CN107275648A - 用于制备催化剂涂覆的膜的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备催化剂涂覆的膜的方法，包括以下步骤：用第一催化剂分散体涂覆基底；对膜的第二侧面设置支撑薄膜；用第二催化剂分散体涂覆膜的第一侧面；对第一催化剂分散体进行干燥或者对第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面进行干燥；将第一催化剂涂覆的基底层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面或者将第一催化剂分散体涂覆的基底层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面以使得第一催化剂和第二催化剂叠加，由此形成层压件，该层压件在膜上包括第一催化剂层；对层压件进行干燥；将支撑薄膜从膜的第二侧面移除；在膜的第二侧面上涂覆第三催化剂分散体；对第三催化剂分散体进行干燥；以及从第一催化剂涂覆的基底移除基底。

Description

用于制备催化剂涂覆的膜的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于制备催化剂涂覆的膜的方法以及一种用于制造催化剂涂覆的膜的装置。
背景技术
催化剂涂覆的膜在燃料电池中以膜电极组件的形式使用。膜电极组件(MEA)由阳极气体扩散层(A-GDL)、阳极催化剂层(A-cl)、聚合物电解质膜、阴极催化剂层(C-cl)和阴极气体扩散层(C-GDL)按照上述的顺序堆叠而构成。为了实现高催化活性，关键在于催化剂层具有用于电解质膜的大表面积和良好接触。在制备膜电极组件时，首先在气体扩散层上设置催化剂层，然后将催化剂层热压至膜。该方法带来的缺点缘于在湿段(wet stage)施加的催化剂与多孔的扩散层混合。在用于形成催化剂涂覆的膜的另一种方法中，催化剂层形成于惰性的临时性基底上且随后被转移至聚合物电解质膜。这样的工艺需要额外的临时性基底，增加了工艺成本。而且，这样的工艺复杂且耗时长。在另一种方法中，通过将催化剂分散体(catalyst dispersion)直接涂覆到膜上来制备催化剂涂覆的膜。膜可以是自立式(free-standing)，这会导致膜的不受控的尺寸变化，尤其是在使用低厚度的膜时。
专利申请US2002/0064593A1描述了一种用于生产膜电极组件(MEA)的连续的卷对卷式(roll-to-roll)工艺。将第一催化剂油墨直接涂覆到聚合物电解质膜的第一侧面上，将聚合物电解质膜的第二侧面固定到背衬薄膜，并且将气体扩散层(GDL)直接施加到仍然潮湿的第一催化剂层上。最后，将组合件在烤箱中进行干燥。在从聚合物电解质膜的第二侧面移除背衬薄膜之后，将第二催化剂油墨直接涂覆到仍然由组合件支撑的聚合物电解质膜的第二侧面上并进行最终干燥。在该专利申请中，以不同的方式将第一催化剂油墨直接涂覆到第一GDL上并且将聚合物电解质膜的第一侧面直接施加到仍然潮湿的催化剂油墨层上，在此将聚合物电解质膜的第二侧面固定到其背衬薄膜上。将第二催化剂油墨直接涂覆到第二GDL上并且在移除了聚合物电解质膜的背衬薄膜之后，聚合物电解质膜的第二侧面与仍然潮湿的第二催化剂油墨层相接触。在示例中仅描述了厚度为30μm的聚合物电解质膜并且没有描述更薄的聚合物电解质膜(例如10-20μm)。利用专利申请US2002/0064593A1中的工艺，只能获得膜电极组件(MEA)而不能获得催化剂涂覆的膜(CCM)，这在必须向CCM施加边缘材料(rim material)的情况下是必然的。
专利申请EP1261058A2描述了一种用于生产膜电极组件(MEA)的方法。该方法包括非连续的卷对卷式工艺，其中用于阳极和阴极的气体扩散层均涂覆有催化剂油墨，并且最终这些经过涂覆的气体扩散层都在电极的仍然潮湿的状态下布置到聚合物电解质膜的两个侧面上。最后，将该组合件在烤箱中进行干燥。在示例中仅描述了厚度为50μm的聚合物电解质膜并且没有描述更薄的聚合物电解质膜(例如10-20μm)。利用专利申请EP1261058A2中的方法，只能获得膜电极组件(MEA)而不能获得催化剂涂覆的膜(CCM)，这在必须向CCM施加边缘材料的情况下是必然的。
发明内容
本发明隐含的目标是提供一种克服了上述问题的用于制造催化剂涂覆的膜的方法。特别地，本发明的主旨是提供一种避免膜的不受控的尺寸变化(例如催化剂层中的褶皱形成以及开裂形成等)的方法，该方法能够容易地实现且无需高科技。本发明隐含的进一步的目标是提供一种用于制造高品质的催化剂涂覆的膜的装置。
上述问题通过根据权利要求1所述的用于制造催化剂涂覆的膜的方法来解决。根据本发明的方法，关键在于制备第一催化剂层，该第一催化剂层由在随后的层压步骤中连结在一起的两个局部催化剂层形成。为了在层压期间实现两个局部催化剂层之间的充分的粘附性，必须使两个局部催化剂层中的一个处于非干燥状态。
在本发明的方法的第一方面，所述方法包括用第一催化剂分散体涂覆基底的第一步骤。第一催化剂分散体(其也可以被称作“催化剂油墨”)至少包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂。可以加入其他的功能性添加剂例如粘度修正剂等。在随后的步骤中，可以对设置在基底上的第一催化剂分散体实施干燥以获得第一催化剂涂覆的基底。单独地，实施对膜的第二侧面设置支撑薄膜的步骤。该步骤例如可以通过将支撑薄膜层压到膜的第二侧面上来完成。
可选地，也可以使用已经设置有支撑薄膜的膜。
膜没有特别的限制并且可以是任意合适种类的膜，例如是离子活性膜譬如聚合物电解质膜等。在将支撑薄膜施加至膜的第二侧面之后，实施用第二催化剂分散体涂覆膜的第一侧面的涂覆步骤。由此获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面。类似于第一催化剂分散体，第二催化剂分散体至少包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂。可以加入其他的功能性添加剂例如粘度修正剂等。在将第二催化剂分散体直接涂覆到膜上的该步骤期间，支撑薄膜将膜稳定住并且避免膜脱落，从而避免膜的(尤其是在幅材张力作用下的)不受控的尺寸变化。
在下一个步骤中，层压第一催化剂涂覆的基底和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面，以使得第一催化剂涂覆的基底中的第一催化剂和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面中的第二催化剂叠加。
在本发明的方法的该第一方面中，为了在下文所述的随后的层压步骤中实现第一催化剂和第二催化剂之间的所需的粘附性，关键在于在层压步骤期间，直接涂覆到膜的第一侧面上的第二催化剂分散体处于湿态(即不是干燥的)，而设置在基底上的第一催化剂分散体处于干态。
根据本发明的方法的第二方面，所述方法包括如上所述的用第一催化剂分散体涂覆基底的第一步骤。与本发明的方法的第一方面不同的是，设置在基底上的第一催化剂分散体不进行干燥，由此获得第一催化剂分散体涂覆的基底，其中第一催化剂分散体处于非干燥状态。
同样，单独地，实施对膜的第二侧面设置支撑薄膜的步骤。该步骤例如可以通过将支撑薄膜层压到膜的第二侧面上来完成。可选地，也可以使用已经设置有支撑薄膜的膜。
膜与上述的膜相同。在将支撑薄膜施加至膜的第二侧面之后，实施用第二催化剂分散体涂覆膜的第一侧面的涂覆步骤。由此获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面。该步骤与本发明的方法的第一方面中的相应步骤相同，并且实现了相同的有利效果。随后，实施对设置在膜的第一侧面上的第二催化剂分散体进行干燥的干燥步骤，由此获得第二催化剂涂覆的膜的第一侧面。
因此，在本发明的方法的该第二方面中，设置在膜的第一侧面上的第二催化剂分散体层处于干燥状态，而在上述的本发明的方法的第一方面中，设置在基底上的第一催化剂分散体层处于干燥状态。相应的另一个催化剂层处于非干燥状态，以使得能够容易地实施随后的层压步骤。
在层压步骤中，层压第一催化剂涂覆的基底(干燥状态)和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(非干燥状态)或者层压第一催化剂分散体涂覆的基底(非干燥状态)和第二催化剂涂覆的膜的第一侧面(干燥状态)，以使得第一催化剂层中的第一催化剂和第二催化剂层中的第二催化剂叠加。
由于在两种情况下，催化剂分散体层中都有一层处于非干燥状态也就是处于湿态，因此实现了所形成的第一催化剂层的两个局部催化剂层之间的高粘附性，并且形成了包括膜(该膜包括第一催化剂层)的层压件。另外，存在基底并且第一催化剂层形成于基底和膜之间。
随后，对层压件进行干燥。
通过以下的步骤，第二催化剂层形成于膜的第二侧面上。首先，将支撑薄膜从膜的第二侧面移除。由于支撑薄膜仍然是层压件的最外面的一层，因此该步骤能够容易地实施。在移除支撑薄膜之后，用第三催化剂分散体直接涂覆膜的第二侧面。第三催化剂分散体至少包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂。可以加入其他的功能性添加剂例如粘度修正剂等。在对第三催化剂分散体进行干燥的后续步骤之后，在膜上形成第二催化剂层。
在最后的步骤中，将已在第一步骤中涂覆有第一催化剂分散体的基底从层压件移除。由此，形成催化剂涂覆的膜，其按照下列的顺序包括以下的各层：第一催化剂层-膜-第二催化剂层，其中第一催化剂层由第一催化剂分散体和第二催化剂分散体形成。
本发明的方法具有的优点是：在向膜上涂覆催化剂分散体的每一个涂覆步骤(这是引起膜的尺寸变化的最为关键的步骤)期间，膜总是由稳定的层支撑。也就是说，当直接涂覆第二催化剂分散体时，膜由支撑薄膜支撑。当在膜上涂覆第三催化剂分散体时，膜由包括第一催化剂涂覆的基底的第一催化剂层和包括第二催化剂分散体层的层支撑。所以，能够因膜的稳定而避免尺寸的变化例如褶皱和皱纹等的形成。本发明的方法还避免了在具有高度均匀性的催化剂层以及催化剂涂覆的膜中的开裂形成，并且由此能够进行高品质制造以确保出色的性能。用于制造催化剂涂覆的膜的本发明的方法能够在短的处理时间内容易地实施且无需使用高科技。制造出的催化剂涂覆的膜能够典型地用于膜电极组件。
从属权利要求包含本发明的有利实施例。
根据本发明的方法的实施例，基底是多孔的。使用DIN 66134(公布日期：1998年2月)中的N2吸附BJH方法测量的孔隙率的范围优选地是从20％到90％，更优选地是从40％到70％。
进一步优选地，基底的平均孔隙尺寸的范围是从30nm到300nm。由此，能够以高速率对设置在基底上的第一催化剂分散体容易地且均匀地实施干燥。能够使用DIN 66134(公布日期：1998年2月)中的N2吸附BJH方法确定平均孔隙尺寸。
第一催化剂分散体所涂覆的基底没有特别的限制。优选的基底选自下列构成的组：多孔陶瓷基底及其组合件、膨体聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、以及聚丙烯。这些聚合物材料提供了出色的底料性质。
根据进一步的实施例，对基底进行表面处理。通过对基底进行表面处理，能够改善涂覆和释放性质。优选地，实施等离子体处理或有机硅涂覆。
进一步有利地，用第一催化剂分散体涂覆基底优选地使用例如刮刀(doctorblade)、狭缝模具(slot die)、帘式涂敷装置(curtain coating)、或者旋转丝网印刷(rotary sieve printing)来实施。这样能够施加均匀的涂层以确保平滑的表面，由此改善了第一催化剂涂覆的基底到第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面的层压。而且，能够避免催化剂层中的例如开裂这样的表面缺陷。
在基底上施加第一催化剂分散体使得能够在进一步处理之前储存第一催化剂涂覆的基底。优选地，将第一催化剂涂覆的基底卷绕起来以用于储存。通过将第一催化剂涂覆的基底卷绕在辊上，能够便于处置经过涂覆的基底。
在每一种催化剂分散体中的催化剂的浓度没有特别的限制。然而，根据进一步优选的实施例，在第一催化剂分散体中的第一催化剂以及在第二催化剂分散体中的第二催化剂的总量被选择成对应于应当设置在第一催化剂层中的总催化剂加载量。催化剂的浓度可以是相同的，或者可以是不同的。通过在第一催化剂分散体和第二催化剂分散体中使用不同的催化剂浓度，能够向第一催化剂层中引入浓度梯度。
为了更容易地避免膜的起皱和已干燥的第一催化剂层中的开裂，在被涂覆的膜的第一侧面的每单位面积中的第二催化剂分散体中的溶剂的最大总量为4g/m2到21g/m2，和/或在第二催化剂分散体中的溶剂与膜的质量比相应地为0.14g/g到0.21g/g。
根据出色的涂覆和释放性质，支撑薄膜优选地选自下列构成的组：聚对苯二甲酸乙二酯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。
膜可以是自立式膜，此时通过将膜的第二侧面支撑在支撑薄膜上来处理该膜。然而，根据进一步优选的实施例，膜包括在膜的第一侧面上的覆盖层以用于将膜稳定住。而且，这样的覆盖层能够避免膜在储存和处置期间受到污染。当膜被覆盖层盖住时，要在用第二催化剂分散体涂覆膜的第一侧面之前，将覆盖层移除。
为了改善第一催化剂涂覆的基底和第二催化剂分散体之间的平整度和粘附性，将第一催化剂涂覆的基底层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面的层压步骤或者将第一催化剂分散体涂覆的基底层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面的层压步骤优选地包括碾压步骤。
进一步有利地，所述方法包括在移除基底之前将载体膜支撑在第二催化剂层的表面上的步骤。这样的载体膜例如在储存或运输期间避免污染并且保护第一催化剂层和第二催化剂层。特别地，当通过用第二催化剂分散体涂覆在膜的第一侧面上并且用第三催化剂分散体涂覆在膜的第二侧面上来制备膜时，并且所述膜被卷绕起来以用于储存或运输，第二催化剂分散体和第三催化剂分散体(或者在已经对催化剂分散体实施干燥的情况下则为催化剂层)不形成相互接触。
一并提供以下的示例和比较例以用于说明通过应用本发明的方法所获得的效果。
示例1
根据本发明的工艺，阳极和阴极电极所用的具有下列成分的催化剂油墨被用于生产催化剂涂覆的膜(CCM)：
10.0g的载铂催化剂(在石墨化的Vulcan XC72上载有重量百分比为20％的铂)
28.6g的商用分散体D-2020
26.0g的水(完全去离子)
35.4g的1-丙醇
在根据本发明的第一步骤中，通过施加一定量的50.25g/m2的湿电极层并且最终在烤箱中对所施加的湿电极层进行干燥以移除溶剂，由此用催化剂油墨涂覆多孔的聚丙烯基底。
在下一个步骤中，被支撑的全氟磺酸(PFSA)聚合物电解质膜(在其第二侧面上包含支撑箔)通过施加一定量的25.13g/m2的湿电极层而在其第一侧面上用催化剂油墨直接进行涂覆。无支撑的PFSA聚合物电解质膜的厚度为15μm。被支撑的PFSA聚合物电解质膜也可以在其第一侧面上包含覆盖箔，在涂覆被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面之前，必须首先移除该覆盖箔。
在涂覆被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面之后，施加多孔的聚丙烯基底，其中，以干电极层和湿电极层叠加的方式将聚丙烯基底的已经干燥的电极层(载铂量为0.10mg铂/cm2)直接施加到被支撑的PFSA聚合物电解质膜的仍然潮湿的电极层上。在下一个步骤中，将该组合件(层压件)在烤箱中进行干燥以移除湿电极中的溶剂。在干燥之后，该组合件包含经过干燥的、总载铂量为0.15mg铂/cm2的电极层。
在下一个步骤中，移除组合件中的PFSA聚合物电解质膜的支撑箔，并且通过施加一定量的25.13g/m2的湿电极层而用催化剂油墨直接涂覆PFSA聚合物电解质膜的第二侧面。最后，将组合件在烤箱中进行干燥以移除湿电极层中的溶剂。
在后续步骤中，将处理箔直接层压到组合件的已经干燥的第二电极层(载铂量为0.05mg/cm2)上。
在下一个步骤中，将组合件中的多孔的聚丙烯基底从第一电极层移除并且最终在处理箔上获得催化剂涂覆的膜(CCM)。
示例2
根据本发明的工艺，阳极和阴极电极所用的具有下列成分的催化剂油墨被用于生产催化剂涂覆的膜(CCM)：
10.0g的载铂催化剂(在石墨化的Vulcan XC72上载有重量百分比为20％的铂)
28.6g的商用分散体D-2020
26.0g的水(完全去离子)
35.4g的1-丙醇
在根据本发明的第一步骤中，通过施加一定量的25.13g/m2的湿电极层来用催化剂油墨涂覆多孔的聚丙烯基底。被支撑的PFSA聚合物电解质膜(在其第二侧面上受到支撑)将其第一侧面施加到多孔的聚丙烯基底的仍然潮湿的电极层上以形成组合件。无支撑箔的PFSA聚合物电解质膜的厚度为15μm。被支撑的PFSA聚合物电解质膜可以在其第一侧面上包含覆盖箔，在施加被支撑的PFSA聚合物电解质膜之前，必须首先移除该覆盖箔。最后，将组合件在烤箱中进行干燥以移除湿电极层中的溶剂。
在下一个步骤中，移除组合件中的被支撑的PFSA聚合物电解质膜的支撑箔，并且通过施加一定量的75.34g/m2的湿电极层而用催化剂油墨直接涂覆PFSA聚合物电解质膜的第二侧面。最后，将组合件在烤箱中进行干燥以移除湿电极层中的溶剂。
在后续步骤中，将处理箔直接层压到组合件的已经干燥的第二电极层上。
在下一个步骤中，将组合件中的多孔的聚丙烯基底从第一电极层移除并且最终在处理箔上获得催化剂涂覆的膜(CCM)。
比较例1
根据比较工艺使用的由阳极和阴极电极所用的催化剂油墨与示例1和2相比具有下列的相同成分，该催化剂油墨会在电极层中导致开裂并且会导致被支撑的PFSA聚合物电解质膜从其支撑箔上起皱/分离：
10.0g的载铂催化剂(在石墨化的Vulcan XC72上载有重量百分比为20％的铂)
28.6g的商用分散体D-2020
26.0g的水(完全去离子)
35.4g的1-丙醇
在根据比较工艺的第一步骤中，被支撑的PFSA聚合物电解质膜(在其第二侧面上包含支撑箔)通过施加一定的30.2g/m2的量而在其第一侧面上用催化剂油墨进行涂覆。在另一测试中，以相同的方式施加一定量的125.6g/m2的催化剂油墨。无支撑箔的PFSA聚合物电解质膜的厚度为15μm。在被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面上存在覆盖箔的情况下，在涂覆被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面之前，必须首先移除该覆盖箔。在对湿电极层进行干燥之前，对于30.2g/m2和125.6g/m2这两种用量的催化剂油墨而言，都即时地出现PFSA聚合物电解质膜从其支撑箔上分离的情况，并且由此形成PFSA聚合物电解质膜的褶皱。最后，将在被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面上的湿电极层在烤箱中进行干燥以移除溶剂。在干燥之后，从125.6g/m2的催化剂油墨获得的经过干燥的电极层以及从30.2g/m2的催化剂油墨获得的电极层都表现出电极层中的开裂形成。在干燥之后，PFSA聚合物电解质膜的褶皱仍然保留。
因为由PFSA聚合物电解质膜形成的褶皱，所以将处理箔直接层压到被支撑的PFSA聚合物电解质膜的第一侧面的经过干燥的电极上的均匀层压是不可实现的。
比较例2
根据比较工艺使用的由阳极和阴极电极所用的催化剂油墨与示例1和2相比具有下列的相同成分，该催化剂油墨会导致被支撑的PFSA聚合物电解质膜从其支撑箔上起皱/分离：
10.0g的载铂催化剂(在石墨化的Vulcan XC72上载有重量百分比为20％的铂)
28.6g的商用分散体D-2020
26.0g的水(完全去离子)
35.4g的1-丙醇
在根据本发明的第一步骤中，通过施加一定量的125.6g/m2的湿电极层来用催化剂油墨涂覆多孔的聚丙烯基底。被支撑的PFSA聚合物电解质膜(在其第二侧面上受到支撑)将其第一侧面施加到多孔的聚丙烯基底的仍然潮湿的电极上以形成组合件。无支撑箔的PFSA聚合物电解质膜的厚度为15μm。被支撑的PFSA聚合物电解质膜可以在其第一侧面上包含覆盖箔，在施加被支撑的PFSA聚合物电解质膜之前，必须首先移除该覆盖箔。
在对组合件的湿电极层进行干燥之前，即时地出现PFSA聚合物电解质膜从其支撑箔上分离的情况，并且由此形成PFSA聚合物电解质膜的褶皱。最后，将组合件的湿电极层在烤箱中进行干燥以移除溶剂，并且在干燥之后，电极层没有表现出开裂形成，但是PFSA聚合物电解质膜的褶皱仍然保留。
因为PFSA聚合物电解质膜的褶皱仍然保留，所以在将组合件中的被支撑的PFSA聚合物电解质膜的支撑箔移除之后，通过施加催化剂油墨以将均匀的湿电极层直接涂覆到PFSA聚合物电解质膜的第二侧面上是不可实现的。
本发明还涉及一种用于制造催化剂涂覆的膜的装置。所述装置包括第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元。这些处理单元可以设置为独立的处理单元，或者可以实施为一个处理单元。
第一处理单元包括：i)用于进给和运送基底的基底进给单元。作为示例，基底可以设置在辊上并且可以在进给和运送过程期间退卷(unwound)。第一处理单元还包括：ii)第一催化剂分散体涂覆单元，其用于将第一催化剂分散体涂覆到基底的第一侧面上，以获得第一催化剂分散体涂覆的基底。通过使用第一处理单元，能够以高精度制造第一催化剂分散体涂覆的基底。
第二处理单元包括：i)用于进给和运送膜(例如聚合物电解质膜)的膜进给单元。这样的膜进给单元可以是辊，膜被卷绕在辊上以用于储存。在从辊进给膜时，膜从辊上退卷并且被运送到下一个单元。第二处理单元还包括：ii)用于进给支撑薄膜的支撑薄膜进给单元。支撑薄膜被进给至膜，并且在iii)支撑薄膜层压单元中，支撑薄膜被层压到膜的第二侧面上。由此将膜的尺寸稳定住。在第二处理单元中，iv)第二催化剂分散体涂覆单元被设置用于将第二催化剂分散体涂覆到膜的未被覆盖的第一侧面上，以获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面。
第一处理单元和第二处理单元中的一个处理单元包括干燥单元。干燥单元例如可以是烤箱或者加热元件。在干燥单元设于第一处理单元中的情况下，所述干燥单元用于对第一催化剂分散体进行干燥以获得第一催化剂涂覆的基底。在干燥单元设于第二处理单元中的情况下，所述干燥单元用于对第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面进行干燥以获得第二催化剂涂覆的膜的第一侧面。
第二处理单元还包括：v)层压单元，所述层压单元用于层压第一处理单元中制造的第一催化剂涂覆的基底和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面或者用于将第一催化剂分散体涂覆的基底层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面以使得第一催化剂和第二催化剂叠加。由此，两个(局部的)包含催化剂的层被连结在一起，从而形成一个单一的第一催化剂层。随后，在层压单元中形成层压件，所述层压件包括设置在膜上的第一催化剂层，其中，换句话说，第一催化剂层在其一侧由膜夹持并且在其另一侧由基底夹持。
作为另外的单元，第二处理单元包括：vi)用于干燥层压件的干燥单元。干燥单元例如可以是烤箱或者加热元件。第二处理单元还包括：vii)第一移除单元，所述第一移除单元用于将支撑薄膜从膜的第二侧面移除。这对于制备用于涂覆的第二膜表面至关重要。在第二处理单元中，第一催化剂层设置在膜中，由此，在涂覆第二催化剂分散体和层压第一催化剂涂覆的基底的步骤期间，膜受到支撑。因此，膜中的褶皱形成以及第一催化剂层中的开裂形成都得以避免。
要注意的是，用于将支撑薄膜从膜的第二侧面移除的第一移除单元也可以形成下述的第三处理单元的一部分或者是单独的处理单元。
第三处理单元包括：i)第三催化剂分散体涂覆单元，所述第三催化剂分散体涂覆单元用于将第三催化剂分散体涂覆到膜的第二侧面上。在该步骤期间，通过设置在膜的第一侧面上的第一催化剂层和基底，膜仍然受到支撑并且被稳定住。由此，在第三催化剂分散体的直接涂覆期间，膜中的褶皱形成能够得以避免。ii)用于干燥第三催化剂分散体的干燥单元随后被设置用以第三催化剂分散体涂覆单元。第三催化剂分散体在该干燥单元中进行干燥。可以适当地提供烤箱或者加热元件作为干燥单元。第三处理单元还包括：iii)第二移除单元，所述第二移除单元用于从第一催化剂涂覆的基底移除基底，由此获得可以储存在iv)储存单元中的催化剂涂覆的膜。作为示例，储存单元可以是辊，催化剂涂覆的膜被卷绕在该辊上。
本发明的装置使得能够制造出在两个侧面上都涂覆有催化剂层的膜，所述催化剂层即为夹持膜的第一催化剂层和第二催化剂层。当用第二催化剂分散体或第三催化剂分散体涂覆膜时，膜在整个过程期间都受到支撑，从而能够避免膜中的褶皱形成，也能够避免催化剂层中的开裂形成。还能够避免膜从支撑薄膜分离。在膜中不会形成尺寸的变化，并且催化剂涂覆的膜表现为具有出色的性能和稳定性。
此外，本发明的装置能够生产出表现为不同的构成和层布置的催化剂涂覆的膜。因此，隔离层、粘附层和其他的功能层可以在适当的情况下加入到催化剂涂覆的膜中。
关于本发明的制造催化剂涂覆的膜的方法所公开的优点和优选实施例也能够应用于本发明的用于制造催化剂涂覆的膜的装置。
根据本发明的装置的优选实施例，第二处理单元包括处于支撑薄膜层压单元和第二催化剂分散体涂覆单元之间的覆盖层移除单元，所述覆盖层移除单元用于移除设置在膜的第一侧面上的覆盖层。
为了改善催化剂涂覆的膜的品质，第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元中的至少一个包括至少一个清洁单元和/或在线控制单元。
另外，可以有利地设置载体膜进给单元，所述载体膜进给单元用于在移除基底之前将载体膜支撑在第二催化剂层的表面上，以使得在将催化剂涂覆的膜作为辊卷进行储存期间，第一催化剂层和第二催化剂层不相互接触，并且在适当的载体膜上的催化剂涂覆的膜能够用作用于下一个处理单元的输入以便制备膜电极组件(MEA)。
附图说明
现参照以下的附图描述本发明，在附图中：
图1是示出了制造催化剂涂覆的膜的方法的实施例的流程图；
图2示出了根据本发明的装置的实施例的第一处理单元；
图3示出了根据本发明的装置的实施例的第二处理单元；
图4示出了根据本发明的装置的实施例的第三处理单元；
图5示出了根据进一步的实施例的用于制造催化剂涂覆的膜的多单元装置；以及
图6示出了根据本发明的方法的实施例获得的催化剂涂覆的膜。
在各个附图中仅示出了本发明的关键方面。为清楚起见而省略了其他的方面。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
附图标记列表
1 基底
2 第一催化剂分散体
2a 第一催化剂分散体层
2b 经过干燥的第一催化剂分散体层
3a 第一催化剂分散体涂覆的基底
3b 第一催化剂涂覆的基底
4 膜
4a 膜的第一侧面
4b 膜的第二侧面
5 覆盖层
6 支撑薄膜
7 第二催化剂分散体
8 第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面
9 层压件
10 经过干燥的层压件
11 第一催化剂层
12 第三催化剂分散体
13 第二催化剂层
14 催化剂涂覆的膜
15 第一功能层
16 第四功能层
17 第二功能层
18 第三功能层
19 催化剂涂覆的膜
100 第一处理单元
101 基底进给单元
102 基底辊
103 支撑辊
104 第一催化剂分散体涂覆单元
105 涂覆辊
106 狭缝模具
107 干燥单元
108 储存单元
109 清洁单元
110 在线控制单元
200 第二处理单元
201 膜进给单元
202 膜辊
203 支撑辊
204 第二催化剂分散体涂覆单元
205 涂覆辊
206 狭缝模具
207 进给单元
208 储存辊
209 层压单元
210 干燥单元
211 移除单元
212 辊
213 储存单元
214 在线控制单元
215 清洁单元
216 移除单元
217 辊
300 第三处理单元
301 进给单元
302 辊
303 支撑辊
304 第一移除单元
305 辊
306 第三催化剂分散体涂覆单元
307 涂覆辊
308 干燥单元
309 载体膜进给单元
310 进给辊
311 支撑辊
312 层压辊
313 第二移除单元
314 储存单元
315 在线控制单元
316 狭缝模具
317 清洁单元
400 用于制造催化剂涂覆的膜的多单元装置
401 进给单元
402 辊
403 支撑辊
404 移除单元
405 辊
406 催化剂涂覆单元
407 狭缝模具
408 储存辊
409 层压单元
410 干燥单元
411 移除单元
412 辊
413 储存单元
414 支撑辊
415 在线控制单元
416 层压辊
417 进给辊
418 清洁单元
419 支撑辊
具体实施方式
具体地，图1示出了用于根据本发明的实施例制造催化剂涂覆的膜14的流程图。
在第一加工线路，提供基底1，该基底1优选是由膨体聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、以及聚丙烯形成的多孔基底。在步骤A)中，制备至少包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂(在适用的情况下还可以包括其他的添加剂)的第一催化剂分散体2并且将其施加至基底1的一个表面以涂覆基底1。获得第一催化剂分散体涂覆的基底3a，随后将其在步骤B)中进行干燥，由此获得第一催化剂涂覆的基底3b，其中包括基底1和第一催化剂分散体层2a。
在第二加工线路，提供膜4。膜4具有第一侧面4a和第二侧面4b。在膜的第一侧面4a上，设置保护膜4免受污染的覆盖层5。在膜的第二侧面4b上，设有已经在先前步骤(未示出)中施加到膜4的支撑薄膜6。
在步骤C)中，从膜的第一侧面4a移除覆盖层5。随后，在步骤D)中，将包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂(在适用的情况下还可以包括其他的添加剂)的第二催化剂分散体7涂覆到膜的第一侧面4a上以盖住膜。由此获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8。在涂覆第二催化剂分散体7的涂覆步骤期间，由支撑薄膜6支撑膜4并且使之尺寸稳定。这样就确保了在膜4无尺寸变化的情况下进行膜4的无褶皱的涂覆。
在以下的层压步骤E)中，施加至膜的第一侧面4a的第二催化剂分散体7仍然处于非干燥状态。步骤E)示出了第一催化剂涂覆的基底3b和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8的层压，以使得第一催化剂涂覆的基底3b中的第一催化剂和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8中的第二催化剂叠加，由此形成包括膜4的层压件9，该膜4包括由第一催化剂分散体层2a和涂覆在膜的第一侧面上的第二催化剂分散体层形成的第一催化剂层11。能够通过碾压来改善层压。
随后，在步骤F)中对层压件进行干燥，由此获得经过干燥的层压件10。由此，第一催化剂分散体层2a和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8融合。
在步骤G)中，将支撑薄膜6从膜的第二侧面4b移除，由此暴露出膜的第二侧面4b。随后，在步骤H)中，将至少包括催化活性颗粒、离子交联聚合物和溶剂(在适用的情况下还可以包括其他的添加剂)的第三催化剂分散体12涂覆到膜的第二侧面4b上。在该涂覆步骤期间，膜4由第一催化剂层11和基底1稳定住，由此能够避免膜4的尺寸变化。
在步骤I)中，对第三催化剂分散体进行干燥，由此获得膜4上的第二催化剂层13。
在步骤J)中，在将基底1从形成第一催化剂层11的一部分的第一催化剂涂覆的基底3上移除之后，获得催化剂涂覆的膜14。
催化剂涂覆的膜14在膜4的一个侧面上设有第一催化剂层11，并且在膜4的相反侧面上设有第二催化剂层13。因此，第一催化剂层11和第二催化剂层13夹持膜4。催化剂涂覆的膜14能够用于制造膜电极组件(其例如用于燃料电池应用)，并且具有出色的性能和稳定性。
图2示出了第一处理单元100，其形成了用于根据本发明的实施例制造催化剂涂覆的膜的装置的一部分。
在处理单元100中，从基底进给单元101进给(多孔的)基底1，该基底进给单元101包括基底辊102和支撑辊103以用于进给和运送基底1。特别地，基底1从基底辊102退卷，由支撑辊103支撑，由清洁单元109清洁，并且被引导至用于将第一催化剂分散体12涂覆到基底1的第一侧面上的第一催化剂分散体涂覆单元104，以获得第一催化剂分散体涂覆的基底3a。第一催化剂分散体涂覆单元104可以包括涂覆辊105和狭缝模具106。在第一催化剂分散体涂覆单元104之后还设置有在线控制单元110，随后还设置有用于对第一催化剂分散体2进行干燥的干燥单元107。此后获得第一催化剂涂覆的基底3b，其经由支撑辊103被引导至储存辊108。
第一处理单元100可以用于实施图1中的处理步骤A)和B)。
图3示出了第二处理单元200的实施例。第二处理单元200包括膜进给单元201，该膜进给单元201包括膜辊202和支撑辊203以用于进给和运送膜4。清洁单元209设置用于清洁膜4。所用的膜4已经设置有支撑薄膜6，其覆盖了膜的第二侧面4b。因此，用于进给支撑薄膜6的支撑薄膜进给单元和用于将支撑薄膜6层压到膜的第二侧面4b上的支撑薄膜层压单元在图3中并未示出，但是它们可以形成第二处理单元的一部分或者可以形成单独的处理单元的一部分。在清洁单元215之后设有第二催化剂分散体涂覆单元204，所述第二催化剂分散体涂覆单元用于将第二催化剂分散体7涂覆到膜的第一侧面4a上，以获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8。第二催化剂分散体涂覆单元204包括涂覆辊205和狭缝模具206以用于施加第二催化剂分散体7。
膜可以覆盖有覆盖箔5。在这样的情况下，用于退卷膜4的覆盖箔5的移除单元216和辊217可以设置在第二催化剂分散体涂覆单元204之前。
从进给单元207提供在第一处理单元100中获得的第一催化剂涂覆的基底3b。第一催化剂涂覆的基底3b从储存辊208进给到层压单元209并且经由支撑辊203支撑。在层压单元209处，层压第一催化剂涂覆的基底3和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8，以使得第一催化剂涂覆的基底3中的第一催化剂和第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面8中的第二催化剂叠加，由此形成在膜上包括第一催化剂层的层压件。在线控制单元214被设置用于控制层压件的品质。在随后的干燥单元210中对层压件进行干燥。
在干燥之后，经过干燥的层压件被引导至移除单元211以用于从膜的第二侧面移除支撑薄膜6。移除单元211包括用于卷收起分离的支撑薄膜的辊212。涂覆有第一催化剂层的膜被储存在储存单元213中，储存单元213可以是辊的形式。
图4示出了第三处理单元300的实施例。第三处理单元300包括进给单元301，其包括：辊302，在辊302上储存涂覆有第一催化剂层的膜；以及用于支撑和运送的支撑辊303。第一移除单元304设置在辊303和清洁单元317之间，所述第一移除单元用于将支撑薄膜6从膜的第二侧面移除。在此，支撑薄膜6从膜的第二侧面分离并且被卷绕到辊305上。
还设置有第三催化剂分散体涂覆单元306，所述第三催化剂分散体涂覆单元用于将第三催化剂分散体涂覆到膜的第二侧面上。第三催化剂分散体涂覆单元306包括涂覆辊307和狭缝模具316以用于施加第三催化剂分散体12。在线控制单元315设置在干燥单元308之前。在随后的干燥单元308中，将第三催化剂分散体12在膜上进行干燥，由此形成涂覆有第二催化剂层的膜。在干燥单元308之后，设置载体膜进给单元309以用于支撑载体膜并且将载体膜层压到第二催化剂层的表面，载体膜进给单元309包括进给辊310、支撑辊311和层压辊312。在卷起催化剂涂覆的膜时，载体膜保护要与第一催化剂层相接触的第二催化剂层的表面。设置有第二移除单元313以用于从形成第一催化剂层的一部分的第一催化剂涂覆的基底移除基底1。该第二移除单元313可以可选地设置在单独的装置中。形式为辊的储存单元314被安装用于储存催化剂涂覆的膜14。
图5示出了根据进一步的实施例的用于制造催化剂涂覆的膜的多单元装置400。利用这一个多单元装置能够容易地制备催化剂涂覆的膜。多单元装置400组合了能够在先前的附图所描述的每一个不同的处理步骤中单独使用的大部分的单元。因此，多单元装置400能够在制备本发明的催化剂涂覆的膜所必须的多个独立的处理步骤中使用。
当在第一处理步骤中使用多单元装置400时，辊402储存基底。所述基底从辊402退卷并经由给送单元401给送，并经由清洁单元418通过支撑辊403送到催化剂涂覆单元406。在催化剂涂覆单元406处，使用狭缝模具407将第一催化剂分散体涂覆到基底的表面上。在经过在线控制单元415之后，第一催化剂分散体涂覆的基底被输送经过干燥单元410，在此对第一催化剂分散体进行干燥以获得第一催化剂涂覆的基底。所述第一催化剂涂覆的基底由支撑辊403支撑并被卷绕起来以用于储存在储存单元413处。在此情况下，储存单元413是辊。
当在第二处理步骤中使用多单元装置400时，辊402储存支撑薄膜，该支撑薄膜从辊402退卷并且由支撑辊403支撑。支撑薄膜可以覆盖有保护层。在此情况下，保护层可以在移除单元404处被移除，并且被移除的保护层能够被卷绕起来以用于储存在辊405上。无覆盖的支撑薄膜经过清洁单元418并且被运送到层压单元409。膜从储存辊408退卷并且经由支撑辊419支撑而送到层压单元409。在层压单元409处，支撑薄膜被层压到膜的第二侧面，以使得两层彼此粘附。在经过在线控制单元415之后，膜的第二侧面和支撑薄膜之间的粘附能够通过在干燥单元410中加热经过层压的各层而得到改善。覆盖箔可以从进给辊417退卷并且经由支撑辊414运送至层压辊416。在层压辊416处，覆盖箔以及由膜的第二侧面和支撑薄膜形成的层压件被层压以形成三层的层压件，该三层的层压件包括在其第一侧面上覆盖有覆盖箔并且在其第二侧面上覆盖有支撑薄膜的膜。层压件经由支撑辊403支撑并且被卷绕起来以用于储存在储存单元413处。
当在第三处理步骤中使用多单元装置400时，包括膜、覆盖箔和支撑薄膜的层压件被设置在辊402上并且从进给单元401进给。在移除单元404处，将覆盖膜从层压件移除并且卷绕起来以用于储存在辊405上。在其第二侧面上涂覆有支撑薄膜的膜由支撑辊403支撑，经过清洁单元418并且运送至催化剂涂覆单元406。经由狭缝模具407，在膜的第一侧面上涂覆第二催化剂分散体以获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面。在第一处理步骤中获得的第一催化剂涂覆的基底从储存辊408退卷并且经由支撑辊419支撑而送到层压单元409。在层压单元409处，第一催化剂涂覆的基底被层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面，以使得第一催化剂和第二催化剂叠加，由此形成的层压件包括膜且该膜包括第一催化剂层。在层压步骤中，第二催化剂分散体处于非干燥状态以改善针对已经干燥的、设置作为基底上的涂层的第一催化剂分散体的粘附性。所获得的层压件随后在干燥单元410中进行干燥，经由支撑辊403引导至储存单元413。在储存单元413处，包括膜和第一催化剂层的层压件被卷绕起来以用于储存。
当在第四处理步骤中使用多单元装置400时，辊402储存包括膜、第一催化剂层和支撑薄膜的层压件。所述层压件从进给单元401进给并且由支撑辊403支撑。在移除单元404处，将支撑薄膜从层压件移除并且暴露出膜的第二侧面。在清洁单元418中进行清洁之后，层压件被运送至催化剂涂覆单元406。在催化剂涂覆单元406处，用第三催化剂分散体涂覆膜的第二侧面。经过涂覆的膜随后被引导至干燥单元410，在此对第三催化剂分散体进行干燥以在膜的第二侧面上形成第二催化剂层。在经过干燥单元410之后，可以从进给辊417退卷载体膜。可以随后使用层压辊416将所述载体膜层压至第二催化剂层。在经由支撑辊403支撑该膜之后，在移除单元411处将覆盖第一催化剂层的基底移除并且卷绕起来以用于储存在辊412上。催化剂涂覆的膜随后被卷绕起来以用于储存在储存单元413处。
多单元装置具有强大的功能性并且能够容易地制备催化剂涂覆的膜而无需用于每一个处理步骤的多个独立的装置。多单元装置400中的不同单元能够根据需要在相应的处理步骤中被激活或者停用。因此，多单元装置能够节约空间。
图6示出了根据本发明的方法的实施例获得的催化剂涂覆的膜19。通过使用本发明的DCM所用的夹持式多层方法，其他的层结构也是可以实现的。
特别地，图6示出了引入可选或附加的功能层的完整结构，其中催化剂涂覆的膜的最小结构由图1中的催化剂涂覆的膜14表示。在下文中，参照图1所示的流程进行进一步的说明。
为了获得如图6所示的包括更多功能层的催化剂涂覆的膜19，取代在图1的步骤D中使用的第二催化剂分散体7，使用第一分散体例如用于增强第一催化剂层11对膜的第一侧面4a的粘附性。
在步骤E中将第一催化剂涂覆的基底3b连结到组合件并且最终进行干燥之后，仍然会形成由经过干燥的第一催化剂分散体层2b形成的催化剂层，但是在图6中，第二催化剂分散体7的那一层成为第一功能层15。
取代在步骤H中使用的第三催化剂分散体12，使用第二分散体例如用于增强第二催化剂层131对膜的第二侧面4b的粘附性，由此获得经过干燥的第二功能层17。
第三催化剂分散体12被直接涂覆到第二功能层17上并最终进行干燥以获得第二催化剂层13。
在获得由基底1、经过干燥的第一催化剂分散体层2b、第一功能层15、膜4、第二功能层17和第二催化剂层13构成的组合件之后，将第三分散体直接涂覆到第二催化剂层13上并最终进行干燥以获得第三功能层18，该第三功能层可以是隔离层。
为了获得图6中的层16，首先将载体膜施加至第三功能层18，并且随后将基底1从经过干燥的第一催化剂分散体层2b移除。
将第四分散体直接涂覆到经过干燥的第一催化剂分散体层2b上并最终进行干燥以获得第四功能层16，该第四功能层可以是隔离层。
移除载体膜并获得包括附加功能层的催化剂涂覆的膜19。

Claims (17)

1.一种用于制备催化剂涂覆的膜的方法，所述方法包括以下步骤：
用第一催化剂分散体(2)涂覆基底(1)，由此获得第一催化剂分散体涂覆的基底(3a)，
对膜的第二侧面(4b)设置支撑薄膜(6)，
用第二催化剂分散体(7)涂覆膜的第一侧面(4a)，由此获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)，
对第一催化剂分散体(2)进行干燥以由此获得第一催化剂涂覆的基底(3b)或者对第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)进行干燥以由此获得第二催化剂涂覆的膜的第一侧面，
将第一催化剂涂覆的基底(3b)层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)或者将第一催化剂分散体涂覆的基底(3a)层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面以使得第一催化剂和第二催化剂叠加，由此形成层压件(9)，该层压件包括膜(4)，该膜(4)包括第一催化剂层(11)，
对层压件(9)进行干燥，
将支撑薄膜(6)从膜的第二侧面(4b)移除，
在膜的第二侧面(4b)上涂覆第三催化剂分散体(12)，
对第三催化剂分散体(12)进行干燥，由此获得膜(4)上的第二催化剂层(13)，以及
从第一催化剂涂覆的基底(3b)移除基底(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基底(1)是多孔的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中基底(1)的平均孔隙尺寸的范围是从30nm到300nm。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中基底(1)选自下列构成的组：多孔陶瓷基底及其组合件、膨体聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、以及聚丙烯。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中对基底(1)进行表面处理，尤其是使用等离子体处理或有机硅涂覆对基底(1)进行表面处理。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中使用刮刀、狭缝模具、帘式涂敷装置、或者旋转丝网印刷来实施用第一催化剂分散体(2)涂覆基底(1)的涂覆步骤。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中将第一催化剂涂覆的基底(3b)卷绕起来以用于储存。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中在第一催化剂分散体(2)中的第一催化剂以及在第二催化剂分散体(7)中的第二催化剂的总量被选择成对应于在第一催化剂层(11)中的总催化剂加载量。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中在被涂覆的膜的第一侧面(4a)的每单位面积中的第二催化剂分散体(7)中的溶剂的最大总量为4g/m2到21g/m2，和/或其中在第二催化剂分散体(7)中的溶剂与膜的质量比相应地为0.14g/g到0.21g/g。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中支撑薄膜(6)选自下列构成的组：聚对苯二甲酸乙二酯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中膜(4)包括在膜的第一侧面(4a)上的覆盖层(5)，其中在用第二催化剂分散体(7)涂覆膜(4)的第一侧面之前，将覆盖层(5)移除。
12.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中将第一催化剂涂覆的基底(3b)层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)的层压步骤或者将第一催化剂分散体涂覆的基底(3a)层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面的层压步骤包括碾压步骤。
13.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述方法包括在移除基底(1)之前将载体膜支撑在第二催化剂层(13)的表面上的步骤。
14.一种用于制造催化剂涂覆的膜(14)的装置，所述装置包括：
第一处理单元(100)，所述第一处理单元包括：
基底进给单元(101)，所述基底进给单元用于进给和运送基底(1)，
第一催化剂分散体涂覆单元(104)，所述第一催化剂分散体涂覆单元用于将第一催化剂分散体(2)涂覆到基底(1)的第一侧面上，以获得第一催化剂分散体涂覆的基底(3a)，
第二处理单元(200)，所述第二处理单元包括：
膜进给单元(201)，
支撑薄膜进给单元，所述支撑薄膜进给单元用于进给支撑薄膜(1)，
支撑薄膜层压单元，所述支撑薄膜层压单元用于将支撑薄膜(1)层压到膜的第二侧面(4b)上，
第二催化剂分散体涂覆单元(204)，所述第二催化剂分散体涂覆单元用于将第二催化剂分散体(7)涂覆到膜的第一侧面(4a)上，以获得第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)，
其中第一处理单元(100)包括干燥单元(107)，该干燥单元用于对第一催化剂分散体(2)进行干燥以获得第一催化剂涂覆的基底(3b)，或者其中第二处理单元(200)包括干燥单元(107)，该干燥单元用于对第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)进行干燥以获得第二催化剂涂覆的膜的第一侧面，
所述第二处理单元(200)还包括：
层压单元(209)，所述层压单元用于将第一催化剂涂覆的基底(3b)层压至第二催化剂分散体涂覆的膜的第一侧面(8)或者将第一催化剂分散体涂覆的基底(3a)层压至第二催化剂涂覆的膜的第一侧面以使得第一催化剂和第二催化剂叠加，由此形成层压件(9)，该层压件包括在膜上的第一催化剂层(11)，
用于干燥层压件(9)的干燥单元(210)，以及
第一移除单元(211)，所述第一移除单元用于将支撑薄膜(6)从膜的第二侧面(4b)移除，以及
第三处理单元(300)，所述第三处理单元包括：
第三催化剂分散体涂覆单元(306)，所述第三催化剂分散体涂覆单元用于将第三催化剂分散体(12)涂覆到膜的第二侧面(4b)上，
用于干燥第三催化剂分散体(12)的干燥单元(308)，
第二移除单元(313)，所述第二移除单元用于从第一催化剂涂覆的基底(3b)移除基底(6)，以及
储存单元(314)，所述储存单元用于储存催化剂涂覆的膜(14)。
15.根据权利要求14所述的装置，其中第二处理单元(200)包括处于支撑薄膜层压单元和第二催化剂分散体涂覆单元(204)之间的覆盖层移除单元，所述覆盖层移除单元用于移除设置在膜的第一侧面(4a)上的覆盖层(5)。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元(100、200、300)中的至少一个包括至少一个清洁单元(109、215、317)和/或一个在线控制单元(110、214、315)。
17.根据权利要求14至16中的任意一项所述的装置，其中所述装置包括载体进给单元(309)，所述载体进给单元用于在移除基底(1)之前将载体膜支撑在第二催化剂层(13)的表面上。
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