[发明专利]一种燃料电池膜电极热压头上表面贴片的纠偏补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型能源——燃料电池膜电极叠层装备技术领域，主要讨论的是向热压装置热压头上表面进行GDL贴装时的纠偏补偿问题。GDL的贴装是MEA（Membrane Electrode Assembly，简称MEA）生产过程中尤其关键的一步，其位置的贴装精度直接影响到气体与催化剂层的接触面积，影响燃料电池的转化效率，本发明较大程度上解决了使用摆动气缸翻转贴片时热压头上表面GDL贴不准的问题。

背景技术

在国内外燃料电池发展现状中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）的研究和应用都处于较领先的地位，特别是在小型固定电源领域，PEMFC的比例达到90%以上，是便携式电源、电动汽车电源、小型固定电源的理想选择。

一个PEMFC本体由若干个电池单体组成，而电池单体主要由膜电极MEA和双极板组成，实际应用中根据需要将电池单体进行组合就可以得到不同功率、电压的燃料电池。电池工作时，燃料和空气被分别送进燃料电池，在催化剂的作用下发生反应，最终在其两极上产生电动势，若将外电路连接起来就会产生电流，生成的水通过电极板随反应尾气排出。燃料电池膜电极组件主要由质子交换膜、催化剂和气体扩散层组成，是实现质子交换膜燃料电池电化学反应的核心组件，很大程度上决定着燃料电池的性能。不仅如此，MEA对降低整个燃料电池生产成本、加快其商业化进程具有很重要的现实意义。

MEA特种复合设备是燃料电池自动化生产装备的重要组成部分，为一套集光、机、电、气于一体的复杂、精密系统设备，其研究并开发的主要技术内容包括：超薄变结构柔性薄膜输送、微张力控制、精确定位、热压温控一致性、疏松脆性多孔介质夹持、图像采集、多物理量协同控制、多工艺集成等关键技术。国内外厂商对燃料电池池相关核心技术和工艺均申请了相应专利保护，并制定知识产权战略作为公司发展的重要战略之一，这在很大程度上阻碍了我国燃料电池特种复合设备研究的步伐。

目前我国质子交换膜燃料电池尚未实现市场化，无论是燃料电池发动机、备用电源还是电站，都只是由政府买单的研发-示范项目的少量应用，还谈不上商业化市场运行。近些年，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。

本发明提供的燃料电池膜电极热压头上表面的纠偏补偿方法针对的是GDL热压装置（参见本申请人于2012年4月24日提交的申请号2012101231860的发明专利申请“一种脆性片材与柔性基材复合设备及其工艺方法”，该发明中提供的热压设备如图1所示，它包括热压装置101、撑膜装置102、上料装置103、上料检测装置104、真空拾放装置105、薄膜检测装置106和支撑架107，其中，真空拾放装置105可以为五自由度机械手结构，并由用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上直线移动的移动机构、安装在Z轴移动机构上的摆动与真空拾取机构90，以及用于对摆动与真空拾取机构在Z轴方向上的角度进行调节的纠姿机构80组成。具体来说，各个X轴、Y轴和Z轴移动机构分别包括X向底座30、Y向底座10和Z向底座50、安装在各个底座上的直线导轨40、20和60及相应的驱动动力元件，其中X轴移动机构的底座30通过Y向滑块安装在Y轴移动机构的直线导轨20上，Z轴移动机构的底座50通过X向滑块安装X轴移动机构的直线导轨40上，纠姿机构80的支座70通过Z向滑块安装在Z轴移动机构的直线导轨60上。在实际应用时，Y轴移动机构带动X向底座及连接其上的所有部件进行Y向直线运动，X轴移动机构带动Z向底座及连接其上的所有部件进行X向直线运动，Z轴移动机构带动纠姿支座及连接其上的所有部件进行Z向直线运动。该真空拾放装置中的摆动与真空拾取机构的分解图如图3所示）。GDL贴片是燃料电池膜电极生产的一道很重要的工序，它的贴装精度直接影响到燃料电池的转化效率，贴装误差过大时还会导致两侧气体绕过催化剂层发生互串失效，所以对GDL热压装置上GDL贴装必须严格把关，本发明就是解决GDL热压装置热压头上表面准确贴片的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决使用摆动气缸翻转贴片时热压头上表面GDL贴不准的问题，提供了一种针对热压头上表面贴片的纠偏补偿方法，该方法具有重复定位精度高，稳定可靠的特点，可使GDL精确的贴在热压头上表面上，同时该补偿方法也证实了采用常量对热压头上表面贴片进行补偿的错误性，该补偿量是与视觉检测值相关联的，是一非常量。