具有保护边缘的膜电极组件及方法与流程

本公开涉及用于燃料电池的膜电极层组件，并且更具体地，涉及使用在边缘附近具有嵌入尺寸的独立膜的膜电极组件。

背景技术：

1、电化学燃料电池用作电动汽车或其他装置的电源。电化学燃料电池，或简称燃料电池，将燃料和氧化剂形式的反应物转化为电能。在一示例性配置中，燃料电池包括阳极层、与阳极层间隔开的阴极层以及分隔阳极层和阴极层的聚合物电解质膜(pem)。将富氢气体或纯氢气作为燃料供给至燃料电池的阳极层侧，同时将氧气供给至阴极层侧。当从阳极层流向阴极层的电流经过连接的外载荷时，阳极层和阴极层形成电路。pem防止气体交叉和电流流动，但允许质子从阳极层迁移到阴极层。

2、虽然目前的燃料电池已经达到了预期目的，但仍需要改进用于膜电极组件制造的高容量卷对卷工艺，并且解决普遍存在的故障模式。

技术实现思路

1、根据本公开的若干方面，提供了一种膜电极组件。该膜电极组件包括阳极气体扩散层、设置在阳极气体扩散层上的阳极电极、阴极气体扩散层、设置在阴极气体扩散层上的阴极电极以及膜。阳极电极具有阳极表面积，并且阳极电极包括围绕阳极电极的阳极外围延伸并与其靠近的阳极通道，使得阳极通道从阳极边缘形成电极不连续性，并形成分段阳极电极层。阴极电极具有阴极表面积，并且阴极电极包括围绕阴极电极的阴极外围延伸并与其靠近的阴极通道，使得阴极通道从阴极边缘形成电极不连续性。阳极电极设置在膜上，且阴极电极设置在与阳极电极相对的膜上。膜具有面向阳极电极的第一膜表面积和面向阴极电极的第二膜表面积。第一膜表面积小于阳极表面积，且第二膜表面积小于阴极表面积。

2、根据本公开的另一方面，膜电极组件还包括设置在阴极电极层和分段阳极电极层之间的子垫片。

3、根据本公开的另一方面，子垫片包括限定膜电极组件的有源区的内窗口。

4、根据本公开的另一方面，内窗口的表面积小于膜表面积、阴极表面积和阳极表面积。

5、根据本公开的另一方面，内窗口的表面积小于膜表面积和阳极表面积，并且内窗口的表面积等于阴极电极的表面积。

6、根据本公开的若干方面，提供了一种形成膜电极组件的方法。该方法包括：利用阴极电极卷对卷涂布阴极气体扩散层以形成阴极电极层，以及利用阳极电极卷对卷涂布阳极气体扩散层以形成阳极电极层。该方法还包括在横向机器方向上激光烧蚀阴极电极以去除阴极电极的一部分来形成分段阴极电极，以及在横向机器方向上激光烧蚀阳极电极以去除阳极电极的一部分来形成分段阳极电极。分段阴极电极在分段阴极电极边缘的阴极外围是无电极的。分段阳极电极在分段阳极电极边缘的阳极外围是无电极的。该方法还包括将膜层压到阴极电极上，将子垫片放置在膜和分段阳极电极之间，以及将分段阴极电极、分段阳极电极、膜和子垫片层压以形成整体式膜电极组件。该膜具有比阴极气体扩散层表面积更小的膜表面积和比阳极气体扩散层表面积更小的膜表面积。

7、根据本公开的另一方面，将膜层压到阴极电极包括卷对卷工艺。

8、根据本公开的另一方面，将膜层压到阴极电极包括离散步骤。

9、根据本公开的另一方面，膜表面积与阴极表面积相同。

10、根据本公开的另一方面，膜表面积大于阴极表面积。

11、根据本公开的另一方面，子垫片包括限定膜电极组件的有源区的内窗口。

12、根据本公开的另一方面，内窗口的表面积小于膜表面积、阴极表面积和阳极表面积。

13、根据本公开的另一方面，内窗口的表面积小于膜表面积和阳极表面积，并且其中内窗口的表面积等于阴极电极的表面积。

14、根据本公开的另一方面，膜电极组件是燃料电池膜电极组件。

15、根据本公开的若干方面，提供了一种形成膜电极组件的方法。该方法包括利用连续阴极电极卷对卷涂布阴极气体扩散层和利用连续阳极电极卷对卷涂布阳极气体扩散层。该方法包括去除连续阴极电极的一部分以形成阴极通道，其中阴极通道围绕阴极外围延伸，以及去除连续阳极电极的一部分以形成阳极通道，其中阳极通道围绕阳极外围延伸。该方法包括将阴极气体扩散层和阴极电极分段以形成分段阴极电极，以及将阳极气体扩散层和阳极电极分段以形成分段阳极电极。该方法包括将膜层压到阴极电极上，将子垫片放置在膜和分段阳极电极之间，以及将分段阴极电极、分段阳极电极、膜和子垫片层压以形成整体式膜电极组件。膜的表面积小于分段阴极电极，并且其表面积小于分段阳极电极。

16、根据本公开的另一方面，将膜层压到阴极电极包括卷对卷工艺。

17、根据本公开的另一方面，将膜层压到阴极电极包括离散步骤。

18、根据本公开的另一方面，子垫片包括限定膜电极组件的有源区的内窗口。

19、根据本公开的另一方面，采用激光烧蚀工艺围绕阳极电极层和阴极电极层外围形成通道。

20、根据本公开的另一方面，内窗口的表面积小于膜表面积、阴极表面积和阳极表面积。

21、当前公开的系统和方法的上述特征和优点以及其他特征和优点从结合附图的详细描述(包括权利要求书和实施例)中可以容易地显而易见。

1.一种膜电极组件，包括：

2.根据权利要求1所述的膜电极组件，还包括：

3.根据权利要求2所述的膜电极组件，其中，所述子垫片包括限定所述膜电极组件的有源区的内窗口。

4.根据权利要求3所述的膜电极组件，其中，所述内窗口的表面积小于膜表面积、所述阴极表面积和所述阳极表面积。

5.根据权利要求3所述的膜电极组件，其中，所述内窗口的表面积小于膜表面积和阳极表面积，并且其中所述内窗口的表面积等于所述阴极电极的表面积。

6.一种用于形成膜电极组件的方法，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述膜层压到所述阴极电极包括卷对卷工艺。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述膜层压到所述阴极电极包括离散步骤。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，膜表面积与阴极表面积相同。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，膜表面积大于阴极表面积。