福特公開燃料電池膜電極(MEA)製造新專利, 氫能車還造嗎?

福特近日公開了一件燃料電池的核心器件——膜電極元件（MEA）製造方法相關的發明專利，名為《用於燃料電池的邊緣到框體無催化劑的膜電極元件（MEA）的製造方法、MEA和MEA燃料電池》。

膜電極元件（MEA，Membrane Electrode Assembly）又稱膜電極，它在燃料電池中由質子交換膜、氣體擴散層、催化層組成，與其兩側極板組成燃料電池單體，是燃料電池發電的關鍵核心部件。

如上圖所示的氫燃料電池中，陽極的氫氣透過擴散層後，遇到鉑等催化劑，分解成氫離子（即質子）、電子。

氫離子可以透過質子交換膜，到達陰極，如果外電路接通，兩邊即形成電勢差，電子可以透過外電路也到達陰極，在氧氣穿過擴散層到達催化劑層後，3者發生反應生成水。

當前的膜電極元件在製造過程中，由於催化劑層和電池框體彼此接觸的區域中容易出現化學降解現象，導致催化劑層逐漸降解變薄，降低電池的效能、壽命，甚至在框體與催化劑層之間的邊緣處發生故障。

越來越多的研究重點放在提升燃料電池膜電極的耐久性上。

福特在近日公開的專利中提出一種膜電極元件製造方法的方案以解決此問題，其思路是在框體區域與催化劑層鄰接部位建立間隙，消除二者的直接接觸。

如上圖所示，2為膜（質子交換膜等），3、4為催化劑層，6為電池框體。在常規的電池結構中，框體與鉑是直接接觸的。福特這件專利的一個核心就是在催化劑層與框體之間預留了間隙，如圖中的5、12，以及三角形區域7。

解除二者的直接接觸後，其化學降解現象也會相應降低。

專利的第二個核心是關於膜電極元件的製造，重點是如何量產帶有上述間隙的膜電極。

這部分稍微有些複雜，大致是採用“貼花法”，分為3個步驟。首先先將框體6定位在膜2與第一貼花層13之間，再透過壓制程式將貼花層13、14和膜、框體貼合。這個貼合的過程中，由於框體的存在，兩側會形成間隙空間。透過在壓實體上施加不同的力，即可以控制形成第三步圖中所示的間隙。

這件專利福特已在美國、PCT同步申請，其中在美國的專利已獲得授權。此外，從專利權利人來看，其所有人曾為AUTOMOTIVE FUEL CELL COOPERATION CORP。，是一家由福特與DAIMLER AG共同建立的合資公司。不過此公司已處於關停狀態，專利轉移到兩家公司共同持有。

這也並不奇怪。福特在2013年就曾宣佈與梅賽德斯賓士公司和日產結盟，共同開發氫燃料電池技術，希望在2017年就推出氫能汽車。

不過氫燃料電池雖然清潔，但大規模應用尚存在許多問題。眼瞅著特斯拉、比亞迪等鋰電汽車風生水起，就連一開始全力押注氫能，對鋰電池不屑一顧的豐田都開始務實地效仿中國了，福特、戴姆勒自然也轉變了戰略。

不過，在中國，福特也算是透過深藍SL03將氫能車落地了。

想了解詳細步驟，可以私信前沿君獲取專利全文。