專利名稱：膜電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池密封墊(襯墊，gasket)，更詳細(xì)而言，設(shè)有一 體化密封部的燃料電池的氣體擴(kuò)散層，其中所述一體化密封部包括結(jié)合部。
背景技術(shù)：
本項的記載僅提供與4^>開有關(guān)的背景信息，不構(gòu)成在先技術(shù)。 固體高分子型(PEM)燃料電池眾所周知。PEM燃料電池，將氫原 子在陽極離子化，作為氫陽離子(質(zhì)子)通過特殊膜，在陰極與氧陰離子 結(jié)合而生成水。來自氫的電子經(jīng)由外部電路從陽極向陰極流動，由此產(chǎn)生 能夠利用的電氣。
燃料電池組件(assembly)由層疊并串聯(lián)連接的多個燃料電池構(gòu)成。 各燃料電池一般各包括膜電極組件(MEA,膜電極接合體)，其中所述膜 電極組件具有特殊膜并在其兩側(cè)包括氣體擴(kuò)散層。MEA被在表面上形成有 氣體流道的雙極板夾持。為了防止反應(yīng)氣體以及冷卻劑的泄漏，各燃料電 池各自沿著外部邊緣整體以及所有的開口部的周圍需要密封部或者密封 墊。眾所周知j吏用分離的沖切(模切，die cut)或者模壓橡膠密封墊，在 燃料電池組(層疊體，stack)的組裝時安裝在雙^1之間。但是，關(guān)于相 對于被密封的開口部正確地定位密封墊，存在深刻的問題。產(chǎn)生了錯位的 密封墊不但會引起泄漏、層疊不良，而且會引起雙,的損傷。進(jìn)而，通 過^f吏用分離的密封墊，電池組組裝的整個工序期間顯著增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的以往技術(shù)的問題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種制造性優(yōu)異的膜電極組件。
本發(fā)明提供一種具有一體成形在氣體擴(kuò)散層上并且包括結(jié)合部的密封
部的MEA。具有一體成形的密封部的一對氣#散層夾著結(jié)合部與催化劑 被覆膜互相結(jié)合，形成MEA。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明中的膜電極組件通過將一對雙極板接合在 該膜電極組件的層疊方向的兩面上而形成燃料電池單元(單電池，cell)， 其特征在于
包括
第1氣體擴(kuò)散層，其是所迷一對雙 1中的一方的雙 1所接合的氣 體擴(kuò)散層，并以包圍周緣部的方式一體成形有第1密封部，所述第l密封 部具有沿著與該雙極板的接合面的周緣部與該雙極板緊貼(緊密接合)的 密封凸緣；
第2氣體擴(kuò)散層，其是另一方的雙 1所接合的氣體擴(kuò)，，并以包 圍周緣部的方式一體成形有第2密封部，所述第2密封部具有沿著與該雙 ^1的接合面的周緣部與該雙 1緊密掩^的密封凸緣；和
催化劑祐產(chǎn)膜，其被配置在所迷第1氣體擴(kuò)散層與所述第2氣體擴(kuò)散 層之間；
所述笫1密封部和笫2密封部具有能夠?qū)⒈舜私Y(jié)合的結(jié)合部； 所述第1密封部與第2密封部夾持所述催化劑祐覆膜的周緣部并且通 過所述結(jié)合部互相結(jié)合，由此將所述第1氣體擴(kuò)散層與所述第2氣體擴(kuò)散 層接合于所述催化劑M膜的兩面。
這樣，對于將氣體擴(kuò)散層與雙極板的接合面密封的密封部，與各氣體 擴(kuò)散層分別(各自)一體成形的密封部設(shè)為能夠互相結(jié)合的分離的結(jié)構(gòu)， 由此能夠在催化劑被覆膜上不直接一體成形地形成密封部。因此，能夠抑 制由密封部的一體成形時的催化劑被覆膜的變形等引起的成形不良的產(chǎn)生 等。另外，通過由密封部夾持周緣部而對催化劑被覆膜定位，能夠抑制催 化劑^L霞膜的錯位(偏移)。進(jìn)而，不需要將催化劑#^￡膜與氣體擴(kuò)散層 之間另外粘接等，能夠?qū)崿F(xiàn)制作成本的削減，
5另外，為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明中的膜電極組件是在燃料電池中使
用的膜電極組件，其特征在于 包括
第1氣體擴(kuò)散層，其具有以包圍周圍的方式延伸的第1密封部； 第2氣體擴(kuò)散層，其具有以包圍周圍的方式延伸的第2密封部；和 催化劑祐產(chǎn)膜，其被配置在所述第1氣體擴(kuò)散層和所述第2氣體擴(kuò)散 層之間；
所述第1密封部和笫2密封部具有用于使彼此咬合的、 一體成形的結(jié) 合部。
由此，通過由結(jié)合部將第1密封部與第2密封部互相咬合，第l氣體 擴(kuò)散層與第2氣體擴(kuò)散層夾持催化劑祐產(chǎn)膜而結(jié)合。因此，能夠不在催化 劑被覆膜上直接一體成形密封部地在膜電極組件上一體形成密封部，另夕卜， 不需要將氣體擴(kuò)散層與催化劑被覆膜之間另外粘接等。這樣，通過第l密 封部與第2密封部的結(jié)合部的咬合能夠容易地形成膜電極組件，所以膜電 極組件的制作性得到提高。
優(yōu)選所述結(jié)合部在所述第1密封部和第2密封部的各自上包括鉤狀 邊緣部；此時，優(yōu)選所述笫1密封部和第2密封部，通過所述笫1密封 部和第2密封部的自由邊緣部嵌入所述第1密封部和第2密封部中的相對 的密封部的對應(yīng)的鉤狀邊緣部，從而互相卡合而咬合。
或者，也可以所述第1密封部和第2密封部各自包括具有雄卡合部 的第1邊緣部和具有雌卡合部的第2邊緣部；
所述第1密封部和笫2密封部的各自的所述雄卡合部由另一方的所述 第1密封部和第2密封部的所述雌卡合(接合)部保持。
或者，也可以設(shè)置成所述結(jié)合部，在所述第1密封部和第2密封部 的一方上具有至少一個雄凸部，在所述第1密封部和第2密封部的另一方 上具有對應(yīng)的雌孔部。
此時，優(yōu)選所述第1密封部和第2密封部具有在相互180度旋轉(zhuǎn)而 使相位錯位時互相咬合的相同的結(jié)構(gòu)。由此，能夠通過一種類型的成形模具成形第1密封部與第2密封部，能夠?qū)崿F(xiàn)制作成本的削減。
另外，優(yōu)選所述第1密封部和第2密封部包括沿著所述第1氣體擴(kuò)
散層和所述第2氣體擴(kuò)散層的周圍配置的密封凸緣。
進(jìn)一步的應(yīng)用范圍根據(jù)在這里表示的記載而變得明確。其記載、特定
的實施例僅屬于例示性表示，并不意味著限定本發(fā)明的范圍。
另外，這里所記栽的附圖僅用于例示性表示，并不意味著限定本發(fā)明
的范圍。
如上面所說明，通過本發(fā)明，能夠制造制作性優(yōu)異的膜電極組件。


圖1是具有密封部一體型氣體擴(kuò)散層的MEA的概略剖視圖，其中所 述密封部一體型氣體擴(kuò)散層包括實施例1中的結(jié)合部；
圖2是圖1的MEA的分解剖視圖，對密封部一體型氣體擴(kuò)散層的組 裝進(jìn)行i兌明；
圖3是具有密封部一體型氣體擴(kuò)散層的MEA的概略剖視圖，其中所 述密封部一體型氣體擴(kuò)散層包括實施例2中的結(jié)合部； 圖4是實施例3中的MEA的分解剖視圖。 符號說明
10膜電極組件(MEA)
12催化劑被覆膜(催化劑覆層)
14第1氣體擴(kuò)散層
16第2氣體擴(kuò)^LJ:
18密封部(sealbead)
20結(jié)合部
22雄卡合部
24密封凸緣
具體實施方式
下面參照附圖，基于實施例例示性詳細(xì)說明用于實施本發(fā)明的最佳方 式。但是，本實施例所記載的結(jié)構(gòu)部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置 等，只要沒有特別特定的記載，意味著本發(fā)明的范圍并不僅僅限定于此。
下面的記載的本質(zhì)僅僅是例示，并不限定^^開應(yīng)用或者使用。當(dāng)然， 在所有圖中對應(yīng)的參考符號表示同種或者對應(yīng)的部件、部分。 (實施例1 )
參照圖1以及圖2，說明本發(fā)明的實施例1中的膜電核iEL件(MEA)。 圖1是實施例1中的MEA的概略剖視圖。圖2是實施例1中的MEA的 概略分解剖視圖。MEA10包括催化劑被覆膜12。催化劑被覆膜12是在電 解質(zhì)膜的兩面上以層疊狀態(tài)形成有催化劑層。該催化劑被覆膜12被配置在 笫1氣體擴(kuò)散層14與第2氣體擴(kuò)散層16之間。氣體擴(kuò)散層14、 16各設(shè)有 以包圍其周圍的方式延伸的一體成形的密封部18a、 18b。該密封部18a、 18b可以通過一體模成形或者其他的方法相對于氣體擴(kuò)散層14、 16固定。 在一體成形密封部18a設(shè)有結(jié)合部，該部分被設(shè)計成與設(shè)置于第2氣體擴(kuò) 散層16的一體成形密封部18b的對應(yīng)結(jié)合部連結(jié)。 一體成形密封部18a 設(shè)有結(jié)合部20，可以是鉤狀邊緣部20的形態(tài)，也可以是其他的形態(tài)。另 外， 一體成形密封部18a包括雄卡合部22，該卡合部可以設(shè)為自由邊緣部 的形態(tài)，其中該自由邊緣部適于嵌入第2氣體擴(kuò)散層16的相對的一體成形 密封部18b的鉤狀卡合部20。作為其他的結(jié)合部，包含能夠相對于"雌" 開口部壓入或者咬合(嵌合)的、或者通過設(shè)置壓縮余量而保持的各種"雄" 形狀，但并不限定于此。
結(jié)合部能夠設(shè)為由橡膠或者插入成形(鑲嵌成形)的硬質(zhì)塑料/金屬構(gòu) 成的結(jié)構(gòu)。第1氣體擴(kuò)散層14以及第2氣體擴(kuò)散層16的一體成形密封部 18a、 18b各包括密封凸緣24，在燃料電池組的雙 1(也稱作隔板)之間 形成適當(dāng)?shù)拿芊鉅顟B(tài)。
在MEA10的組裝時，如圖2所示，催化劑被覆膜12被載置在氣體擴(kuò) 散層16的上面上，使第2氣體擴(kuò)散層14從上方下降到催化劑被覆膜12 之上，各一體成形密封部18a、 18b的結(jié)合部20、 20，與結(jié)合部22、 22，互相嗜合，由此完成MEA。
當(dāng)然，結(jié)合部能夠設(shè)為各種形態(tài)，能夠設(shè)置在一體密封部18的外周整 個區(qū)域，也能夠特定部位設(shè)置。進(jìn)而，結(jié)合部也能夠用作用于形成MEA 的催化劑祐，12的定位(對位)的定位部。即，通過由結(jié)合部將密封部 結(jié)合，將催化劑被覆膜的周緣部由密封部夾持，將催化劑被覆膜相對于氣 體擴(kuò)散層定位。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，催化劑被覆膜從所有的成形作業(yè)中免 除，所以防止了因為成形作業(yè)不充分從而催化劑祐羞膜變成碎屑。即，以 往已知將催化劑祐覆膜與氣體擴(kuò)散層預(yù)先接合、在其周緣部一體成形密封 部由此進(jìn)行密封部的成形的方法，但催化劑M膜一般由極其薄且柔軟的 材料構(gòu)成，所以在一體成形密封部時容易產(chǎn)生變形等，有時產(chǎn)生成形不良 等。另外，為了密封部的一體成形，有時也會產(chǎn)生將催化劑被覆膜與氣體 擴(kuò)散層粘接等的必要。但是，在本實施例中，在與催化劑被，接合之前 的各氣體擴(kuò)散層各自 一體形成能夠相互結(jié)合的密封部，通過這些密封部彼
此的結(jié)合，設(shè)為將氣體擴(kuò)散層與催化劑被覆膜接合的結(jié)構(gòu)，由此能夠不在 催化劑,M膜上直接一體成形密封部地在MEA的端部一體形成密封部。 進(jìn)而，通過一體成形密封部的結(jié)合部，排除了另外將MEA結(jié)構(gòu)部件(氣 體擴(kuò)M、催化劑#^_膜)互相粘接或者加熱固定的必要性。因此，提高 了 MEA的制作性。 (實施例2 )
參照圖3,對實施例2中的膜電極組件IO，進(jìn)行說明。圖3是實施例2 中的膜電極組件10，的概略剖視圖。另夕卜，在這里，對于與實施例l共通的 結(jié)構(gòu)賦予相同符號而將其說明省略。沒有特別說明的結(jié)構(gòu)及其作用效果等 與實施例1同樣。如圖3所示，結(jié)合部18c、 18d包括雄凸部122、和雄凸 部122所嵌入的雌孔部120。在圖3的實施例中，表示了第2氣體擴(kuò)散層 16，包括2個雄凸部122的膜電極組件，這些雄凸部122嵌入設(shè)置在第1氣 體擴(kuò)散層14，上的對應(yīng)的雌孔部120。 (實施例3 )
參照圖4，對實施例3中的膜電極組件IO"進(jìn)行說明。圖3是實施例3
9里，對于與上述實施例1
共通的結(jié)構(gòu)賦予相同符號而將其說明省略。沒有特別說明的結(jié)構(gòu)及其作用
效果等與上述實施例同樣。在圖4所示的實施例中，第1氣體擴(kuò)散層14" 與第2氣體擴(kuò)散層16，，形成為對稱形狀，所以兩部件能夠通過180度旋轉(zhuǎn) 而互相嚙合，由此可由一個模腔(mold cavity)成形。詳細(xì)而言，結(jié)合部 在氣體擴(kuò)散層14"、 16，，的各自上包括雄凸部122，與雌孔部120，。該雄凸 部122，以及雌孔部120，與設(shè)置在另一方的層(另一層)上的對應(yīng)的結(jié)合部 (即，雌孔部120，以及雄凸部122，)對應(yīng)。根據(jù)本實施例，能夠通過一 種成形模具成形第1密封部18e與第2密封部18f。即，不再需要準(zhǔn)備2 種成形模具。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)制作成本的削減。
權(quán)利要求
1.一種膜電極組件，通過將一對雙極板接合在其層疊方向的兩面上而形成燃料電池單元，其特征在于包括第1氣體擴(kuò)散層，其是所述一對雙極板中的一方的雙極板所接合的氣體擴(kuò)散層，并以包圍周緣部的方式一體成形有第1密封部，所述第1密封部具有沿著與該雙極板的接合面的周緣部與該雙極板緊密接合的密封凸緣；第2氣體擴(kuò)散層，其是另一方的雙極板所接合的氣體擴(kuò)散層，并以包圍周緣部的方式一體成形有第2密封部，所述第2密封部具有沿著與該雙極板的接合面的周緣部與該雙極板緊密接合的密封凸緣；和催化劑被覆膜，其被配置在所述第1氣體擴(kuò)散層與所述第2氣體擴(kuò)散層之間；所述第1密封部和第2密封部具有能夠?qū)⒈舜私Y(jié)合的結(jié)合部；所述第1密封部與所述第2密封部夾持所述催化劑被覆膜的周緣部并且通過所述結(jié)合部互相結(jié)合，由此將所述第1氣體擴(kuò)散層與所述第2氣體擴(kuò)散層接合于所述催化劑被覆膜的兩面。
2. —種膜電極組件，其在燃料電池中使用，其特征在于 包括第l氣體擴(kuò)散層，其具有以包圍周圍的方式延伸的第l密封部； 第2氣體擴(kuò)散層，其具有以包圍周圍的方式延伸的第2密封部；和 催化劑,i^a膜，其被配置在所述第1氣體擴(kuò)散層和笫2氣體擴(kuò)散層之間；所述第1密封部和第2密封部具有用于使彼此咬合的、 一體成形的結(jié) 合部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的膜電極組件，其特征在于所述結(jié) 合部在所述第1密封部和第2密封部的各自上包括鉤狀邊緣部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所記載的膜電極組件，其特征在于所述第1密 封部和第2密封部，通過所述第1密封部和第2密封部的自由邊緣部嵌入 所述第1密封部和第2密封部中的相對的密封部的對應(yīng)的鉤狀邊緣部，從 而互相卡合而咬合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的膜電極組件，其特征在于 所述第1密封部和第2密封部各自包括具有雄卡合部的第1邊緣部和具有雌卡合部的第2邊緣部；所述第1密封部和第2密封部的各自的所逸維卡合部由另一方的所述 第1密封部和第2密封部的所述雌卡合部保持。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所記載的膜電極組件，其特征在于所述第1密 封部和第2密封部包括沿著所述第1氣體擴(kuò)散層和第2氣體擴(kuò)散層的周圍 配置的密封凸緣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的膜電極組件，其特征在于所述一 體成形的結(jié)合部，在所述第1密封部和第2密封部的一方上具有至少一個 雄凸部，在所述第1密封部和第2密封部的另一方上具有對應(yīng)的雌孔部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所記載的膜電極組件，其特征在于所述第l密 封部和第2密封部具有在相互180度旋轉(zhuǎn)而使相位錯位時互相咬合的相同 的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
提供一種制造性優(yōu)異的膜電極組件。一種使用于燃料電池的膜電極組件(MEA)，包括具有一體型密封部的氣體擴(kuò)散層，其中所述一體型密封部包括結(jié)合部。在氣體擴(kuò)散層的結(jié)合部，通過氣體擴(kuò)散層的一體型密封部使氣體擴(kuò)散層結(jié)合，從而完成MEA，其中所述MEA具有在兩個氣體擴(kuò)散層之間的催化劑被覆膜。
文檔編號H01M8/02GK101617426SQ20088000556
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月20日
發(fā)明者C·F·法烏, J·J·海斯泰克 申請人:Nok株式會社