[发明专利]组装燃料电池周边衬垫的处理方法和系统

说明书

技术领域

本发明整体涉及用于自动制造包括周边衬垫的多层燃料电池子组件的方法和装置。 

背景技术

典型的燃料电池电源系统包括电源部分，所述电源部分中提供一个或多个燃料电池组。燃料电池电源系统的功效主要取决于单个燃料电池内以及电池组相邻燃料电池之间的各种接触和密封接合的完整性。 

为了达到一些具体实施所需的功率，燃料电池组可包括大量膜电极组件(MEA)、流场板和密封衬垫。必须仔细对齐和组装燃料电池组的这些以及其他组件。即使只有少数组件未对齐，也可导致气体泄漏、氢发生极间渗透(crossover)以及性能/耐久性恶化。 

传统的燃料电池组装方法通常涉及切割若干输入幅材组件，以批量操作的方式形成此类材料的层叠件。然后使用各种机械和真空装置调控组件，以在燃料电池组装过程中正确定位组件。 

尽管可自动执行这些过程中的多个，但此类方法通常涉及由复杂、耗时并且通常昂贵的自动化设备执行的许多抓握、配准和对齐步骤。与传统燃料电池制造方法相关的处理步骤的数目和复杂性通常会降低产品产量，给自动化燃料电池组装线的生产率带来不利影响。此外，许多传统燃料电池制造装置和方法不能很好地适应高的自动化程度，尤其是当此类装置和方法有严格定位公差要求时。 

需要提供改善的燃料电池制造装置、方法以及利用此类装置和方法制备的燃料电池子组件。还需要提供可在自动化组装环境中(例如在自动化燃料电池组装厂中)实施的此类装置、方法和燃料电池子组件。本发明即满足这些以及其他需求，并且可解决先前方法中的其他缺陷。 

发明内容

本发明的实施例涉及燃料电池制造方法、设备和燃料电池子组件。多个实施例举例说明了成卷的多层燃料电池子组件的自动化制造过程，这些子组件包括成卷的带衬垫的电解质膜、带衬垫的催化剂涂覆膜(CCM)和/或带衬垫的膜电极组件(MEA)。 

本发明的一个实施例涉及通过卷绕法制备燃料电池组件的方法。在包括粘合剂层的第一和第二衬垫幅材上切出间隔开的孔。第一和第二衬垫幅材被传送到传输装置上的粘合工位。包括至少一片电解质膜的膜幅材也被传送到粘合工位。在粘合工位中，通过将第一和第二衬垫幅材附接到膜幅材来形成带衬垫的膜幅材。第一衬垫幅材通过第一衬垫幅材的粘合剂层附接到膜幅材的第一表面。第二衬垫幅材通过第二衬垫幅材的粘合剂层附接到膜幅材的第二表面。 

传送第一和第二衬垫幅材的第一和第二传输装置中的一个或两个可包括(例如)真空传输装置、辊或载体幅材。粘合工位可以包括一对或多对圆柱形粘合辊。 

在一些具体实施中，第一和第二衬垫幅材基本上同时附接到膜幅材。在其他具体实施中，第一衬垫幅材先附接到膜幅材，之后第二衬垫幅材再附接到膜。可以在将第一和第二衬垫幅材附接到膜幅材上之前或之后，在膜幅材上设置催化剂层。 

根据一种构造，电解质膜是催化剂涂覆的电解质膜(CCM)，并且 第一和第二衬垫幅材附接到CCM。 

其他方法可能涉及将气体扩散层附接到带衬垫的膜幅材的活性区域上。在一些具体实施中，第一气体扩散层设置在第一衬垫层的孔内，第二气体扩散层设置在第二衬垫层的孔内。在其他具体实施中，气体扩散层可以重叠第一和/或第二衬垫层。气体扩散层可以包括催化剂层。 

在一些构造中，第一和/或第二衬垫幅材的粘合剂可以具有粘合剂衬片，可在粘合工位将第一和第二衬垫幅材附接到膜幅材之前移除粘合剂衬片。 

在一些构造中，电解质膜和/或催化剂受到“限制”，使得电解质膜或催化剂不会一直延伸到第一和第二衬垫幅材的边缘。在一个具体实施中，电解质膜和/或催化剂在幅材横向方向上受到限制。 

根据本发明的一个方面，第一和/或第二衬垫层的粘合剂可以包括压敏粘合剂。可以使用室温下工作的粘合辊，通过第一和/或第二衬垫层的压敏粘合剂，将第一和/或第二衬垫幅材附接到膜幅材。 

根据本发明的另一个方面，第一和/或第二衬垫层的粘合剂包括热活化粘合剂。可以使用受热粘合辊，通过第一和/或第二衬垫层的热活化粘合剂，将第一和/或第二衬垫幅材附接到膜幅材。 

根据本发明的又一个方面，第一和/或第二衬垫层的粘合剂包括紫外线固化粘合剂。可以通过第一和/或第二衬垫层的紫外线固化粘合剂将第一和/或第二衬垫幅材附接到膜幅材。