制造用于燃料电池的平面膜电极组件的方法及使用其制造的用于燃料电池的平面膜电极组件与流程

本发明涉及一种制造用于燃料电池的膜电极组件或平面膜电极组件的方法，以及使用该方法制成的用于燃料电池的膜电极组件。膜电极组件可以包括形成于电极的两侧表面上以及电极和电解质膜之间的离聚物膜，从而提高电极和电解质膜之间的界面粘合力，改进气密性，并防止由压力集中引起的劣化。

背景技术：

燃料电池已经用于，例如，通过电池堆内的电化学反应将燃料氧化产生的化学能直接转换成电能，而不通过燃烧将化学能转化为热。

膜电极组件(mea)可以用于燃料电池。在现有技术中，典型的膜电极组件包括用于输送氢阳离子的聚合物电解质膜，和涂覆于电解质膜的两个表面上而使氢气和氧气可以相互反应的阴极(空气电极)层和阳极(燃料电极)层。

图1显示了制造常规膜电极组件的常规方法。例如，每个电极12，包括阳极和阴极，涂覆于相应的剥离纸11上。各自涂覆于相应的剥离纸11上的阳极和阴极放置于电解质膜13的两个表面上，而随后通过压膜机进行热粘合。随后，除去粘附于阳极和阴极各自上的剥离纸11，而由此形成膜电极组件，其中阳极和阴极粘合至电解质膜13的两个表面上。此外，为了保护和处理膜电极组件，将密封垫(sub-gasket)14热粘合至膜电极组件的两个表面的中每个上。此时，密封垫14还必须粘合至一部分的电极12，从而不暴露出电解质膜13或电极12与电解质膜13之间的边界。

然而，如图1中所示，当密封垫14粘合至膜电极组件时，通常会形成空隙15，电极12和电解质膜13之间的边界会通过空隙15而暴露。另外，密封垫14粘合的电极12的边缘部分会被密封垫14局部挤压。当在空隙15形成的状态下发生这种压力局部集中时，就会发生劣化，并且膜电极组件的耐久性会大大降低。另外，空隙15可能引起气密性变差或膜电极组件形状变形的问题。另外，粘合于膜电极组件的电极12的一部分上的密封垫14为膜电极组件的约两倍厚，导致形成局部高阶梯状部分。由于在使用时堆叠了数百个膜电极组件，则局部高阶梯状部分也会彼此堆叠，这可能导致系统发生故障或可能加速物理劣化。

另外，常规的膜电极组件以使得固体电极通过热压粘合方法粘合至固体电解质膜的方式制造。然而，电极和电解质膜之间的粘合面积较小，而因此它们之间的界面粘合力会降低，导致电池的耐久性劣化。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，而因此它可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在优选的方面中，尤其提供了制造用于燃料电池的膜电极组件(或“平面膜电极组件”)的方法。膜电极组件可以包括形成于电极的两个侧表面(例如，第一和第二侧面)上以及电极和电解质膜之间的离聚物膜。因此，可以防止空隙形成，可以消除电极和密封垫之间的表面台阶，并且可以改进气密性。另外，可以防止由压力集中引起的劣化。

本文中使用的“平面的”，“平面形状的”或“平面形状结构”是指具有基本上的光滑度，平坦度和连续性的表面特征，而没有诸如突起、塌陷、裂缝、凹痕或不连续纹理的子结构缺陷。

因此，可以提供用于燃料电池的膜电极组件，其中可以增加电极和电解质膜之间的界面粘合力。

在一个方面中，提供了一种制造用于燃料电池的膜电极组件的方法。膜电极组件可以具有平坦的表面。

该方法可以包括在基板上形成多个电极从而以预定的间隔彼此分隔开；制备一个或多个电极复合件，每个电极复合件包括形成于基板和多个电极上的离聚物膜从而填充电极之间的空间并覆盖电极；将一个或多个电极复合件堆叠并粘合于电解质膜的第一表面和第二表面上而使电解质膜和每个电极复合件的离聚物膜彼此接触；通过除去基板而制备膜电极组件；和将密封垫粘合到膜电极组件的第一和第二表面上从而覆盖电极的边缘和离聚物膜。

“离聚物膜”优选包括作为主要组分的离聚物。正如本文所用的术语“离聚物”是指包括作为侧基附连(例如，共价键合)至聚合物主链上的离子化基团的聚合物材料或树脂。优选这种离子化基团可以经过官能化而具有离子特性，例如，阳离子或阴离子的特性。在某些方中面，离聚物可以合适地包括涉及膜电极组件或燃料电池的电解质中的电子和/或质子转移的离子基团。

优选一个或多个电极复合件可以包括第一电极复合件和第二电极复合件。在堆叠和粘合中，电解质膜的第一表面可以粘合至第一电极复合件上，从而第一电极复合件的离聚物膜和电解质膜的第一表面彼此接触，并且电解质膜的第二表面可以粘合至第二电极从而第二电极复合件的离聚物膜和电解质膜的第二表面彼此接触。电解质膜的第一表面和电解质膜的第二表面可以是相对的表面。

例如，制造用于燃料电池的膜电极组件的方法可以包括在基板上形成多个电极从而以预定间隔彼此分隔开；制备第一电极复合件和第二电极复合件，其每个可以包括在基板和多个电极上的离聚物膜，从而填充电极之间的空间并覆盖电极；将电解质膜的第一表面粘合到第一电极复合件上而使第一电极复合件的离聚物膜和电解质膜的第一表面彼此接触；将第二电极复合件堆叠并粘合到电解质膜的第二表面上而使第二电极复合件的离聚物膜和电解质膜的第二表面接触彼此；通过移除基板制成膜电极组件；和将密封垫粘合至膜电极组件的第一和第二表面从而覆盖电极的边缘和离聚物膜。

基板可以合适地包括选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺组成的组中的一种或多种。

在堆叠和粘合中，一个或多个电极复合件可以通过使用加热至约80至120℃的温度的辊压机进行热压粘合而粘合到电解质膜上。

同样地，在堆叠和粘合中，第二电极复合件可以通过使用加热至约80至120℃的温度的辊压机进行热压粘合而粘合到电解质膜上。

膜电极组件的电极可以包括阳极和阴极。优选阳极和阴极可以设置于不同电极复合件上而使电解质膜可以插入于阳极和阴极之间。阳极可以具有约1至5μm的厚度，而阴极可以具有约5至15μm的厚度。

离聚物膜可以通过将离聚物溶液施加于基板上而形成。优选离聚物溶液可以具有约10wt％至50wt％的固体含量和在约25℃的温度下约10至50cp的粘度。

离聚物溶液可以合适地包括全氟化磺酸聚合物和有机溶剂。

离聚物膜可以通过将离聚物溶液施加于基板上，在约80℃的温度下干燥离聚物溶液约5至30分钟，并在约160℃的温度下对离聚物溶液进行热处理5至30分钟而形成。

优选地，形成于电极上的离聚物膜可以合适地具有大于多个电极中的的每个的厚度的厚度。

优选地，形成于阳极处的离聚物膜可以合适地具有约2至8μm的厚度，并且形成于阴极处的离聚物膜可以合适地具有约6至18μm的厚度。

优选地，电解质膜可以包括增强层。另外，电解质膜可以合适地包括增强层和浸渍于增强层中的离聚物。或者，电解质膜可以是增强层。

优选地，增强层可以合适地包括膨胀聚四氟乙烯(e-ptfe)。

术语“膨胀聚四氟乙烯”或“e-ptfe”是指可以含有微孔纤维结构而使其可以在某一或任意方向上具有增强强度的聚四氟乙烯聚合物产品。典型的e-ptfe可以是可拉伸的或柔性的，并可以允许可以浸渍于结构内部的流体(例如，气体或液体)穿过。

优选地，在去除基板之后，通过嵌入多个电极并用离聚物膜填充多个电极之间的空间，膜电极组件的每个表面可以具有平面形状的结构。

在另一方面中，提供了一种用于燃料电池的膜电极组件。膜电极组件可以包括：阳极复合件，其包括i)阳极，插入阳极和电解质膜之间并且表面积大于阳极的表面积的第一离聚物膜，和位于与阳极相同的层中并填充由阳极和第一离聚物膜形成的空间的第二离聚物膜；ii)阴极复合件，包括阴极，插入阴极和电解质膜之间且表面积大于阴极的表面积的第三离聚物膜，和位于与阴极相同的层中并填充由阴极和第三离聚物膜形成的空间的第四离聚物膜；和iii)粘合到阳极的边缘、第二离聚物膜、阴极的边缘和第四离聚物膜的密封垫。具体地，电解质膜可以插入阳极复合件和阴极复合件之间。

电解质膜可以合适地包括增强层，其可以可选地由离聚物浸渍。例如，电解质膜可以包括增强层和浸渍于增强层中的离聚物。

优选地，增强层可以具有约1至5μm的厚度。优选地，阳极可以具有约1至5μm的厚度，并且阴极可以具有约5至15μm的厚度。

优选地，第一离聚物膜和第三离聚物膜各自可以具有约1至3μm的厚度。

进一步提供了一种可以包括如本文中描述的膜电极组件的燃料电池。

还进一步提供了一种可以包括如本文中描述的燃料电池的车辆。

以下讨论本发明的其他方面。

附图说明

现在将参考附图中示出的某些示例性实施方式详细描述本发明的上述和其他特征，附图在下文中仅以说明的方式提供，而因此并非是对本发明的限制，并且其中：

图1显示了制造常规膜电极组件的过程。

图2显示了根据本发明的示例性实施方式制造实施方式1中的膜电极组件的示例性方法；

图3显示了根据本发明的示例性实施方式制造实施方式1中的膜电极组件的示例性过程；

图4显示了根据本发明示例性实施方式的实施方式1中的示例性膜电极组件的剖视图；

图5显示了根据本发明的示例性实施方式制造实施方式2中的示例性膜电极组件的示例性方法；和

图6显示了根据本发明示例性实施方式制造实施方式2中的示例性膜电极组件的示例性过程。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现了示出本发明基本原理的各种优选特征的略微简化的再现。本文中公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体的尺寸，方向，位置和形状，都将部分由具体的预期应用和使用环境而定。

在附图中，附图标记是指在附图的几个图中本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

本发明的上述和其他目的、特征和优点参考以下详细描述的实施方式，结合附图，将变得显而易见。然而，本发明不限于下文公开的实施方式，并可以以许多不同的形式实施。相反，提供这些示例性实施方式是为了使本公开彻底而完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。

在附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示，并且为了清楚起见，放大了构成元件的尺寸。应当理解的是，尽管本文中可以使用术语“第一”，“第二”等描述各个元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，第一元件可以被称为第二元件，并且类似的是，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。除非单数表达在上下文中明显不同，否则单数的表达包括复数的含义。

在本说明书中，术语“包含”，“包括”和“具有”应该理解为表示具体特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，而非排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或添加。此外，应当理解的是，当诸如层、膜、区或基板的元件被称为处于另一元件“上”或“下”时，其可以“直接”处于另一元件之上或之下，或可以“间接地”形成，从而也存在介入元件。

除非另有说明，否则本文所用的涉及成分的量、反应条件、聚合物组成和配方的所有数字、数值和/或表达都应该理解为在所有情况下均由术语“约”修饰，因为这些数字本质上都是除其他之外反映在获得这些值时遇到的各种测量不确定性的近似值。

例如，除非明确指出或由上下文显而易见的是，如本文所用的术语“约”应该理解为处于本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为处于值的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％或0.01％之内。除非根据上下文以其他方式是清楚的，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。

本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在是限制性的。如本文所用，单数形式“一个”，“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含”，“包括”，“具有”等指定特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而非排除一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

此外，在本文中公开数值范围的情况下，范围是连续的，并且除非另有说明，否则包括从范围的最小值至最大值的每个值。更进一步的是，在这样的范围是指整数的情况下，除非另有说明，否则包括从最小值到包括最大值的每个整数。

在本说明书的上下文中，在对参数陈述范围的情况下，应当理解的是，参数包括范围内的所有值，包括范围的端点。例如，“5至10”的范围将被理解为包括值5，6，7，8，9和10以及范围内的任何子范围，例如，包括子范围6至10，7至10，6至9，7至9等，并包括在范围的上下文中都是合理的整数之间的任何值和范围，例如5.5，6.5，7.5，5.5至8.5和6.5至9等。例如，“10％至30％”的范围将被理解为包括10％，11％，12％，13％和所有高达并包括30％的整数，以及范围内的任何子范围，例如，包括10％至15％，12％至18％，20％至30％等的子范围，并且包括在范围的上下文中是合理的整数之间的任何值和范围，如10.5％，15.5％，25.5％等。

应当理解的是，本文中使用的术语“交通工具”或“交通工具的”或其他类似术语包括一般的机动交通工具，如包括运动型多功能车(suv)的客车，公共汽车，卡车，各种商用交通工具，包括各种舟艇和船舶的水上载具，飞行器等，并包括混合动力交通工具，电动交通工具，插电式混合动力电动交通工具，氢动力交通工具和其他替代燃料交通工具(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所提及，混合动力交通工具是具有两种或多种动力源的交通工具，例如，汽油动力和电动动力的交通工具。

在一个方面中，提供了制造用于燃料电池的平面膜电极组件的方法和使用该方法制造的用于燃料电池的平面膜电极组件。具体地，根据本发明的各个示例性实施方式的用于燃料电池的平面膜电极组件可以制造为使离聚物形成于电极的两个侧表面上以及电极和电解质膜之间，从而提高电极与电解质膜之间的界面粘合力，并改进电池的耐久性。另外，平面膜电极组件可以制造为使其两个表面都是平坦的，其可以防止电极和密封垫之间形成空隙或表面台阶，从而改进气密性并防止由于压力集中引起的劣化。

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的实施方式1和2制造用于燃料电池的平面膜电极组件100的方法的步骤。

实施方式1

图2显示了根据本发明的示例性实施方式制造实施方式1中的膜电极组件100的示例性方法。制造膜电极组件100的方法可以包括在基板110上形成电极120的步骤(s11)，通过在基板110上形成离聚物膜从而覆盖电极120而制备电极复合件的步骤(s12)，将电极复合件堆叠并粘合到电解质膜150的每个表面上的步骤(s13)，通过去除基板110而制备膜电极组件100的步骤(s14)，和将密封垫170粘合至膜电极组件100的两个表面中的每个的步骤(s15)。

图3显示了根据本发明示例性实施方式制造实施方式1中的膜电极组件100的示例性过程。

如图2和图3中所示，制造用于燃料电池的平面膜电极组件100的方法可以包括在基板110上形成多个电极120从而以预定间隔彼此分隔的步骤，通过在基板110上形成离聚物膜从而填充电极120之间的空间并覆盖电极120而制备电极复合件的步骤，将电极复合件堆叠并粘合至电解质膜150的两个表面中的每个(例如，彼此相对的第一和第二表面)上而使电解质膜150和离聚物膜彼此接触的步骤，通过去除基板110制备膜电极组件100的步骤，和将密封垫170粘合至膜电极组件100的每个表面上从而覆盖电极120的边缘和离聚物膜的步骤。

1)在基板110上形成电极120的步骤(s11)

步骤s11可以包括在基板110上形成多个电极120从而以预定间隔彼此分隔。优选地，预定间隔可以处于约200mm至约300mm的范围内。基板110可以包括选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺组成的组中的一种或多种。在步骤s11中，当液体电极直接涂覆于固体电解质膜150上时，液体电极中的有机溶剂可能会通过使其溶解或变形而损坏电解质膜150。根据示例性实施方式，液体电极可以使用固定量的排出装置首先涂覆于基板110上，并随后可以在氮气氛中干燥，从而形成固相电极120并防止通过有机溶剂的损坏。随后，如稍后所描述的，形成于基板110上的电极120可以堆叠于电解质膜150的两个表面中的每个表面(例如，彼此相对的第一表面和第二表面)上，并随后可以通过使用热压粘合的印花方法(decalprocess)与其粘合。

多个电极120可以形成于基板110上从而以预定间隔彼此分隔。电极120可以包括阳极和阴极。

2)通过在基板110上形成离聚物膜从而覆盖电极120而制备电极复合件的步骤(s12)

步骤s12可以包括通过在基板110和电极上形成离聚物膜以填充电极120之间的空间并覆盖电极120而制备电极复合件。优选离聚物膜可以形成为具有预定的厚度，并且液相离聚物溶液可以使用定量排放设备和刮刀涂覆于其上已形成电极120的基板110上。

这种离聚物膜可以通过将离聚物溶液施加于基板110上而形成。离聚物溶液可以合适地具有约10wt％至50wt％的固体含量和在约25℃温度下约10至50cp的粘度。当离聚物溶液的固体含量小于约10wt％时，溶液的粘度可能低于最佳粘度。当固体含量大于约50wt％时，溶液的粘度可能大于最佳粘度。当离聚物溶液的粘度小于约10cp时，施加于电极120和基板110上的离聚物溶液可能由于粘度低而向下流动，或干燥过程可能花费更长时间。当粘度大于约50cp时，由于粘度高可能难以形成具有一定厚度的离聚物膜，并且在施加过程期间可能会产生气泡。

离聚物溶液可以使用与用于形成电解质膜150的离聚物相同的离聚物。例如，离聚物溶液可以合适地包括全氟化磺酸聚合物和有机溶剂。全氟磺酸聚合物可以包含磺酸基(-so3h)作为官能团，而因此可以具有氢离子交换性质。有机溶剂可以合适地包括一种或多种极性溶剂，并且示例性有机溶剂可以合适地包括一种或多种选自乙醇和蒸馏水(di水)的溶剂。离聚物溶液可以通过将全氟磺酸聚合物分散于有机溶剂中而制备。

当离聚物溶液涂覆于电极120上时，离聚物可以渗透电极120的微观表面，使得电极120和电解质膜150之间的接触面积可以增加，并且它们之间的界面粘合力也可以增加。此外，由于离聚物溶液使用与电解质膜150相同的组分，则离聚物膜和电解质膜150之间的粘合力可以显著增加。

第二离聚物膜132可以以使电极120之间的空间可以用包含具有各种功能的离聚物的离聚物溶液涂覆的方式形成。然而，本发明不限于此。例如，聚合物膜可以代替第二离聚物膜而形成。聚合物膜可以包括聚合物。聚合物可以合适地包括环氧树脂，聚氨酯或其混合物，并可以具有低的氧气和氢气渗透性而提供改进的耐水性、耐化学性和机械性能。当仅仅电极120之间的空间由离聚物溶液或聚合物涂覆时，可以在电极120的两侧边缘处抑制氧气和氢气渗透，并可以提高在电极120之间利用氢气的效率，从而改进电池效率，增强机械性能和耐化学性，而因此提高耐久性。

离聚物膜可以通过将离聚物溶液施加于基板110上，在约80℃温度下干燥离聚物溶液约5至30分钟，并在约160℃温度下热处理离聚物溶液约5至30分钟而形成。当干燥温度低于约80℃时，离聚物溶液可能不会完全干燥，而因此不可能适当形成离聚物膜。

如图3中的“s12”所示，步骤s12中制备的电极复合件可以形成为使第二离聚物膜132可以形成于电极120之间的空间中，电极120在基板110上以预定间隔彼此分隔。第二离聚物膜132可以设置于与电极120相同的层中以防止在电极120和电解质膜150之间形成表面台阶，并分散压力。具有比电极120更大的表面积的第一离聚物膜131可以形成于电极120上和第二离聚物膜132上。第一离聚物膜131可以与第二离聚物膜132一起改进电极120和电解质膜150之间的界面粘合力。

3)将电极复合件粘合到电解质膜150的两个表面中的每个的步骤(s13)

步骤s13可以包括将电极复合件粘合到电解质膜150的两个表面中的每个(例如，彼此相对的第一表面和第二表面)而使电解质膜150和离聚物膜彼此接触。电极复合件的电极120可以包括阳极和阴极。

如图3中的“s13”所示，分别来自阳极和阴极的两个电极复合件可以与其间插入的电解质膜150对齐。此时，离聚物膜可以与电解质膜150接触，并且可以经受热压粘合从而堆叠于电解质膜150上。在图3中，“a”可以是阴极的电极复合件，“b”可以是阳极的电极复合件。

电解质膜150可以包括增强层160和浸渍于增强层160中的离聚物。增强层160可以合适地包括氟化聚合物如膨胀聚四氟乙烯(e-ptfe)，并可以具有约1至5μm的厚度。具体地，膨胀聚四氟乙烯可以改进机械性能如拉伸强度和伸长率，从而补偿电解质膜150的不足的机械性能。

另外，增强层160可以包括膨胀聚合物树脂，并且离聚物可以浸渍于膨胀的孔隙中，导致电解质膜150可以形成为在保持氢离子交换性能的同时具有改进的机械性能。优选地，离聚物可以包括全氟化磺酸离聚物。在步骤s13中，粘合可以是使用加热至约80至120℃温度的辊压机的热压粘合。

4)通过去除基板110而制备膜电极组件100的步骤(s14)

步骤s14可以包括在将密封垫170粘合到膜电极组件100之前移除基板110。已经由其上移除了基板110的膜电极组件100的电极120可以包括彼此相对设置的阳极和阴极，而电解质膜150介于其间。此时，由于阳极具有比阴极更大的反应速率，阳极可以具有较少的催化剂含量和更小的厚度。例如，阳极可以合适地具有约1至5μm的厚度。当阳极的厚度小于约1μm时，碳载体的量可能会减少，导致由腐蚀引起的耐久性劣化。当阳极的厚度大于约5μm时，可能不必要地负载了过量的催化剂，导致成本增加。阴极可以合适地具有约5至15μm的厚度。当阴极的厚度小于约5μm时，催化剂含量可能会减少，导致性能变差。当阴极的厚度大于约15μm时，可能不必要地负载了过量的催化剂，导致成本增加。

形成于电极120上的离聚物膜的厚度可以大于或约为电极120的厚度。离聚物膜必须形成为填充电极120之间的空间，同时完全覆盖电极120。因此，可以提高电极120和电解质膜150之间的界面粘合力，并可以防止电极120和密封垫170之间形成空隙或表面台阶。在阳极侧形成的离聚物膜130可以具有约2至8μm的厚度。当在阳极侧形成的离聚物膜130的厚度小于约2μm时，阳极可能未被完全覆盖，不能提高电极和电解质膜之间的界面粘合力并且防止空隙或表面台阶形成。当在阳极侧形成的离聚物膜130的厚度大于约8μm时，阳极和阴极之间穿过离聚物膜的离子电导率可能劣化，导致膜电极组件的性能降低。

形成于阴极侧的离聚物膜140可以合适地具有约6至18μm的厚度。类似于在阳极侧形成的离聚物膜130，离聚物膜140可以形成为完全覆盖阴极，以提高电极120和电解质膜150之间的界面粘合力，并防止在电极120和密封垫170之间形成空隙或表面台阶。当在阴极侧形成的离聚物膜140的厚度小于约6μm时，阴极可能未被完全覆盖，从而不能提高电极和电解质膜之间的界面粘合力，并防止形成空隙或表面台阶。当在阴极侧形成的离聚物膜140的厚度大于约18μm时，阳极和阴极之间穿过离聚物膜的离子电导率可能劣化，导致膜电极组件的性能降低。

已经由其上移除了基板110的膜电极组件100的两个表面中的每个可以具有平面形状结构，其中多个电极120嵌入于离聚物膜中，这与常规的膜电极组件是不同的。因此，即使当密封垫170粘合至膜电极组件100的两个表面中的每个时，压力由于平坦表面而不能集中于特定的点或不均匀点上，从而防止了由于局部压力集中所导致的劣化。

5)将密封垫170粘合到膜电极组件100的两个表面中的每个的步骤(s15)

步骤s15可以包括将密封垫170粘合到膜电极组件100的两个表面中的每个从而覆盖电极120的边缘和离聚物膜。如图3中的“s15”所示，密封垫170可以粘合至膜电极组件100从而覆盖每个电极120的一部分边缘和离聚物膜。即使在密封垫170粘合至膜电极组件100时，也可以避免空隙形成。因此，可以充分防止由于气密性劣化或膜电极组件100的形状变形引起的损坏。实施方式1中的用于燃料电池的平面膜电极组件100可以通过上述连续方法进行大规模生产。

同时，根据本发明的示例性实施方式的用于燃料电池的平面膜电极组件100包括：阳极复合件，其包括阳极、介于阳极和电解质膜150之间并具有大于阳极的表面积的第一离聚物膜131、位于与阳极相同的层中并填充由阳极和第一离聚物膜131形成的空间的第二离聚物膜132；阴极复合件，其包括阴极、插入阴极和电解质膜150之间并具有大于阴极的表面积的第三离聚物膜141，以及与阴极位于同一层中并填充阴极和第三离聚物膜141形成的空间的第四离聚物膜142；和粘合到阳极的边缘、第二离聚物膜132、阴极的边缘和第四离聚物膜142的密封垫。优选地，电解质膜150可以插入于阳极复合件和阴极复合件之间。

图4显示了根据本发明的示例性实施方式的实施方式1中的示例性膜电极组件100的剖视图。如图4中所示，电极120可以彼此相对地设置，电解质膜150介于其间。电极120可以包括阳极(下侧)和阴极(上侧)。第一离聚物膜131可以形成于阳极和电解质膜150之间，而第二离聚物膜132可以包围与阳极相同的层中的阳极形成。类似的，阴极可以包括在阴极和电解质膜150之间形成的第三离聚物膜141，以及包围阴极形成的第四离聚物膜142。第一、第二、第三和第四离聚物膜131、132、141和142中的每个可以包括全氟化磺酸离聚物。

电解质膜150可以是增强层160，或可以包括增强层160和浸渍于增强层160中的离聚物。增强层160可以合适地包括膨胀型四氟乙烯(e-ptfe)。图4显示了包括浸渍有离聚物的增强层160的电解质膜150。包含于电解质膜150中的离聚物可以与用于第一至第四离聚物膜的离聚物相同。

阳极可以合适地具有约1至5μm的厚度，并且阴极可以合适地具有约5至15μm的厚度。第一和第三离聚物膜131和141中的每个可以合适地具有约1至3μm的厚度。如图4所示，在阳极侧形成的第二离聚物膜132可以合适地具有约1至5μm的厚度，其可以等于阳极的厚度。从电解质膜150到阳极的第一离聚物膜131的厚度可以合适地为约1至3μm。形成于阴极侧的第四离聚物膜142可以具有约5至15μm的厚度，其可以等于阴极的厚度。从电解质膜150到阴极的第三离聚物膜141的厚度可以合适地为约1至3μm。

实施方式2

图5显示了根据本发明的示例性实施方式制造示例性膜电极组件的示例性方法。例如，制造方法可以包括在基板110上形成电极120的步骤(s21)，通过在基板110上形成离聚物膜以覆盖电极120而制备第一电极复合件的步骤(s22)，将电解质膜150的第一表面粘合到第一电极复合件的步骤(s23)，将第二电极复合件粘合到电解质膜150的第二表面的步骤(s24)，通过移除基板110而制备膜电极组件的步骤(s25)，和将密封垫170粘合到膜电极组件的两个表面中的每个的步骤(s26)。电极复合件的第一和第二表面可以是相对的表面。

图6显示了根据本发明的示例性实施方式制造实施方式2中的示例性膜电极组件的示例性过程。

如图5和图6所示，制造用于燃料电池的平面膜电极组件的方法可以包括在基板110上形成多个电极120从而以预定间隔彼此分隔的步骤，通过在基板110上和多个电极上形成离聚物膜从而填充电极120之间的空间并覆盖电极120而制备电极复合件的步骤，将电解质膜150的第一表面粘合到一个电极复合件(例如，第一电极复合件)上而使电极复合件的离聚物膜和电解质膜150的第一表面彼此接触的步骤，将另一电极复合件(例如，第二电极复合件)堆叠并粘合到电解质膜150的相对的表面上而使电极复合件的离聚物膜与电解质膜150的相对的表面相互接触的步骤，通过去除基板110而制备膜电极组件的步骤，和将密封垫170粘合到膜电极组件的每个表面从而覆盖电极120的边缘和离聚物膜的步骤。

除了步骤s23和s24之外，根据实施方式2的制造用于燃料电池的平面膜电极组件的方法中的步骤s21、s22、s25和s26可以与实施方式1中的步骤s11、s12、s14和s15相同。下文中，将会省略与实施方式1中相同的步骤的阐释，并将参照附图详细说明实施方式2中的步骤s23、s24。

1)将电解质膜150的一个表面粘合到一个电极复合件上的步骤(s23)

步骤s23可以包括将电解质膜150的第一表面粘合到一个电极复合件而使电极复合件的离聚物膜和电解质膜150的第一表面彼此接触。当在前一步骤中形成离聚物膜之后不久而在步骤s23中将电解质膜150粘合到离聚物膜上时，离聚物可能由于毛细效应而渗透电解质膜150，从而获得膜150可以直接形成于电极120上的效果。

电解质膜150可以是增强层160。增强层160可以合适地包括膨胀聚四氟乙烯(e-ptfe)而使离聚物可以浸渍到增强层160中的孔隙中。增强层160可以具有1至5μm的厚度。当增强层160具有小于约1μm的厚度时，增强机械性能的效果可能不足。当增强层160具有大于约5μm的厚度时，离聚物可能不充分地浸渍到增强层160中，或电解质膜的总厚度可能变大，而因此可能降低离子电导率。

2)将另一电极复合件粘合到电解质膜150的相对表面上的步骤(s24)

步骤s24可以包括将另一电极复合件堆叠并粘合到电解质膜150的第二表面上而使电极复合件的离聚物膜和电解质膜150的相对表面彼此接触。优选地，两个电极复合件可以粘合到电解质膜150的两个表面上而使两个电极复合件的电极120可以彼此相对地对齐。当通过上述步骤s23和s24制成膜电极组件时，不需要如实施方式1单独形成包括浸渍有离聚物的增强层160的电解质膜150，从而缩短了时间。在将另一电极复合件堆叠并粘合到电解质膜的第二表面上的步骤中，粘合可以是使用加热至约80至120℃温度的辊压机的热压粘合。

如根据以上描述显而易见的是，本发明具有以下效果。

根据本发明的用于燃料电池的平面膜电极组件可以制造为使离聚物膜可以形成于电极的两个侧表面上以及电极和电解质膜之间，从而提高了电极和电解质膜之间的界面粘合力并改进了电池的耐久性。

另外，由于平面膜电极组件制造为使其两个表面都是平坦的，可以防止在电极和密封垫之间形成空隙或表面台阶，从而改进气密性并防止由于压力集中引起的劣化。

本领域技术人员应该理解的是，通过本发明可实现的效果并不限于上文已经具体描述的效果，而本发明的其他效果将会根据以上详细描述获得更清楚的理解。

本发明已经参照其各个示例性实施方式进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施方式中做出变化，而本发明的范围由所附权利要求及其等同物界定。