的不连续输送保护层可以包括无机材料，例如包括无机纤维(例如，玻璃纤维)的无机织造结构和/或无机非织造结构。在这些实施方案中，无机织造结构和无机非织造结构可以包括聚合物涂层。在一些实施方案中，该不连续输送保护层包含约5重量％至约100重量％、约10重量％至约100重量％、约20重量％至约100重量％、约30重量％至约100重量％、约40重量％至约100重量％、约50重量％至约100重量％、约60重量％至约100重量％、约70重量％至100重量％、或甚至约80重量％至约100重量％的聚合物。在一些实施方案中，由于较低成本、较低重量和易加工性中的至少一者，可能期望不连续输送保护层包含至少约70重量％至100重量％的聚合物。

在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物的软化温度是约50摄氏度至约400摄氏度、约50摄氏度至约350摄氏度、约50摄氏度至约300摄氏度、或甚至约50摄氏度至约250摄氏度。在一些实施方案中，不连续输送保护层在25摄氏度、30摄氏度、40摄氏度或甚至50摄氏度下是非粘性的。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物包含约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约0重量％％、约0重量％至约3重量％、或甚至基本上0重量％的以聚合物共混物形式的压敏粘合剂。由于电化学电池或液流电池内的压缩力，低模量和/或高粘弹性材料(诸如压敏粘合剂)可能在使用期间流动，并且可能使得难以在电池或蓄电池部件之间的期望分离。在一些实施方案中，电极组件和/或膜电极组件基本上不含压敏粘合剂和/或压敏粘合剂层。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物的模量(例如，杨氏模量)可以为约0.010gpa至约10gpa、约0.1gpa至约10gpa、约0.5gpa至约10gpa、约0.010gpa至约5gpa、约0.1gpa至约5gpa、或甚至约0.5gpa至约5gpa。

不连续输送保护层的聚合物可以是离子聚合物。离子聚合物包括但不限于离子交换树脂、离聚物树脂及它们的组合。离子交换树脂可能是特别有用的。不连续输送保护层的离子聚合物包括其中重复单元的一部分为电中性的并且其中重复单元的一部分具有离子官能团即离子型重复单元的聚合物。在一些实施方案中，离子聚合物的具有离子官能团的重复单元的摩尔份数介于约0.005与约1之间。

离子聚合物可以包括已通过常规技术改性以包括至少一种类型的离子官能团(例如，阴离子和/或阳离子)的常规热塑性塑料和热固性塑料。有用热塑性树脂可为改性的，包括但不限于一下中的至少一种：聚乙烯(例如，高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯)、聚丙烯(例如，高分子量聚丙烯)、聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯(例如，可针对例如碱金属交换酸官能团的基于丙烯酸的聚丙烯酸酯)、氯化聚氯乙烯、含氟聚合物(例如，全氟化含氟聚合物和部分氟化含氟聚合物(例如聚四氟乙烯(ptfe)和聚偏二氟乙烯(pvdf))，其中的每一种可以是半结晶和/或无定形的聚醚酰亚胺和聚酮)。可用的热固性树脂包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、脲醛树脂和三聚氰胺树脂中的至少一种。离子聚合物包括但不限于离子交换树脂、离聚物树脂以及它们的组合。离子交换树脂可能是特别有用的。

如本文所定义的，离子聚合物包括其中重复单元的一部分为电中性的并且其中重复单元的一部分具有离子官能团的聚合物。在一些实施方案中，离子聚合物的具有离子官能团的重复单元的摩尔份数介于约0.005与1之间。在一些实施方案中，离子聚合物为阳离子树脂，即它的离子官能团带负电并且有利于阳离子例如质子的转移，任选地，其中阳离子树脂为质子阳离子树脂。在一些实施方案中，离子聚合物为阴离子交换树脂，即它的离子官能团带正电并且有利于阴离子的转移。离子聚合物的离子官能团可包括但不限于羧酸酯、磺酸酯、磺酰胺、季铵、硫脲、胍鎓、咪唑鎓和吡啶鎓基团。离子官能团的组合可以用于离子聚合物。

离聚物树脂包括其中重复单元的一部分为电中性并且重复单元的一部分具有离子官能团的树脂。如本文所定义的，离聚物树脂将被认为是具有离子官能团的重复单元的摩尔份数不大于约0.15的树脂。在一些实施方案中，离聚物树脂的具有离子官能团的重复单元的摩尔份数介于约0.005和约0.15之间，介于约0.01和约0.15之间，或甚至介于约0.03和约0.15之间。在一些实施方案中，离聚物树脂不溶于阳极电解液和阴极电解液中的至少一者中。离聚物树脂的离子官能团可包括但不限于羧酸酯、磺酸酯、磺酰胺、季铵、硫脲、胍鎓、咪唑鎓和吡啶鎓基团。离子官能团的组合可用于离聚物树脂中。可使用离聚物树脂的混合物。离聚物树脂可为阳离子树脂或阴离子树脂。有用的离聚物树脂包括但不限于可从特拉华州威尔明顿市的杜邦公司获得的nafion；可从比利时布鲁塞尔的索尔维公司获得的aquivion，即一种全氟代磺酸；来自日本东京旭硝子的flemion和selemion，即含氟聚合物离子交换树脂；可从德国比蒂希海姆-比辛根市的fumatek获得的fumasep离子交换树脂，包括fks、fkb、fkl、fke阳离子交换树脂和fab、faa、fap和fad阴离子交换树脂，聚苯并咪唑，可作为粉末或水溶液从明尼苏达州圣保罗市的3m公司获得的，以商品名“3m825ew”获得的具有825当量的全氟代磺酸离聚物，可作为粉末或水溶液从3m公司获得的，以商品名“3m725ew”获得的具有725当量的全氟代磺酸离聚物，以及美国专利7,348,088中描述的离子交换材料和膜，所述专利申请通过引用以其整体并入。

离子交换树脂包括其中重复单元的一部分为电中性的并且其中重复单元的一部分具有离子官能团的树脂。如本文所定义，离子交换树脂将被视为具有离子官能团的重复单元的摩尔份数大于约0.15并且小于约1.00的树脂。在一些实施方案中，离子交换树脂具有离子官能团的重复单元的摩尔份数大于约0.15并且小于约0.90、大于约0.15并且小于约0.80、大于约0.15并且小于约0.70、大于约0.30并且小于约0.90、大于约0.30并且小于约0.80、大于约0.30并且小于约0.70、大于约0.45并且小于约0.90、大于约0.45并且小于约0.80、以及甚至大于约0.45并且小于约0.70。离子交换树脂可为阳离子交换树脂或者可为阴离子交换树脂。离子交换树脂可任选地为质子离子交换树脂。离子交换树脂的类型可基于需要通过离子可渗透膜(例如，离子交换膜)在阳极电解液和阴极电解液之间传输的离子的类型来选择。在一些实施方案中，离子交换树脂不溶于阳极电解液和阴极电解液中的至少一者。离子交换树脂的离子官能团可包括但不限于羧酸酯、磺酸酯、磺酰胺、季铵、硫脲、胍鎓、咪唑鎓和吡啶鎓基团。离子官能团的组合可用于离子交换树脂中。可使用离子交换树脂树脂的混合物。可用的离子交换树脂包括但不限于：氟化离子交换树脂，例如全氟代磺酸共聚物和全氟磺酰亚胺共聚物；磺化聚砜；包含季铵基团的聚合物或共聚物；包含胍或硫脲基团中的至少一种的聚合物或共聚物；包含咪唑鎓基团的聚合物或共聚物；包含吡啶鎓基团的聚合物或共聚物。离子聚合物可以是离聚物树脂和离子交换树脂的混合物。

不连续输送保护层的聚合物可以包括亲水性聚合物，例如本文先前公开的离子聚合物，其具有离子官能团的重复单元摩尔份数介于约0.03和约1之间，介于约0.05和约1之间、介于约0.10和约0.10之间、介于约0.03和约0.8之间、基于约0.05和0.80之间、或甚至介于约0.1和0.80之间。在一些实施方案中，不连续输送保护层包含约5重量％至约100重量％、约10％至100重量％、约25重量％至约100重量％、约5重量％至约80重量％。约10重量％至80重量％、约25重量％至约80重量％、约5重量％至约60重量％、约10重量％至60重量％、或甚至约25重量％至约60重量％的亲水性聚合物。在一些实施方案中，亲水性聚合物可以作为聚合物共混物包括在聚合物中，或者可以作为聚合物涂层包括在内。在一些实施方案中，不连续输送保护层包括亲水性聚合物涂层。可以使用本领域已知的亲水性聚合物，包括但不限于聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯酰胺、马来酸酐聚合物、纤维素聚合物、聚电解质、以及在其主链或侧链中具有胺基的聚合物、例如尼龙6,6、尼龙7,7和尼龙12、聚砜、环氧树脂、聚酯和聚碳酸酯。

在一些实施方案中，不连续输送保护层包括亲水性涂层。亲水性涂层可以是有机材料或无机材料。亲水性涂层可以包括一下中的至少一种：高分子量分子种类(数均分子量大于10000g/mol)、低聚分子种类(数均分子量大于1000g/mol且不大于10000g/mol)、低分子量分子种类(数均分子量不大于1000g/mol且不小于20g/mol)以及它们的组合。亲水性涂层可以包括包含一个或多个极性官能团(例如，酸、羟基、酯、醚和/或胺)的分子种类。在一些实施方案中，不连续输送保护层的亲水性聚合物和/或亲水性涂层可以与水、阴极电解质和/或阳极电解质具有介于约90度与0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的表面接触角。接触角可以通过本领域已知的技术来测量，包括后退接触角测量和前进接触角测量。在一些实施方案中，不连续输送保护层的亲水性聚合物和/或亲水性涂层可以与水、阴极电解质和/或阳极电解质具有介于约90度与0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的后退接触角。在一些实施方案中，不连续输送保护层的亲水性聚合物和/或亲水性涂层可以与水、阴极电解质和/或阳极电解质具有介于约90度与0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的前进接触角。在一些实施方案中，不连续输送保护层可以与水、阴极电解质和/或阳极电解液具有介于约90度与0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的前进接触角和/或后退接触角。将亲水性聚合物和/或涂层用于不连续输送保护层可以改善通过该层的液体输送(例如，阳极电解液和/或阴极电解液流)，并且改善电化学电池和/或液流电池性能。

包括本公开的不连续输送保护层的网状结构(例如，网状结构15a)、织造结构(例如，织造结构15b)和/或非织造结构(例如，非织造结构15c)的聚合物可以是固体，基本上不含任何空隙或孔隙。例如，图3a-3h的不连续输送保护层可以各自由聚合物形成，并且聚合物可以是固体，基本上不含任何空隙或孔隙。在一些实施方案中，不连续输送保护层的聚合物具有按体积计约0％至约5％的孔隙率、按体积计约0％至约3％的孔隙率、或按体积计约0％至约1％的孔隙率。在一些实施方案中，可能期望在不连续输送保护层的聚合物内保持低孔隙率，以便提供可更好地抵抗在电化学电池或液流电池中使用时存在的压力的更高模量材料，和/或保持部件之间的期望间距(例如，多孔电极与离子可渗透膜之间的期望间距)。

在一些实施方案中，不连续输送保护层是非导电的。不连续输送保护层可以包含少量导电材料或其他填料，例如非导电颗粒。在一些实施方案中，不连续输送保护层包含介于约0重量％与约5重量％之间、介于约0重量％与约3重量％之间、介于约0重量％与约重量1％之间、或甚至基本上0重量％的导电颗粒和非导电颗粒中的至少一种。

不连续输送保护层的厚度t不受具体限制。在一些实施方案中，不连续输送保护层的厚度(例如，多个离散结构、网状结构、织造结构和非织造结构中的至少一个的厚度)为约0.05微米至约3000微米、约0.05微米至约2000微米、约0.05微米至约1000微米、约0.05微米至约500微米、约1微米至约3000微米、约1微米至约2000微米、约1微米至约1000微米、约1微米至约500微米、约10微米至约3000微米、约10微米至约2000微米、约10微米至约1000微米至、约10微米至约500微米、约50微米至约3000微米、约50微米至约2000微米、约50微米至约1000微米或甚至约50微米至约500微米。

在一些实施方案中，为了最大化对电池或蓄电池短路的电阻(与例如离子可渗透膜的碳纤维渗透相关联)，可能期望具有较厚的不连续输送保护层。在这些实施方案中，不连续输送保护层的厚度可在上述厚度范围的较高端。例如，不连续输送保护层的厚度可为约25微米至约3000微米、约25微米至约2000微米、约25微米至约1000微米、约25微米至约500微米、约50微米至约3000微米、约50微米至约2000微米、约50微米至约1000微米、约50微米至约500微米、约75微米至约3000微米、约75微米至约2000微米、约75微米至约1000微米至、约75微米至约500微米、约100微米至约3000微米、约100微米至约2000微米、约100微米至约1000微米或甚至约100微米至约500微米。

在一些实施方案中，为了增强电池电阻和/或短路电阻，多孔保护层的厚度可以为约25微米至约500微米、约50微米至约500微米、约75微米至约500微米、约100微米至约500微米、约25微米至约400微米、约50微米至约400微米、约75微米至约400微米、约100微米至约400微米、约25微米至约300微米、约50微米至约300微米、约75微米至约300微米、或甚至约100微米至约300微米。

在一些实施方案中，为了改善电池电阻(降低电池电阻)，可能期望具有较薄的不连续输送保护层。在这些实施方案中，不连续输送保护层的厚度可在上述厚度范围的较低端。例如，不连续输送保护层的厚度可以为约25微米至约500微米、约50微米至约500微米、约75微米至约500微米、约100微米至约500微米、约25微米至约400微米、约50微米至约400微米、约75微米至约400微米、约100微米至约400微米、约25微米至约300微米、约50微米至约300微米、约75微米至约300微米、或甚至约100微米至约300微米。

在一些实施方案中，不连续输送保护层可以包括网状结构(参见图3a和图3d)。网状结构包括具有多个开口区域(例如，多个通孔)的连续片材或层。网状结构可以包括例如具有多个通孔的聚合物膜。本公开的网状结构不包括常规的织造结构和非织造结构，即织造和非织造基底。网状结构的多个开口区域的形状不受具体限制，并且包括但不限于圆形、椭圆形、不规则多边形和规则多边形，例如、三角形、四边形(正方形、矩形、菱形和梯形)、五边形、六角形和八角形。可以使用形状的组合。在一些实施方案中，网状结构的多个开口区域具有的宽度可以为约10微米至约10mm、50微米至约10mm、100微米至约10mm、约200微米至约10mm、约500微米至约10mm、约1000微米至约10mm、10微米至约8mm、50微米至约8mm、约100微米至约8mm、约200微米至约8mm、约500微米至约8mm、约1000微米至约8mm、10微米至约6mm、50微米至约6mm、约100微米至约6mm、约200微米至约6mm、约500微米至约6mm、约1000微米至约6mm、或甚至约10微米至约1000微米。如前所述，多个开口区域的深度可以对应于不连续输送保护层的厚度t。每个开口区域的尺寸(即长度、宽度和/或深度)可以基本相同或可以不同。网状结构的多个开放区域可以是随机的或者可以呈图案。图案包括但不限于正方形阵列、六边形阵列等。可以使用图案的组合。

网状结构可以通过本领域已知的技术来制造。例如，可以通过挤出工艺制造聚合物膜，并且可以通过本领域已知的技术(包括但不限于模切、激光切割、水射流切割、针刺、蚀刻等)在聚合物膜中形成多个开口区域。网状结构也可以通过挤压过程来形成，其中例如基本上彼此平行的第一组聚合物股线沿一个方向在多孔电极上挤出，并且基本上彼此平行但相对于第一组股线以角度θ偏移的第二组聚合物股线在多孔电极上挤出，由此形成网状结构。θ可以是约5度至约90度、约15度至约90度、约30度至约90度、或甚至约45度至约90度。

在一些实施方案中，不连续输送保护层可以包括织造结构，即具有多个开口区域的织造基底(参见图3e和图3f)。可以使用本领域已知的常规织造结构，例如织造布和机织织物。在一些实施方案中，织造结构的多个开口区域具有的宽度可以为约10微米至约10mm、约50微米至约10mm、约100微米至约10mm、约200微米至约10mm、约500微米至约10mm、约1000微米至约10mm、约10微米至约8mm、约50微米至约8mm、约100微米至约8mm、约200微米至约8mm、约500微米至约8mm、约1000微米至约8mm、约10微米至约6mm、约50微米至约6mm、约100微米至约6mm、约200微米至约6mm、约500微米至约6mm、或甚至约1000微米至约6mm。如前所述，多个开口区域的深度可以对应于不连续输送保护层的厚度t。

在一些实施方案中，不连续输送保护层可以包括具有开口区域的非织造结构，即非织造基底(参见图3g和图3h)，所述开口区域可基本上互连。可以使用本领域已知的常规非织造结构，例如非织造纸、非织造毡和非织造幅材。

本公开的不连续输送保护层的织造和非织造结构可以是非导电结构。不连续输送保护层的织造和非织造结构通常包括纤维。在一些实施方案中，不连续输送保护层包括织造非导电结构并且不含非织造非导电结构。在一些实施方案中，不连续输送保护层包括非织造非导电结构并且不含织造非导电结构。不连续输送保护层的织造和非织造非导电结构包括聚合物，并且任选地可以包括无机物。织造和非织造结构可以包括非导电聚合物材料并且任选地可以包括非导电无机材料。织造非导电基底和非织造非导电基底可包含纤维，例如多根纤维。织造结构和非织造结构可以由聚合物纤维(例如，非导电聚合物纤维)制成，以及任选地由无机纤维(例如，非导电无机纤维)制成。在一些实施方案中，织造和非织造结构可以包括聚合物纤维并且排除无机纤维。

在一些实施方案中，织造和非织造结构的纤维可以具有均大于约10的长度比宽度和长度比厚度的纵横比，以及小于约5的宽度对厚度的纵横比。对于具有呈圆形形状的横截面的纤维，宽度和厚度将相同并且将等于该圆形横截面的直径。对于纤维的长度比宽度和长度比厚度的纵横比不存在特定上限。纤维的长度比厚度和长度比宽度的纵横比均可介于约10和约1000000之间，介于10和约100000之间，介于10和约1000之间，介于10和约500之间，介于10和约250之间，介于10和约100之间，介于约10和约50之间，介于约20和约1000000之间，介于20和约100000之间，介于20和约1000之间，介于20和约500之间，介于20和约250之间，介于20和约100之间，或甚至介于约20和约50之间。纤维的宽度和厚度可以各自介于约0.001至约500微米之间、介于约0.001至约250微米之间、介于约0.001至约100微米之间、介于约0.001微米至约50微米之间、介于约0.001至约25微米之间、介于约0.001微米至约10微米之间，介于约0.001微米至约1微米之间、介于约0.01至约500微米之间、介于约0.01至约250微米之间、介于0.01至约100微米之间、介于约0.01微米至约50微米之间、介于约0.01至约25微米之间、介于约0.01微米至约10微米、介于约0.01微米至约1微米之间、介于约0.05至约500微米之间、介于约0.05至约250微米之间、介于约0.05至约100微米之间、介于约0.05微米至约50微米之间、介于约0.05至约25微米之间、介于约0.05微米至约10微米、介于约0.05微米至约1微米之间、介于约0.1至约100微米之间、介于约0.1至约500微米之间、介于约0.1至约250微米之间、介于约0.1微米至约50微米之间、介于约0.1至约25微米之间、介于约0.1微米至约10微米、或甚至介于约0.1微米至约1微米之间。在一些实施方案中，纤维的厚度和宽度可为相同的。在一些实施方案中，较小的微纤维可以织造或粘结在一起以形成具有比由它们组成的单根纤维大得多的尺寸(例如，宽度和/或厚度)的大纤维。

可以使用常规技术将纤维制成织造和非织造结构。非织造结构可通过熔喷纤维工艺、纺粘工艺、梳理工艺等制造。在一些实施方案中，纤维的长度比厚度和长度比宽度的纵横比可大于1000000、大于约10000000、大于约100000000或甚至大于约1000000000。在一些实施方案中，纤维的长度比厚度和长度比宽度的纵横比可介于约10至约1000000000之间；介于约10和约100000000之间、介于约10和约10000000、介于约20至约1000000000之间；介于约20和约100000000之间、介于约20和约10000000、介于约50至约1000000000之间；介于约50和约100000000之间或甚至介于约50至约10000000之间。

织造和非织造结构中的至少一种可包括本领域中已知的常规的织造和非织造纸、毡、毯和/或布(织物)。织造和非织造结构可以包括聚合物纤维以及任选地包括陶瓷纤维。用来形成织造和非织造非导电基底中的至少一种的类型(聚合物纤维类型和陶瓷纤维类型)的数目不受具体限制。聚合物纤维可包括至少一种聚合物，例如，聚合物组成或一种聚合物类型。聚合物纤维可包括至少两种聚合物，即，两种聚合物组成或两种聚合物类型。聚合物纤维可以是由至少两种不同聚合物类型组成的芯-外皮聚合物纤维。例如，聚合物纤维可包括由聚乙烯构成的一组纤维和由聚丙烯构成的另一组纤维。如果使用至少两种聚合物，那么第一聚合物纤维可具有比第二聚合物纤维更低的玻璃化转变温度和/或熔融温度。第一聚合物纤维可用于使织造和非织造结构中的至少一种的聚合物纤维熔合在一起，以例如改进织造和非织造结构的机械性能。任选的陶瓷纤维可以包括至少一种陶瓷，例如，一种陶瓷组成或一种陶瓷类型。任选的陶瓷纤维可以包括至少两种陶瓷，即两种陶瓷组成或两种陶瓷类型。织造和非织造结构可以包括至少一种聚合物纤维(例如，一种聚合物组成或聚合物类型)和至少一种陶瓷纤维(例如，一种陶瓷组成或一种陶瓷类型)。例如，织造和非织造非基底中的至少一种可以包括聚乙烯纤维和玻璃纤维。

织造和非织造结构中的至少一种的基重不受具体限制。在一些实施方案中，以材料的克/平方米(gsm)测量的织造和非织造结构中的至少一种的基重可以为约4gsm至约60gsm、约4gsm至约50gsm、约4gsm至约40gsm、约4gsm至约32gsm、约6gsm至约60gsm、约6gsm至约50gsm、约6gsm至约40gsm、约6gsm至约32gsm、约8gsm至约60gsm、约8gsm至约50gsm、约8gsm至约40gsm、或甚至约8gsm至约32gsm。

在一些实施方案中，织造和非织造结构可以包括少量的一种或多种导电材料，只要导电材料不改变织造和非织造非导电基底中的至少一种以导电即可。在一些实施方案中，织造和非织造非导电结构中的至少一种基本上不含导电材料。在这种情况下，“基本上不含导电材料”是指织造和非织造非导电基底中的至少一种包括小于约25重量％、小于约20重量％、小于约15重量％、小于约10重量％、小于约5重量％、小于约3重量％、小于约2重量％、小于约1重量％、小于约0.5重量％、小于约0.25重量％、小于约0.1重量％、或甚至0.0重量％的导电材料。

织造和非织造结构中的至少一种的聚合物纤维不受具体限制。在一些实施方案中，织造和非织造结构中的至少一种的聚合物纤维是非导电的。在一些实施方案中，织造和非织造结构的聚合物纤维可以包括热塑性塑料和热固性塑料中的至少一种。热塑性塑料可包括热塑性弹性体。热固性塑料可包括b阶段(b-stage)聚合物。在一些实施方案中，织造和非织造结构的聚合物纤维包括但不限于以下中的至少一种：环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、尿素-甲醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯和苯乙烯基无规共聚物和苯乙烯基嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氯乙烯和氟化聚合物(例如，聚乙烯基氟化物和聚四氟乙烯)。在一些实施方案中，聚合物纤维包括以下中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯和基于苯乙烯的无规共聚物和嵌段共聚物、聚氯乙烯和氟化聚合物。

织造和非织造结构的任选陶瓷纤维不受具体限制。陶瓷纤维的陶瓷可以包括但不限于金属氧化物，例如氧化硅(例如玻璃和掺杂玻璃)和氧化铝。

如果陶瓷纤维用作织造和/或非织造结构，则陶瓷纤维可以包括但不限于金属氧化物中的至少一种，例如氧化硅(例如玻璃和掺杂玻璃)和氧化铝。

不连续输送保护层可以是多层结构。在一些实施方案中，不连续输送保护层包括至少一个层。在一些实施方案中，不连续输送保护层包括两个或更多个层。不连续输送保护层的层可以是相同的组成和/或结构，或者可以包括两种或更多种不同的组成和/或两种或更多种不同的结构。

本公开的不连续输送保护层可还包括在不连续输送保护层的至少一部分上的离子树脂涂层。不连续输送保护层的离子树脂涂层应当允许电解质的选择离子转移通过不连续输送保护层。这可以通过允许电解质容易润湿给定不连续输送保护层并吸收到给定不连续输送保护层中来实现。材料特性(特别是不连续输送保护层的表面润湿特性)可基于阳极电解液和阴极电解液溶液的类型即它们是水基还是非水基来选择。在一些实施方案中，离子树脂涂层的离子树脂可以与水、阴极电解质和/或阳极电解液具有介于约90度与0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的表面接触角。在一些实施方案中，离子树脂涂覆不连续输送保护层的表面积的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或甚至至少100％。由于润湿性的改善通常随着离子树脂涂层的覆盖面积而增加，因此可以优选更高的面积覆盖。

离子树脂涂层可以由包含可固化以形成离子树脂涂层的一种或多种单体和低聚物的前体离子树脂形成。前体离子树脂还可包含溶解的聚合物。前体离子树脂可包含在固化前体离子树脂之前或之后被除去的溶剂。离子树脂可以由离子树脂颗粒的分散体形成，分散体的溶剂被移除以形成不连续输送保护层的离子树脂涂层。离子树脂涂层可以包括可分散或溶解在溶剂中的离子聚合物，移除溶剂以形成不连续输送保护层的离子树脂涂层。如本文先前所述，离子树脂涂层可以包括离子聚合物、离聚物树脂和离子交换树脂中的至少一种。

离子树脂的重量与不连续输送保护层的总重量之比不受具体限制。在一些实施方案中，离子树脂的重量与不连续输送保护层的总重量之比为约0.03至约0.95、约0.03至约0.90、约0.03至约0.85、约0.03至约0.80、约0.03至约0.70、约0.05至约0.95、约0.05至约0.90、约0.05至约0.85、约0.05至约0.80、约0.05至约0.70、约0.10至约0.95、约0.10至约0.90、约0.10至约0.85、约0.10至约0.80、约0.10至约0.70、约0.20至约0.95、约0.20至约0.90、约0.20至约0.85、约0.20至约0.80、约0.20至约0.70、约0.30至约0.95、约0.30至约0.90、约0.30至约0.85、约0.30至约0.80、约0.30至约0.70、约0.40至约0.95、约0.40至约0.90、约0.40至约0.85、约0.40至约0.80、或甚至约0.40至约0.70。

可使用本领域已知的涂覆技术，包括但不限于刷涂、浸涂、喷涂、刮涂(例如狭槽进料刮涂)、缺口棒涂、计量棒涂(例如麦勒棒涂)、模涂(例如流体轴承模涂)、辊涂(例如三辊涂)、幕涂等。

在一些实施方案中，离子树脂以离子树脂涂覆溶液(例如，包括离子树脂、溶剂和任何其他期望添加剂的溶液)的形式涂覆在不连续输送保护层的纤维表面的至少一部分上。通过干燥移除离子树脂涂覆溶液的挥发性组分(例如，溶剂)，从而将离子树脂留在不连续输送保护层的表面的至少一部分上。离子树脂涂覆溶液可通过溶液共混来制备，所述溶液共混包括将树脂、适当的溶剂和任何其他所需添加剂组合，然后以所需的剪切速率混合。混合可包括使用本领域已知的任何技术，包括叶片混合器和常规研磨，例如球磨。离子树脂涂覆溶液的其他添加剂可包括但不限于表面活性剂、分散剂、增稠剂、润湿剂等。表面活性剂、分散剂和增稠剂可以有助于促进离子树脂涂覆溶液润湿不连续输送保护层的表面的能力。它们还可用作粘度调节剂。在制备涂覆溶液之前，离子树脂可以呈分散体或悬浮液的形式，就像如果通过例如乳液聚合技术或悬浮聚合技术制备离子树脂时会产生的那样。添加剂诸如表面活性剂可用于将离子树脂分散体或悬浮液稳定在其溶剂中。

可以基于离子树脂类型选择可用于离子树脂涂覆溶液的溶剂。可用于离子树脂涂覆溶液的溶剂包括但不限于水、醇类(例如甲醇、乙醇和丙醇)、丙酮、乙酸乙酯、烷基溶剂(例如戊烷、己烷、环己烷、庚烷和辛烷)、甲基乙基酮、乙基乙基酮、二甲醚、石油醚、甲苯、苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿、四氯化碳、氯苯以及它们的混合物。

离子树脂涂覆溶液中的溶剂的量按重量计可为约5％至约95％、约10％至约95％、约20％至约95％、约30％至约95％、约40％至约95％、约50％至约95％、约60％至约95％、约5％至约90％、约10％至约90％、约20％至约90％、约30％至约90％、约40％至约90％、约50％至约90％、约60％至约90％、约5％至约80％、约10％至约80％、约20％至约80％、约30％至约80％、约40％至约80％、约50％至约80％、约60％至约80％、约5％至约70％、约10％至约70％、约20％至约70％、约30％至约70％、约40％至约70％或甚至约50％至约70％。

表面活性剂可用于离子树脂涂覆溶液中，例如用于改善润湿度。表面活性剂可包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。可用于离子树脂涂覆溶液的表面活性剂包括但不限于可从密歇根州密德兰市的陶氏化学公司获得的tritonx-100；可从德国韦塞尔市的bykchemiegmbh获得的dispersbyk190；胺，例如油胺和十二烷胺；骨架中含有8个以上碳的胺，例如3-(n,n-二甲基十二烷基胺)丙磺酸盐(sb12)；可从宾夕法尼亚州埃克斯顿的crayvalleyusa,llc获得的sma1000；1,2-丙二醇、三乙醇胺、二甲氨基乙醇；美国专利公布2013/0011764中公开的季胺和表面活性剂公布，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。如果在离子树脂涂覆溶液中使用一种或多种表面活性剂，则可以通过热处理将表面活性剂从不连续输送保护层移除，其中表面活性剂在热处理温度下挥发或分解并且所得的化合物在热处理温度下挥发。在一些实施方案中，离子树脂基本上不含表面活性剂。所谓“基本上不含”意指离子树脂中包含0重量％至0.5重量％、0重量％至0.1重量％、0重量％至0.05重量％，或甚至0重量％至0.01重量％的表面活性剂。在一些实施方案中，离子树脂不含表面活性剂。可通过用表面活性剂的溶剂进行清洗或冲洗来将表面活性剂从离子树脂移除。溶剂包括但不限于水、醇类(例如甲醇、乙醇和丙醇)、丙酮、乙酸乙酯、烷基溶剂(例如戊烷、己烷、环己烷、庚烷和辛烷)、甲基乙基酮、乙基乙基酮、二甲醚、石油醚、甲苯、苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿、四氯化碳、氯苯以及它们的混合物。

通过将溶液涂覆在衬件或剥离衬件上，可以用离子树脂涂覆溶液形成不连续输送保护层。然后可以将不连续输送保护层的第一主表面(例如，织造或非织造结构的第一主表面)放置成与离子树脂涂覆溶液接触。从衬件移除不连续输送保护层，并且用离子树脂涂覆溶液涂覆不连续输送保护层的第一主表面的至少一部分。任选地，可以用相同或不同的离子树脂涂覆溶液来涂覆新的衬件或相同的衬件，并且然后可以将不连续输送保护层的第二主表面放置成与离子树脂涂覆溶液接触。从衬件移除不连续输送保护层，并且用离子树脂涂覆溶液涂覆不连续输送保护层的第二主表面的至少一部分。然后将不连续输送保护层暴露于热处理(例如，来自烘箱的热量或通过烘箱的气流)，以便从离子树脂涂覆溶液中移除挥发性化合物(例如溶剂)，从而产生包括聚合物和离子树脂的不连续输送保护层，该离子树脂涂覆不连续输送保护层的聚合物表面的至少一部分。用于制造不连续输送保护层的替代方法包括例如将离子树脂涂覆溶液直接涂覆到不连续输送保护层的第一和/或第二主表面上，然后进行热处理(例如，来自烘箱的热量或通过烘箱的气流)，以便从离子树脂涂覆溶液中移除挥发性化合物(例如溶剂)，从而产生包括聚合物和离子树脂的不连续输送保护层，该涂覆不连续输送保护层的聚合物表面的至少一部分。如果在涂覆之后涂覆溶液的量太大，则可以在热处理之前使不连续输送保护层行进通过双辊涂覆机的辊隙以移除一些离子树脂涂覆溶液。

如果离子树脂在前体离子树脂中，则可以通过用前体树脂涂覆包括聚合物的不连续输送保护层的至少一个主表面来形成不连续输送保护层，其中不连续输送保护层的聚合物表面的至少一部分由前体离子树脂涂覆。然后可通过本领域已知的任何技术(包括但不限于热固化、光化辐射固化和电子束固化)来固化不连续输送保护层的前体离子树脂涂层。前体离子树脂可以包含固化剂、催化剂、链转移剂、增链剂等中的一种或多种，如由前体离子树脂的固化化学和离子树脂的期望最终性质决定。固化离子树脂前体产生包括聚合物和离子树脂的不连续输送保护层，该离子树脂涂覆不连续输送保护层的聚合物表面的至少一部分。

在一些实施方案中，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口面积孔隙率中的至少一个可以介于约0.10与0.995之间、介于约0.10与0.95之间、介于约0.10与0.90之间、介于约0.10与0.85之间、介于约0.10与0.75之间、介于约0.15与0.995之间、介于约0.15与0.95之间、介于约0.15与0.90之间、介于约0.15与0.85之间、介于约0.15与0.75之间、介于约0.25与0.995之间、介于约0.25与0.95之间、介于约0.25与0.90之间、介于约0.25与0.85之间、介于约0.25与0.75之间、介于约0.35与0.995之间、介于约0.35与0.95之间、介于约0.35与0.90之间、介于约0.35与0.85之间、介于约0.35与0.75之间、介于约0.45与0.995之间、介于约0.45与0.95之间、介于约0.45与0.90之间、介于约0.45与0.85,约0.45与0.75之间、介于约0.50与0.995之间、介于约0.50与0.95之间、介于约0.50与0.90之间、介于约0.50与0.85之间、介于约0.50与0.75之间、介于约0.65与0.995之间、介于约0.65与0.95之间、介于约0.65与0.90之间、介于约0.65与0.85、或甚至介于约0.65与0.75之间。

不连续输送保护层的体积孔隙率被定义为不连续传输层的空隙空间的体积除以不连续输送保护层的总体积，即毛体积。体积孔隙率可通过本领域已知的常规技术(例如，直接方法、光学方法和气体膨胀方法)确定。例如，体积孔隙率可以根据下式来计算：

体积孔隙率＝1–(ds/dm)

其中，

ds＝例如以g/cm³为单位的基底密度(体积密度)。

dm＝构成基底的材料密度，单位为例如g/cm³。

如果基底恰好是包含一种以上的纤维类型的织造基底或非织造基底，则dm是加权平均密度：

加权平均密度＝d1(w1/w3)+d2(w2/w3)

其中，

d1是组分1的密度

d2是组分2的密度

w1是组分1的重量

w2是组分2的重量

w3是总重量(w3＝w1+w2)

例如，对于由密度为0.95g/cm³的聚乙烯纤维制成的密度ds为0.3g/cm³的非织造基底，孔隙率为(1-0.3/0.95)，即0.684。体积孔隙率是基底中的孔隙或开放体积的体积分数。

开口面积孔隙率是空隙(例如，通孔)的面积与不连续输送保护层的主表面处的不连续输送保护层表面的总面积(通孔和对应聚合物的面积)的比率。开口面积孔隙率可通过本领域中已知的常规技术确定。例如，对于矩形通孔的长度为l且宽度为w、纬纱纤维的纤维宽度或直径为dwe并且经纱纤维的宽度或直径为dwa的网纱，可如下计算开口面积孔隙率(假设孔的长度对应于经纱纤维的方向，并且孔的宽度对应于纬纱纤维的方向)：

开口面积孔隙率＝(l×w)/[(l+dwe)(w+dwa)]

在一些实施方案中，为了最大化对电池或蓄电池短路的电阻(与离子可渗透膜的碳纤维渗透相关联)，可能期望具有较少孔的不连续输送保护层。在这些实施方案中，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口面积孔隙率中的至少一者可在上文所述的体积孔隙率和/或开口面积孔隙率范围的较低端。例如，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口区域孔隙率中的至少一个可以介于约0.10与约0.65之间、介于约0.10与约0.55之间、介于约0.10与约0.45之间、介于约0.10与约0.35之间、介于约0.15与约0.65之间、介于约0.15与约0.55之间、介于约0.15与约0.45之间、或甚至介于约0.15与约0.35之间。

在一些实施方案中，为了增加电池或蓄电池中的液流(即阳极电解液和/或阴极电解液的流动)以便使电池电阻最大化(降低电池电阻)，可能期望具有较多孔的不连续输送保护层。在这些实施方案中，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口面积孔隙率中的至少一者可在上文所述的体积孔隙率和/或开口面积孔隙率范围的较高端。例如，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口区域孔隙率中的至少一个可以介于约0.35与约0.995之间、介于约0.35与约0.95之间、介于约0.35与约0.90之间、介于约0.35与约0.85之间、介于约0.35与约0.75之间、介于约0.45与约0.995之间、介于约0.45与约0.95之间、介于约0.45与约0.90之间、介于约0.45与约0.85、或甚至介于约0.45与约0.75之间。

相对于改善包含本公开的不连续输送保护层的电化学电池或蓄电池的短路电阻和电池电阻而言，孔隙率的变化(通常增大或减小)将改善其中一个参数，同时对另一个参数产生不利影响。然而，已经令人惊讶地发现，可改善电化学电池的短路电阻(与离子可渗透膜的碳纤维渗透相关联)，同时至少不显著改变(并且在一些情况下，改善)包含本公开的不连续输送保护层的电化学电池的电池电阻。在这些实施方案中，不连续输送保护层的体积孔隙率和开口区域孔隙率中的至少一个可以介于约0.35与约0.995之间、介于约0.35与约0.95之间、介于约0.35与约0.90之间、介于约0.35与约0.85、或甚至介于约0.35与约0.75之间。

本公开的不连续输送保护层可以通过各种技术来制造。在一个实施方案中，热塑性塑料或b阶段热固性塑料的连续膜可以形成为不连续输送保护层，例如，通过将期望的开口区域模切成连续膜，从而形成网状结构。在另一个实施方案中，热塑性纤维或b阶段热固性纤维的织造结构或非织造结构可以通过例如使用常规技术来制造织造结构或非织造结构而形成不连续输送保护层。

在一些实施方案中，可以使用常规层压技术(其可包括压力和热量中的至少一种)将与离子可渗透膜相邻的不连续输送保护层的主表面层压到离子可渗透膜(例如，离子交换膜)的第一主表面，由此形成膜电极组件。假设不连续输送保护层的另一个主表面经由粘合剂层(例如，第一粘合剂层)粘附到多孔电极。在一些实施方案中，可以使用常规层压技术(其可包括压力和热量中的至少一种)将第二不连续输送保护层层压到离子可渗透膜(例如，离子交换膜)的相对的第二主表面，由此形成膜电极组件。假设第二不连续输送保护层的另一个主表面通过粘合剂层(例如，第二粘合剂层)粘附到第二多孔电极。

本公开的粘合剂层(例如，第一粘合剂层，第二粘合剂层，第三粘合剂层，第四粘合剂层，第一垫圈粘合剂层和第二垫圈粘合剂层)可以包括压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。可用于本公开的粘合剂层的压敏粘合剂包括但不限于基于丙烯酸酯、硅氧烷、丁腈橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、氨基甲酸酯等的那些。基于聚(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂可以是特别合适的。

热活化粘合剂是在环境温度或使用温度下可用作粘合剂(例如，压敏粘合剂或结构粘合剂)的粘合剂，同时在升高的温度下具有流动(类似于液体)的能力。热活化粘合剂包括热熔粘合剂，是半结晶或无定形的粘合剂，并且当它们被加热到高于其结晶熔融温度tm和/或高于其玻璃化转变温度tg的温度时具有流动能力。一旦冷却回到低于其tm和/或tg的温度，热熔粘合剂就固化并提供粘合性能。热熔粘合剂可以包括聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯和环氧树脂中的至少一种。热熔粘合剂可以能够固化。固化热熔粘合剂可以包括湿固化、热固化和光化辐射固化中的至少一种。热活化粘合剂可以包括在美国专利公布2012/0325402(suwa等人)和美国专利7,008,680(everaerts等人)和5,905,099(everaerts等人)中公开的粘合剂，所述专利申请均通过引用并入本文。

本公开的粘合剂可以通过本领域已知技术应用于膜电极组件，已知技术包括层压，例如通过使用粘合剂转移带将粘合剂层层压到电极组件的不连续输送保护层；和各种涂覆和印刷技术，例如在电极组件的不连续输送保护层上丝网印刷粘合剂。

本公开的粘合剂层(例如，第一粘合剂层，第二粘合剂层，第三粘合剂层，第四粘合剂层，第一垫圈粘合剂层和第二垫圈粘合剂层)可以呈环形的形状，即环形粘合剂层。术语“环”和/或“环形”通常用于描述由两个同心圆界定的环形物体。然而，在本公开中，术语“环”和/或“环形”将指代环形物体。环的形状不受具体限制并且可包括但不限于圆形、正方形、矩形、三角形、椭圆形和菱形。粘合剂层可以沿膜电极组件的周边设置。在一些实施方案中，粘合剂层中的一个或多个(第一粘合剂层、第二粘合剂层、第三粘合剂层和第四粘合剂层)可以沿膜电极组件的周边设置并且是一系列不连续的线或条带。在一些实施方案中，粘合剂层中的一个或多个(第一粘合剂层、第二粘合剂层、第三粘合剂层和第四粘合剂层)可以沿膜电极组件的周边设置并且包括膜电极组件周边的相对两侧(例如，彼此相对)上的两个粘合区域，例如两个分立的粘合剂线(例如，条带)。

第一和第二垫圈可以由液流电池领域中通常用作垫圈材料的材料制备。尽管用于垫圈的材料不受具体限制，但通常，垫圈的材料对液流电池中使用的阳极电解液和/或阴极电解液具有良好的耐化学性。第一和/或第二垫圈可以包括至少一种聚合物。在一些实施方案中，第一和/或第二垫圈可以包括但不限于以下中的至少一种：聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯和苯乙烯基无规共聚物和苯乙烯基嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氯乙烯、和氟化聚合物(例如，聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯)。第一和/或第二垫圈可以呈环形的形状，即环形第一垫圈和/或环形第二垫圈。术语“环”和/或“环形”通常用于描述由两个同心圆界定的环形物体。然而，在本公开中，术语“环”和/或“环形”将指代环形物体。环的形状不受具体限制并且可包括但不限于圆形、正方形、矩形、三角形、椭圆形和菱形。第一垫圈和/或第二垫圈可以沿膜电极组件的周边设置。第一垫圈和/或第二垫圈可以设置在离子可渗透膜与邻近的粘合剂层之间。第一垫圈和/或第二垫圈可以与离子可渗透膜和邻近的粘合剂层中的一者或两者接触。

在整个本公开中，第一和第二垫圈已经被示为(例如，参见图1i至图1m和图2e)具有与膜电极组件的宽度相同的宽度，但这不是必需的。在一些实施方案中，第一和/或第二垫圈的宽度可以小于膜电极组件和不连续输送保护层中的至少一个的宽度。在一些实施方案中，第一和/或第二垫圈的宽度可以大于膜电极组件和不连续输送保护层中的至少一个的宽度。当第一和/或第二垫圈的宽度大于膜电极组件和不连续输送保护层中的至少一个的宽度时，垫圈可以在包括在电化学电池或液流电池中时用于密封膜电极组件。

本公开的膜电极组件包括特别有用的离子可渗透膜、离子交换膜。可以使用本领域已知的离子可渗透膜和离子交换膜。离子可渗透膜(例如，离子交换膜)通常称为分离器，并且可以由离子聚合物制备，例如先前针对不连续输送保护层的离子聚合物所讨论的那些，包括但不限于离子交换树脂、离聚物树脂以及它们的组合。在一些实施方案中，膜(例如，离子交换膜)可以包含氟化离子交换树脂。可用于本公开的实施方案中的膜(例如，离子交换膜)可以由本领域已知的离子交换树脂和/或离聚物制造或者可以作为膜商购，并且包括但不限于可从特拉华州威尔明顿市的杜邦公司获得的nafionpfsa膜；可从比利时布鲁塞尔的索尔维公司获得的aquivionpfsa，即一种全氟代磺酸；可从日本东京旭硝子获得的flemion和selemion，即含氟聚合物离子交换膜；可从德国比蒂希海姆-比辛根市的fumatek获得的fumasep离子交换膜，包括fks、fkb、fkl、fke阳离子交换膜和fab、faa、fap和fad阴离子交换膜，以及例子交换膜，可作为粉末或水溶液从明尼苏达州圣保罗市的3m公司获得的，以商品名“3m825ew”获得的具有825当量的全氟代磺酸离聚物，可作为粉末或水溶液从3m公司获得的，以商品名“3m725ew”获得的具有725当量的全氟代磺酸离聚物，以及美国专利7,348,088中描述的材料，所述专利申请通过引用以其整体并入。在一些实施方案中，离子交换膜包括含氟聚合物。在一些实施方案中，离子交换膜的含氟聚合物可以包含约10重量％至约90重量％、约20重量％至约90重量％、约30重量％至约90重量％、甚至约40重量％至约90重量％的氟。

本公开的膜(例如，离子可渗透膜)可作为自立式膜购自商业供应商或者可通过涂覆适当溶剂中的适当膜树脂(例如，离子交换膜树脂)的溶液并且加热以移除溶剂来制造。可通过将溶液涂覆在剥离衬件上，然后干燥膜涂覆溶液涂层以移除溶剂，由涂覆溶液形成膜。

可使用任何合适的涂覆方法将膜涂覆溶液涂覆在剥离衬件上。典型方法包括手工方法和机械方法两者，包括手刷、缺口棒涂、液压轴承模涂、线绕棒涂、液压轴承涂敷、狭槽进料刮刀涂布和三辊涂敷。最通常地，使用三辊涂敷。可利用一次涂布或多次涂布实现涂覆。利用多次涂布的涂覆可用于增加涂层重量，但不会相应地增加离子可渗透膜的开裂。

膜涂覆溶液中的溶剂的量按重量计可为约5％至约95％、约10％至约95％、约20％至约95％、约30％至约95％、约40％至约95％、约50％至约95％、约60％至约95％、约5％至约90％、约10％至约90％、约20％至约90％、约30％至约90％、约40％至约90％、约50％至约90％、约60％至约90％、约5％至约80％、约10％至约80％、约20％至约80％、约30％至约80％、约40％至约80％、约50％至约80％、约60％至约80％、约5％至约70％、约10％至约70％、约20％至约70％、约30％至约70％、约40％至约70％或甚至约50％至约70％。

在膜涂覆溶液中，膜树脂(例如，离子交换树脂和离聚物树脂)的量按重量计可以为约5％至约95％、约5％至约90％、约5％至约80％、约5％至约70％、约5％至约60％、约5％至约50％、约5％至约40％、约10％至约95％、约10％至约90％、约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约20％至约95％、约20％至约90％、约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、约20％至约40％、约30％至约95％、约30％至约90％、约30％至约80％、约30％至约70％、约30％至约60％或甚至约30％至约50％。

离子可渗透膜的厚度可为约5微米至约250微米、约5微米至约200微米、约5微米至约150微米、约5微米至约100微米、约10微米至约250微米、约10微米至约200微米、约10微米至约150微米、约5微米至约10微米、约15微米至约250微米、约15微米至约200微米、约15微米至约150微米或甚至约15微米至约100微米。

在整个本公开中，离子可渗透膜已经被示为(例如，参见图1a至图2e)具有与膜电极组件的宽度相同的宽度，但这不是必需的。在一些实施方案中，离子可渗透膜的宽度可以小于膜电极组件和不连续输送保护层中的至少一个的宽度。在一些实施方案中，离子可渗透膜的宽度可以大于膜电极组件和不连续输送保护层中的至少一个的宽度。

本公开的膜电极组件包括至少一个多孔电极。本公开的多孔电极是导电的，并且孔隙率通过增加每单位体积电极的用于使反应发生的活性表面区域的量，以及通过允许阳极电解液和阴极电解液渗透到多孔区域中并进入该附加表面区域来促进其中发生的氧化/还原反应。本公开的多孔电极(例如，第一多孔电极和第二多孔电极)可以包括碳纤维基纸材、毡和布中的至少一种。多孔电极可包括织造和非织造纤维垫、织造和非织造纤维纸、毡和布(织物)中的至少一种。在一些实施方案中，多孔电极包含碳纤维。多孔电极的碳纤维可包括但不限于玻璃状碳、无定形碳、石墨烯、碳纳米管和石墨。特别有用的多孔电极材料包括碳纸、碳毡和碳布(织物)。在一些实施方案中，多孔电极包括碳纸、碳毡和碳布中的至少一种。在一些实施方案中，多孔电极包含约30重量％至约100重量％、约40重量％至约100重量％、约50重量％至约100重量％、约60重量％至约100重量％、约70重量％至约100重量％、约80重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、或甚至约95重量％至约100重量％的碳纤维。在一些实施方案中，多孔电极包含约50重量％至约100重量％、约60重量％至约100重量％、约70重量％至约100重量％、约80重量％至约100重量％、约90重量％至约100重量％、约95重量％至约100％、或甚至约97％至约100％的导电颗粒。在一些实施方案中，导电碳颗粒可以包括碳粒子、碳薄片、碳纤维、碳枝状体、碳纳米管和分叉碳纳米管中的至少一者。可使用各种组合。在一些实施方案中，导电碳颗粒可以包括石墨粒子、石墨薄片、石墨纤维和石墨枝状体中的至少一者。可使用各种组合。在一些实施方案中，多孔电极包含约5重量％至约100重量％、约10重量％至约100重量％、约20重量％至约100重量％、约35重量％至约100重量％、或甚至约50重量％至约100重量％的石墨颗粒、石墨薄片、石墨纤维和石墨枝晶中的至少一种。

可用于本公开的电极组件和膜电极组件的其他多孔电极包括以下待决美国临时申请中包括的那些：2015年6月23日提交的题为“porouselectrodesandelectrochemicalcellsandliquidflowbatteriestherefrom”的待决美国临时申请62/183429；2015年6月23日提交的题为“porouselectrodesandelectrochemicalcellsandliquidflowbatteriestherefrom”的待决美国临时申请62/183441；2015年12月18日提交的题为“porouselectrodes,membrane-electrodeassemblies,electrodeassemblies,andelectrochemicalcellsandliquidflowbatteriestherefrom”的待决美国临时申请62/269227；以及2015年12月18日提交的题为“porouselectrodesandelectrochemicalcellsandliquidflowbatteriestherefrom”的待决美国临时申请62/269239，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

多孔电极的厚度可为约10微米至约15000微米、约10微米至约10000微米、约10微米至约5000微米、约10微米至约1000微米、约10微米至约500微米、约10微米至约250微米、约10微米至约100微米、约25微米至约15000微米、约25微米至约10000微米、约25微米至约5000微米、约25微米至约1000微米、约25微米至约500微米、约25微米至约250微米、或甚至约25微米至约100微米。多孔电极的孔隙率按体积计可为约5％至约95％、约5％至约90％、约5％至约80％、约5％至约70％、约10％至约95％、约10％至90％、约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约70％、约20％至约95％、约20％至约90％、约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约70％、约30％至约95％、约30％至约90％、约30％至约80％或甚至约30％至约70％。

多孔电极可以为单层或多层织造和非织造纤维垫；以及织造和非织造纤维纸、毡和布；具有特殊用途的多层纸和毡。当使用多个层时，可以使用粘合剂将电极层压在一起。当多孔电极包括多个层时，对于可使用的层数没有特别限制。然而，由于通常希望最小化本公开的电极组件和膜电极组件的层数以便减小成本和/或组装步骤的数量，因此多孔电极可包括约2层至约20层、约2层至约10层、约2层至约8层、约2层至约5层、约3层至约20层、约3层至约10层、约3层至约8层或甚至约3层至约5层的织造和非织造纤维垫以及织造和非织造纤维纸、毡、布和泡沫。在一些实施方案中，多孔电极包括约2层至约20层、约2层至约10层、约2层至约8层、约2层至约5层、约3层至约20层、约3层至约10层、约3层至约8层或甚至约3层至约5层的碳纸、碳毡和/或碳布。

在一些实施方案中，多孔电极可被表面处理以增强多孔电极对于给定阳极电解液或阴极电解液的可润湿性，或者用于提供或增强多孔电极相对于与给定阳极电解液或阴极电解液的化学组成相关联的氧化还原反应的电化学活性。表面处理包括但不限于化学处理、热处理和等离子体处理中的至少一者。多孔电极的热处理可包括在氧化气氛(例如氧气和空气)中加热至高温。热处理可以在约100摄氏度至约1000摄氏度、约100摄氏度至约850摄氏度、约100摄氏度至约700摄氏度、200摄氏度至约1000摄氏度、约200摄氏度至约850摄氏度、约200摄氏度至约700摄氏度、约300摄氏度至约1000摄氏度、约300摄氏度至约850摄氏度、或甚至约300摄氏度至约700摄氏度的温度下进行。热处理的持续时间可为约0.1小时至约60小时、约0.25小时至约60小时、约0.5小时至约60小时、约1小时至约60小时、约3小时至约60小时、约0.1小时至约48小时、约0.25小时至约48小时、约0.5小时至约48小时、约1小时至约48小时、约3小时至约48小时、约0.1小时至约24小时、约0.25小时至约24小时、约0.5小时至约24小时、约1小时至约24小时、约3小时至约24小时、约0.1小时至约12小时、约0.25小时至约12小时、约0.5小时至约12小时、约1小时至约12小时或甚至约3小时至约48小时。在一些实施方案中，多孔电极包括碳纸、碳毡和碳布中的至少一种，其已在空气、氧气、氢气、氮气、氩气和氨气气氛中的至少一种中在约300摄氏度至约700摄氏度的温度下热处理约0.1小时至48小时。

在一些实施方案中，该多孔电极可为亲水性的。这在多孔电极将与含水阳极电解液和/或阴极电解液溶液结合使用时可为特别有利的。将液体(例如水、阴极电解液和/或阳极电解液)吸收到液流电池组电极的孔中可被认为是用于优化液流电池组的操作的关键特性。在一些实施方案中，电极的100％孔内可填充有液体，从而在液体和电极表面之间形成最大界面。在其它实施方案中，电极的介于约30％和约100％之间、介于约50％和约100％之间、介于约70％和约100％之间，或甚至介于约80％和100％之间的孔可填充有液体。在一些实施方案中，多孔电极可与水、阴极电解液和/或阳极电解液具有小于90度的表面接触角。在一些实施方案中，多孔电极可以与水、阴极电解质和/或阳极电解液具有介于约90度与约0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约85度与约0度之间、介于约70度与约0度之间、介于约50度与约0度之间、介与约30度于约0度之间、介于约20度与约0度之间、或甚至约10度与约0度之间的表面接触角。

本公开的不连续输送保护层、多孔电极、膜和对应的膜电极组件可以用于制造电化学电池，以用于例如液流电池(例如氧化还原液流电池)。在一些实施方案中，本公开提供了一种包括至少一个膜电极组件的电化学电池。在又另一个实施方案中，本公开提供一种电化学电池，该电化学电池包括根据本公开的膜电极组件中任一项所述的膜电极组件。

图4示出了根据本公开的一个示例性实施方案的示例性电化学电池的示意性横截面侧视图。电化学电池300包括膜电极组件305，该膜电极组件305包括多孔电极40和40'、不连续输送保护层10和10'、粘合剂层1001和1003、和离子可渗透膜20，所有这些都如前所述。电化学电池300包括包括端板51a和51a'，所述端板分别具有流体入口51a和51a'，分别具有流体出口51b和51b'，分别具有流道55和55'，并且分别具有第一表面50a和52a。电化学电池300还包括集电器60和62。端板50和51分别通过表面50a和52a与多孔电极40电连通。支撑板(未示出)可放置成邻近集电器60和62的外表面。支撑板与集电器电隔离并且提供机械强度和支撑以有利于电池组件的压缩。膜电极组件305可以包括本公开的任何膜电极组件，例如，膜电极组件100a至100n(图1a至图1p)和膜电极组件200a至200d(图2a至图2e)。膜电极组件305可以是本文所述的具有单个多孔电极的任何膜电极组件。膜电极组件305可以是如本文所述的具有两个多孔电极的任何膜电极组件。

单个电化学电池可以被布置为形成电化学电池堆。本公开的电化学电池堆可以包括多个膜电极组件，如本文先前所述。在一个实施方案中，本公开提供了一种电化学电池堆，其包括至少两个膜电极组件、至少三个膜电极组件、至少四个膜电极组件、根据本公开的任一个膜电极组件。图5示出了根据本公开的一个示例性实施方案的示例性电化学电池堆的示意性横截面侧视图。电化学电池堆310包括由双极板50”分开的膜电极组件305以及具有流动通道55和55'的端板50和50'。例如，双极板50”允许阳极电解液流过一组流动通道55，并且允许阴极电解液流过另一组流动通道55’。电池堆310包括多个电化学电池，每个电池由膜电极组件及相应的相邻双极板和/或端板表示。膜电极组件305可以包括本公开的任何膜电极组件。在电化学电池堆内，膜电极组件可以相同或可以不同。支撑板(未示出)可放置成邻近集电器60和62的外表面。支撑板与集电器电隔离并且提供机械强度和支撑以有利于电池组件的压缩。未示出阳极电解液和阴极电解液入口和出口及相应的流体分配系统。这些特征可如本领域中已知的来提供。

本公开的不连续输送保护层、多孔电极和离子可渗透膜及其对应的膜电极组件可以用于制造液流电池，例如氧化还原液流电池。在一些实施方案中，本公开提供了一种液流电池，其包括本公开的至少一个膜电极组件。在一个实施方案中，本公开提供了一种液流电池，其包括根据本公开的任一个膜电极组件的膜电极组件，例如，膜电极组件100a至100n和膜电极组件200a至200d。图6示出了根据本公开的一个示例性实施方案的示例性单电池液流电池的示意图。液流电池400包括多孔电极40和40'、不连续输送保护层10和10'、粘合剂层1001和1003、以及离子可渗透膜20，所有这些都如前所述。多孔电极40和40'、不连续输送保护层10和10'以及膜20可以作为如前所述的膜电极组件305包括在液流电池400中，并且可以包括本公开的任何膜电极组件。液流电池400还包括具有流动通道(未示出流动通道)的端板50和50'、集电器60和62、阳极电解液储存器70和阳极电解液流体分配70'、以及阴极电解液储液槽72和阴极电解液流体分配系统72'。未示出用于流体分配系统的泵。集电器60和62可连接至包括电负载的外部电路(未示出)。支撑板(未示出)可放置成邻近集电器60和62的外表面。支撑板与集电器电隔离并且提供机械强度和支撑以有利于电池组件的压缩。尽管示出单电池液流电池，但是在本领域中已知的是，液流电池可包含多个电化学电池即电池堆。可使用多个电池组以形成液流电池，例如串联连接的多个电池组。本公开的不连续输送保护层、多孔电极和离子交换膜及其对应的膜电极组件可用于制造具有多个电池例如图5的多个电池组的液流电池。可存在流场，但是流场并非必须。

本公开的膜电极组件可以提供提改善的电池短路电阻和电池电阻。电池短路电阻是衡量例如由于膜被电极的导电纤维穿透而导致短路的电化学电池的电阻的指标。在一些实施方案中，如本公开的实施例部分中所述的测试电池(其包括本公开的电极或膜电极组件中的至少一者)可具有大于1000ohm-cm²、大于5000ohm-cm²、或甚至大于10000ohm-cm²的电池短路电阻。在一些实施方案中，电池短路电阻可小于约10000000ohm-cm²。电池电阻是衡量通过膜即横向跨电池的电化学电池的电阻的指标，如图4或图6所示。在一些实施方案中，如本公开的实施例部分中所述的测试电池(其包括本公开的电极或膜电极组件中的至少一者)可具有介于约0.01与约10ohm-cm²之间、介于0.01与约5ohm-cm²之间、介于约0.01与约3ohm-cm²之间、介于约0.01与约1ohm-cm²之间、介于约0.04与约5ohm-cm²之间、介于约0.04与约3ohm-cm²之间、介于约0.04与约0.5ohm-cm²之间、介于约0.07与约5ohm-cm²之间、介于约0.07与约3ohm-cm²、或甚至介于约0.07与约0.1ohm-cm²之间的电池短路电阻。

在本公开的一些实施方案中，液流电池可为氧化还原液流电池，例如钒氧化还原液流电池(vrfb)，其中v³⁺/v²⁺硫酸盐溶液用作负电解质(“阳极电解液”)并且v⁵⁺/v⁴⁺硫酸盐溶液用作正电解质(“阴极电解液”)。然而，应当理解，可以设想其它氧化还原化学物质并且处于本公开的范围内，包括但不限于v²⁺/v³⁺对br^-/clbr2、br2/br^-对s/s^2-、br^-/br2对zn²⁺/zn、ce⁴⁺/ce³⁺对v²⁺/v³⁺、fe³⁺/fe²⁺对br2/br^-、mn²⁺/mn³⁺对br2/br^-、fe³⁺/fe²⁺对ti²⁺/ti⁴⁺和cr³⁺/cr²⁺、酸/碱化学物质。可用于液流电池的其他化学物质包括配位化学物质(例如在美国专利申请公布2014/0028260、2014/0099569和2014/0193687中所公开的那些，以及有机复合物，例如美国专利公布2014/0370403和专利合作条约下公布的国际专利申请国际公布wo2014/052682中所公开的那些，所有这些专利全文以引用方式并入本文。

本公开的所选实施方案包括但不限于以下：

在第一实施方案中，本公开提供膜电极组件，所述膜电极组件包括：

第一多孔电极；

离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面；

第一不连续输送保护层，所述第一不连续输送保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第一主表面之间；和

第一粘合剂层，所述第一粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第一粘合剂层沿所述膜电极组件的周边设置，其中在不存在所述第一粘合剂层的情况下，所述第一多孔电极和所述第一不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在第二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层至少部分地嵌入所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个中。

在第三实施方案中，本公开提供根据第一或第二实施方案的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层将所述第一不连续输送保护层粘附到所述第一多孔电极。

在第四实施方案中，本公开提供根据第一至第三实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层将所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个粘附到所述离子可渗透膜。

在第五实施方案中，本公开提供根据第一至第三实施方案中任一项的膜电极组件，所述膜电极组件包括第二粘合剂层，所述第二粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第一主表面和所述第一不连续输送保护层接触，其中所述第二粘合剂层将所述第一不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜，并且其中所述第二粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置。

在第六实施方案中，本公开提供根据第五实施方案的膜电极组件，其中所述第二粘合剂层至少部分地嵌入所述第一不连续输送保护层中。

在第七实施方案中，本公开提供根据第一至第三实施方案中任一项的膜电极组件，所述膜电极组件包括第一垫圈，所述第一垫圈具有第一主表面和第二主表面，所述第一垫圈设置在所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个与所述离子可渗透膜之间，其中所述第一垫圈沿所述膜电极组件的所述周边设置并且所述第一垫圈呈环形的形状。

在第八实施方案中，本公开提供根据第七实施方案的膜电极组件，所述膜电极组件包括第一垫圈粘合剂层和第二粘合剂层中的至少一个，所述第一垫圈粘合剂层与所述第一垫圈的所述第一主表面和所述离子可渗透膜的所述第一主表面接触；所述第二粘合剂层与所述第一垫圈的所述第二主表面和所述第一不连续输送保护层接触。

在第九实施方案中，本公开提供根据第一至第八实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层为压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第十实施方案中，本公开提供根据第一至第九实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层呈环形的形状或者是所述膜电极组件周边的相对两侧上的两条离散粘合剂线。

在第十一实施方案中，本公开提供根据第五、第六和第八实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第二粘合剂为是压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第十二实施方案中，本公开提供根据第五、第六、第八和第十一实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第二粘合剂层呈环形的形状或者是所述膜电极组件周边的相对两侧上的两条离散粘合剂线。

在第十三实施方案中，本公开提供根据第八实施方案的膜电极组件，其中所述第一垫圈粘合剂层包括压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第十四实施方案中，本公开提供根据第八或第十三实施方案的膜电极组件，其中所述第一垫圈粘合剂层呈环形的形状。

在第十五实施方案中，本公开提供根据第七至第十四实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一垫圈包括以下中的至少一种：聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、基于苯乙烯和苯乙烯的无规共聚物和嵌段共聚物、聚氯乙烯和氟化聚合物。

在第十六实施方案中，本公开提供根据第一至第十五实施方案中任一项的膜电极组件，所述膜电极组件包括第二多孔电极；和第二不连续输送保护层，所述第二不连续输送保护层设置在所述第二多孔电极与所述离子可渗透膜的所述第二主表面之间。

在第十七实施方案中，本公开提供根据第十六实施方案的膜电极组件，所述膜电极组件还包括第三粘合剂层，所述第三粘合剂层与所述第二多孔电极以及与所述第二不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第三粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置，其中在不存在所述第三粘合剂层的情况下，所述第二多孔电极和所述第二不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在第十八实施方案中，本公开提供根据第十七实施方案的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层至少部分地嵌入所述第二不连续输送保护层和所述第二多孔电极中的至少一个中。

在第十九实施方案中，本公开提供根据第十七或第十八实施方案的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层将所述第二不连续输送保护层粘附到所述第二多孔电极。

在第二十实施方案中，本公开提供根据第十七至第十九实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层将所述第二不连续输送保护层和所述第二多孔电极中的至少一个粘附到所述离子可渗透膜。

在第二十一实施方案中，本公开提供根据第十七至第十九实施方案中任一项的膜电极组件，所述膜电极组件还包括第四粘合剂层，所述第四粘合剂层与所述离子可渗透膜的所述第二主表面和所述第二不连续输送保护层接触，其中所述第四粘合剂层将所述第二不连续输送保护层粘附到所述离子可渗透膜，并且其中所述第四粘合剂层沿所述膜电极组件的所述周边设置。

在第二十二实施方案中，本公开提供根据第二十一实施方案的膜电极组件，其中所述第四粘合剂层至少部分地嵌入所述第二不连续输送保护层中。

在第二十三实施方案中，本发明提供根据第十六至第十八实施方案中任一项的膜电极组件，所述膜电极组件还包括第二垫圈，所述第二垫圈具有第一主表面和第二主表面，所述第二垫圈设置在所述离子可渗透膜与所述第二不连续输送保护层之间，其中所述第二垫圈沿所述膜电极组件的所述周边设置并且所述第二垫圈呈环形的形状。

在第二十四实施方案中，本公开提供根据第二十三实施方案的膜电极组件，所述膜电极组件还包括第二垫圈粘合剂层和第四粘合剂层中的至少一个，所述第二垫圈粘合剂层与所述第二垫圈的所述第一主表面和所述离子可渗透膜的所述第二主表面接触，所述第四粘合剂层与所述第二垫圈的所述第二主表面和所述第二不连续输送保护层接触。

在第二十五实施方案中，本发明提供根据第十七至第二十四实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层为压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第二十六实施方案中，本发明提供根据第十七至第二十五实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层呈环形的形状或者是所述膜电极组件周边的相对两侧上的两条离散粘合剂线。

在第二十七实施方案中，本发明提供根据第二十一、第二十二和第二十四实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第四粘合剂层为压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第二十八实施方案中，本发明提供根据第二十一、第二十二、第二十四和第二十五实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第四粘合剂层呈环形的形状或者是所述膜电极组件周边的相对两侧上的两条离散粘合剂线。

在第二十九实施方案中，本公开提供根据第二十四实施方案的膜电极组件，其中所述第二垫圈粘合剂层为压敏粘合剂、热熔粘合剂和热固性粘合剂中的至少一种。

在第三十实施方案中，本公开提供根据第二十四或第二十九实施方案的膜电极组件，其中所述第二垫圈粘合剂层呈环形的形状。

在第三十一实施方案中，本发明提供根据第二十三至第三十实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第二垫圈包括以下中的至少一种：聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯和基于苯乙烯的无规共聚物和嵌段共聚物、聚氯乙烯和氟化聚合物。

在第三十二实施方案中，本发明提供根据第一至第三十一实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一不连续输送保护层包括网状结构、织造结构或非织造结构中的至少一种。

在第三十三实施方案中，本公开提供了根据第十六至第三十二实施方案中任一个的膜电极组件，其中所述第二不连续输送保护层包括网状结构、织造结构或非织造结构中的至少一种。

在第三十四实施方案中，本发明提供根据第一至第三十三实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一多孔电极为碳纤维基纸、毡和布中的至少一种。

在第三十五实施方案中，本公开提供了根据第十六至第三十四实施方案中任一个的膜电极组件，其中所述第二多孔电极为碳纤维基纸、毡和布中的至少一种。

在第三十六实施方案中，本发明提供根据第一至第三十三实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一多孔电极包含按重量计约30％至约100％的导电碳颗粒。

在第三十七实施方案中，本公开提供了根据第十六至第三十四实施方案中任一个的膜电极组件，其中所述第二多孔电极包含按重量计约30％至约100％的导电碳颗粒。

在第三十八实施方案中，本发明提供根据第一至第三十七实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层还包括多个第一粘合剂区域，所述多个第一粘合剂区域至少设置在所述膜电极组件的内部，并且在所述膜电极组件的平面中，所述第一多个粘合区域的面积小于所述膜电极组件的投影面积的至少50％。

在第三十九实施方案中，本发明提供根据第十七至第三十七实施方案中任一项的膜电极组件，其中所述第三粘合剂层还包括多个第三粘合剂区域，所述多个第三粘合剂区域至少设置在所述膜电极组件的内部，并且在所述膜电极组件的平面中，所述第三多个粘合区域的面积小于所述膜电极组件的投影面积的至少50％。

在第四十实施方案中，本公开提供膜电极组件，所述膜电极组件包括：

第一多孔电极；

离子可渗透膜，所述离子可渗透膜具有第一主表面和相对的第二主表面，

第一不连续传输保护层，所述第一不连续传输保护层设置在所述第一多孔电极与所述离子可渗透膜之间；和

第一粘合剂层，所述第一粘合剂层与所述第一多孔电极以及与所述第一不连续输送保护层和所述离子可渗透膜中的至少一个接触，其中所述第一粘合剂层为第一粘合剂区域，所述第一粘合剂区域至少设置在所述膜电极组件的内部，并且在所述膜电极组件的平面中，所述第一多个粘合区域的所述面积小于所述膜电极组件的投影面积的至少50％，其中在不存在所述第一粘合剂层的情况下，所述第一多孔电极和所述第一不连续输送保护层不是整体结构，并且其中所述膜电极组件为整体结构。

在第四十一实施方案中，本公开提供了根据第四十实施方案的膜电极组件，其中所述第一粘合剂层将所述第一多孔电极粘附到所述离子可渗透膜。

在第四十二实施方案中，本公开提供了根据第四十或第四十一实施方案的膜电极组件，所述膜电极组件还包括第一垫圈，所述第一垫圈具有第一主表面和第二主表面，所述第一垫圈设置在所述第一不连续输送保护层和所述第一多孔电极中的至少一个与所述离子可渗透膜之间，其中所述第一垫圈沿所述膜电极组件的周边设置并且所述第一垫圈呈环形的形状。

在第四十三实施方案中，本公开提供一种电化学电池，所述化学电池包括根据第一至第四十二实施方案中任一项的膜电极组件。

在第四十四实施方案中，本公开提供一种液流电池，所述液流电池包括根据第一至第四十二实施方案中任一项的至少一个膜电极组件。

实施例

测试程序/方法：

比较例a的电化学电池测试程序

所使用的硬件是改进的燃料电池测试夹具，其利用通过燃料电池技术(新墨西哥州阿尔伯克基)制造的两个石墨双极板、两个镀金铜集电器和铝端板。石墨双极板具有5cm²的单个蛇形流道，其在顶部具有入口，并且在底部具有出口。

如下组装测试电池。首先，将一件从中心移开的5cm²区域的1.9密耳(0.048mm)和5.2密耳(0.132mm)(总厚度为7.1密耳(0.180mm))的聚四氟乙烯(ptfe)玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿登山获得)堆叠并沿一个石墨板的主表面的周边放置，垫圈位于具有蛇形通道的板的侧面上。切割成垫圈开口尺寸的一件gdl35aa放置在垫圈开口中并邻近石墨板的蛇形通道。接下来，将20微米的3m825ew支撑pfsa膜放置在垫圈/电极组件上方。接下来，将另一件1.9密耳(0.048mm)和5.2密耳(0.132mm)的具有空腔的垫圈材料放置在膜上。将切成垫圈空腔尺寸的第二件gdl35aa放置在膜上的垫圈空腔中。将第二石墨板放置在堆上，其中石墨板的蛇形通道与第二块gdl35aa相邻，从而完成测试电池。然后将测试电池置于具有集流体的两个铝端板之间，并用一系列8个螺栓固定，所述螺栓拧紧至110磅力·英寸(12.4n·m)。

连接到测试电池的入口和出口的是管线，其允许通过knfneubergernfb5隔膜泵(可从新泽西州特伦顿的knfneuberger获得)以23ml/min的流速将电解质递送到电池的蛇形通道。通过将流体从一个罐泵送到上部入口端口中、从下部出口端口泵出并最终返回到原始罐中来完成电解质输送。为每个石墨板设置泵送系统。用于这些实施例的电解质是1.5m的voso4，2.6m的h2so4。voso4*xh2o粉末购自sigmaaldrich(美国密苏里州圣路易斯)，并且浓缩h2so4(95-98％)购自sigmaaldrich。voso4*xh2o中的水量因批次而异，但为已知的并且调整溶液浓度以考虑该水。最终的溶液是通过按照所述摩尔比将这些成分与18mω的去离子水混合并在使用前用搅拌棒混合2-3小时来制备的。将在2.6m硫酸溶液中包含1.5mvoso4的30ml阴极电解液溶液(充电至v⁺⁵状态)泵送通过电池的一侧。在电池的另一侧，泵送在2.6m硫酸中包含1.5mvoso4的30ml阳极电解液(充电至v⁺²状态)。在该设置中，阴极电解液从v⁺⁵还原到v⁺⁴，并且在电池放电期间阳极电解液从v⁺²氧化到v⁺³。

电池的电化学操作：接下来将电池连接到biologicmpg-205电位/恒电流仪，其中一个集电器用作阳极而另一个集电器用作阴极。为了执行测试，遵循以下步骤：

1.确保电解液流过电池。

2.以80ma/cm²对电池充电，直到达到1.8v的电池电压。

3.将电池电压保持在1.8v，直到电流衰减到5ma/cm²。

4.监视开路电压持续120秒

5.将电池以160ma/cm²放电持续120秒并记录电压。

6.监视开路电压持续120秒。

7.将电池以140ma/cm²放电120秒并记录电压。

8.监视开路电压持续120秒

9.将电池以120ma/cm²放电120秒并记录电压。

10.监视开路电压持续120秒。

11.将电池以100ma/cm²放电120秒并记录电压。

12.监视开路电压持续120秒。

13.将电池以80ma/cm²放电120秒并记录电压。

通过从开路下的电池电压减去负载下的电池电压并除以操作电流来计算电池电阻。

实施例1和2的电化学电池测试程序：

使用比较例a的电化学测试程序中描述的相同电化学测试程序，除了：如下组装测试电池。将实施例1和2中创建的膜电极组件放置在石墨双极板上。然后将测试电池置于具有集流体的两个铝端板之间，并用一系列8个螺栓固定，所述螺栓拧紧至110磅力·英寸(12.4n·m)。

加子垫圈膜制备

使用手动辊将移除一个衬件的3m8171光学透明粘合剂(可从明尼苏达州圣保罗的3m公司获得)层压到teonexq83penfilm(可从维吉尼亚州切斯特市的dupontteijinfilms获得)。使用来自mathiasdiecompany(明尼苏达州圣保罗的3m公司)的手动模具从该层压中模切出两块。模具切割3英寸(7.6cm)×3英寸(7.6cm)的方形外部尺寸并移除2.7cm×2.7cm的内部正方形。用手动辊层将移除第二衬件的一块8171粘合剂/teonexq83pen薄膜压到20微米3m825ew支撑的pfsa膜。将3m825ew支撑的pfsa膜/8171/tonexq83pen膜层压修剪成每边3英寸(7.6cm)的外部正方形尺寸。使用手动辊将移除衬件的第二8171粘合剂/teone×q83pen膜(先前模切成3英寸(7.6cm)×3英寸(7.6cm)的方形外部尺寸和2.7cm×2.7cm的内部方形开口)对准地层压到3m825ew支撑的pfsa膜/8171/tone×q83pen膜层压上，以得到由teone×q83pen膜/8171/3m825ew支撑pfsa膜/8171/teone×q83pen膜组成的加子垫圈膜。

实施例1：24gsm(克/平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，其中每侧有一张碳纸并且每层之间有一个热熔粘合剂

使用钻孔模头来形成非织造纤维幅材。熔喷纤维由进入模具的熔融聚合物产生，流在整个模具宽度上分布于模腔中，并且聚合物通过一系列的孔口从模具流出而成为原丝。加热的空气流流经空气歧管和邻近构成模具出口(模头)的一系列聚合物孔口的气刀组件。对该受热空气流进行温度和速度调整，以将聚合物原丝细化(拉细)至所期望的纤维直径。熔喷纤维在该湍流空气流中朝旋转表面传送，从而在该表面上聚集而形成网。

在如下条件下收集约10英寸(25.4cm)宽的非织造纤维幅材卷：通过10英寸(25.4cm)宽的钻孔模头(dod)以10磅/小时(4.5千克/小时)挤出mf-650x聚丙烯聚合物(由荷兰鹿特丹的lyondellbasell制造并可通过德克萨斯州伍德兰的nexeosolutions获得)。聚合物熔融温度为366℉(185℃)。模具到收集器的距离为14英寸(35.6cm)。在unipro125,42g/m²的纺粘稀松布(可从俄亥俄州辛辛那提的midwestfiltrationllc获得)上以40.5英尺/分钟(12.3米/分钟)收集幅材样品，将熔喷幅材与稀松布分离并且根据davies,cn.，“气载尘埃和粒子的分离(theseparationofairbornedustandparticles)”，伦敦机械工程研究所(institutionofmechanicalengineers，london)，程序1b(proceedings1b)，1952年)评估其有效纤维直径(efd)。调节空气温度和速度以达到21微米的有效纤维直径。幅材的基重为24克/平方米(gsm)。

来自mathiasdiecompany(明尼苏达州圣保罗)的手工模具用于在下面的铺层中切割以下材料。模具包含2个用于对准销的小孔，在活动区域外一者位于与另一者不同的侧面上。对准孔用于对准ptfe玻璃纤维复合垫圈、infiana100微米ldpe和加子垫圈膜。电极和输送保护材料在垫圈和infiana100微米ldpe的中心切出窗口中对准。准备了以下铺层：

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)的聚酰亚胺片2密耳(0.051mm)dupontkaptonhn(可从俄亥俄州克利夫兰市的duponthighperformancefilms获得)，具有对准孔。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块加子垫圈膜。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销

在240华氏度下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于2500磅(1130千克)下，其在7分钟的停留时间内衰减至600磅(272千克)。在7分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm×18英寸45.7cm)×1英寸(2.54cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。将样品置于电池中并如针对实施例1和2的电池测试程序所述的那样进行测试。电池电阻结果如表1所示。

实施例2：玻璃毡膜电极组件，其中每侧具有一张碳纸并且每对层之间具有一个热熔粘合剂

使用实施例1中描述的相同铺层，具有以下改进：将实施例1中描述的24gsm聚丙烯非织造样品替换为2.7cm×2.7cm的sub11玻璃毡。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。将样品置于电池中并如针对实施例1和2的电池测试程序所述的那样进行测试。电池电阻结果如表1所示。

实施例3：24gsm(克/平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，其中每侧有两张碳纸并且每对层之间有一个热熔粘合剂

如实施例1中所述的使用相同的24gsm聚丙烯非织造织物。使用实施例1中描述的相同的程序来形成具有以下铺层的整体结构：

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8(0.32cm)英寸的钢板，具有对准销。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3(7.6cm)英寸的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块加子垫圈膜。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在6分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在6分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

实施例4：24gsm(克/平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，其中每侧有一张碳纸并且每侧有一层热熔粘合剂

如实施例1中所述的使用相同的24gsm聚丙烯非织造织物。使用实施例1中描述的相同的程序来形成具有以下铺层的整体结构：

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6mm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·2块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块加子垫圈膜。

·2块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)聚酰亚胺片，具有对准孔。

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

实施例5：24gsm(克每平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，其中每侧具有一个碳纸，并且在周边周围和电池活性区域内的每对层之间具一层热熔粘合剂

如实施例1中所述的使用相同的24gsm聚丙烯非织造织物。使用实施例1中描述的相同的程序来形成具有以下铺层的整体结构：

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)聚酰亚胺片2密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm。

·1块0.5cm×0.5cm的infiana100微米ldpe，其置于gdl35aa的中心。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块0.5cm×0.5cm的infiana100微米ldpe，其置于聚丙烯非织造物的中心。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块加子垫圈膜。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块0.5cm×0.5cm的infiana100微米ldpe，其置于膜层压材料的中心。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm

·1块0.5cm×0.5cm的infiana100微米ldpe，其置于聚丙烯非织造物的中心。

·1块针对子垫圈尺寸模切的infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm

·1块8.2密耳ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(690千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

实施例6：24gsm(克/平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，其在子垫圈膜开口内切割，每侧有一张碳纸并且垫圈与周边的电极之间有一层热熔粘合剂

这里使用实施例1中描述的相同铺层，具有以下改进：将实施例1中描述的24gsm聚丙烯非织造样品替换为24gsm聚丙烯非织造物，其被切割成2.25cm×2.25cm以配合infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm)的2.25cm×2.25cm的开口。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至600磅(272千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

退火9275t27聚丙烯织造样品制备：

将从9275t27聚丙烯织物卷切割的样品置于100℃的通风烘箱中的铝盘中。在15分钟后，移除样品并允许其冷却至室温。

实施例7：9275t27聚丙烯织造膜电极组件，每侧有一张碳纸并且每层之间有一层热熔体

这里使用实施例1中描述的相同铺层，具有以下改进：将实施例1中描述的24gsm聚丙烯非织造样品替换为上述退火9275t27聚丙烯织造样品制备中所述的2.7cm×2.7cm退火9275t27聚丙烯织物。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

实施例8：24gsm(克/平方米)聚丙烯非织造膜电极组件，每侧有一张碳纸和每层之间有一层热熔粘合剂，膜上没有子垫圈

如实施例1中所述的使用相同的24gsm聚丙烯非织造织物。使用实施例1中描述的相同的程序来形成具有以下铺层的整体结构：

·6(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(2.5cm)的钢板，具有对准销。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·120微米的3m825ew支撑pfsa膜。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)

·1块聚丙烯非织造物24gsm2.7cm×2.7cm。

·1块infiana100微米ldpe(外部尺寸3(7.6cm)英寸的平方，内部开口2.25cm×2.25cm的平方)。

·1块gdl35aa2.7cm×2.7cm

·1块8.2密耳(0.21mm)ptfe玻璃纤维复合垫圈材料(可从明尼苏达州阿肯山的nottcompany获得)(外部尺寸3英寸(7.6cm)的平方，内部尺寸2.7cm×2.7cm)。

·4英寸(10.2cm)×4英寸(10.2cm)×2.0密耳(0.051mm)的聚酰亚胺片，具有对准孔。

·6英寸(15.2cm)×6英寸(15.2cm)×1/8英寸(0.32cm)的钢板，具有对准销。

在240华氏度(116℃)下将该铺层放置在carverpressmodel2518(可从印第安纳州沃巴什的freds.carverinc.获得)中。将铺层置于1500磅(680千克)以下，其在5分钟的停留时间内衰减至500磅(227千克)。在5分钟后，移除样品并将其在室温下放置在两个12英寸(30.5cm)×18英寸(45.7cm)×1英寸(2.5cm)金属板之间以冷却2分钟。在冷却后，从铺层的每一侧移除钢板、聚酰亚胺和ptfe玻璃纤维复合衬垫材料，从而得到完整的膜电极组件，进而形成整体结构。

比较例a(ce-a)

ce-a是没有不连续输送保护层的单层gdl35aa。

电池电阻结果

根据上述电化学电池程序，ce-a和实施例1-2的电极组件用于制造液流电化学电池。电池电阻如在那些相同程序中概述的那样测量并且呈现在下表1中。

表1电池电阻结果。