[发明专利]通过超声波振动接合制造燃料电池膜电极组件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造燃料电池膜电极组件的方法。更特别地，本发明涉及一种通过超声波振动接合制造燃料电池膜电极组件的方法，其能够防止膜电极组件被超声波振动变幅杆(horn)损伤。

背景技术

如图3所示，作为燃料电池组的主要部件的膜电极组件(MEA)可以作为3层MEA、5层MEA和7层MEA提供。如图所示，3层MEA 10包括聚合物电解质膜12以及各自包含催化剂并且连接到聚合物电解质膜12的两侧的燃料和空气电极14。5层MEA包括3层MEA并且进一步包括辅助垫圈16，该辅助垫圈16包含面积小于每个电极14的开口并且在两侧连接到MEA 10的边缘，以便便于处理MEA 10并改善其物理耐久性。7层MEA包括5层MEA并且进一步包括气体扩散层(GDL)18，该GDL 18堆叠在包含催化剂的每个电极14的外侧上。

当包括用于供应燃料并排放在反应过程中产生的水的流场的隔板被堆叠在7层MEA的GDL 18的外侧上时，单元电池得以形成。然后通过堆叠多个这样的单元电池来制造具有期望的功率输出的燃料电池组。

这里，在制造MEA 10的过程中，使用热压机或热轧机将辅助垫圈16接合到MEA 10上。

也就是，当把辅助垫圈16堆叠在3层MEA的两侧上并把得到的MEA馈送到热压机或热轧机中时，辅助垫圈16通过一对辊被挤压并接合到3层MEA 10的两侧上。

然而，使用热压机或热轧机接合辅助垫圈16的该工序由于相关联的长制造时间而是有问题的。

为了解决该问题，本申请人提供了用于制造燃料电池膜电极组件的连续辅助垫圈接合装置(2011年8月10日提交的韩国专利申请10-2011-0079414号)。在超声波振动变幅杆对支架保持恒定压力的同时执行该接合工序，并且因此当膜电极组件通过变幅杆和支架之间时，膜电极组件可能会被超声波振动变幅杆损伤。

本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了利用超声波振动制造燃料电池膜电极组件的方法，其能够防止膜电极组件被损伤。特别地，本发明提供了按照使用超声波振动把辅助垫圈(sub-gasket)接合到聚合物电解质膜的两侧上、随后在聚合物电解质膜的通过辅助垫圈的开口露出的两侧上涂覆并干燥电极的方式制造燃料电池膜电极组件的方法。

在一个方面中，本发明提供了通过超声波振动接合制造燃料电池膜电极组件的方法，该方法包括：将聚合物电解质膜和辅助垫圈馈送到超声波振动施加装置中；通过超声波振动把辅助垫圈接合到聚合物电解质膜的两侧的边缘上；在接合辅助垫圈之后，通过喷涂而在聚合物电解质膜的两侧上涂覆电极浆料；以及干燥所涂覆的电极浆料。

在示例性实施例中，在接合辅助垫圈之后，聚合物电解质膜的两侧的边缘是通过辅助垫圈固定的。如此，电极浆料被直接涂覆在聚合物电解质膜的两侧上。

本发明的其它方面和示例性实施例在下文中讨论。

附图说明

现在将参考通过附图示出的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的通过超声波振动接合制造燃料电池膜电极组件的方法的示意图；

图2是示出通过超声波振动接合制造燃料电池膜电极组件的常规方法的示意图；并且

图3是示出制造燃料电池膜电极组件的常规工序的示意图。

附图中陈列的附图标记包括对下面进一步讨论的以下要素的引用：

10：膜电极组件                12：聚合物电解质膜

14：电极                      16：辅助垫圈

18：气体扩散层                20：3层MEA进给辊

22：辅助垫圈进给辊            24：对准装置

26：支撑辊                    30：超声波振动施加装置

40：聚合物电解质膜进给辊

应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。

在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。