CN100521345C - 燃料电池及其制备方法 - Google Patents

燃料电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100521345C
CN100521345C CNB2005100786354A CN200510078635A CN100521345C CN 100521345 C CN100521345 C CN 100521345C CN B2005100786354 A CNB2005100786354 A CN B2005100786354A CN 200510078635 A CN200510078635 A CN 200510078635A CN 100521345 C CN100521345 C CN 100521345C
Authority
CN
China
Prior art keywords
separator
fuel cell
polymer
dielectric film
dividing plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100786354A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1713433A (zh
Inventor
卢亨坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of CN1713433A publication Critical patent/CN1713433A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100521345C publication Critical patent/CN100521345C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种燃料电池及其制备方法。燃料电池包括至少一个单元电池，单元电池包括膜电极组件；至少一个隔板；在膜电极组件和至少一个隔板之间的隔离件；和在隔离件和隔板之间的第一粘接剂层，其中隔离件是框架形，而第一粘接剂层将隔离件粘接到隔板的边缘，其中膜电极组件包括聚合物电解质膜；形成在聚合物电解质膜第一侧上的阳极；和形成在聚合物电解质膜第二侧上的阴极，其中阳极和阴极比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件包绕着阳极和阴极并直接粘接到聚合物电解质膜而非粘接到阳极或阴极上。根据本发明的在燃料电池中使用带有粘接剂的隔离件提供了燃料电池的燃料和氧化剂气体的极好的空气密封。

Description

燃料电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池及其制备方法；更具体的是，涉及一种密封的以防止燃料或氧化剂泄漏的燃料电池及一种制备该燃料电池的方法。
背景技术
燃料电池是一种电能产生***，其将氧化剂(如，氧)和燃料(如，氢或容纳在碳氢基材料中的氢，所述材料如甲醇、乙醇或天然气)之间化学反应的能量直接转变成电能。
燃料电池具有广泛应用，包括作为例如用于住宅和公共建筑的配电的能源、作为例如用于电子设备的小型能源、以及作为例如交通工具的汽车能源。
燃料电池通过形成单元电池来制备，所述单元电池包括一个或多个膜电极组件(MEA)和隔板，用于将燃料和氧化剂提供给膜电极组件。隔板通常称作双极板。通常，多个单元电池排列成称作组的组结构。
在传统燃料电池中，具有平面形横截面的垫圈借助施加到膜电极组件边缘的压缩力连接到膜电极组件上。但是，由于在燃料电池连接过程中施加到隔板上的压力差异，可能在垫圈和膜电极组件之间形成狭窄的间隔或缝隙。该缝隙破坏了膜电极组件和隔板之间的空气密封，因而，燃料和氧化剂会通过隔板泄漏。由于随着燃料和氧化剂通过隔板二者的压力下降，导致这种泄漏使燃料电池的性能下降。此外，燃料和氧化剂的泄漏还可能引起安全问题。
韩国专利公开No.2003-0094001公开了一种利用气体扩散层和阳极或阴极的催化剂层上的粘接剂来制备膜电极组件的方法。美国专利No.6，165634公开了一种燃料电池组，通过用弹性粘接剂将膜电极组件的边缘粘贴到输水板上而改进空气密封。日本专利公开No.平9-55214公开了一种在低温下浸渍低粘度树脂和进行烧结以防止碳板的气体泄漏。但是，上述专利文件的密封方法仍然具有如下问题，即，燃料电池组中的膜电极组件和隔板之间的燃料和氧化剂泄漏，这是因为当隔板和膜电极组件受到压缩时它们不能形成一个均匀的平面。
发明内容
在本发明一个实施例中，提供了一种燃料电池，包括至少一个单元电池，所述单元电池包括：膜电极组件；至少一个隔板；在膜电极组件和至少一个隔板之间的隔离件；和在隔离件和隔板之间的第一粘接剂层，其中隔离件是框架形隔离件，而该第一粘接剂层将隔离件粘接到隔板的边缘，其中膜电极组件包括聚合物电解质膜；形成在聚合物电解质膜第一侧上的阳极；和形成在聚合物电解质膜第二侧上的阴极，其中阳极和阴极比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件包绕着阳极和阴极并直接粘接到聚合物电解质膜而非粘接到阳极或阴极上。
在本发明另一个实施例中，提供了一种制备燃料电池的单元电池的方法，包括步骤：提供膜电极组件、至少一个隔离件和至少一个隔板；和用第一粘接剂将隔离件的第一侧粘接到隔板的一侧，其中隔离件是框架形隔离件，而该第一粘接剂层将隔离件粘接到隔板的边缘，其中膜电极组件包括：聚合物电解质膜；形成在聚合物电解质膜的第一侧上的阳极；和形成在聚合物电解质膜的第二侧上的阴极，其中阳极和阴极比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件包绕着阳极和阴极并直接粘接到聚合物电解质膜而非粘接到阳极或阴极上。
根据本发明一个实施例，燃料电池包括：至少一个包括膜电极组件的单元电池(unit cell)；放置在每个膜电极组件的每一侧上的隔板；和***膜电极组件和隔板之间并围绕它们边缘的隔离件。该隔离件利用粘接剂粘接到隔板上以防止泄漏。
根据本发明另一实施例，提供了制备这种燃料电池的方法。该方法包括步骤：通过利用粘接剂将隔离件第一侧粘接到隔板的一侧来制造单元电池。
附图说明
结合在说明书中并构成说明书一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理：
图1是示出根据本发明实施例的燃料电池的分解透视图；
图2是示出包括在燃料电池中的单元电池的第一实施例的分解剖面图；和
图3是示出包括在燃料电池中的单元电池的第二实施例的分解剖面图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，借助例子示出和描述本发明的某些实施例。正如将会意识到的，本发明能够在各个方面进行不脱离本发明的改动。因而，附图和说明书本质上被认为是说明性的而非限制性的。
图1是示出根据本发明实施例的燃料电池的分解透视图，图2是示出包括在燃料电池中的单元电池的第一实施例的分解剖面图，和图3是示出包括在燃料电池中的单元电池的第二实施例的分解剖面图。
参照附图，本发明的燃料电池100包括一个或多个单元电池101，所述单元电池通过引起氧化剂(如氧)和燃料(如氢、甲醇、乙醇或天然气)之间的氧化/还原反应来产生电能。单元电池101排列成组，该组中的单元电池数量由所需的输出电压确定。
每个单元电池101包括膜电极组件(MEA)110，隔板120和120′(也称作双极板)和框架形隔离件130。MEA氧化/还原燃料和氧化剂。隔板120和120′放置得靠近MEA 110的两侧并向MEA 110提供燃料和氧化剂。隔离件130***MEA 110和隔板120和120′之间，并用粘接剂140粘接到隔板120和120′的外边缘或MEA 110和隔板120和120′的外边缘。
隔离件130在MEA 110和MEA 110两侧上的隔板120和120′之间形成间隔。它们保持电极的尺寸同时保持空气密封。当组装燃料电池时，隔离件由两个隔板120和120′压缩并防止通过隔板120和120′提供给MEA 110的燃料和氧化剂泄漏或者相混合。
根据第二实施例，隔离件130可以直接粘接到MEA 110的聚合物电解质膜111部分的外边缘。
***隔板120和120′之间的MEA 110包括：用于燃料电池的聚合物电解质膜111、形成在聚合物电解质膜111一侧上的阳极113、及形成在聚合物电解质膜111另一侧上的阴极115。对于该实施例，阳极113和阴极115比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件130包绕着阳极113和阴极115并直接粘接到聚合物电解质膜111而非粘接到阳极113或阴极115上。
聚合物电解质膜111具有质子传导性，从而生成于阳极催化剂层中的质子转移到阴极的催化剂层。
用于聚合物电解质膜111的合适材料包括氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合物。优选的材料包括聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、包括磺酸基团的氟代乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物、脱氟的聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(m-亚苯基)-5，5′-联苯并咪唑)，聚(2，5-苯并咪唑)及其组合材料。但是，材料不限于此。
阳极113包括用于通过隔板120接收燃料并将燃料通过氧化反应转化为电子和氢离子的催化剂层112，以及用于平稳地传送燃料气体的气体扩散层(GDL)114。
阴极115包括：催化剂层112′，用于通过隔板120′接收氧化剂并通过经由电解质膜提供的氢离子和氧化剂之间的还原反应生成水；以及气体扩散层114′，用于平稳地传送氧化剂气体。
用于阳极113和阴极115的催化剂层112和112′的合适催化剂包括铂、钌、铂-钌合金、铂-钴合金、锇、铂-锇合金及它们的组合。
阳极113和阴极115的气体扩散层114和114′可以由碳纸(carbon paper)或碳布(carbon cloth)制成。MEA 110可进一步包括在阳极113和阴极115的催化剂层112和112′和气体扩散层114和114′每一个之间的可选的多微孔层(未示出)。多微孔层由具有微米等级小孔的导电材料构成。优选的是，多微孔层包括从石墨、碳纳米管(CNT)、球碳(C60)、活性碳和碳纳米角构成的组中选择的一种或多种导电的碳材料。
包括在本发明燃料电池中的隔板120和120′用作将MEA 110的阳极113和阴极115串联的导体。此外，隔板120和120′提供了至阳极113和阴极115的用于产生MEA 110氧化/还原反应所需的燃料和氧化剂的路径。为此作用，隔板120和120′具有流体通路121和121′，用于提供在MEA 110的表面上产生的氧化/还原反应所需的气体。
每个隔离件130围绕MEA 110和相邻隔板120或120′的边缘延伸，用于保持MEA 110和隔板120和120′之间的空气密封。用粘接剂140将隔离件130粘接到MEA 110和隔板120和120′上。因此，本发明的燃料电池具有极好的空气密封性，并通过利用***MEA 110和隔板120和120′之间的隔离件130而保持它们之间的间隔。由于用粘接剂将隔离件粘接到MEA 110和隔板120和120′上，所以燃料电池的制造得以简化。
用于粘接隔离件的合适粘接剂包括丙烯酸酯基粘接剂，例如2-氰基丙烯酸酯粘合剂，而具有2-氰基丙烯酸酯的丙烯酸单体合成物是优选的粘接剂。由于这种丙烯酸酯基的粘接剂是速干胶，故使用其可以缩短制备燃料电池的时间。而且，由于这类粘接剂可以在湿气中极好地聚合，所以可以在环境空气中应用。
根据本发明一个实施例，本发明的燃料电池通过堆叠一个或多个单元电池来制备。制备这种燃料电池的方法包括利用丙烯酸酯基粘接剂将隔离件的一侧粘接到隔板的一侧、或将隔离件的两侧粘接到膜电极组件的一侧和隔板的一侧来制造单元电池。
当制造单元电池时，对于粘接剂施加于各种材料的顺序没有特别限制。可以首先将MEA和隔离件放在一起、然后在上面粘接隔板，还可以首先将隔离件和隔板放在一起、然后在MEA上粘接隔离件。
如上所述，根据本发明一个实施例，理想的是，MEA的阳极和阴极不与隔离件重叠，使得隔离件粘接到MEA的聚合物电解质膜部分的外边缘。
对于聚合物电解质膜，任何质子导电聚合物都可使用。合适的例子包括氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合物。优选的质子导电聚合物包括聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、包括磺酸基团的氟代乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物、脱氟的聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(m-亚苯基)-5，5′-联苯并咪唑)，聚(2，5-苯并咪唑)及其组合物。但是，所述材料不限于此。
此外，阳极和阴极可各自包括催化剂层和气体扩散层，以分别通过隔板接收燃料或氧化剂气体。
用于阳极和阴极的催化剂层的合适催化剂材料包括铂、钌、铂-钌合金、铂-钴合金、锇、铂-锇合金及它们的组合。
用于阳极和阴极的气体扩散层的合适材料包括碳纸和碳布。如果需要，MEA可进一步包括在阳极和阴极的催化剂层和气体扩散层之间的多微孔层(MPL)。各多微孔层可由具有微米等级小孔的导电材料构成。用于多微孔层的合适材料包括导电的碳材料，诸如石墨、碳纳米管、球碳(C60)、活性碳、碳纳米角和它们的组合。
将隔离件和MEA放在一起之后，用粘接剂将隔离件和隔板彼此粘接，隔板堆叠以接触MEA的两侧，更优选的是接触阳极和阴极，由此制造单元电池。任一个单元电池都可以形成燃料电池，或者多个单元电池可以一个堆叠在另一个上形成燃料电池。彼此叠靠的单元电池的数量确定了期望的输出电压。应该注意到，在如图1本发明实施例中所示那样的堆叠配置中，在相邻的单元电池101之间共享公共的隔板120。
用于制备燃料电池的合适粘接剂是丙烯酸酯基的粘接剂，例如2-氰基丙烯酸酯粘合剂、丙烯酸酯单体合成物或者它们的组合。优选的粘接剂是2-氰基丙烯酸酯粘合剂。
下述示例进一步详细说明了本发明，但是它们不应该被解释为限制本发明的范围。
示例1
通过在两片碳布上形成各自包括铂催化剂的阴极层和阳极层，并将阴极层和阳极层放置成接触全氟磺酸膜(由杜邦公司生产的Nafion
Figure C200510078635D0010140557QIETU
)的两侧，来制备膜电极组件(MEA)。
随后，将2-氰基丙烯酸酯粘合剂施加到两个制备好的隔离件的每一个的一侧上，所述隔离件粘接到上述制备好的MEA外边缘上的电解质膜两侧。隔离件另一侧涂覆有2-氰基丙烯酸酯粘合剂，而且上面形成有液流通道的隔板放置在带有隔离件的MEA的两侧，从而制造单元电池。然后，通过将单元电池一个堆叠在另一个上来制备燃料电池。
比较例1
除了没有粘接剂用于隔离件之外，以和示例1相同的方法制备燃料电池。
根据示例1和比较例1制备的燃料电池被注入100ml氢气，并保持在真空中24小时。收集并测量氢的泄漏，结果示于下表1中。
表1
 
所收集的氢量(ml)
示例1 0.5
比较例1 4
从表1可见，根据示例1制备的燃料电池的空气密封程度是根据比较例1制备的燃料电池的八倍。
结果是，本发明的燃料电池可抵抗燃料和氧化剂气体的泄漏，这是因为单元电池中的MEA和隔板之间极好的粘接力导致的。
上述只被认为是对本发明原理的说明。此外，由于对本领域的技术人员来说易于进行许多修改和改变，所以不希望将本发明限制于所示和所述的精确构造和操作。因而，任何适当的修改及等同修改都落入本发明和所附权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种燃料电池，包括至少一个单元电池，所述单元电池包括：
膜电极组件；
至少一个隔板；
在膜电极组件和至少一个隔板之间的隔离件；和
在隔离件和隔板之间的第一粘接剂层，
其中隔离件是框架形隔离件，而该第一粘接剂层将隔离件粘接到隔板的边缘，
其中膜电极组件包括聚合物电解质膜；形成在聚合物电解质膜第一侧上的阳极；和形成在聚合物电解质膜第二侧上的阴极，
其中阳极和阴极比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件包绕着阳极和阴极并直接粘接到聚合物电解质膜而非粘接到阳极或阴极上。
2.如权利要求1的燃料电池，其中聚合物电解质膜包括从氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合中选出的材料。
3.如权利要求2的燃料电池，其中聚合物电解质膜包括从聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、包括磺酸基团的氟代乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物、脱氟的聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(m-亚苯基)-5，5′-联苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)及其组合中选出的材料。
4.如权利要求1的燃料电池，其中阳极和阴极各自还包括催化剂层和气体扩散层。
5.如权利要求4的燃料电池，其中每个催化剂层包括从铂、钌、铂-钌合金、铂-钴合金、锇、铂-锇合金及它们的组合中选出的材料。
6.如权利要求4的燃料电池，其中每个气体扩散层是碳纸或碳布。
7.如权利要求1的燃料电池，其中膜电极组件还包括多微孔层。
8.如权利要求7的燃料电池，其中多微孔层包括至少一种从石墨、碳纳米管(CNT)、C60、活性碳和碳纳米角中选出的导电的碳材料。
9.如权利要求1的燃料电池，其中粘接剂层包括丙烯酸酯基粘接剂。
10.如权利要求9的燃料电池，其中丙烯酸酯基粘接剂从2-氰基丙烯酸酯粘合剂、丙烯酸酯单体合成物或者它们的组合中选出。
11.如权利要求1的燃料电池，其中单元电池还包括在隔离件和膜电极组件之间的第二层粘接剂。
12.如权利要求11的燃料电池，其中第一和第二粘接剂层将隔离件粘接到膜电极组件和隔板的边缘。
13.如权利要求11的燃料电池，其中每个粘接剂层包括丙烯酸酯基粘接剂。
14.一种制备燃料电池的单元电池的方法，包括步骤：
提供膜电极组件、至少一个隔离件和至少一个隔板；和
用第一粘接剂将隔离件的第一侧粘接到隔板的一侧，
其中隔离件是框架形隔离件，而该第一粘接剂层将隔离件粘接到隔板的边缘，
其中膜电极组件包括：
聚合物电解质膜；
形成在聚合物电解质膜的第一侧上的阳极；和
形成在聚合物电解质膜的第二侧上的阴极，
其中阳极和阴极比聚合物电解质膜稍小，使得相应的框架形隔离件包绕着阳极和阴极并直接粘接到聚合物电解质膜而非粘接到阳极或阴极上。
15.如权利要求14的方法，其中聚合物电解质膜包括从氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合中选出的材料。
16.如权利要求14的方法，其中聚合物电解质膜包括从聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、包括磺酸基团的氟代乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物、脱氟的聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(m-亚苯基)-5，5′-联苯并咪唑)，聚(2，5-苯并咪唑)及其组合中选出的材料。
17.如权利要求14的方法，其中阳极和阴极各自还包括催化剂层和气体扩散层。
18.如权利要求17的方法，其中每个催化剂层包括从铂、钌、铂-钌合金、铂-钴合金、锇、铂-锇合金及它们的组合中选出的材料。
19.如权利要求17的方法，其中每个气体扩散层是碳纸或碳布。
20.如权利要求14的方法，其中膜电极组件还包括多微孔层。
21.如权利要求20的方法，其中多微孔层包括至少一种从石墨、碳纳米管(CNT)、C60、活性碳和碳纳米角中选出的导电的碳材料。
22.如权利要求14的方法，其中第一粘接剂是丙烯酸酯基粘接剂。
23.如权利要求22的方法，其中丙烯酸酯基粘接剂从2-氰基丙烯酸酯粘合剂、丙烯酸酯单体合成物或者它们的组合中选出。
24.如权利要求14的方法，还包括用第二粘接剂将隔离件的第二侧粘接到膜电极组件的一侧上。
25.如权利要求24的方法，其中隔离件是框架形隔离件，并且第一和第二粘接剂将隔离件粘接到膜电极组件和隔板的边缘。
26.如权利要求24的方法，其中每个粘接剂是丙烯酸酯基粘接剂。
CNB2005100786354A 2004-06-23 2005-06-22 燃料电池及其制备方法 Expired - Fee Related CN100521345C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040047054A KR100599716B1 (ko) 2004-06-23 2004-06-23 연료전지 및 그의 제조방법
KR47054/04 2004-06-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1713433A CN1713433A (zh) 2005-12-28
CN100521345C true CN100521345C (zh) 2009-07-29

Family

ID=35506198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100786354A Expired - Fee Related CN100521345C (zh) 2004-06-23 2005-06-22 燃料电池及其制备方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20050287414A1 (zh)
JP (1) JP4890787B2 (zh)
KR (1) KR100599716B1 (zh)
CN (1) CN100521345C (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740125B1 (ko) * 2006-03-16 2007-07-16 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 캐소드 촉매 및 이를 포함하는 연료 전지용막-전극 어셈블리
KR100728188B1 (ko) 2006-05-16 2007-06-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 캐소드 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용막-전극 어셈블리 및 연료 전지 시스템
KR100778438B1 (ko) 2006-05-16 2007-11-28 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 캐소드 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용막-전극 어셈블리 및 연료 전지 시스템
JP2008027685A (ja) * 2006-07-20 2008-02-07 Toyota Motor Corp 燃料電池
KR100801657B1 (ko) * 2006-10-11 2008-02-05 한국에너지기술연구원 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 마이크로 층으로 코팅된기체확산층을 포함하는 연료전지 셀
CN101827975A (zh) * 2007-10-23 2010-09-08 特种制纸株式会社 薄片状物及其制造方法
CN101465434B (zh) * 2007-12-19 2010-09-29 清华大学 燃料电池膜电极及其制备方法
WO2010126506A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Fdi Energy, Inc. High-volume-manufacture fuel cell arrangement and method for production thereof
EP2452983B1 (en) * 2009-07-08 2019-01-02 Soken Chemical & Engineering Co., Ltd. Composition for solid electrolyte and solar cell using same
JP6147745B2 (ja) 2011-08-04 2017-06-14 シバラジャン，ラメッシュ 燃料電池および関連用途のための改良されたプロトン交換膜層
CN102891328B (zh) * 2012-10-12 2015-04-15 常州大学 一种用于甲醇燃料电池的复合质子交换膜及其制备方法
US10170786B1 (en) 2016-12-22 2019-01-01 National Taipei University Of Technology Modular planar interconnect device for a solid oxide fuel cell and the solid oxide fuel cell containing the same
US10170773B2 (en) 2016-12-22 2019-01-01 National Taipei University Of Technology Modular planar interconnect device for a solid oxide fuel cell and the solid oxide fuel cell containing the same
KR20200040976A (ko) * 2018-10-10 2020-04-21 현대자동차주식회사 연료전지 스택
KR20220140179A (ko) 2021-04-09 2022-10-18 (주)포인트엔지니어링 막-전극 접합체 및 이를 구비하는 연료전지 셀
CN113600011A (zh) * 2021-08-30 2021-11-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于氢同位素分离的石墨烯固体电解池装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6114562A (ja) * 1984-06-30 1986-01-22 Terumo Corp ｐＨ測定装置
BE1008455A3 (nl) * 1994-06-07 1996-05-07 Vito Gasdiffusie elektrode met katalysator voor een elektrochemische cel met vast elektrolyt en werkwijze ter vervaardiging van dergelijke elektrode.
JPH11219714A (ja) * 1998-02-03 1999-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池
US6159628A (en) * 1998-10-21 2000-12-12 International Fuel Cells Llc Use of thermoplastic films to create seals and bond PEM cell components
US6165634A (en) * 1998-10-21 2000-12-26 International Fuel Cells Llc Fuel cell with improved sealing between individual membrane assemblies and plate assemblies
EP1073138B1 (en) * 1999-07-26 2012-05-02 Tigers Polymer Corporation Sealing structure of fuel cell and process for molding rubber packing
US6261711B1 (en) * 1999-09-14 2001-07-17 Plug Power Inc. Sealing system for fuel cells
US6915547B2 (en) * 1999-10-01 2005-07-12 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same
US6884537B2 (en) * 2001-12-20 2005-04-26 Freudenberg-Nok General Partnership Structural seal for a fuel cell
JP2003288915A (ja) * 2002-03-28 2003-10-10 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池用膜電極接合体
US20030219645A1 (en) * 2002-04-22 2003-11-27 Reichert David L. Treated gas diffusion backings and their use in fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050121939A (ko) 2005-12-28
US20050287414A1 (en) 2005-12-29
JP2006012789A (ja) 2006-01-12
CN1713433A (zh) 2005-12-28
KR100599716B1 (ko) 2006-07-12
JP4890787B2 (ja) 2012-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100521345C (zh) 燃料电池及其制备方法
CN100541886C (zh) 多层膜电极组件（ml-mea）及其制造方法
CN100433426C (zh) 燃料电池的电极基底及其制法以及包括它的膜电极组件
JP4410156B2 (ja) 燃料電池用電解質膜及びこれを含む燃料電池
JP4420960B2 (ja) 燃料電池および燃料電池層
US20070020502A1 (en) High temperature fuel cell system
US8785077B2 (en) Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
JP5130692B2 (ja) 電気化学デバイスおよびその製造方法
JPWO2008026666A1 (ja) 燃料電池用補強型電解質膜、その製造方法、燃料電池用膜−電極接合体、及びそれを備えた固体高分子型燃料電池
US20110165495A1 (en) Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
JP2005302526A (ja) 固体高分子電解質膜及び固体高分子電解質膜を有する膜電極接合体
KR20190037878A (ko) 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 연료 전지 스택
KR102169843B1 (ko) 막 전극 접합체의 제조방법 및 적층체
WO2005106996A2 (en) Thermoplastic-imbibed diffusion media to help eliminate mea edge failure
JP2011171301A (ja) 直接酸化型燃料電池
US20130157167A1 (en) Alternate material for electrode topcoat
JP2006107868A (ja) 燃料電池用セル及びその製造方法並びに燃料電池
JP6278932B2 (ja) 燃料電池用膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池
Apblett et al. Fabrication and testing of a miniature H2/O2 and MeOH/O2 fuel cell
US20220367894A1 (en) Fuel cell
EP2120277B1 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell, method for making the same, and fuel cell system including the same
EP4002526A1 (en) Fuel cell
JP2010257669A (ja) 膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子形燃料電池
KR20080101337A (ko) 연료전지용 전해질막의 보호방법, 연료전지용 막-전극접합체 및 연료전지
KR20230085702A (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090729

Termination date: 20180622

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee