描述了通过卷绕法制造采用了垫圈（ＧＩＧ）燃料电池子组件的气体扩散层的制造方法。将可通过热和压力中的一种或两种进行加工并且具有间隔开的孔隙的材料传送至粘合位置。将第一垫圈层传送至所述粘合位置，其中第一垫圈层使气体扩散层相对于第一垫圈层的间隔开的孔隙进行布置。将所述热／压力可加工材料与所述第一垫圈层和所述气体扩散层对齐。在所述粘合位置处，将所述热／压力可加工材料粘合至所述第一垫圈层和所述气体扩散层。粘合后，所述热／压力可加工材料形成将所述气体扩散层附连至所述第一垫圈层的第二垫圈层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及用于自动制造巻材形式的多层燃料电池子组件的 工艺和装置。
技术介绍
已经开发出多种装置和方法来利用以料片或巻材形式研制的部件 生产燃料电池。传统的组装方法通常涉及在分批操作中切割若干输入 料片部件来形成这类材料的叠堆。然后利用多种机械和真空装置调控 材料以使材料在燃料电池组装期间进行正确地定位。虽然这些工艺中的一些可为自动化的，但这种方法通常包括通过 复杂的、耗时的以及通常昂贵的自动化设备进行许多处理、对准和排 列步骤。与传统的燃料电池制造方法相关的工序的数目和复杂性通常 降低了产品的通过量，这对自动化燃料电池组装线的生产率产生了不 利影响。此外， 一些传统的燃料电池制造装置和方法没有足够适于高 度自动化，尤其是具有严格的定位公差需求的这种装置和工艺。需要改进的燃料电池制造装置、方法以及利用这种装置和方法制 造的燃料电池子组件。进一步需要的是可以在自动化组装环境中(例 如在自动化燃料电池组装工厂中)实现的这种装置、方法和燃料电池。 本专利技术满足了这些以及其它的需要，并且解决了以前方法中的其它缺 陷。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及燃料电池的制造工艺和装置。各种实施例以 实例说明了巻材形式的多层燃料电池子组件的自动化制造，其中包括采用了巻材形式的垫圈和/或膜电极组件(MEA)的气体扩散层。本专利技术的一个实施例涉及通过巻绕法制备气体扩散层(采用了垫圈(GIG)燃料电池子组件)的方法。将具有间隔开的孔隙的垫圈材料 (在本文中称为热/压力可加工材料)传送至粘合位置。将第一垫圈层 传送至粘合位置，其中第一垫圈层使气体扩散层相对第一垫圈层的间 隔开的孔隙布置。将热/压力可加工材料与第一垫圈层和气体扩散层对 齐。在粘合位置处，将热/压力可加工材料粘合至第一垫圈层和气体扩 散层。粘合后，热/压力可加工材料形成第二垫圈层，该层将气体扩散 层附连至第一垫圈层。在一些具体实施中，气体扩散层包括催化剂涂 覆的气体扩散层。在一个实施例中，将热/压力可加工材料的孔隙与第一垫圈层的孔 隙对齐，以使得热/压力可加工材料与第一垫圈层和气体扩散层的至少一部分交叠。通常将气体扩散层设置在第一垫圈层的间隔开的孔隙内。可将热/压力可加工材料和/或第一垫圈层和气体扩散层分别传送 至第一和第二载体料片上。在一个应用中，通过第一粘合剂将热/压力 可加工材料粘附至第一载体料片，并且通过第二粘合剂(例如热灭活 压敏粘合剂)将第一垫圈层和气体扩散层粘附至第二载体料片。移除 第二载体料片暴露了第一垫圈层的粘合剂层或者粘合剂衬垫。以连续的工艺，通过粘合辊对热/压力可加工材料施加热和压力中 的至少一个，将热/压力可加工材料粘合至气体扩散层以及第一垫圈层。本专利技术的另一个实施例涉及利用巻绕工艺的膜电极组件方法。通 过将热/压力可加工材料粘合至第一垫圈层和气体扩散层形成第一和第 二GIG。使粘合剂层暴露于每个GIG的第一垫圈层上。由退绕轮递送 一个或多个电解质膜。将第一和第二 GIG粘合至一个或多个电解质膜 的表面。根据本专利技术的一个方面， 一个或多个电解质膜至少部分地为催化剂涂覆的。根据本专利技术的另一个方面，第一和第二 GIG的气体扩散层至少部分地为催化剂涂覆的。 一个或多个电解质膜可包括连续膜料片 或者可以为布置在载体料片上的多个离散膜或者可以为具有图案化的 催化剂区域的连续膜料片。就离散或者图案化的膜而言，在粘合之前将第一和第二 GIG与离散膜或者图案化的区域对齐。如果使用GIG的粘合剂衬垫，则在粘合之前从粘合剂移除GIG的 粘合剂衬垫。通过粘合剂将第一和第二 GIG粘合至电解质膜。在一些 具体实施中，通过它们各自的粘合剂层使第一和第二 GIG子组件彼此 粘合。根据一些具体实施，粘合剂层可包含压敏粘合剂。将热/压力可加工材料粘合至气体扩散层和第一垫圈层，可涉及以 连续的工艺通过粘合辊将热和压力中的一种或两种施加到热/压力可加 工材料、气体扩散层以及第一垫圈层。通过第一组辊可将第一 GIG粘合至电解质膜，并且通过第二组辊 可将第二 GIG粘合至电解质膜。粘合后，可以移除第一和第二载体料 片，并可以将使第一和第二 GIG子组件与之粘合的电解质膜切割成单 个的膜电极组件。本专利技术的另一个实施例涉及用于连续制造燃料电池子组件的装 置。该装置包括传送系统，其中传送系统被构造用于移动热/压力可加 工材料和使气体扩散层设置在第一垫圈层的间隔开的孔隙内的第一垫 圈层，热/压力可加工材料设置在第一载体料片上并且第一垫圈层和气 体扩散层设置在第二载体料片上。对齐系统使热/压力可加工材料的孔 隙与第一垫圈层和气体扩散层的孔隙对齐。粘合位置将热/压力可加工 材料粘合至气体扩散层和第一垫圈层。粘合后，热/压力可加工材料形 成第二垫圈层，以用于将气体扩散层附连至第一垫圈层。在一些具体实施中，第一粘合剂将热/压力可加工材料粘附至第一 载体料片，并且热灭活粘合剂将第一垫圈层和气体扩散层粘附至第二 载体料片。层离位置将第二载体料片从气体扩散层和第一垫圈层移除，第二载体料片的移除暴露了第一垫圈层的粘合剂层或者粘合剂剥离衬 垫。又一个实施例涉及用于连续制备燃料电池膜电极组件的装置。该 装置包括第一和第二系统，其中第一和第二系统被构造用于制造第一和第二用垫圈装配的气体扩散层(GIG)子组件。电解质膜传送系统利 用连续巻绕法移动一个或多个电解质膜。膜粘合位置将第一和第二GIG 粘合至一个或多个电解质膜。在一个实施中，将第一和第二GIG粘合至一个或多个膜的表面可 通过第一和第二粘合位置进行。在另一个实施中，将第一和第二 GIG 子组件基本上同吋粘合至 一 个或多个电解质膜，例如通过单对粘合辊。 如果需要，使用膜对齐系统将第一和第二 GIG子组件中的一个或两个 与一个或多个膜对齐。本专利技术的另一个实施例涉及利用巻绕工艺制备气体扩散层，该气 体扩散层采用了垫圈(GIG)燃料电池子组件。将具有间隔开的孔隙的第 一垫圈层传送至沉积位置，在该处将热/压力可加工材料沉积到第一垫 圈层上。将其上设置有热/压力可加工材料的第一垫圈层与气体扩散层 对齐。在粘合位置，将热/压力可加工材料粘合至第一垫圈层和气体扩 散层。粘合后，热/压力可加工材料形成第二垫圈层，该层将气体扩散 层附连至第一垫圈层。在一种构造中，将气体扩散层与第一垫圈层对齐以使得气体扩散 层在第一垫圈层的孔隙内。在另一种构造中，可对齐气体扩散层以使 得它们与热/压力可加工材料交叠。本专利技术的另一个实施例涉及用于制造燃料电池子组件的装置。传 送系统移动包括具有间隔开的孔隙的第一垫圈层的料片和包括气体扩 散层的料片。沉积系统将通过热和压力中的一种或两种可加工的材料 沉积到第一垫圈层上。对齐系统使气体扩散层与其上设置有热/压力可 加工材料的第一垫圈层对齐。粘合位置将热/压力可加工材料粘合至气 体扩散层以及第一垫圈层。粘合后，热/压力可加工材料形成第二垫圈 层，该层将气体扩散层附连至第一垫圈层。本专利技术的以上
技术实现思路
并非意图描述本专利技术的每个实施例或本发 明的每种实施方式。通过参照结合附图的以下具体实施方式和权利要 求书，本专利技术的优点和成效与对本专利技术的更完整的理解一起将变得容 易明显并被理解。附图说明图1示出了典型的燃料电池及其基本操作；图2A和2B分别为根本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过卷绕法制造采用了垫圈（ＧＩＧ）燃料电池子组件的气体扩散层的方法，包括： 将能够通过热和压力中的一种或两种进行加工并且具有间隔开的孔隙的材料传送至粘合位置； 将第一垫圈层传送至所述粘合位置，所述第一垫圈层具有相对于所述第一 垫圈层的间隔开的孔隙布置的气体扩散层； 将所述热／压力可加工材料与所述第一垫圈层和所述气体扩散层对齐；以及 在所述粘合位置处，将所述热／压力可加工材料粘合至所述第一垫圈层和所述气体扩散层，所述热／压力可加工材料在粘合后形成将所述 气体扩散层附连至所述第一垫圈层的第二垫圈层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克K德贝，安德鲁JL斯坦巴克，吉米M勒，斯蒂芬J奥布拉多维奇，埃里克J艾弗森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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