[发明专利]一种燃料电池膜电极组件的复合方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池膜电极复合设备技术领域，尤其涉及一种燃料电池膜电极组件的复合方法及其装置，本发明用于完成燃料电池膜电极组件中质子气体扩散层与催化剂层的贴合。

背景技术

燃料电池膜电极组件(MEA，Membrane Electrode Assembly)主要由质子气体扩散层与催化剂层组成，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。气体扩散层(GDL，Gas Diffusion Layer)的作用是向阳极和阴极均匀地提供燃料和氧化剂，同时排出阴极产生的水以及进行电荷传递。催化剂层(CL，Catalyst Layer)是发生化学反应的场所，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。GDL与催化剂层的层合质量直接影响了燃料电池的性能。

目前现有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不能得到保证。这极大的限制了质子交换膜燃料电池的商业应用。由于市场的强烈需求，从而推动了具有高可靠性、高精度的自动化设备的不断发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池膜电极组件的复合方法，该方法具有重复定位精度高，稳定可靠的特点，可使GDL精确的贴在催化剂层上；本发明还提供了实现该方法的装置。

本发明提供的一种燃料电池膜电极组件的复合方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

(1)、测定燃料电池膜电极组件中GDL一条边的偏角α和催化剂层对应边的偏角β；

(2)、根据测得的偏角，旋转GDL β-α度，使得GDL的偏角与催化剂层的偏角相等；

(3)、利用GDL采图相机采集GDL图像，并在GDL图像的两条边缘各设置一个检测区域，分别计算两个区域内的边缘相对于图像坐标系的斜率和截距，从而确定了两条直线的坐标方程，联立两条直线的坐标方程求出GDL两条边缘的交点坐标(x₁，y₁)；利用催化剂层采图相机采集催化剂层的图像，使用同样的方法检测出催化剂层的两条边缘的交点坐标(x₂，y₂)；

(4)、计算GDL两条边缘的交点坐标(x₁，y₁)距离GDL采图相机视野中心的X和Y向偏差(Δx₁，Δy₁)，计算催化剂层两条边缘的交点坐标(x₂，y₂)距离催化剂层采图相机视野中心的X和Y向偏差(Δx₂，Δy₂)；

假设GDL采图相机视野中心和催化剂层采图相机视野中心在x方向位置相差Δx₃，在y方向相差Δy₃，则要将GDL从采图位置准确的贴在被检测的同样几何尺寸的催化剂层上，在X方向需移动的距离为Δx＝Δx₂-Δx₁+Δx₃，Y方向需移动的距离为Δy＝Δy₂-Δy₁+Δy₃；

(5)、将GDLX和Y方向分别移动Δx和Δy，从而使GDL从采图位置准确的贴在被检测的同样几何尺寸的催化剂层上。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，利用边缘检测算子和最小二乘法计算两个区域内的边缘相对于图像坐标系的斜率和截距。

上述GDL采图相机视野中心和催化剂层采图相机均进行标定，确定两个相机各自的像素坐标系和世界坐标系的关系，并纠正其畸变。

本发明提供的燃料电池膜电极组件的复合装置，其特征在于，该装置包括计算机，催化剂层采图相机，背光光源，装有镜头的GDL采图相机，条形光源，多自由度机械手；

所述背光光源和催化剂层采图相机均安装在第一支架上，背光光源安装在催化剂层采图相机的下方，两条条形光源和GDL采图相机均安装在第二支架上，且两条条形光源对称安装在GDL采图相机的两侧，第一支架和第二支架均能够垂直和水平调节，催化剂层采图相机、GDL采图相机、多自由度机械手通过数据线与计算机相连，计算机用于控制多自由度机械手及进行数据处理。

复合时，GDL位于GDL采图相机和条形光源的上方，催化剂层位于催化剂层采图相机的下方和背光光源的正上方。

本发明的积极效果是：

1.通过本发明，可以计算出GDL与催化剂层的位置综合偏差，然后引导机械手运动，从而将GDL精确贴在催化剂层上。