CN112048248A - 粘性离型膜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘性离型膜以及粘性离型膜、具有模式化粘合层的气体扩散层、具有模式化粘合层的三层膜电极、五层膜电极的制造方法。本发明公开的粘性离型膜的制造方法，包含如下步骤：用环己烷稀释热硬化粘合剂的粘合液，获得粘性浆料；将粘性浆料按离散分布的方式布置到离型膜上，形成由若干离散的粘性浆料点构成的粘性涂层；将粘性涂层烘干，获得粘性离型膜。本发明通过具有离散特征的粘性涂层和模式化粘合层，使得粘性离型膜应用于高分子电解质膜燃料电池时，既能够保证其黏着力，又保证了气体扩散层的透气性，确保了燃料电池的性能，而且能够自动化生产，提高了产出率，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池的膜电池组件技术，特别涉及一种粘性离型膜以及粘性离型膜、具有模式化粘合层的气体扩散层、具有模式化粘合层的三层膜电极及五层膜电极的制造方法。
背景技术
高分子电解质燃料电池（polymer electrolyte fuel cell，PEFC）是将具有氢离子交换特性的高分子膜作为电解质的燃料电池，有固体高分子电解质燃料电池（solidpolymerelectrolytefuelcells，SPEFC）、氢离子交换膜燃料电池（proton exchange membranefuel cells，PEMFC）等多种名称。高分子电解质燃料电池 （PEFC）与其他形式的燃料电池相比，有以下特性：工作温度为比较低的80℃左右，效率高，有很大的电流密度和输出密度，启动时间短，对负荷变化的反应很快。由于使用高分子作为电解质，没有腐蚀和电解质调节，对反应气体的压力变化不太敏感。由于其设计简单、制造方便和输出功率广泛，高分子电解质燃料电池（PEFC）应用范围广泛，如：环保车辆的动力源、现场安装型的发电、移动型电源及军事用电源等。
高分子电解质燃料电池（PEFC）的最内层有“膜-电极”的膜电极组件 （Membrane-Electrode Assembly，MEA）。因为“电极-膜-电极”的三层结构而称为3LAYER，在这3LAYER的电极外侧贴合气体扩散层，则称为5LAYER，在5LAYER的外侧上组装负责燃料的供应和排出反应而生的水的流路分离板后最终完成电堆。
而制造膜电极组件的方法有两种：一种是在气体扩散层上直接涂布催化剂后与高分子电解质膜贴合的CCG（Catalyst Coated on GDL） 方法，另一种是在高分子电解质膜上直接涂布催化剂的CCM（Catalyst Coated on Membrane）方法。但是，CCG方法存在气体扩散层材料的厚度偏差造成电极涂布不均匀的缺点，所以大部分的膜电极组件的厂家为大量生产不采用CCG方法而采用CCM方法。 但为了贴合通过CCM方法制造的三层膜电极，即3LAYER膜电极（电极-膜-电极）和气体扩散层，需要将3LAYER和气体扩散层进行叠层压合。
为了制造在3LAYER上贴合气体扩散层的五层膜电极，即5LAYER（气体扩散层-电极-膜-电极-气体扩散层），在气体扩散层或3LAYER上需要导入实现热贴合方式的粘合层。但如果为了3LAYER和气体扩散层的面贴合在气体扩散层或3LAYER上全面涂布Nafionbinder（全氟磺酸粘合剂）或硬化性胶水而进行贴合时，在3LAYER和气体扩散层的界面上会产生绝缘层而降低供应/排出燃料的特性、电导性，最终对燃料电池的功能带来非常不利的影响。
另外，在贴合时，如果只在边框处涂布粘合剂或胶水时，会造成在电堆叠层或者后期加工时会发生‘气体扩散层’脱离或膨胀等的问题，对整体工程产出率带来不好的影响。
发明内容
根据本发明实施例，提供了一种粘性离型膜的制造方法，包含如下步骤：
用环己烷稀释热硬化粘合剂的粘合液，获得粘性浆料；
将粘性浆料按离散分布的方式布置到离型膜上，形成由若干离散的粘性浆料点构成的粘性涂层；
将粘性涂层烘干，获得粘性离型膜。
进一步，环己烷将热硬化粘合剂的粘合液稀释到固形分40%。
进一步，粘性涂层的形状包含但不限于：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形。
进一步，粘性涂层的每个离散的粘性浆料点的直径为0.5mm。
进一步，粘性涂层的每个离散的粘性浆料点的面积不小于0.01 mm2。
进一步，粘性涂层的厚度范围为0.1~200μm。。
根据本发明又一实施例，提供了一种粘性离型膜，包含：离型膜和粘性涂层，粘性涂层覆盖在离型膜上，粘性涂层由若干离散的粘性浆料点组成。
进一步，粘性涂层的形状包含但不限于如下一种或多种的组合：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形。
进一步，粘性涂层的厚度范围为0.1~200μm。
进一步，每个粘性浆料点的面积不小于0.01 mm2。
根据本发明再一实施例，提供了一种具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，包含如下步骤：
将上述实施例的粘性离型膜面对面放置于气体扩散层上；
对粘性离型膜和气体扩散层进行加温加压贴合，使粘性离型膜的粘性涂层转版至气体扩散层，获得具有模式化粘合层的气体扩散层。
进一步，对粘性离型膜和气体扩散层所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
进一步，对粘性离型膜和气体扩散层加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
进一步，模式化粘合层的总面积不超过气体扩散层的面积的30%。
进一步，模式化粘合层的厚度范围为0.1~200μm。
根据本发明再一实施例，提供了一种具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，包含如下步骤：
将两块上述实施例的粘性离型膜面对面分别放置于三层膜电极的两侧电极上；
对面对面放置的粘性离型膜和三层膜电极进行加温加压贴合，使两块粘性离型膜的粘性涂层分别转版至三层膜电极的两侧电极，获得具有模式化粘合层的三层膜电极。
进一步，对粘性离型膜和三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
进一步，对粘性离型膜和三层膜电极加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
进一步，三层膜电极的每侧电极上的模式化粘合层的总面积不超过三层膜电极的每侧电极面积的30%。
进一步，三层膜电极的每侧电极上的模式化粘合层的厚度范围为0.1~200μm。
根据本发明再一实施例，提供了一种五层膜电极的制造方法，包含如下步骤：
按照上述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法获得具有模式化粘合层的气体扩散层；
将一对具有模式化粘合层的气体扩散层分别面对面地放置于三层膜电极的两侧电极之上；
对具有模式化粘合层的气体扩散层和三层膜电极加温加压贴合，获得五层膜电极。
进一步，对具有模式化粘合层的气体扩散层和三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
进一步，对具有模式化粘合层的气体扩散层和三层膜电极加温加压的范围为0.1~60分钟。
根据本发明再一实施例，提供了一种五层膜电极的制造方法，包含如下步骤：
按照上述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法获得具有模式化粘合层的三层膜电极；
将一对气体扩散层分别面对面地放置于具有模式化粘合层的三层膜电极的两侧之上；
对气体扩散层和具有模式化粘合层的三层膜电极加温加压贴合，获得五层膜电极。
进一步，对气体扩散层和具有模式化粘合层的三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
进一步，对气体扩散层和具有模式化粘合层的三层膜电极加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
根据本发明实施例的粘性离型膜以及粘性离型膜、具有模式化粘合层的气体扩散层、具有模式化粘合层的三层膜电极、五层膜电极的制造方法，通过具有离散特征的粘性涂层和模式化粘合层，使得粘性离型膜应用于高分子电解质膜燃料电池时，既能够保证其黏着力，又保证了气体扩散层的透气性，确保了燃料电池的性能，而且能够自动化生产，提高了产出率，降低了制造成本。
要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。
附图说明
图1为根据本发明实施例粘性离型膜的制造方法的方法流程图；
图2为根据本发明实施例粘性离型膜的制造过程示意及结构示意图；
图3为根据本发明实施例具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法的方法流程图；
图4为根据本发明实施例具有模式化粘合层的气体扩散层的制造过程示意及结构示意图；
图5为根据本发明实施例具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法的方法流程图；
图6为根据本发明实施例具有模式化粘合层的三层膜电极的制造过程示意及结构示意图；
图7为根据本发明实施例五层膜电极的制造方法之一的方法流程图；
图8为根据本发明实施例五层膜电极的制造方法之一的过程示意及结构示意图；
图9为根据本发明实施例五层膜电极的制造方法之二的方法流程图；
图10为根据本发明实施例五层膜电极的制造方法之二的过程示意及结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。
首先，将结合图1~2描述根据本发明实施例的粘性离型膜的制造方法，用于高分子电解质燃料电池，其应用场景很广。
如图1~2所示，本发明实施例的粘性离型膜的制造方法，具有如下步骤：
在S11中：用环己烷稀释热硬化粘合剂的粘合液，在本实施例中，用环己烷将热硬化粘合剂的粘合液稀释到固形分40%，获得粘性浆料。
在S12中：通过微凹涂布机将粘性浆料按离散分布的方式布置到离型膜11上，形成由若干离散的粘性浆料点121构成的粘性涂层12；在本实施例中，粘性涂层12的形状包含但不限于：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形，且每个离散的粘性浆料点121的直径为0.5mm，每个离散的粘性浆料点121的面积不小于0.01 mm2，以确保具有该粘性涂层12能够保证在贴合时具备足够的黏着力。
在S13中：将粘性涂层12烘干，获得粘性离型膜1。在本实施例中，粘性涂层12烘干后的厚度范围为0.1~200μm，优选地，将粘性涂层12的厚度烘干至70μm，如果小于0.1μm，应用于贴合时，在离型膜11上的粘性涂层12不容易转版，如果超过200μm，粘性涂层12会被压增加其面积，会阻挡高分子电解质燃料电池的气体扩散层的气孔，影响到气体透过度性能，从而影响电池性能。
如上，在根据本发明实施例的粘性离型膜的制造方法中，能够实现自动化生产，大幅增加产出率，从而最终降低高分子电解质燃料电池的制造成本。
以上结合附图1描述了根据本发明实施例的粘性离型膜的制造方法。进一步地，本发明还可以应用于粘性离型膜1。
如图2所示，本发明实施例的粘性离型膜1，具有：离型膜11和粘性涂层12，粘性涂层12覆盖在离型膜11上，粘性涂层12由若干离散的粘性浆料点121组成，每个粘性浆料点121的面积不小于0.01 mm2，以确保粘性离型膜1在贴合时具备足够的黏着力。
具体地，如图2所示，粘性涂层12的形状包含但不限于如下一种或多种的组合：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形。进一步，在本实施例中，粘性涂层12的厚度范围为0.1~200μm，以保证不阻挡高分子电解质燃料电池的气体扩散层的气孔。
如上，在根据本发明实施例的粘性离型膜1中，能够保证应用在高分子电解质燃料电池时的足够强的黏着力，同时，能够保持高分子电解质燃料电池的气体扩散层的气孔不被堵塞，从而不会影响电池性能。
以上结合附图2描述了根据本发明实施例的粘性离型膜。进一步地，本发明还可以应用于具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法。
如图3~4所示，本发明实施例的具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，具有如下步骤：
在S21中，将上述实施例的粘性离型膜1面对面放置于气体扩散层21上，通过面对面的布置方式，而不只是将粘性离型膜1贴在气体扩散层21的边框，不会出现气体扩散层21与电池电极脱离或膨胀等的问题，提高了燃料电池的稳定性。
在S22中，对粘性离型膜1和气体扩散层21进行加温加压贴合，使粘性离型膜1的粘性涂层12转版至气体扩散层21，获得具有模式化粘合层的气体扩散层2。在本实施例中，对粘性离型膜1和气体扩散层21所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2，时间范围为0.1~60分钟，优选地，温度为160℃，压力为20kgf/cm2，加温加压持续1分钟。
进一步，如图4所示，在本实施例中，模式化粘合层22的总面积不超过气体扩散层21的面积的30%，且其厚度范围为0.1~200μm，以保证不阻挡气体扩散层21的气孔。
以上结合附图3~4描述了根据本发明实施例的具有模式化粘合层的气体扩散层2的制造方法。进一步地，本发明还可以应用于具有模式化粘合层的三层膜电极3的制造方法。
如图5~6所示，本发明实施例的具有模式化粘合层的三层膜电极3的制造方法，具有如下步骤：
在S31中，将两块粘性离型膜1面对面分别放置于三层膜电极31的两侧电极311上，通过面对面的布置方式，而不只是将粘性离型膜1贴在三层膜电极31的边框，不会出现组装后气体扩散层与三层膜电极31脱离或膨胀等的问题，提高了燃料电池的稳定性。
在S32中，对面对面放置的粘性离型膜1和三层膜电极31进行加温加压贴合，使两块粘性离型膜1的粘性涂层12分别转版至三层膜电极31的两侧电极311，获得具有模式化粘合层22的三层膜电极3。在本实施例中，对粘性离型膜1和三层膜电极31所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2，时间范围为0.1~60分钟，优选地，温度为160℃，压力为20kgf/cm2，加温加压1分钟。
进一步，如图6所示，三层膜电极31的每侧电极311上的模式化粘合层22的总面积不超过三层膜电极31的每侧电极311面积的30%，三层膜电极31的每侧电极311上的模式化粘合层22的厚度范围为0.1~200μm，以保证不阻挡气体扩散层21的气孔。
以上结合附图5~6描述了根据本发明实施例的具有模式化粘合层的三层膜电极3的制造方法。进一步地，本发明还可以应用于五层膜电极4的制造方法。以下介绍两种五层膜电极4的制造方法。
五层膜电极4的制造方法之一：
如图7~8所示，本发明实施例的五层膜电极4的制造方法，具有如下步骤：
在S41中，按照上述实施例具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法获得具有模式化粘合层的气体扩散层2。
在S42中，将一对具有模式化粘合层的气体扩散层2分别面对面地放置于三层膜电极31的两侧电极311之上。
在S43中，对具有模式化粘合层的气体扩散层2和三层膜电极31加温加压贴合，获得五层膜电极4。在本实施例中，对具有模式化粘合层的气体扩散层2和三层膜电极31所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2，时间范围为0.1~60分钟，优选地，温度为160℃，压力为20kgf/cm2，加温加压的时间为2分钟。
五层膜电极4的制造方法之二：
如图9~10所示，根据本发明再一实施例的五层膜电极4的制造方法，具有如下步骤：
在S51中，按照上述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法获得具有模式化粘合层的三层膜电极3。
在S52中，将一对气体扩散层21分别面对面地放置于具有模式化粘合层的三层膜电极3的两侧之上。
在S53中，对气体扩散层21和具有模式化粘合层的三层膜电极3加温加压贴合，获得五层膜电极4。在本实施例中，对气体扩散层21和具有模式化粘合层的三层膜电极3所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2，时间范围为0.1~60分钟，优选地，温度为160℃，压力为20kgf/cm2，加温加压的时间为2分钟。
如上，在上述两种五层膜电极的制造方法中，由于具有模式化粘合层22，因而在整个制造过程中受到压缩、膨胀等外力时，由于力度分散而造成三层膜电极3的电解质膜撕裂或变形的可能性很少，大大提高了产出率。
以上，参照图1~10描述了根据本发明实施例的粘性离型膜以及粘性离型膜、具有模式化粘合层的气体扩散层、具有模式化粘合层的三层膜电极、五层膜电极的制造方法，通过具有离散特征的粘性涂层和模式化粘合层，使得粘性离型膜应用于高分子电解质膜燃料电池时，既能够保证其黏着力，又保证了气体扩散层的透气性，确保了燃料电池的性能，而且能够自动化生产，提高了产出率，降低了制造成本。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (26)
1.一种粘性离型膜的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
用环己烷稀释热硬化粘合剂的粘合液，获得粘性浆料；
将所述粘性浆料按离散分布的方式布置到离型膜上，形成由若干离散的粘性浆料点构成的粘性涂层；
将所述粘性涂层烘干，获得粘性离型膜。
2.如权利要求1所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述环己烷将所述热硬化粘合剂的粘合液稀释到固形分40%。
3.如权利要求1所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述粘性涂层的形状包含但不限于如下一种或多种的组合：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形。
4.如权利要求3所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述粘性涂层的每个离散的粘性浆料点的直径为0.5mm。
5.如权利要求3或4所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述粘性涂层的每个离散的粘性浆料点的面积不小于0.01 mm2。
6.如权利要求1所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述粘性涂层的厚度范围为0.1~200μm。
7.一种粘性离型膜，其特征在于，包含：离型膜和粘性涂层，所述粘性涂层覆盖在所述离型膜上，所述粘性涂层由若干离散的粘性浆料点组成。
8.如权利要求7所述粘性离型膜，其特征在于，所述粘性涂层的形状包含但不限于如下一种或多种的组合：点型、方形、圆形、多边形、多纳圈形、十字形、带状、格子形。
9.如权利要求8所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，所述粘性涂层的厚度为0.1~200μm。
10.如权利要求8所述粘性离型膜的制造方法，其特征在于，每个所述粘性浆料点的面积不小于0.01 mm2。
11.一种具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
将按照权利要求7~10任一项所述粘性离型膜面对面放置于气体扩散层上；
对所述粘性离型膜和所述气体扩散层进行加温加压贴合，使所述粘性离型膜的所述粘性涂层转版至所述气体扩散层，获得具有模式化粘合层的气体扩散层。
12.如权利要求11所述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，其特征在于，对所述粘性离型膜和所述气体扩散层所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
13.如权利要求12所述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，其特征在于，对所述粘性离型膜和所述气体扩散层加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
14.如权利要求11所述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，其特征在于，所述模式化粘合层的总面积不超过所述气体扩散层的面积的30%。
15.如权利要求11所述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法，其特征在于，所述模式化粘合层的厚度范围为0.1~200μm。
16.一种具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
将两块按照权利要求7~10任一项所述粘性离型膜面对面分别放置于三层膜电极的两侧电极上；
对面对面放置的所述粘性离型膜和所述三层膜电极进行加温加压贴合，使两块所述粘性离型膜的所述粘性涂层分别转版至所述三层膜电极的两侧电极，获得具有模式化粘合层的三层膜电极。
17.如权利要求16所述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述粘性离型膜和所述三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
18.如权利要求17所述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述粘性离型膜和所述三层膜电极加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
19.如权利要求16所述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，其特征在于，所述三层膜电极的每侧电极上的所述模式化粘合层的总面积不超过所述三层膜电极的每侧电极面积的30%。
20.如权利要求16所述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法，其特征在于，所述三层膜电极的每侧电极上的所述模式化粘合层的厚度范围为0.1~200μm。
21.一种五层膜电极的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
按照权利要求11~15任一项所述具有模式化粘合层的气体扩散层的制造方法获得具有模式化粘合层的气体扩散层；
将一对所述具有模式化粘合层的气体扩散层分别面对面地放置于三层膜电极的两侧电极之上；
对所述具有模式化粘合层的气体扩散层和所述三层膜电极加温加压贴合，获得五层膜电极。
22.如权利要求21所述五层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述具有模式化粘合层的气体扩散层和所述三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
23.如权利要求22所述五层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述具有模式化粘合层的气体扩散层和所述三层膜电极加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
24.一种五层膜电极的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
按照权利要求16~20任一项所述具有模式化粘合层的三层膜电极的制造方法获得具有模式化粘合层的三层膜电极；
将一对气体扩散层分别面对面地放置于所述具有模式化粘合层的三层膜电极的两侧之上；
对所述气体扩散层和所述具有模式化粘合层的三层膜电极加温加压贴合，获得五层膜电极。
25.如权利要求24所述五层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述气体扩散层和所述具有模式化粘合层的三层膜电极所加的温度范围为50~300℃，压力范围为10~100kgf/cm2。
26.如权利要求25所述五层膜电极的制造方法，其特征在于，对所述气体扩散层和所述具有模式化粘合层的三层膜电极加温加压的时间范围为0.1~60分钟。
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