[发明专利]一种燃料电池膜电极组件的层合装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池膜电极组件的层合装置及其方法。

背景技术

燃料电池膜电极组件（缩写为MEA，Membrane Electrode Assembly）主要由质子交换膜、密封层、催化剂层与气体扩散层等组成，是实现质子交换膜燃料电池电化学反应的核心组件，决定着燃料电池的性能。其中质子交换膜（缩写为PEM，Proton Exchange Membrane)主要是提供质子传递的通道（从阳极到阴极），同时应防止两边的反应气体互串及阴、阳极发生短路，因此PEM不仅要具有良好的阻气能力和传导质子的能力，还应具有一定的机械强度，同时在电池运行的时候要具有良好的结构稳定性。密封层（SEAL）是一种经过模切的边框结构薄膜，位于PEM的上下两面，用于防止反应气体绕过气体扩散层的边缘发生互串。同时考虑到生产的可执行性及薄膜的结构强度问题，在SEAL膜的一侧还有支撑膜。然后，在完成对PEM与密封层的层合过程之后，将双层密封层的各自支撑膜、以及密封层相堆叠的中间部分去除，并譬如通过涂覆方式在余下部分上涂覆催化剂并在所形成的催化剂层上继续层合上下两层的气体扩散层，由此完成燃料电池膜电极组件的成型过程。

由此可见，对于染料电池膜电极组件，其主要的层合操作涉及密封层和PEM之间的层合，因此如何保证它们之间的定位精准，成为了膜电极组件层合质量好坏的重要标准。然而，目前现有的膜电极组件的制备工艺中其主要工作都是通过手工完成，手工制作不仅效率低、成本高，而且制作的产品一致性较差，尤其是对于密封层中多个模切方框之间不能保证准确的定位。相应地，这极大限制了燃料电池的商业应用，并在本行业中存在对具备高可靠性、高精度的自动化层合工艺方法及其相应层合装置的强烈技术需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明的目的在于提供一种燃料电池膜电极组件的层合装置及其方法，通过本发明，可使膜电极组件中两个密封层之间实现精确对齐，同时具备重复定位精度高、便于操作和稳定可靠等优点。

按照本发明的一个方面，提供了一种燃料电池膜电极组件的层合装置，该层合装置包括分别沿着不同输送路径输送第一和第二复合膜层的第一输送机构和第二输送机构，对第一和第二复合膜层执行层合处理的层合机构，对层合后复合膜层执行对齐检测的对齐检测机构，以及对齐调整单元，其特征在于：

所述第一输送机构包括输送对辊和剥料平台，其中所述输送对辊用于以设定的角速度输送第一复合膜层，该第一复合膜层由五层透明膜层也即密封支撑膜、密封层、密封保护膜、质子交换膜和质子交换保护膜依次粘结层合而成，并且其中的密封层和密封保护膜被垂直模切由此在输送方向上形成有多个间隔的模切框；所述剥料平台用于剥离第一复合膜层上的质子交换保护膜以便与第二复合膜层相层合；

所述第二输送机构包括输送对辊、模切平台和剥料平台，其中所述输送对辊用于以设定的角速度输送第二复合膜层，该第二复合膜层由三层透明膜层也即密封支撑膜、密封层和密封保护膜依次粘接层合而成，并且其中的密封层和密封保护膜通过所述模切平台以预定时间间隔执行垂直模切，由此在输送方向上形成与第一复合膜层上的模切框尺寸相一致的多个间隔模切框；所述剥料平台用于剥离密封保护膜上位于其模切框之外的部分，以便与第一复合膜层相层合；

所述对齐检测机构用于对层合处理后的复合膜层采集其模切框图像，由此获得分别处于第一、第二复合膜层中相邻且亮度不同的两个模切框图像之间的间距信息；

所述对齐调整单元根据对齐检测机构所获得的模切框图像，计算对应的间距值并由此判断第一、第二复合膜层之间的对齐状态，然后通过相应调整第二输送机构中的输送对辊的角速度，从而实现第一与第二复合膜层的对齐及层合。

作为进一步优选地，所述对齐检测机构是工业照相机，并配备有相应的条形光源。

作为进一步优选地，所述层合装置还包括收卷机构，该收卷机构沿着输送方向设置在所述层合机构和对齐检测机构的下游侧，用于对层合后的复合膜层予以收卷处理。

按照本发明的另一方面，还提供了相应的层合方法，该方法包括：

（a）对工业照相机执行预标定，由此为工业照相机所拍摄的图像建立像素坐标，并将该像素坐标转换成世界坐标系下的对应坐标值,并数出从工业照相机到第二输送机构的模切平台之间沿着输送方向的间隔模切框数量k；