[發明專利]組裝燃料電池周邊襯墊的處理方法和系統

有效

• 申請號: 200780046285.0
• 申請日: 2007-12-03
• 公開（公告）號: CN101558522A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 丹尼爾·M·皮爾龐特;埃里克·J·漢森;邁克爾·T·希克斯;埃里克·J·艾佛森;戴維·J·米勒;斯科特·A·瑞普利
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10;B32B37/20;B32B38/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 張煥生;安 翔

技術領域

本發明整體涉及用于自動制造包括周邊襯墊的多層燃料電池子組件的方法和裝置。?

背景技術

典型的燃料電池電源系統包括電源部分，所述電源部分中提供一個或多個燃料電池組。燃料電池電源系統的功效主要取決于單個燃料電池內以及電池組相鄰燃料電池之間的各種接觸和密封接合的完整性。?

為了達到一些具體實施所需的功率，燃料電池組可包括大量膜電極組件(MEA)、流場板和密封襯墊。必須仔細對齊和組裝燃料電池組的這些以及其他組件。即使只有少數組件未對齊，也可導致氣體泄漏、氫發生極間滲透(crossover)以及性能/耐久性惡化。?

傳統的燃料電池組裝方法通常涉及切割若干輸入幅材組件，以批量操作的方式形成此類材料的層疊件。然后使用各種機械和真空裝置調控組件，以在燃料電池組裝過程中正確定位組件。?

盡管可自動執行這些過程中的多個，但此類方法通常涉及由復雜、耗時并且通常昂貴的自動化設備執行的許多抓握、配準和對齊步驟。與傳統燃料電池制造方法相關的處理步驟的數目和復雜性通常會降低產品產量，給自動化燃料電池組裝線的生產率帶來不利影響。此外，許多傳統燃料電池制造裝置和方法不能很好地適應高的自動化程度，尤其是當此類裝置和方法有嚴格定位公差要求時。?

需要提供改善的燃料電池制造裝置、方法以及利用此類裝置和方法制備的燃料電池子組件。還需要提供可在自動化組裝環境中(例如在自動化燃料電池組裝廠中)實施的此類裝置、方法和燃料電池子組件。本發明即滿足這些以及其他需求，并且可解決先前方法中的其他缺陷。?

發明內容

本發明的實施例涉及燃料電池制造方法、設備和燃料電池子組件。多個實施例舉例說明了成卷的多層燃料電池子組件的自動化制造過程，這些子組件包括成卷的帶襯墊的電解質膜、帶襯墊的催化劑涂覆膜(CCM)和/或帶襯墊的膜電極組件(MEA)。?

本發明的一個實施例涉及通過卷繞法制備燃料電池組件的方法。在包括粘合劑層的第一和第二襯墊幅材上切出間隔開的孔。第一和第二襯墊幅材被傳送到傳輸裝置上的粘合工位。包括至少一片電解質膜的膜幅材也被傳送到粘合工位。在粘合工位中，通過將第一和第二襯墊幅材附接到膜幅材來形成帶襯墊的膜幅材。第一襯墊幅材通過第一襯墊幅材的粘合劑層附接到膜幅材的第一表面。第二襯墊幅材通過第二襯墊幅材的粘合劑層附接到膜幅材的第二表面。?

傳送第一和第二襯墊幅材的第一和第二傳輸裝置中的一個或兩個可包括(例如)真空傳輸裝置、輥或載體幅材。粘合工位可以包括一對或多對圓柱形粘合輥。?

在一些具體實施中，第一和第二襯墊幅材基本上同時附接到膜幅材。在其他具體實施中，第一襯墊幅材先附接到膜幅材，之后第二襯墊幅材再附接到膜。可以在將第一和第二襯墊幅材附接到膜幅材上之前或之后，在膜幅材上設置催化劑層。?

根據一種構造，電解質膜是催化劑涂覆的電解質膜(CCM)，并且?第一和第二襯墊幅材附接到CCM。?

其他方法可能涉及將氣體擴散層附接到帶襯墊的膜幅材的活性區域上。在一些具體實施中，第一氣體擴散層設置在第一襯墊層的孔內，第二氣體擴散層設置在第二襯墊層的孔內。在其他具體實施中，氣體擴散層可以重疊第一和/或第二襯墊層。氣體擴散層可以包括催化劑層。?

在一些構造中，第一和/或第二襯墊幅材的粘合劑可以具有粘合劑襯片，可在粘合工位將第一和第二襯墊幅材附接到膜幅材之前移除粘合劑襯片。?

在一些構造中，電解質膜和/或催化劑受到“限制”，使得電解質膜或催化劑不會一直延伸到第一和第二襯墊幅材的邊緣。在一個具體實施中，電解質膜和/或催化劑在幅材橫向方向上受到限制。?

根據本發明的一個方面，第一和/或第二襯墊層的粘合劑可以包括壓敏粘合劑。可以使用室溫下工作的粘合輥，通過第一和/或第二襯墊層的壓敏粘合劑，將第一和/或第二襯墊幅材附接到膜幅材。?

根據本發明的另一個方面，第一和/或第二襯墊層的粘合劑包括熱活化粘合劑。可以使用受熱粘合輥，通過第一和/或第二襯墊層的熱活化粘合劑，將第一和/或第二襯墊幅材附接到膜幅材。?

根據本發明的又一個方面，第一和/或第二襯墊層的粘合劑包括紫外線固化粘合劑。可以通過第一和/或第二襯墊層的紫外線固化粘合劑將第一和/或第二襯墊幅材附接到膜幅材。?