制備膜電極組件的方法技術(shù)

一種制備膜電極組件的方法，所述方法包括如下步驟：提供催化劑涂覆的膜幅材；提供層合位置，其中所述催化劑涂覆的膜幅材在形成層合輥隙的層合輥對之間拖曳；模切氣體擴散層材料的第一幅材和第二幅材，用以制備第一氣體擴散層和第二氣體擴散層；將所述第一氣體擴散層和第二氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆的膜幅材相鄰的層合輥隙中；以及層合所述第一氣體擴散層、催化劑涂覆的膜幅材和第二氣體擴散層，以形成層合物。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】一種，所述方法包括如下步驟：提供催化劑涂覆的膜幅材；提供層合位置，其中所述催化劑涂覆的膜幅材在形成層合輥隙的層合輥對之間拖曳；模切氣體擴散層材料的第一幅材和第二幅材，用以制備第一氣體擴散層和第二氣體擴散層；將所述第一氣體擴散層和第二氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆的膜幅材相鄰的層合輥隙中；以及層合所述第一氣體擴散層、催化劑涂覆的膜幅材和第二氣體擴散層，以形成層合物。【專利說明】 本申請是申請日為2006年12月29日、申請?zhí)枮?00680050086. 2 (國際申請?zhí)枮?PCT/US2006/049658)、專利技術(shù)名稱為""的專利技術(shù)專利申請的分案申請。 相關(guān)專利申請的奪叉引用 本申請要求2005年12月29日提交的美國臨時專利申請?zhí)?0/743084的優(yōu)先權(quán)， 該專利的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
本專利技術(shù)涉及將氣體擴散層（GDL)附著在催化劑涂覆的膜（CCM)上，用以制備五層 膜電極組件（MEA)(例如燃料電池中使用的MEA)的方法。
技術(shù)介紹
據(jù)稱美國6, 197, 147B1公開了制備層合物的方法。 美國2003/0191021 A1公開了涉及生產(chǎn)膜電極組件的層合裝置和方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
簡而言之，本專利技術(shù)提供制備五層膜電極組件的方法，該方法包括如下步驟：a)提 供催化劑涂覆的膜幅材，其包括：1)具有第一面和第二面的聚合物電解質(zhì)膜；2)多個層合 在所述膜的所述第一面上的第一組成圖案的催化劑層片段，以使得鄰近的組成圖案的催化 劑層片段不相互接觸；以及3)多個層合在所述膜的所述第二面上的第二組成圖案的催化 劑層片段，以使得鄰近的組成圖案的催化劑層片段不相互接觸；b)提供層合位置，其中所 述催化劑涂覆的膜幅材在形成層合輥隙的層合輥對之間拖曳；c)模切第一氣體擴散層材 料的第一幅材以制備第一氣體擴散層；d)模切第二氣體擴散層材料的第二幅材以制備第 二氣體擴散層；e)將所述第一氣體擴散層傳送至所述層合位置；f)將所述第二氣體擴散層 傳送至所述層合位置；g)將所述第一氣體擴散層送入相鄰所述催化劑涂覆的膜幅材的所 述層合輥隙中；h)在送入所述第一氣體擴散層的同時，將所述第二氣體擴散層送入與所述 催化劑涂覆的膜幅材相鄰的所述層合輥隙中；以及i)層合所述第一氣體擴散層、催化劑涂 覆的膜幅材和所述第二氣體擴散層，以形成層合物。該方法可以另外包括如下步驟：j)重 復(fù)步驟a)-i)，以形成包含多個五層膜電極組件的連續(xù)幅材。通常，所述第一氣體擴散層具 有大于所述第一組成圖案的催化劑層片段的面積。通常，所述第二氣體擴散層具有大于所 述第二組成圖案的催化劑層片段的面積。 在本專利申請中： "層合"是指將兩個或更多個薄片材料粘合在一起；以及 "五層膜電極組件"是指包含至少五層的構(gòu)造，包括氣體擴散層、催化劑層、聚合物 電解質(zhì)膜層、另一催化劑層和另一氣體擴散層；以及 "氣體擴散層"(GDL)可以包含先前定義的如下層："擴散片/集電器層"(DCC)、"流 體傳輸層"（FTL)或"電極背襯層"（EBL)。 【專利附圖】【附圖說明】 附圖為示意性俯視圖，其示出了在輥壓粘合前，氣體擴散層（EFGH)和催化劑涂覆 的膜的催化劑區(qū)域（ABCD)的布置，這將在本文中進一步描述。 【具體實施方式】 本專利技術(shù)涉及將氣體擴散層（GDL)附著至催化劑涂覆膜（CCM)上，用以制備膜電極 組件（MEA)(例如燃料電池中使用的MEA)的方法。本專利技術(shù)的方法包括將GDL輥壓粘合在 CCM上，并且通常同時將兩片⑶L輥壓粘合在CCM上，一面一片。此外，該方法可以包括在 輥壓粘合前，在CCM片頂部的特定位置覆蓋GDL片角的步驟。此外，該方法可以包括預(yù)先步 驟：將GDL片從模切位置傳送至輥壓粘合位置，通常使用真空傳送帶以保持配準(zhǔn)。此外，該 方法可以包括預(yù)先步驟：從⑶L材料片或卷（更通常為卷）上模切出⑶L片。本專利技術(shù)的方 法可以使用例如美國2003/0191021 A1中公開的設(shè)備來實施。本專利技術(shù)的方法可以使用例如 美國2003/0191021 A1中公開的方法細(xì)節(jié)來實施。 在一些實施例中，可以使用傳感器（例如激光傳感器）來定位GDL片相對于CCM 片及相互之間的位置。CCM幅材和送入一個或兩個⑶L的傳送裝置的相對速度可相對互相 調(diào)整，以使得在CCM幅材兩面的⑶L片中心與CCM中心相同。 在本專利技術(shù)的一個實施例中，CCM包括催化劑區(qū)域和非催化劑區(qū)域，其中催化劑區(qū)域 中的膜具有催化劑涂層，非催化劑區(qū)域中膜是裸露的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是GDL對裸露膜區(qū)域的 粘附優(yōu)于對CCM催化劑區(qū)域的粘附。結(jié)合附圖，四邊形EFGH表示⑶L片，四邊形AB⑶表示 CCM的催化劑區(qū)域。結(jié)合附圖，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下列參數(shù)可使⑶L片與CCM片之間的物理粘附性最 大化，從而導(dǎo)致燃料電池中MEA的性能得到改善。在本專利技術(shù)的多個實施例中，通常可在制備 過程中連續(xù)控制以下參數(shù)中的一個或多個。 參數(shù)1 :⑶L片的頂部邊緣EF與CCM催化劑區(qū)域的頂部邊緣AB保持平行。 參數(shù)2 :⑶L片的底部邊緣GH與CCM催化劑區(qū)域的底部邊緣⑶保持平行。 參數(shù)3 :GDL片的側(cè)邊EG與CCM催化劑區(qū)域的側(cè)邊AC保持平行。 參數(shù)4 :GDL片的側(cè)邊與CCM催化劑區(qū)域的側(cè)邊BD保持平行。 參數(shù)5 :頂部和底部的突出部分保持相等，S卩，XI = X2。 參數(shù)6 :側(cè)邊的突出部分保持相等，即，Y1 = Y2。 參數(shù)7 :所有突出部分保持相等，S卩，XI = X2 = Y1 = Y2。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是⑶L對CCM的物理粘附性正好與⑶L的突出部分成正比。 在不脫離本專利技術(shù)范圍和原理的前提下，本專利技術(shù)的各種修改和更改對本領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員將顯而易見，并且應(yīng)當(dāng)理解，上文提出的示例性實施例并非是對本專利技術(shù)的不適當(dāng)限 制。【權(quán)利要求】1. 一種制備五層膜電極組件的方法，包括以下步驟： a) 提供催化劑涂覆的膜幅材，所述膜幅材包括： 1) 具有第一面和第二面的聚合物電解質(zhì)膜； 2) 多個層合在所述膜的所述第一面上的第一組成圖案的催化劑層片段，以使得相鄰的 組成圖案的催化劑層片段不相互接觸；以及 3) 多個層合在所述膜的所述第二面上的第二組成圖案的催化劑層片段，以使得相鄰的 組成圖案的催化劑層片段不相互接觸； b) 提供層合位置，其中所述催化劑涂覆的膜幅材在形成層合輥隙的層合輥對之間拖 曳； c) 模切第一氣體擴散層材料的第一幅材以制備第一氣體擴散層； d) 模切第二氣體擴散層材料的第二幅材以制備第二氣體擴散層； e) 將所述第一氣體擴散層傳送至所述層合位置； f) 將所述第二氣體擴散層傳送至所述層合位置； g) 將所述第一氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆的膜幅材相鄰的所述層合輥隙中； h) 在送入所述第一氣體擴散層的同時，將所述第二氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆 的膜幅材相鄰的所述層合輥隙中；以及 i) 層合所述第一氣體擴散層、所述催化劑涂覆的膜幅材和所述第二氣體擴散層，以形 成層合物，其中所述第一和第二氣體擴散層直接層合至所述催化劑涂覆的膜幅材的裸露膜 區(qū)域， 其中所述第一氣體擴散層具有大于所述第一組成圖案的催化劑層片段的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種制備五層膜電極組件的方法，包括以下步驟：a)提供催化劑涂覆的膜幅材，所述膜幅材包括：1)具有第一面和第二面的聚合物電解質(zhì)膜；2)多個層合在所述膜的所述第一面上的第一組成圖案的催化劑層片段，以使得相鄰的組成圖案的催化劑層片段不相互接觸；以及3)多個層合在所述膜的所述第二面上的第二組成圖案的催化劑層片段，以使得相鄰的組成圖案的催化劑層片段不相互接觸；b)提供層合位置，其中所述催化劑涂覆的膜幅材在形成層合輥隙的層合輥對之間拖曳；c)模切第一氣體擴散層材料的第一幅材以制備第一氣體擴散層；d)模切第二氣體擴散層材料的第二幅材以制備第二氣體擴散層；e)將所述第一氣體擴散層傳送至所述層合位置；f)將所述第二氣體擴散層傳送至所述層合位置；g)將所述第一氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆的膜幅材相鄰的所述層合輥隙中；h)在送入所述第一氣體擴散層的同時，將所述第二氣體擴散層送入與所述催化劑涂覆的膜幅材相鄰的所述層合輥隙中；以及i)層合所述第一氣體擴散層、所述催化劑涂覆的膜幅材和所述第二氣體擴散層，以形成層合物，其中所述第一和第二氣體擴散層直接層合至所述催化劑涂覆的膜幅材的裸露膜區(qū)域，其中所述第一氣體擴散層具有大于所述第一組成圖案的催化劑層片段的面積。...

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戴維·R·梅卡拉，
申請(專利權(quán))人：三M創(chuàng)新有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US