用于生产非增强的电化学电池部件的连续制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产非增强的电化学电池部件例如气体分离器隔膜和气体扩散电极的连续制造方法，所述非增强的电化学电池部件用在电化学转化过程中。在所述方法中，由料幅材料悬浮液直接在传送带的表面上形成料幅模板。料幅材料悬浮液包括互连实体、例如纤维，互连实体悬浮在溶液中，溶液具有作为溶质的有机聚合物粘结材料和用于该溶质的溶剂以及成孔材料。传送带上的料幅模板前进通过包含第一非溶剂的第一非溶剂浴。第一种非溶剂与料幅模板相互作用并且在料幅模板中引入相转化以形成料幅。将料幅从传送带的表面分离。分离的料幅前进通过成孔浴以形成非增强的电化学电池部件，该部件最终被收集。

A continuous manufacturing method for the production of non reinforced electrochemical cell components

The invention relates to a continuous manufacturing method for producing non enhanced electrochemical battery components, such as gas separator diaphragm and gas diffusion electrode, which are used in the electrochemical conversion process. In the method, a web template is formed by a web material suspension directly on the surface of the conveyor belt. The suspension of the material sheet includes an interconnected solid, such as a fiber, suspended in a solution having an organic polymer binding material as a solute, a solvent for the solute, and a pore forming material. The web template on the conveyor belt moves forward through a first nonsolvent bath including a first nonsolvent. The first non solvent interacts with the web template and introduces phase transformation into the web template to form the web. Separate the web from the surface of the conveyor belt. The separated material sheet moves forward through a pore forming bath to form a non reinforced electrochemical cell component, which is eventually collected.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产非增强的电化学电池部件的连续制造方法本专利技术涉及制造用于电化学转化过程的非增强的电化学电池部件、尤其涉及连续制造非增强的电化学电池部件的技术。在现代，诸如电解之类的电化学转化过程被用于各种目的，例如用在氢气和/或氧气产生中，其通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)在电解槽中通过电解质、即一般是水的电解实现。通常，将碱性水或酸性水用作电解质。其它例子是二氧化碳的电化学还原。在其中进行这种电化学转化过程的电化学转化设备例如电解槽包括被称为气体扩散电极的电极，其将电能传导至电解质，从而分解电解质和/或其它添加的反应物以生成所需要的产物例如氧气、氢气等。在这种电化学转化过程中使用的另一个重要部件是气密膜或隔膜，其被称为气体分离器隔膜或简称气体分离器，它将电化学转化设备分为多个腔室或隔室并且允许离子从一个这样的腔室流向另一个腔室，但不允许气体如氧气或氢气从一个腔室流向另一个腔室，从而使电化学转化的产物保持分离并且因此可回收。这些电化学电池部件、即气体分离器隔膜和/或气体扩散电极目前是通过批量生产来制造的。常规地，使用不同类型的批量制造工艺来制造诸如气体分离器之类的电化学电池部件。在常用的技术中，由有机粘结剂在溶剂中制成溶液。此外，在是气体扩散电极的情况下，可选地将一定量的金属氧化物和/或金属氢氧化物添加到悬浮液中，气体扩散电极下文也称为GDE(Gasdiffusionelectrode)。随后将悬浮液设成片材形式，并且最后通过浸入非溶剂中萃取来除去溶剂。气体分离器具有低的机械强度，并且在承受加压的腔室时容易失效，这样的腔室在安装有这种气体分离器以供使用的电解槽中是常见的。此外，由于这种气体分离器是易碎的，因此将这种气体分离器装入电解槽中需要高技能并且通常较复杂并且容易使气体分离器撕裂或破裂。为了解决机械强度和耐久性低的问题，使用网状物结构或织物、例如乙烯-四氟乙烯(ETFE)和聚苯硫醚(PPS)的网状物，其形成气体分离器核心或基底。将网状物结构或织物浸入悬浮液中或用悬浮液涂覆，随后将网状物结构或织物与悬浮液涂层一起设置以形成气体分离器，通常通过例如浇注在惰性基底如玻璃托盘或玻璃板上。随后，通过如下方式去除溶剂：将气体分离器浸入非溶剂中进行萃取(或抽提)，通常是将气体分离器与惰性基底一同放入装有非溶剂溶液的敞口槽中。具有网状物结构或织物核心或基底的这种气体分离器在机械上更坚固，但是具有其它缺点。缺点之一是这种气体分离器的尺寸受到所用网状物结构或织物的尺寸的限制。此外，将网状物结构或织物设置在悬浮液中是复杂的，并且需要以最大的进动来实施以便获得均匀形成的气体分离器。通常，溶液在网状物结构或织物的相反侧上的涂覆量是不同的，因此导致不均匀的气体分离器，这样的气体分离器对于在电化学转化过程中的使用不具有最佳效率。而且，网状物结构或织物增加了这种气体分离器的成本。此外，批量生产的生产过程是劳动密集型的，例如通常已知的生产方法需要将气体分离器放置在非溶剂浴和其它后续的浴中，并且这些批量生产步骤中的大多数都需要人工干预或辅助。使用批量生产的另一个缺点是气体分离器的尺寸和形状受到批量生产中使用的浇注设备的尺寸和形状的限制。因此，需要一种用于电化学电池部件如气体分离器的制造方法，该方法是低劳务型的、不受批量生产中使用的浇注设备的尺寸和形状的限制并且可以完全自动化。因此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于制造电化学电池部件的制造技术，这种制造技术是低劳务型的、不受批量生产中使用的浇注设备的尺寸和形状的限制并且可以完全自动化。此外希望通过这种制造技术生产的电化学电池部件具有必要的机械强度并且不受网状物或织物的限制。所述技术问题通过根据本技术的权利要求1的连续制造方法来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利的实施例。本专利技术提出了一种连续制造方法，用于生产在电化学转化过程中使用的非增强的电化学电池部件。本文所使用的术语“非增强的”是指不具有通常用在气体分离器中的网状物或织物层，即，在本技术的电化学电池部件内未嵌入任何预先形成的网状物或织物增强物。电化学转化过程的例子是水电解、二氧化碳的电化学还原以及使用电化学应用例如燃料电池和蓄电池进行的其它电化学过程。非增强电化学电池部件的例子，下文也称为电化学电池部件或简称部件，包括气体分离器隔膜和气体扩散电极。与批量制造相反，本技术是连续制造技术。本技术的制造是连续过程或连续的流水作业，因为用于制造所述部件的材料在连续移动的同时被处理、即实施不同的制造步骤。在所述方法中，由料幅材料悬浮液直接在传送机构的传送带的表面上形成料幅模板。料幅材料悬浮液包括悬浮在溶液中的互连实体。该溶液具有作为溶质的有机聚合物粘结材料和用于溶质的溶剂，即聚合物-溶剂溶液。所述溶液还具有成孔材料。互连实体是诸如纤维之类的实体，它们有区别地并且独立地存在，但是由于其构造用于形成这种实体的网络结构，因此当置于有限空间或有限体积中时彼此互连。所述网络结构类似于交织或交错的结构，例如由实体的交叉或互连形成的网状物。在诸如本技术的制造应用中使用的料幅是长、薄且柔性的材料或类似于长板或膜的主体，其在连续制造系统的后续布置的处理站或处理单元或处理模块或处理区中被处理。料幅模板是料幅的前体或前身，即，料幅模板虽然在没有支撑的情况下不够坚固或坚韧以便保持其形状、形态或结构，但其形状、形态和结构基本上类似于待形成的料幅。如此形成在传送带上的料幅模板前进通过第一非溶剂浴。第一非溶剂浴包括第一非溶剂。第一非溶剂与料幅模板相互作用并在料幅模板中引入相转化，即选择性地提取用于溶质的至少一部分溶剂，即从上述聚合物-溶剂溶液中去除溶剂，从而留下多孔的、固态膜即料幅。将料幅从传送带的表面分离。分离的料幅前进通过成孔浴以形成部件、最终被收集。如本技术中所使用的，术语“前进通过”浴是指从形成浴的材料或溶液或液体的一侧移入并且从另一侧移出。当料幅从一侧向另一侧移动时，料幅保持浸没在浴的材料或溶液或液体中。通过本技术制造的部件有效率地生产。这样的效率源于没有网状支撑物或下面的增强材料、例如PPS或ETFE网，并且生产不受浇注设备尺寸的限制。这种制造是有劳动效率的并且可以完全自动化。在所述方法的一种实施方式中，在料幅模板在传送带表面上形成之前，通过选择互连实体的类型和浓度，以及通过将互连实体连续地混合到聚合物-溶剂溶液中来制备料幅材料悬浮液。在所述方法的另外的实施方式中，在形成料幅模板时，将料幅材料悬浮液从进料机构帘式进料到传送带的表面上，也就是说，流体即料幅材料悬浮液的不间断的帘幕下落在传送带的表面上以形成料幅模板。随后通过使用厚度控制机构(例如刮片)限定料幅模板的厚度，所述厚度控制机构设置在传送带的表面上方的希望高度处。在所述方法的另外的实施方式中，使料幅前进通过第二非溶剂浴。第二非溶剂浴包含第二非溶剂，并在料幅中引入相转化，即继续选择性地萃取用于溶质的溶剂，即从上述聚合物-溶剂溶液中去除溶剂，从而留下更多孔的、进一步固态化的料幅。在将料幅从传送带的表面分离之后，使料幅前进通过第二非溶剂浴。在所述方法的另外的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产用在电化学转化过程中的非增强的电化学电池部件(1)的连续制造方法(100)，所述方法(100)包括：/n-由料幅材料悬浮液(9)直接在传送机构(20)的传送带(22)的表面(23)上形成(110)料幅模板(5)，其中，所述料幅材料悬浮液(9)包括悬浮在溶液中的互连实体(3)，所述溶液具有作为溶质的有机聚合物粘结材料和用于所述溶质的溶剂以及成孔材料；/n-使料幅模板(5)前进通过(120)第一非溶剂浴(30)，其中，所述第一非溶剂浴(30)包括第一非溶剂(32)，所述第一非溶剂(32)配置用于将相转化引入料幅模板(5)以形成料幅(8)；/n-将料幅(8)从所述传送带(22)的表面(23)分离(130)；/n-使料幅(8)前进通过(160)成孔浴(60)以形成部件(1)；和/n-收集(190)部件(1)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170426 EP 17168178.61.一种用于生产用在电化学转化过程中的非增强的电化学电池部件(1)的连续制造方法(100)，所述方法(100)包括：
-由料幅材料悬浮液(9)直接在传送机构(20)的传送带(22)的表面(23)上形成(110)料幅模板(5)，其中，所述料幅材料悬浮液(9)包括悬浮在溶液中的互连实体(3)，所述溶液具有作为溶质的有机聚合物粘结材料和用于所述溶质的溶剂以及成孔材料；
-使料幅模板(5)前进通过(120)第一非溶剂浴(30)，其中，所述第一非溶剂浴(30)包括第一非溶剂(32)，所述第一非溶剂(32)配置用于将相转化引入料幅模板(5)以形成料幅(8)；
-将料幅(8)从所述传送带(22)的表面(23)分离(130)；
-使料幅(8)前进通过(160)成孔浴(60)以形成部件(1)；和
-收集(190)部件(1)。


2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：在形成(110)料幅模板(5)之前，制备(105)料幅材料悬浮液(9)，其中，所述料幅材料悬浮液(9)通过如下方式制备(105)：
-选择互连实体(3)的类型和互连实体(3)的浓度，和
-连续地将互连实体(3)混合到所述溶液中。


3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中，形成(110)料幅模板(5)包括：
-将料幅材料悬浮液(9)从进料机构(10)帘式进料(112)到传送带(22)的表面(23)上，和
-在传送带(22)的表面(23)上限定(114)料幅模板(5)的厚度。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，包括：
-在将料幅(8)从所述传送带(22)的表面(23)分离(130)后，使料幅(8)前进通过(140)第二非溶剂浴(35)，其中，第二非溶剂浴(35)包括第二非溶剂(36)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，包括：压缩(150)所述料幅(8)，以便限定所述料幅(8)的厚度。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：MK汉森，KT瑟基尔德森，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE