用于制造膜-电极组件的方法和设备技术

根据本发明专利技术的用于制造膜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造膜
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电极组件的方法和设备


[0001]本公开涉及一种用于制造膜
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电极组件的方法和设备，更具体地，涉及一种用于制造膜
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电极组件的方法和设备，其能够快速且准确地形成被配置为传输气体或冷却剂的歧管孔，从而在降低缺陷率的同时提高生产率。

技术介绍

[0002]聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)被配置成利用堆叠有单体电池(其中每个单体电池包括膜
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电极组件(MEA)和隔板(也称为双极板))的结构来发电，聚合物电解质膜燃料电池由于其高能量效率和环境友好特性，所以作为能够替代化石燃料的下一代能源而受到关注。
[0003]膜
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电极组件通常包括阳极(也称为燃料电极)、阴极(也称为空气电极)以及它们之间的聚合物电解质膜。
[0004]向阳极供应诸如氢气等燃料时，作为氢氧化反应的结果，在阳极产生氢离子(H+)和电子(e
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)。产生的氢离子通过聚合物电解质膜转移到阴极，产生的电子通过外部电路转移到阴极。供应到阴极的氧与氢离子和电子结合，作为还原的结果，生成水。
[0005]通常，在聚合物电解质膜的第一表面以及聚合物电解质膜的与第一表面相对第二表面上分别设置具有被配置为使阳极露出的电极窗的第一子衬垫膜和具有被配置为使阴极露出的电极窗的第二子衬垫膜。
[0006]第一子衬垫膜和第二子衬垫膜是被配置为(i)防止在燃料电池的运行期间由于聚合物电解质膜的反复的膨胀和收缩引起的对聚合物电解质膜的边缘部的损害，(ii)改善极薄的聚合物电解质膜和/或膜
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电极组件的处理，以及(iii)防止氢气和氧气的泄漏。
[0007]必须在膜
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电极组件中提供被配置为传输氢气/氧气或冷却剂的歧管孔。在下文中，将参照图1详细描述传统的歧管孔形成方法。
[0008]首先，第一子衬垫膜14和第二子衬垫膜15分别附接到通过在电解质膜11的第一表面和第二表面上形成第一电极(例如，阳极)12和第二电极(例如，阴极)13而获得的催化剂涂覆膜(CCM)的相对的表面。
[0009]第一电极12的中心部分通过形成在第一子衬垫膜14中的第一电极窗14a露出，第二电极13的中心部分通过形成在第二子衬垫膜15中的第二电极窗15a露出。第一电极12和第二电极13的暴露部分是直接有助于发电的有源区域AA。即，第一电极窗14a和第二电极窗15a限定有源区域AA。
[0010]由此获得的多层堆叠体沿与最终膜
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电极组件的形状和尺寸相对应的第一切割线CL1被切割。此外，多层堆叠体沿与要设置在最终膜
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电极组件中的歧管孔的形状和尺寸相对应的第二切割线CL2被切割，以形成歧管孔。
[0011]以往，使用视觉传感器测量第一电极12或第二电极13的位置，并且基于此确定第一切割线CL1和第二切割线CL2的位置。用于测量第一电极12或第二电极13的位置的感测点SP是第一电极12和/或第二电极13的至少两个角部。在重叠型结构中，电极的边缘部被子衬
垫覆盖，这与通过电极窗露出整个电极的边缘配合型结构不同，在这种重叠型结构中，第一电极12和第二电极13的角部分别被第一子衬垫膜14和第二子衬垫膜15覆盖。然而，由于子衬垫膜通常是无色且透明的，因此角部仍然可以被视觉传感器感测到，因此这些角部可以用作感测点SP。
[0012]如图1所示，当第一子衬垫膜14和第二子衬垫膜15附接到CCM时，第一电极窗14a和第二电极窗15a没有与第一电极12和第二电极13准确地对齐的情况会非预期地偶尔发生。
[0013]尽管电极窗14a和15a与电极12和13之间存在这种不对准，但如果基于电极12和13的角部的位置确定第一切割线CL1和第二切割线CL2，则由电极窗14a、15a限定的有源区域AA不位于最终产品的中心，有源区域AA与歧管孔之间的距离d1、d2产生差异，从而导致产品缺陷。
[0014]此外，在重叠型结构中，使用视觉传感器对第一切割线CL1和第二切割线CL2的定位是在第一子衬垫膜14和第二子衬垫膜15是无色且透明的前提下执行的。如果第一子衬垫膜14和第二子衬垫膜15是有色的或不透明的，则无法感测第一电极12或第二电极13的位置，或者其准确性大幅降低。
[0015]此外，使用视觉传感器感测第一电极12或第二电极13的位置、基于其结果确定第一切割线CL1和第二切割线CL2的位置以及切割多层堆叠体的一系列过程仅针对每个单独的多层堆叠体执行，因此在提高膜
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电极组件的生产率方面存在限制。

技术实现思路

[0016]技术问题
[0017]因此，本公开涉及一种用于制造膜
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电极组件的方法和设备，其能够防止由上述相关技术的限制和缺点引起的问题。
[0018]本公开的一个目的是提供一种膜
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电极组件的制造方法，其能够快速且准确地形成被配置为传输气体或冷却剂的歧管孔，从而在降低缺陷率的同时提高生产率。
[0019]本公开的另一个目的是提供一种膜
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电极组件的制造设备，该设备能够快速且准确地形成被配置为传输气体或冷却剂的歧管孔，从而在降低缺陷率的同时提高生产率。
[0020]除了上述目的之外，本专利技术的其他特征和优点将在下文进行描述，或者本专利技术所属领域的技术人员将通过以下描述清楚地理解本专利技术的其他特征和优点。
[0021]技术方案
[0022]根据本公开的一个方面，提供一种膜
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电极组件的制造方法，包括：第一步骤，制备膜
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电极堆叠体，所述膜
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电极堆叠体包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的电解质膜、第一表面上的第一电极以及第二表面上的第二电极；第二步骤，制备第一子衬垫膜，所述第一子衬垫膜具有第一中心区域和围绕第一中心区域的第一周边区域；第三步骤，在第一中心区域中形成第一电极窗；第四步骤，在第一周边区域中形成至少两个第一定位孔；第五步骤，制备第二子衬垫膜，所述第二子衬垫膜具有第二中心区域和围绕第二中心区域的第二周边区域；第六步骤，在第二中心区域中形成第二电极窗；第七步骤，在第二周边区域中形成至少两个第二定位孔；第八步骤，将第一子衬垫膜附接到电解质膜的第一表面，使得第一电极的至少一部分通过第一电极窗露出，并且将第二子衬垫膜附接到电解质膜的第二表面，使得第二电极的至少一部分通过第二电极窗露出，从而形成多层堆叠体；第九步
骤，在多层堆叠体的与第一中心区域和第二中心区域相对应的中心部分中形成至少一个歧管孔；以及第十步骤，去除多层堆叠体的与第一周边区域和第二周边区域相对应的周边部分。
[0023]可以基于第一定位孔和第二定位孔的位置来执行形成至少一个歧管孔的第九步骤和去除多层堆叠体的周边部分的第十步骤。
[0024]可以通过冲压多层堆叠体来执行形成至少一个歧管孔的第九步骤和去除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜
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电极组件的制造方法，包括：第一步骤，制备膜
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电极堆叠体，所述膜
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电极堆叠体包括具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的电解质膜、所述第一表面上的第一电极以及所述第二表面上的第二电极；第二步骤，制备第一子衬垫膜，所述第一子衬垫膜具有第一中心区域和围绕所述第一中心区域的第一周边区域；第三步骤，在所述第一中心区域中形成第一电极窗；第四步骤，在所述第一周边区域中形成至少两个第一定位孔；第五步骤，制备第二子衬垫膜，所述第二子衬垫膜具有第二中心区域和围绕所述第二中心区域的第二周边区域；第六步骤，在所述第二中心区域中形成第二电极窗；第七步骤，在所述第二周边区域中形成至少两个第二定位孔；第八步骤，将所述第一子衬垫膜附接到所述电解质膜的所述第一表面，使得所述第一电极的至少一部分通过所述第一电极窗露出，并且将所述第二子衬垫膜附接到所述电解质膜的所述第二表面，使得所述第二电极的至少一部分通过所述第二电极窗露出，从而形成多层堆叠体；第九步骤，在所述多层堆叠体的与所述第一中心区域和所述第二中心区域相对应的中心部分中形成至少一个歧管孔；以及第十步骤，去除所述多层堆叠体的与所述第一周边区域和所述第二周边区域相对应的周边部分。2.根据权利要求1所述的膜
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电极组件的制造方法，其中，基于所述第一定位孔和所述第二定位孔的位置来执行形成所述至少一个歧管孔的所述第九步骤和去除所述多层堆叠体的所述周边部分的所述第十步骤。3.根据权利要求2所述的膜
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电极组件的制造方法，其中，同时执行形成所述至少一个歧管孔的所述第九步骤和去除所述多层堆叠体的所述周边部分的所述第十步骤。4.根据权利要求3所述的膜
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电极组件的制造方法，其中，通过冲压所述多层堆叠体来执行形成所述至少一个歧管孔的所述第九步骤和去除所述多层堆叠体的所述周边部分的所述第十步骤。5.根据权利要求2所述的膜
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电极组件的制造方法，还包括在形成所述至少一个歧管孔的所述第九步骤和去除所述多层堆叠体的所述周边部分的所述第十步骤之前固定所述多层堆叠体的步骤。6.根据权利要求5所述的膜
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电极组件的制造方法，其中，通过将定位销插入所述第一定位孔和所述第二定位孔中来执行固定所述多层堆叠体的步骤。7.根据权利要求6所述的膜
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵东俊，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：