反射层叠件制造技术

一种用于燃料电池制造的反射层叠件。反射层叠件包括聚合物片和可移除地粘附到聚合物片上的反射基材，该反射基材在400nm至1000nm的各波长下具有大于6％的反射率。聚合物片可包括聚合物电解质膜，例如用膨胀多孔聚四氟乙烯增强的全氟磺酸树脂。反射基材可包括金属基材(例如，铝)。反射基材可以反射穿过聚合物片的电磁辐射的一部分。由反射基材反射的这一部分电磁辐射可用于确定聚合物片的特性或性质(例如，聚合物片的尺寸，聚合物片的厚度或聚合物片的缺陷)。可以将催化剂电极施加到聚合物片的相反侧以形成膜电极组件(“MEA”)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反射层叠件相关申请本申请要求2016年3月11日提交的美国临时申请号62/307,261的优先权，其通过引用纳入本文。专利
本公开一般涉及电化学反应相关的应用中的电化学装置，例如固体聚合物型燃料电池、聚合物电解质燃料电池(“PEFC”)、电解池、气体传感器等。更具体地，本公开涉及用于燃料电池的反射层叠件。
技术介绍
包含聚合物电解质膜(PEM)(也称为质子交换膜)的燃料电池已经很大程度上获得了汽车，固定和便携式电力需求的接受。聚合物电解质燃料电池(PEFC)通常包括层叠在一起的多个单电池。每个电池包括膜电极组件(MEA)，其包括夹在阳极催化剂层和阴极催化剂层之间的PEM。在阳极催化剂层和阴极催化剂层的相对表面处设置气体扩散层(GDL)，以分别向阳极催化剂层和阴极催化剂层供应燃料和氧气。在氢燃料电池中，燃料源向阳极催化剂层提供氢，在此形成氢离子和电子。电子在外部电路中产生电。在阴极催化剂层处，来自空气的氧与穿过膜的氢离子和来自外部电路的电子结合，形成水。PEM燃料电池中使用各种不同的膜，这取决于燃料和预期的操作条件。多氟化磺酸(PFSA)膜是最广为人知和最广泛使用的PEM膜，例如美国E.I.杜邦内穆尔公司(E.I.duPontdeNemoursandCompany,USA)的NafionTM膜。还使用非氟化的、所谓的“烃”膜，以及携带磷酸的膜作为电解质，例如聚苯并咪唑(PBI)。使用单层和多层膜。电极(阳极和阴极)最通常包含在碳载体上的铂与膜中使用的相同(或类似)离聚物混合，其被涂覆到膜上(形成催化剂涂覆的膜或CCM)或GDL上(形成气体扩散电极或GDE)。GDL是随机排列的碳纤维的多孔垫，其通常浸渍有聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)以控制水润湿。为了增加PEM电导和总体PEFC功率输出，已经出现了降低PEM厚度的趋势，如USRE37,307中所述。然而，降低PEM厚度可导致结构完整性的下降和制造过程中的操作问题。已经开发了解决这些问题的方法。例如，日本公开第H06-203851号公开了一种将固体聚电解质膜层叠并粘接到电极片(通常是形成在气体扩散层上的催化剂层)的方法。该专利文献公开了一种粘接方法，其中额外层叠和热压金属网和聚四氟乙烯片。该专利文献公开了利用这种方法，可以克服电极片损坏和电极片软化导致在由固体聚电解质膜和电极片形成的层叠件上进行热压的过程中电极片粘附到压板上的问题。美国公开号2013/0157163公开了一种方法，该方法使得可以容易地操作原本难以操作的炭黑/多孔PTFE复合片，而不会引起皱折或破损。该公开揭示一种在膜电极组件(MEA)上层叠复合片的方法，包括以下步骤：提供MEA；提供包含功能性粉末和PTFE片的复合片；提供离型膜；将复合片叠加在离型膜上并在常温下压制它们；将具有离型膜的复合片叠加在MEA上并热压它们；以及将离型膜与复合片分离。除了在制造过程中改进PEM操作之外，还需要更好的监控或检查PEM的工艺，以确保PEM在制造过程中具有足够的品质。更具体地，需要在MEA制造之前和/或期间更好地确定某些PEM特性或性质，例如厚度或损坏的检测。前述参考文献通过引用整体并入本文，并且旨在说明而非排他性的。在阅读说明书和研究附图之后，相关领域的其他限定对于本领域技术人员将变得显而易见。
技术实现思路
本公开的各种实施方式涉及用于制造电化学装置(例如，燃料电池)的反射层叠件。本公开涉及特别适用于形成电化学装置，尤其是燃料电池的层叠件。在一个实施方式中，层叠件包括聚合物片和粘附到聚合物片上的反射基材。在一个实施方式中，本公开的层叠件可通过将聚合物片可移除地附接到反射基材上而形成。“可移除地粘附”是指包含粘附到反射基材上的聚合物片的层叠件，并且该聚合物片可从反射基材上移除而不会对聚合物片或反射基材造成任何损坏或不可逆变形。“反射”是指反射基材应具有反射电磁辐射的能力，优选包括反射可见光辐射的能力，优选以镜面方式，以基本垂直于层叠件表面的角度反射。“与......垂直的角度”是指相对于层叠件表面成90°角。由于反射基材在不同波长下的反射率可能不同，因此反射率波长范围可以广泛变化。作为示例，在一个实施方式中，反射基材的反射率大于6％，大于10％，大于25％，大于50％，大于75％或大于85％。在一些方面，反射基材在400nm至1000nm的波长下具有大于6％的反射率。“在400nm至1000nm的波长下”是指反射基材在400nm至1000nm之间的所有波长下具有大于指定量的反射率。可以使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度确定反射基材的反射率。“层叠件表面”是指电磁辐射施加在其上的层叠件表面。在一个实施方式中，将电磁辐射施加到聚合物片的顶表面上。在一些实施方式中，聚合物片包括全氟电解质膜。在其他实例中，聚合物片可包括用膨胀多孔聚四氟乙烯(“ePTFE”)增强的全氟磺酸树脂。在又一个实例中，聚合物片可包括聚合物电解质膜(PEM)。反射基材可包括金属基材(例如，铝)。在一些方面，反射基材包括反射层和载体层。在这方面，反射层可以包括金属基材(例如，铝)。载体层可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)。在一些方面，反射基材还可包括附接到反射层的保护层。保护层可包括例如环烯烃共聚物。在一些实施方式中，层叠件提供观察聚合物片的一种或多种特性或性质(例如，聚合物片的尺寸或聚合物片中缺陷的存在)的能力。例如，在一个实施方式中，本专利技术涉及一种测定聚合物片特性的方法。该方法包括将反射基材可移除地附接到聚合物片上以形成层叠件。该方法还包括将电磁辐射传输通过聚合物片并传输到下面的反射基材以反射至少一部分电磁辐射。该方法还可包括例如用分光计检测电磁辐射的反射部分，并基于电磁辐射的该反射部分确定聚合物片的特性或性质。令人惊讶的是，将反射基材附接到聚合物片上可以比通过常规手段更容易地测定聚合物片的性质。在其他实例中，反射基材还可以抑制或防止聚合物片中的缺陷形成(例如，针孔形成)。在一些方面，该方法还包括将催化剂电极(例如，阳极或阴极)施加到聚合物片的相反侧以形成膜电极组件(“MEA”)。例如，一个催化剂电极可以被施加(例如，热压，层叠或以其他方式设置)在聚合物片的一侧或表面上。另一个催化剂电极可以被施加到聚合物片的相反侧或表面上。在一些方面，在将催化剂电极施加到聚合物片之前，从聚合物片上移除(例如，解除连接)反射基材。在其他实例中，可以在去除反射基材之前将催化剂电极施加到聚合物片上。该方法还可以包括将MEA夹在气体扩散层(GDL)之间以形成燃料电池。在另一个实施方式中，本专利技术涉及制造反射层叠件的方法。该方法包括将特定量的聚合物溶液施加到移动的反射基材上。该方法可以进一步包括将聚合物溶液与ePTFE层进行层叠(例如接触)，该ePTFE层以与反射基材相同的方向和相同的速度移动。聚合物溶液浸渍ePTFE层。该方法还任选地包括在任选的80℃至250℃之间的温度下干燥与ePTFE层层叠的聚合物溶液，由此形成涂覆结构。因此，涂覆结构可以包括附接到被ePTFE浸渍的聚合物层的反射基材。该方法任选地还包括卷绕或辊卷涂覆结构。在一些方面，将另一些量的聚合物溶液施加到涂覆结构上，并且可以将另一些量的聚合物溶液与ePTFE层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有表面的层叠件，其包含：聚合物片；和粘附在聚合物片上的反射基材，其中反射基材在400nm‑1000nm波长下的反射率大于6％，所述反射率是使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度下测定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.11 US 62/307,2611.一种具有表面的层叠件，其包含：聚合物片；和粘附在聚合物片上的反射基材，其中反射基材在400nm-1000nm波长下的反射率大于6％，所述反射率是使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度下测定的。2.如权利要求1所述的层叠件，其特征在于，所述反射基材可移除地粘附到聚合物片上。3.如权利要求1所述的层叠件，其特征在于，所述反射基材在400nm-1000nm波长下的反射率为10％-99％，所述反射率是使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度下测定的。4.如权利要求1所述的层叠件，其特征在于，所述反射基材在400nm-1000nm波长下的反射率为85％-95％，所述反射率是使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度下测定的。5.如权利要求1所述的层叠件，其特征在于，所述反射基材在900nm-1000nm波长下的反射率大于6％，所述反射率是使用配备有多波长光源和分光计的反射计，在垂直于层叠件表面的角度下测定的。6.如权利要求1-5中任一项所述的层叠件，其特征在于，所述聚合物片包含聚合物电解质膜。7.如权利要求1-5中任一项所述的层叠件，其特征在于，所述聚合物片包含用膨胀多孔聚四氟乙烯增强的全氟磺酸树脂。8.如权利要求1-5中任一项所述的层叠件，其特征在于，所述聚合物片是聚合物电解质膜。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·阿加波夫，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US