[發明專利]一種燃料電池三層核心組件的連續化制造方法

無效

• 申請號: 201210016286.3
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102544558A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 潘牧;李笑暉;胡阿勇;柯群;宛朝輝;陳磊
• 申請（專利權）人: 武漢理工新能源有限公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

技術領域

本發明涉及一種燃料電池三層核心組件(3-CCM)的連續化制造工藝技術。

背景技術

燃料電池以其高效、污染小、可靠性高及易維護等諸多優點，被譽為是繼水力、火力和核能之后的第四代發電裝置。而質子交換膜燃料電池(PEMFC)又是其中適應性最廣的燃料電池類型。PEMFC是目前較成熟的一種能將氫氣與空氣中的氧氣化合成潔凈水并釋放出電能的技術。由于其使用可再生的能源資源——氫氣，生成反應物為水，實現了零排放。PEMFC用的核心組件(Catalyst?Coated?Membrane，CCM)是近年發展起來有別于傳統膜電極組件(Membrane?Electrode?Assembly，MEA)結構的技術，由于CCM技術中催化劑層與電解質膜具有良好接觸，這種方法可以提高催化劑的利用率，并且在同一性能要求下能進一步降低Pt的擔載量。因此CCM技術是被大家看好的制作MEA的主流研究方向，國內外已經發表了多篇相關專利和文獻。

而隨著PEMFC商業化程度的深入和需求量的逐年增大，CCM批量制造工藝技術成為燃料電池產量提高的瓶頸，這其中的關鍵工藝難點在于：為了提升燃料電池輸出性能，質子交換膜的厚度被做得越來越薄，比如美國杜邦公司的NR212膜為50微米，NR211膜為25微米，XL膜為25微米和武漢理工新源有限公司自供的WIFION復合膜為12.5微米，并且他們易受到環境溫濕度的影響，這導致連續化CCM制造過程中對其的牽引、張力控制、涂覆和加熱處理等方面存在困難，因此，CCM的可連續化批量制造工藝近年來引起眾多國際商業巨頭們的關注：

已授權的比亞迪公司中國專利200710130584公開了一種制備燃料電池膜電極的絲網印刷制備方法，使由通過控制催化劑漿料的固體含量在5wt％～15wt％之間，則在使用催化劑漿料由絲網印刷法制備催化層的過程中，期望可以控制催化層的印刷精度在0.5～3微米的范圍內，使催化層的厚度更加均勻，從而改善膜電極的性能；

已授權的赫切斯特公司中國專利96199142.9提供了一種膜/電極組成品的連續化生產工藝方法，其核心在于利用質子交換膜與涂有催化劑層的碳布材料進行熱壓層疊的方式粘合，從而達到連續化生產的目的；

已授權的勝光公司中國專利200510073111.6提供了一種在質子交換膜上下表面分別貼覆板架的方式使質子交換膜得到剛性的支撐，利用該質子交換膜上下表面的板架以外的區域進行催化劑層的復合，由于板架的剛性夾持，使催化劑層復合的過程中，從而得到3層CCM組件；

已授權的3M公司的美國專利7432009提供了一種連續化制造膜電極組件的工藝方法，將催化劑層或者是涂有催化劑的氣體擴散電極用輥切的方式切成所需規格，然后利用真空傳輸帶將陰陽極的催化劑層傳輸至熱壓位，將它們與質子交換膜進行對位熱壓，從而制備膜電極組件。

上述發明中沒有解決在催化劑涂覆或熱壓的過程中引起質子交換膜的尺寸變形及其導致催化劑層的復合缺陷這些問題，使得CCM產品的可批量化制造的穩定性降低，最終也將影響到其性能和成本，因此，如何提高CCM產品的可批量制造性是各個燃料電池廠商的首要問題。

發明內容

本發明的目的旨在解決提高燃料電池核心組件的可連續化批量制造問題，提供一種燃料電池三層核心組件(3-CCM)的連續化制造方法，從而降低燃料電池的成本。

本發明的技術方案是：

一種燃料電池三層核心組件的連續化制造方法(參見附圖1、圖2)，其步驟至少包括如下：

1)通過質子交換膜放卷位1和第1保護膜放卷工位12將質子交換膜2和第1保護膜4進行放卷，通過第1貼合工位3將兩者進行貼合；

2)將步驟1)中的兩者貼合物通過第1催化劑復合工位5，使得第1催化劑層6與質子交換膜2上沒有貼合的一側進行復合，并且通過第1烘干工位7進行烘干；

3)在第2貼合工位9將第2保護膜10貼合至步驟2)中第1催化劑層6的一側，再利用第2保護膜收卷工位13將第1保護膜4進行排廢收卷；

4)當位置傳感器11探測已復合好的第1催化劑層6的位置后，發出指令給第2催化劑復合工位14，讓其在質子交換膜的另一側進行第2催化劑層15的對位復合，使得第1催化劑層6與第2催化劑層15的位置關系為在質子交換膜2的兩側對稱；

5)步驟4)進行完后，通過第2烘干工位16進行烘干，即得到燃料電池三層核心組件，利用3-CCM收卷工位17對帶有第2保護膜10的燃料電池三層核心組件成品收卷。