本公開涉及形狀改變的膜電極組件。

背景技術(shù)：

1、在燃料電池車輛中，用于燃料電池的膜電極組件(ema)用來(lái)產(chǎn)生電能。在膜電極組件中，陰極位于電解質(zhì)膜的頂部上，并且陽(yáng)極位于電解質(zhì)膜的下部。當(dāng)空氣(氧)被供應(yīng)至陰極且氫被供應(yīng)至陽(yáng)極時(shí)，產(chǎn)生大約1v的電壓。形成用于電子傳導(dǎo)和材料輸送的流動(dòng)路徑的氣體擴(kuò)散層(gdl)和分離板順序堆疊在膜電極組件上(這使得形成電池)。幾百個(gè)電池片串聯(lián)連接以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)車輛所需的能量。

2、在膜電極組件中產(chǎn)生的電壓傾向于取決于所需的輸出。所需的電流越大，電阻和材料傳遞阻力就變得越高。因此，由電流和電壓形成的曲線圖示出了趨于成反比的iv曲線。此時(shí)，電池效率與電池電壓(電壓/開路電壓(ocv))成比例，而損耗與電壓下降值(1-電壓/開路電壓)成比例。

3、為了將氫燃料電池安裝在車輛中，不得不限制用于燃料電池的膜電極組件的尺寸。也就是說(shuō)，各種bop部件和堆必須一起安裝在車輛的引擎室空間內(nèi)，并且用于燃料電池的膜電極組件位于堆內(nèi)未被歧管、各種配套部件、殼體等占據(jù)的空間中。由于這種情況，在滿足在有限空間內(nèi)的布置的布局要求的同時(shí)，需要最大程度地確保反作用區(qū)段。也就是說(shuō)，當(dāng)滿足在有限空間中布置的布局要求時(shí)，可以安裝膜電極組件。然而，為了提高操作效率，需要通過(guò)最大化反作用區(qū)段來(lái)降低電流密度。

4、轉(zhuǎn)印法(decal?method，轉(zhuǎn)壓法)用作大量生產(chǎn)膜電極組件的主要技術(shù)之一。轉(zhuǎn)印法是指使用涂覆設(shè)備用電極涂覆離型紙片，然后通過(guò)熱壓將電極轉(zhuǎn)移(transfer，轉(zhuǎn)印)到電解質(zhì)膜上的過(guò)程。在涂覆過(guò)程中，電極以矩形形狀形成在離型紙片上，并且當(dāng)熱壓時(shí)，電極在被加熱的同時(shí)承受壓力。壓力與載荷(＝由擠壓本身產(chǎn)生的載荷+由設(shè)備施加的額外載荷)和擠壓所施加的長(zhǎng)度成比例。也就是說(shuō)，即使施加相同大小的載荷，但是當(dāng)電極的長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，載荷所施加的區(qū)域發(fā)生變化，并且因此施加到電解質(zhì)顆粒的力發(fā)生變化。

5、通常，在使用平壓機(jī)或輥壓機(jī)進(jìn)行熱傳遞的情況下，難以將壓力施加在電極的整個(gè)區(qū)域上。由于這種情況，難以確保產(chǎn)品的均勻性，這導(dǎo)致燃料電池的質(zhì)量和性能降低。例如，施加到電極的壓力越小，加工能力變得越不利(轉(zhuǎn)移生產(chǎn)率下降)。施加到電極的壓力越高，電解質(zhì)顆粒之間的間隙變得越小，從而導(dǎo)致在排水方面變得不利(mea的耐久性降低)。由于這種情況，轉(zhuǎn)移壓力是在轉(zhuǎn)移加工期間需要持續(xù)管理的關(guān)鍵因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的目的是提供一種用于制造具有形狀改變的電極的膜電極組件以改進(jìn)膜電極組件的耐久性和性能的系統(tǒng)。

2、本公開的另一目的是提供一種制造膜電極組件的方法，該方法使用制造膜電極組件的系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。

3、本公開不限于上述目的。本公開的目的將可以通過(guò)以下詳細(xì)描述更清楚地理解，并且可以通過(guò)在權(quán)利要求中敘述的外部和內(nèi)部限制及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4、根據(jù)本公開的一方面，提供了一種制造膜電極組件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：第一傳輸單元，配置為傳輸?shù)谝浑姌O膜；第二傳輸單元，配置為傳輸?shù)诙姌O膜；第三傳輸單元，配置為傳輸具有預(yù)定寬度的電解質(zhì)膜，使得所述電解質(zhì)膜介于所述第一電極膜與所述第二電極膜之間；以及一對(duì)輥壓機(jī)，配置為從上向下且從下向上地?cái)D壓由一側(cè)向方向拉入到一對(duì)輥壓機(jī)之間的第一電極膜、電解質(zhì)膜和第二電極膜。

5、在該系統(tǒng)中，一對(duì)輥壓機(jī)中的一個(gè)輥壓機(jī)包括：主反作用區(qū)段圖案，以從輥壓機(jī)的表面突起的方式形成；以及輔助反作用區(qū)段圖案，沿電解質(zhì)膜的寬度方向以分別從主反作用區(qū)段圖案的兩側(cè)伸出的方式形成。

6、在該系統(tǒng)中，主反作用區(qū)段圖案可以具有多邊形形狀和曲線形狀中的至少一者，并且主反作用區(qū)段圖案包括布置成彼此隔開的多個(gè)主反作用區(qū)段圖案。

7、在該系統(tǒng)中，主反作用區(qū)段圖案可以具有至少一個(gè)多邊形形狀部，主反作用區(qū)段圖案可以布置成彼此間隔開，并且主反作用區(qū)段圖案可以包括壓紋主體以及沿著輥壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度方向分別從壓紋主體的兩端伸出的伸出部。

8、在該系統(tǒng)中，主反作用區(qū)段圖案可以具有n(n為等于或大于6的偶數(shù))個(gè)邊和n個(gè)角的多邊形形狀。

9、在該系統(tǒng)中，輔助反作用區(qū)段圖案可以具有多邊形形狀和曲線形狀中的至少一者，并且可以在形狀上與主反作用區(qū)段圖案相對(duì)應(yīng)。

10、在該系統(tǒng)中，在主反作用區(qū)段圖案上的任意點(diǎn)處，主反作用區(qū)段圖案沿輥壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度方向的寬度為第一寬度，第一輔助反作用區(qū)段圖案和第二輔助反作用區(qū)段圖案中的每個(gè)輔助反作用區(qū)段圖案沿輥壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度方向與任意點(diǎn)處于同一線上時(shí)的寬度為第二寬度，第一寬度和第二寬度的總和保持恒定。

11、在該系統(tǒng)中，輔助反作用區(qū)段圖案的厚度可以比主反作用區(qū)段圖案的厚度大。

12、在該系統(tǒng)中，輔助反作用區(qū)段圖案的厚度可以小于主反作用區(qū)段圖案的厚度和由側(cè)向方向拉入到輥壓機(jī)之間的第一電極膜、電解質(zhì)膜和第二電極膜的各自厚度之和。

13、在該系統(tǒng)中，輔助反作用區(qū)段圖案的厚度可以與主反作用區(qū)段圖案的厚度等于在另一側(cè)向方向上被推出的第一電極膜、電解質(zhì)膜和第二電極膜的各自厚度之和。

14、該系統(tǒng)還可以包括彈性體，該彈性體布置在輥壓機(jī)與第一電極膜之間的位置和輥壓機(jī)與第二電極膜之間的位置中的至少一者。

15、在該系統(tǒng)中，所述彈性體可以由選自由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚酰亞胺(pi)和聚醚砜(pes)組成的組的至少一者形成。

16、在該系統(tǒng)中，彈性體在結(jié)構(gòu)上可以包括厚度在200μm至500μm之間的膜。

17、在該系統(tǒng)中，主反作用區(qū)段圖案可以分別具有多個(gè)六邊形形狀部，主反作用區(qū)段圖案的多個(gè)六邊形形狀部可以交替地布置為彼此以預(yù)定距離間隔開，并且輔助反作用區(qū)段圖案可以分別具有與主反作用區(qū)段圖案的形狀部相對(duì)應(yīng)的多個(gè)三角形形狀部。

18、在該系統(tǒng)中，主反作用區(qū)段圖案可以分別具有多個(gè)八邊形形狀部，主反作用區(qū)段圖案可以布置為彼此以預(yù)定距離間隔開，輔助反作用區(qū)段圖案可以分別具有與主反作用區(qū)段圖案的八邊形形狀部相對(duì)應(yīng)的多個(gè)三角形形狀部，并且分別具有多個(gè)三角形形狀部的輔助反作用區(qū)段圖案可以布置為彼此間隔開。

19、在該系統(tǒng)中，輥壓機(jī)可以包括n(n是等于或大于2的自然數(shù))列主反作用區(qū)段圖案，主反作用區(qū)段圖案可以分別包括多個(gè)六邊形形狀部，主反作用區(qū)段圖案可以布置為彼此以預(yù)定距離間隔開，并且輔助反作用區(qū)段圖案可以在形狀上與主反作用區(qū)段圖案相對(duì)應(yīng)，在多個(gè)主反作用區(qū)段圖案中的每個(gè)主反作用區(qū)段圖案上的任意點(diǎn)處，該主反作用區(qū)段圖案沿電解質(zhì)膜的寬度方向的寬度為第一寬度，第一輔助反作用區(qū)段圖案和第二輔助反作用區(qū)段圖案沿電解質(zhì)膜的寬度方向與任意點(diǎn)處于同一線上時(shí)的寬度為第二寬度，第一寬度和第二寬度之和保持恒定。

20、在該系統(tǒng)中，輥壓機(jī)可以包括三列或更多列的主反作用區(qū)段圖案。

21、使用根據(jù)本公開的制造膜電極組件的系統(tǒng)(該系統(tǒng)包括具有主反作用區(qū)段圖案和輔助反作用區(qū)段圖案的輥壓機(jī))使得可以在轉(zhuǎn)移電解質(zhì)膜的過(guò)程中均勻地保持轉(zhuǎn)移壓力。因此能夠當(dāng)施加高轉(zhuǎn)移壓力時(shí)防止由于電解質(zhì)顆粒之間的間隙減小而引起的耐久性降低的問(wèn)題以及所導(dǎo)致的排水方面的缺點(diǎn)。此外，能夠當(dāng)施加低轉(zhuǎn)移壓力時(shí)防止由于電解質(zhì)膜的不完全轉(zhuǎn)移而引起的產(chǎn)量降低的問(wèn)題。

22、在相關(guān)技術(shù)中，電極以矩形形狀施加到電解質(zhì)膜。相反，根據(jù)本公開的電極是通過(guò)在相關(guān)技術(shù)中的矩形電極的縱向方向上從兩個(gè)端部部分的中央?yún)^(qū)域伸出預(yù)定距離而形成的。由此，能夠?qū)㈦姌O施加到電解質(zhì)膜的未利用區(qū)域，以能夠防止未利用空間閑置。此外，兩個(gè)邊緣部分在電極的縱向方向上的尺寸減小預(yù)定深度。這可以提供防止由于向邊緣部分無(wú)效或過(guò)量供應(yīng)氣體而引起的低耐久性的優(yōu)點(diǎn)。

23、本公開不限于上述有利效果。本公開應(yīng)被理解為提供可以從以下詳細(xì)描述中推導(dǎo)出的其他有利效果。