[發明專利]用于制造燃料電池的膜電極組件的裝置和方法

有效

• 申請號: 201711065289.5
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN108963306B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李真源
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明涉及用于制造燃料電池的膜電極組件的裝置和方法。所述裝置可以包括：上側和下側結合輥，所述上側和下側結合輥分別布置于傳輸路徑的上方和下方，電解質膜、上部和下部電極薄膜以預定線速度傳輸通過所述傳輸路徑；上側和下側結合輥中的一個設置為通過第一驅動源而可以沿豎直方向往復地移動，并在壓迫上部和下部電極薄膜的同時，將上部電極薄膜的陽極催化劑電極層和下部電極薄膜的陰極催化劑電極層轉移至電解質膜的上側和下側；薄膜復卷機，其設置于傳輸路徑的上方和下方，并對上部和下部電極薄膜進行復卷；以及強制驅動輥，其設置于由薄膜復卷機中的一個進行復卷的電極薄膜的復卷路徑中，并且選擇性地以預定驅動速度來強制進給電極薄膜。

技術領域

本發明涉及用于制造燃料電池堆部件的系統。更具體地，本發明涉及用于燃料電池的膜電極組件的裝置和制造方法。

背景技術

眾所周知，燃料電池通過氫和氧之間的電化學反應來發電。燃料電池的特征在于，其可以利用外部化學反應材料來連續發電，而不需要單獨的充電工藝。

燃料電池可以包括分隔板，其中膜電極組件(MEA)插置在分隔板之間。多個燃料電池可以連續地布置，以形成燃料電池堆。

在這里，膜電極組件(其是燃料電池的核心部分)例如具有這樣的三層結構：其中，形成陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層，電解質膜插置在陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層之間，氫離子通過電解質膜而在陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層之間移動。陽極催化劑電極層形成于電解質膜的一側，而陰極催化劑電極層形成于電解質膜的另一側。這種具有三層結構的膜電極組件可以通過例如直接涂布法、薄層轉壓法(decalmethod)等來制造。

薄層轉壓法通過將涂布有催化劑電極層的電極薄膜分別堆疊在電解質膜的兩個相對側上，利用輥層壓法(roll-laminating method)來將催化劑電極層轉移至電解質膜的兩個相對側來結合催化劑電極層，并且去除電極薄膜，從而制造具有三層結構的膜電極組件。

也就是說，通過使催化劑電極層和電解質膜穿過高溫高壓結合輥(bonding roll)來對涂布有催化劑電極層的卷式(roll-type)電極薄膜和卷式電解質膜進行熱壓迫(thermally compressing)并且隨后去除電極薄膜，利用薄層轉壓法的膜電極制造工藝可以制造三層結構的膜電極組件。

利用采用了輥層壓法的薄層轉壓法的膜電極制造工藝，可以快速制造三層結構的膜電極組件，因此，其在大量生產中具有優勢。

然而，由于在涂布有催化劑電極層的電極薄膜分別放置于(插入電極薄膜之間的)電解質膜的兩個相對側的同時使催化劑電極層和電解質膜穿過高溫高壓結合輥，導致催化劑電極層和電解質膜在它們相互接觸的方向受到熱壓迫，所以利用連續輥層壓的薄層轉壓法存在陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層的熱壓迫的位置調整的問題。

也就是說，由于在催化劑電極層和電解質膜連續地穿過總是處于加壓狀態的高溫高壓結合輥之間的同時，催化劑電極層被熱壓迫至電解質膜的兩個相對側，所以，由于在連續輥層壓工藝中電極薄膜的進給速度而導致催化劑電極層的末端壓迫的位置可能不會精確匹配。

此外，難以為陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層的熱壓位置進行調整的另一原因是，在通過向電極薄膜涂布催化劑料漿來制造具有連續圖案的催化劑電極層的工藝中，催化劑電極層之間的節距(pitch)并不是一致的。

公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在增強對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的各個方面都致力于提供用于制造燃料電池的膜電極組件的裝置和方法，所述裝置可以自動地調整陽極催化劑電極層和陰極催化劑電極層的傳輸相對于電解質膜的兩個相對側的位置。