专利名称：一种燃料电池膜电极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃料电池膜电极。
技术背景燃料电池是一个能将化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池尤其是 质子交换膜燃料电池除了在发电时无污染、噪音低外，还具有无腐蚀，启动快, 制备容易，功率密度大，发电效率高，使用寿命长等许多优点，因此，在交通 工具、发电设备、军事、航天等领域内均有着广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池由多个单电池组成，单电池是由两块气体流场板和一 片膜电极组成，膜电极被夹在两块气体流场板的中间。膜电极两边可用导电物 体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。在采用氢气为燃料,含有氧气的空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池中， 燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换 膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料 的气流与含氧的气流分隔开来，使他们不会相互混合而产生爆炸式反应。在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移 过来的正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气的质子交换膜燃料电 池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达阳极反应H2* 2H++ 2e—阴极反应02+ 4H++4 e_= 2H20在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极有三层结构、五层结构和七层结 构之分。三层结构是在膜上直接制作催化层，膜电极由阳极催化层、膜和阴极 催化层构成；五层结构是在三层结构的基础上在阳极催化层和阴极催化层之外 分别增加气体扩散层，七层结构则是在气体扩散层周围再增加密封圈。在上述 结构中，阳极和阴极在尺寸上完全一致。为了使质子交换膜燃料电池处于高性能的工作状态，必须始终将膜两侧气 体完全隔离，因此，密封是必须的。然而密封也是燃料电池中的难点和关键技 术。为了达到密封效果，需要考虑以下几点第一，阳极和阴极侧的密封圑形状和尺寸要一致，否则由于密封圈的错位， 会失去密封效果，还会导致夹在密封圏中间的膜或其他材料变形或损坏；
第二，密封围经过流道的地方，必须在流道上设置硬质垫片，以避免密封 圈受挤压进入流遒，从而堵塞流道，影响水、气的流动。为满足上述要求，必须对密封圏进行精密制作和安装，从而耗费大量时间。 发明内容本实用新型提供一种燃料电池膜电极，它可以简化密封结构，方便安装， 并且能保证密封效果。本实用新整可以通过以下技术方案来实现 一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层、阴极催化层和两者之间的质子交换膜，以及在阳极催化层和阴极催 化层外侧的阳极气体扩散层、阴极气体扩散层，所述的阳极气体扩散层平面尺 寸小于阴极气体扩散层，阳极气体扩散层的外周缘设有密封圏，所述密封圈由 膜电极阳极气体扩散层外的流场板和阴极气体扩散层支撑夹持。本实用新型中，优选方案是阳极气体扩散层平面尺寸相对阴极气体扩散层在外周上都小0.1-5mm，更优选方案是阳极气体扩散层平面尺寸相对阴极气体 扩散层在外周上都小0. 5-2mm。膜电极可以是圆形，也可以是方形。由于采用了如上技术方案，阳极气体扩散层外周缘的密封圈通过质子交换 膜相隔与阴极气体扩散层相接触，阴极气体扩散层起到对密封圏提供平面支撑 的作用，阴极侧则不需要放置针对膜电极的密封圈。这样一方面使阳极侧对阳 极气体的密封有充足的空间；另一方面，阳极侧密封圏受到阴极气体扩散层和 阳极气体扩散层外的流场板的平面支撑，密封圏不会发生移动，从而能充分保 证密封效果。本实用新型简化了密封结构，安装方便，无须耗费大量的安装时 间。
图l是传统膜电极结构示意图。图2是本实用新型膜电极结构示意图。
以下结合附图及具体实施方式
，对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
图l中，质子交换膜1被阳极催化层2和阴极催化层3夹在中间，阳极气 体扩散层4和阴极气体扩散层5分别置于阳极催化层2和阴极催化层3之外， 阳极催化层2和阴极催化层3以及气体扩散层在尺寸上是完全一致的。两块流 场板6分别置于阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5之外，提供阳极和阴极 反应气体流道以及收集电流。在阳极气体扩散层4和阴极气体扩散层5的外周 缘分别放置有密封圈7,阳极侧和阴极侧的密封圈7被质子交换膜1隔开。密
封圈7依靠流场板6作为支撑。由于质子交换膜l很薄，很容易因为两侧密封圈7的错位而导致变形或撕裂。为此，必须对密封圈7进行精确定位。图2中，质子交换膜1被阳极催化层2和阴极催化层3夹在中间，阳极气 体扩散层4和阴极气体扩散层5分别置于阳极催化层2和阴极催化层3之外， 阳极气体扩散层4在尺寸上较阴极气体扩散层5为小，仅在阳极气体扩散层外 周缘放置针对膜电极进行密封的密封圈7。密封圈7 —侧以阳极气体扩散层外 的流场板6为支撑，另一侧则是隔着质子交换膜l以阴极气体扩散层5和阴极 流场板6为支撑，这样密封圏7不会发生错位，质子交换膜l也不会变形或撕 裂。这种膜电极结构相对于传统的膜电极结构可以简化制作和密封工作。本实用新型中，优选方案是阳极气体扩散层4平面尺寸相对阴极气体扩散 层5在外周上都小0. 1-5mm,更优选方案是阳极气体扩散层4平面尺寸相对阴 极气体扩散层5在外周上都小0. 5-2mm。膜电极可以是圆形，也可以是方形。
权利要求1、一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层(2)、阴极催化层(3)和两者之间的质子交换膜(1)，以及在阳极催化层(2)和阴极催化层(3)外侧的阳极气体扩散层(4)、阴极气体扩散层(5)，其特征在于所述的阳极气体扩散层(4)平面尺寸小于阴极气体扩散层(5)，阳极气体扩散层(4)的外周缘设有密封圈(7)，所述密封圈(7)由膜电极阳极气体扩散层(4)外的流场板(6)和阴极气体扩散层(5)支撑夹持。
2、 根据权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于阳极气体扩散层(4 ) 平面尺寸相对于阴极气体扩散层(5)的外周缘小0. l-5mm。
3、 根据权利要求2所述的燃料电池膜电极，其特征在于阳极气体扩散层(4 ) 平面尺寸相对于阴极气体扩散层(5)的外周缘小0.5-2mm。
4、 根据权利要求1、 2或者3所述的燃料电池膜电极，其特征在于所述膜 电极平面形状为矩形或者圆形。
专利摘要本实用新型公开了一种燃料电池膜电极，包括阳极催化层(2)、阴极催化层(3)和两者之间的质子交换膜(1)，以及在阳极催化层(2)和阴极催化层(3)外侧的阳极气体扩散层(4)、阴极气体扩散层(5)，所述的阳极气体扩散层(4)平面尺寸小于阴极气体扩散层(5)，阳极气体扩散层(4)的外周缘设有密封圈(7)，所述密封圈(7)由膜电极阳极气体扩散层外(4)的流场板(6)和阴极气体扩散层(5)支撑夹持。这种膜电极结构相对于传统的膜电极结构可以简化制作和密封工作，并且能保证密封效果。
文档编号H01M8/02GK201051520SQ20072003683
公开日2008年4月23日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者岳江宁, 邢志勇 申请人:春兰(集团)公司