生产膜电极单元的具有至少两个子层的层压件的方法技术

本发明专利技术涉及生产用于燃料电池(1)的膜电极单元(MEA)的具有至少两个子层的层压件的方法，其包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产膜电极单元的具有至少两个子层的层压件的方法
[0001]说明书：本专利技术涉及生产用于燃料电池的膜电极单元(MEA)的具有至少两个子层的层压件的方法。
[0002]燃料电池装置用于将燃料与氧气进行化学反应形成水，以产生电能。为此，燃料电池包含质子传导(电解质)膜作为核心部件，电极被分配到该膜上，从而形成公共的膜电极单元(MEA表示“膜电极组合件”)。在具有多个燃料电池组合以形成燃料电池堆的燃料电池装置的运行期间，燃料，特别是氢气(H2)或含氢气的气体混合物被供应到阳极。在含氢气的混合物的情况下，首先将其重整，从而提供氢气。在阳极处，H2发生电化学氧化以形成H
+
，其中释放电子。在阳极处提供的电子通过电导线引导到阴极。氧气或含氧气的气体混合物被供应到阴极，从而O2发生还原以形成O2‑
，其中接收电子。
[0003]已知在分立的，即单独的步骤中将膜电极单元的各个部件连接成复合件，其中连接这些部件的元件由液体胶粘剂形式的胶粘剂形成，该胶粘剂在固化时同时将阳极侧与阴极侧气密性隔开。这种液体胶粘剂在生产过程中需要一定的时间，直到其固化并因此具有必要的稳定性，尤其是在操作该膜电极单元的复合件时。
[0004]WO 2006/047 950 A1描述了膜电极单元连同气体扩散子层的生产，它们在热压机中连接以形成复合件。在热压机中，热熔胶条在此熔化，直至其交联和固化。WO 2013/178 987 A1描述了组装燃料电池堆的方法，其中将装订有气体扩散子层的预制膜电极单元(所谓的具有四个子层的MEA)与另一气体扩散子层和双极板通过胶条进行材料连接。EP 1 772 922 A1描述了用于燃料电池的膜电极单元的电极层的组成，其中该电极层包含聚合物粘合剂，该聚合物粘合剂通过等离子体、UV辐射或γ辐射与催化剂颗粒结合。
[0005]DE 10 2016 006 225A1显示了由至少两个通过至少一种胶粘剂相互连接的部件生产产品的方法，其中将第一胶粘剂量施加到第一部件上。US 2013/0306237A1描述了用于固定层压材料的夹持装置和用于生产层压材料，例如用于生产膜电极装置的方法。在此，将质子传导电解质和两个包含催化剂层的电极夹入夹持装置中并在其中热压，其中可以在这些层之间引入用于稳定未固化层的元件。
[0006]本专利技术的目的在于提供生产膜电极单元的具有至少两个子层的层压体的方法，该方法可以在燃料电池的大规模生产中运行可靠地操作，其中在操作时承受住由于缩短的生产各个部件的周期时间所致的更高的力。
[0007]该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。在从属权利要求中说明了具有本专利技术的有利扩展方案的有利配置。
[0008]根据本专利技术的生产用于燃料电池的膜电极单元(MEA)的具有至少两个子层的层压件的方法尤其包括以下步骤：
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提供由质子传导电解质制成的膜材料，
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提供包含至少一种催化剂的电极材料，
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将液体胶粘剂施加到膜材料的表面和/或电极材料的表面上，和
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将膜材料和电极材料的表面接触以通过液体胶粘剂形成材料连接，其中另外将
生产辅助物引入或施加到由电极材料、膜材料和尚未固化的液体胶粘剂形成的复合件中或之上，其中所述生产辅助物被设置成稳定未固化复合件。
[0009]以这种方式，为此使用额外的生产辅助物，其为仍未固化的整体复合件提供提高的稳定性和因此改进的操作。该生产辅助物在此施加到未固化复合件上或引入或嵌入到复合件的各个子层之间。以这种方式，可以在连续过程中生产膜电极单元，例如在“卷到卷”生产中，其例如从报纸印刷中已知。
[0010]在这种情况下，还可以提供另一种包含至少一种催化剂的电极材料，其施加到膜或膜材料的相反表面上并通过液体胶粘剂固定，因此此时也在膜材料的两面上施加阴极材料。也可以在所述另一阴极材料的一面上引入额外的生产辅助物，其中该生产辅助物也可以集成在尚未固化的膜电极单元的各个层之间。
[0011]已证明有利的是，将用于稳定未固化复合件的生产辅助物施加在远离膜电极装置的活性区域的边缘区域中。以这种方式，活性区域，即发生实际燃料电池反应的区域，可保持没有生产辅助物，以使得生产辅助物不会对工艺气体的流动产生负面影响。相反，该生产辅助物由于被放置在边缘区域中另外也可用于使膜电极单元对介质具有提高的密封性，因为它也可以至少部分地用作边缘密封件。
[0012]可以将用于稳定未固化复合件的生产辅助物以点状施加。以这种方式，只需要少量用于生产辅助物的材料花费，但这同时通过未固化的液体胶粘剂产生可靠和稳定的复合件。替代地或附加地，用于稳定未固化复合件的生产辅助物也可以面形式施加，其中整个边缘区域，即膜电极装置的远离活性区域的那个区域，也可以面形式被生产辅助物覆盖。这产生额外的稳定和额外的密封，例如甚至在操作该未固化复合件时防止液体胶粘剂流出。替代地或附加地，生产辅助物也可以线形式施加，以使得在此也可以获得额外的密封性。
[0013]生产辅助物可以例如通过机械连接，例如通过夹紧或装订附接到未固化复合件上。
[0014]根据本专利技术已证明有利的是，生产辅助物被形成为用于与膜材料和/或电极材料进行材料连接的连接物，其具有相比于液体胶粘剂而言更短的固化时间。因此，除了液体胶粘剂之外，由生产辅助物提供另一种连接物，但该连接物更快地固化并且因此更快地为尚未通过液体胶粘剂固化的复合件提供稳定功能。
[0015]在这种情况下有利的是，所述连接物是可通过UV光固化的胶粘剂，并且所述连接物甚至在所述液体胶粘剂固化之前在UV辐射下固化。在使用可UV固化的胶粘剂时，还可以实现膜电极单元的特别简单的大规模生产，因为可以由此以简单的方式穿过干燥室并因此可以用带状催化剂电极材料涂覆带状膜材料。
[0016]连接物也可以是胶带形式的压敏胶粘剂，其施加到远离液体胶粘剂的一个或两个表面上。使用胶带的优点在于它是已干燥的，其中特别是它也可以形成为双面粘附性的胶带，以提供膜材料和电极材料的额外连接。
[0017]此外，所述连接物可以是热熔胶粘剂，其在热作用下液化并甚至在所述液体胶粘剂固化之前再次固化。以此方式，热熔胶与膜材料和电极材料的表面交联并固化，其中由于液体胶粘剂的这种“预固化”，它在稍后的时间点才固化是无害的，从而可以将预制膜电极单元早期就供应到进一步的工艺步骤。
[0018]氰基丙烯酸酯胶粘剂是特别快速干燥且有利于MEA的各部件的材料选择的胶粘
剂。其通常比液体胶粘剂固化快得非常多。
[0019]所述连接物还可以形成层压连接，其甚至在所述液体胶粘剂之前固化。
[0020]替代地或附加地，有利的是，生产辅助物包含放置在所述未固化复合件上或集成到所述未固化复合件中的框架，并且所述框架以点状和/或面形式和/或线形式地，特别是在使用激光的情况下熔化，并甚至在所述液体胶粘剂固化之前再次固化。以这种方式，因此框架(“框架”)可以熔化，因此其与膜材料或电极材料的一个或另一个表面交联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.生产用于燃料电池(1)的膜电极单元(MEA)的具有至少两个子层的层压件的方法，其包括以下步骤：
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提供由质子传导电解质制成的膜材料，
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提供包含至少一种催化剂的电极材料，
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将液体胶粘剂施加到膜材料的表面和/或电极材料的表面上，和
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将膜材料和电极材料的表面接触以通过液体胶粘剂形成材料连接，其中另外将生产辅助物引入或施加到由电极材料、膜材料和尚未固化的液体胶粘剂形成的复合件中或之上，其中所述生产辅助物被设置成稳定所述未固化复合件，其特征在于，所述生产辅助物被形成为用于与膜材料和/或电极材料进行材料连接的连接物，该连接物具有相比于液体胶粘剂而言更短的固化时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将用于稳定所述未固化复合件的生产辅助物施加在远离膜电极单元(MEA)的活性区域的边缘区域中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于稳定所述未固化复合件的生产辅助物以...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：