[发明专利]用于制造燃料电池的膜电极组件的装置和方法

说明书

本发明涉及用于制造燃料电池的膜电极组件的装置和方法。所述装置可以包括：上侧和下侧结合辊，所述上侧和下侧结合辊分别布置于传输路径的上方和下方，电解质膜、上部和下部电极薄膜以预定线速度传输通过所述传输路径；上侧和下侧结合辊中的一个设置为通过第一驱动源而可以沿竖直方向往复地移动，并在压迫上部和下部电极薄膜的同时，将上部电极薄膜的阳极催化剂电极层和下部电极薄膜的阴极催化剂电极层转移至电解质膜的上侧和下侧；薄膜复卷机，其设置于传输路径的上方和下方，并对上部和下部电极薄膜进行复卷；以及强制驱动辊，其设置于由薄膜复卷机中的一个进行复卷的电极薄膜的复卷路径中，并且选择性地以预定驱动速度来强制进给电极薄膜。

技术领域

本发明涉及用于制造燃料电池堆部件的系统。更具体地，本发明涉及用于燃料电池的膜电极组件的装置和制造方法。

背景技术

众所周知，燃料电池通过氢和氧之间的电化学反应来发电。燃料电池的特征在于，其可以利用外部化学反应材料来连续发电，而不需要单独的充电工艺。

燃料电池可以包括分隔板，其中膜电极组件(MEA)插置在分隔板之间。多个燃料电池可以连续地布置，以形成燃料电池堆。

在这里，膜电极组件(其是燃料电池的核心部分)例如具有这样的三层结构：其中，形成阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层，电解质膜插置在阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层之间，氢离子通过电解质膜而在阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层之间移动。阳极催化剂电极层形成于电解质膜的一侧，而阴极催化剂电极层形成于电解质膜的另一侧。这种具有三层结构的膜电极组件可以通过例如直接涂布法、薄层转压法(decalmethod)等来制造。

薄层转压法通过将涂布有催化剂电极层的电极薄膜分别堆叠在电解质膜的两个相对侧上，利用辊层压法(roll-laminating method)来将催化剂电极层转移至电解质膜的两个相对侧来结合催化剂电极层，并且去除电极薄膜，从而制造具有三层结构的膜电极组件。

也就是说，通过使催化剂电极层和电解质膜穿过高温高压结合辊(bonding roll)来对涂布有催化剂电极层的卷式(roll-type)电极薄膜和卷式电解质膜进行热压迫(thermally compressing)并且随后去除电极薄膜，利用薄层转压法的膜电极制造工艺可以制造三层结构的膜电极组件。

利用采用了辊层压法的薄层转压法的膜电极制造工艺，可以快速制造三层结构的膜电极组件，因此，其在大量生产中具有优势。

然而，由于在涂布有催化剂电极层的电极薄膜分别放置于(插入电极薄膜之间的)电解质膜的两个相对侧的同时使催化剂电极层和电解质膜穿过高温高压结合辊，导致催化剂电极层和电解质膜在它们相互接触的方向受到热压迫，所以利用连续辊层压的薄层转压法存在阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层的热压迫的位置调整的问题。

也就是说，由于在催化剂电极层和电解质膜连续地穿过总是处于加压状态的高温高压结合辊之间的同时，催化剂电极层被热压迫至电解质膜的两个相对侧，所以，由于在连续辊层压工艺中电极薄膜的进给速度而导致催化剂电极层的末端压迫的位置可能不会精确匹配。

此外，难以为阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层的热压位置进行调整的另一原因是，在通过向电极薄膜涂布催化剂料浆来制造具有连续图案的催化剂电极层的工艺中，催化剂电极层之间的节距(pitch)并不是一致的。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面都致力于提供用于制造燃料电池的膜电极组件的装置和方法，所述装置可以自动地调整阳极催化剂电极层和阴极催化剂电极层的传输相对于电解质膜的两个相对侧的位置。