[发明专利]一种燃料电池膜电极连续批量化生产方法和装置

说明书

本发明公开一种燃料电池膜电极连续批量生产方法和装置，所述装置包括电解质膜放卷、盖膜剥离、浆料供给、催化层涂布、干燥、边框膜放卷、边框膜热压合、底膜剥离、膜翻转、膜电极收卷等系统。利用装置对电解质膜进行卷对卷连续涂布和边框膜压合，第一催化层干燥完成后，进行边框膜放卷和热压合，然后剥离底膜并翻转，进行电解质膜第二催化层涂布，干燥后进行边框膜压合。利用该方法实现电解质膜两面直接涂布催化层，相比喷涂技术可提高生产效率，相比催化层转印技术可提高催化层成品率，将催化层制备与边框压合两个环节结合，实现膜电极生产连续化，提高生产效率，利于实现膜电极批量生产。

技术领域

本发明属于燃料电池及膜电极生产技术领域，具体涉及一种用于燃料电池膜电极批量化生产的方法和装置。

背景技术

燃料电池是一种高效、环保的能量转换装置，在交通运输、分布式发电等多个领域具有广泛应用前景。膜电极是燃料电池核心部件，主要由电解质膜、催化剂层、密封边框和气体扩散层等组成，膜电极的性能和产量决定了燃料电池的性能和产量。目前，燃料电池已经进入大规模推广初期阶段，迫切需求可以满足批量化生产膜电极的工艺方法和装置。

目前，燃料电池膜电极比较普遍使用的制备方法是CCM法，首先将催化剂分别涂敷于电解质膜的两侧，形成CCM，然后将CCM置于两片气体扩散层之间，与密封框一起热压形成膜电极。该方法直接将催化剂涂敷于电解质膜的表面制备催化剂层，催化剂与电解质膜接触好，可提高电池性能，该方法催化剂利用率也较高，可以降低成本。

在制备膜电极CCM过程中，催化剂层主要通过喷涂、涂布等方法制备。喷涂装置或喷涂方式应用范围有限，一般适合小面积、小批量的生产需求而且喷涂速度慢，需要多次重复完成，不能实现连续生产，效率低下。发明专利CN106602082A公开了一种燃料电池膜电极辊对辊制备方法及装置，该装置包括电解质膜输出系统、电解质膜传送系统、膜回收系统、催化剂浆料输送系统和至少两组加热系统和喷头。该发明实现了一次性喷涂电解质膜的两面，实现了两组加热系统和喷头同时工作，可以实现膜电极小批量生产。

近年来，为了提高膜电极的产能，涂布技术开始用于生产膜电极CCM，但是，目前采用该技术生产膜电极CCM面临许多问题。首先，电解质膜强度较差，拉伸时容易变形；而且由于电解质膜的特殊性质，导致催化剂浆料涂覆于膜的表面时，电解质膜容易发生溶胀。因此，涂布时电解质膜的一面需要有底膜保护，先在电解质膜的另一面即非底膜保护面涂布催化剂层，然后剥离底膜，通过转印等形式制备第二侧催化剂层。该方法增加了转印过程，影响生产效率；而且转印工艺复杂，影响因素多，完整高质量的转印催化剂层比较困难。通过上述喷涂方法或一面涂布加一面转印法制备完CCM后，通常需将CCM裁剪成单片，与密封框和气体扩散层一起热压制作成膜电极，该过程不能自动化连续进行，是膜电极生产过程的限速步骤。发明专利CN109713343A提供了一种膜电极连续制备设备及方法。该方法主要侧重于CCM与PET边框的连续压合步骤，首先对CCM和PET料卷分别进行预冲裁，冲裁后的CCM和PET膜通过热压机进行热压合后再整体冲裁，该方法保证了输送过程的连续性和完整性，提高了生产效率。

目前，通过喷涂的方法制备膜电极CCM，一定程度上可以满足小批量的产能需求，但是不适合膜电极连续大批量的生产过程；通过狭缝涂布的方法制备CCM催化层具有精度高和便于实现连续化等优点，但是由于膜电极中电解质膜的特殊性质，目前还无法实现连续的在电解质膜两侧直接涂布催化层制备CCM，以及CCM涂布和边框热压合过程的连续进行。

发明内容

为了解决现有技术中的上述关键问题，本发明提供了一种适合燃料电池膜电极卷对卷连续批量化生产的工艺方法和装置。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供了一种燃料电池膜电极连续生产方法，生产膜电极所使用的电解质膜具有A面和B面，所述B面复合有底膜，所述方法包括如下步骤：

a)在电解质膜的A面涂布第一催化剂层；

b)将边框膜I与电解质膜的A面进行热压合；