CN114512700A - 用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和用该装置制造膜-电极-副垫片组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造膜‑电极‑副垫片组件的装置和用该装置制造膜‑电极‑副垫片组件的方法，用于制造膜‑电极‑副垫片组件的装置包括：供给单元、切割单元、第一压制单元以及第二压制单元，供给单元包括配置为供给膜‑电极组件片材的片材供给辊，所述膜‑电极组件片材具有设置在其两个表面上的催化剂层；切割单元包括切割辊和配置为在与切割辊对接的状态中旋转的支撑辊，其中所述切割辊配置为冲压每个催化剂层外侧的部分；第一压制单元包括吸附辊和第一热压辊；第二压制单元包括第二热压辊。

Description

用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和用该装置制造膜-电 极-副垫片组件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造膜-电极-副垫片组件(membrane-electrode-subgasketassembly)的装置和一种用于制造膜-电极-副垫片组件的方法。

背景技术

已经使用如下工艺制造膜-电极-副垫片组件：通过热压的贴花工艺、将电极直接施加至电解质膜的工艺或将气体扩散电极(gas diffusion electrodes，GDEs)热压到电解质膜上的工艺。具体地，贴花工艺是一种将涂覆有阳极和阴极的离型膜(release film)与电解质膜对齐、然后在高温高压下将离型膜热压到电解质膜上的方法，可以解决其它制造方法的问题(例如在制造工艺流程期间电解质膜变形和电极损失)，并且其特别的优势在于可以使用辊压机进行连续的制造工艺流程。

然而，由于基于辊对辊的连续制造工艺流程的性质，在该工艺流程期间没有对电解质膜片材进行切割，因此存在不直接参与电化学反应的不必要的电解质膜部分。图1示意性地示出了常规的膜-电极-副垫片组件30'的俯视图和截面图。参考此图，可以看出在区域A中存在不必要的电解质膜部分。

近年来，已经研究了用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法以减少电解质膜的不必要使用。然而，由于在解决上述问题的同时出现其它的新问题，所以提高膜-电极-副垫片组件制造的效率是有限的。

发明内容

本发明涉及一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和一种用于制造膜-电极-副垫片组件的方法。特定实施方案涉及一种通过使用切割辊和吸附辊在连续的制造工艺流程中高效地制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法，其中所述切割辊在膜-电极组件片材中形成切割线，所述吸附辊利用吸附力吸附膜-电极组件并将所吸附的膜-电极组件层压到副垫片上。

本发明的实施方案提供一种用于在连续的制造工艺流程中高效地制造膜-电极-副垫片组件而不浪费电解质膜的装置和方法。

本发明的另一个实施方案提供一种具有新颖结构的制造装置和制造方法，其能够在连续的制造工艺流程中吸附膜-电极组件并将膜-电极组件热压至副垫片。

本发明的又一个实施方案提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法，其可以使用粘合剂，同时能够在连续的制造工艺流程中高效地执行吸附膜-电极组件并将膜-电极组件热压至副垫片。

本发明的又一个实施方案提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法，其能够有效地控制在连续的制造工艺流程中使用的电解质膜的量并实现膜-电极-副垫片组件的高制造良品率。

本发明的实施方案不限于上述实施方案。本发明的实施方案将通过以下的说明变得更加明了，并且将通过在所附权利要求及其组合中所描述的方式来实现。

根据本发明的实施方案，提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，所述装置包括供给单元、切割单元、第一压制单元和第二压制单元，所述供给单元包括配置为供给膜-电极组件片材的片材供给辊，所述膜-电极组件片材具有设置在膜-电极组件片材的两个表面上的催化剂层，所述切割单元包括切割辊和配置为在与切割辊对接的状态中旋转的支撑辊，所述第一压制单元包括吸附辊和热压辊，所述第二压制单元包括热压辊，其中所述切割辊冲压每个催化剂层外侧的部分。

切割辊可以包括圆柱形切割主体和至少一个切割刀片部分，圆柱形切割主体配置为围绕圆柱形切割主体的中心轴旋转；至少一个切割刀片部分沿着切割主体的旋转方向设置在切割主体的外圆周表面上。

切割刀片部分可以包括以方形框架形状突出的切割刀片。

切割刀片不连续地突出。

第一压制单元可以包括吸附辊和配置为在与吸附辊对接的状态中旋转的热压辊，第二压制单元可以包括配置为在彼此对接的状态中旋转的一对热压辊。

吸附辊可以相对于第一压制单元的热压辊直线地移动预定距离。

吸附辊可以包括圆柱形吸附主体和吸附部分，圆柱形吸附主体配置为围绕圆柱形吸附主体的中心轴旋转；吸附部分形成在吸附主体的外圆周表面上并且包括至少一个吸附孔。

吸附辊可以通过吸附孔吸取外部空气。

吸附辊可以进一步包括在吸附辊的外圆周表面上配置为环绕吸附辊的缓冲构件。

缓冲构件可以具有100μm或更小的厚度、60％至70％的孔隙率以及0.060至0.070cfm的空气流量。

包括在第一压制单元中的热压辊可以具有50至150℃的温度。

用于制造膜-电极-副垫片组件的装置可以进一步包括在切割单元和第一压制单元之间的干燥设备。

根据本发明的实施方案，提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，所述方法包括供给在两个表面上设置有催化剂层的膜-电极组件片材的供给步骤、在供给的膜-电极组件片材中形成切割线的切割步骤、从形成有切割线的膜-电极组件片材分离膜-电极组件的分离步骤、将分离的膜-电极组件层压到第一副垫片上的第一层压步骤以及将第二副垫片层压到膜-电极组件上的第二层压步骤，其中切割辊通过冲压每个催化剂层外侧的部分来形成切割线。

可以由切割辊形成切割线，可以由吸附辊分离膜-电极组件，可以由吸附辊和热压辊使分离的膜-电极组件和第一副垫片彼此层压。

切割步骤中的切割辊可以包括以预定间隔突出的切割刀片，切割刀片可以以方形框架形状突出，并且切割辊可以通过将切割刀片压靠于膜-电极组件片材来形成切割线。

切割线可以形成为方形框架形状，切割线可以在距每个催化剂层的边缘的预定距离处形成，所述催化剂层形成在膜-电极组件片材上，并且可以形成为使得催化剂层可以被包括在方形框架形状的切割线内。

分离步骤中的膜-电极组件可以包括电解质膜和设置在电解质膜的两个表面上的催化剂层。

在分离步骤中，可以通过吸附辊的吸附力来吸附和分离膜-电极组件。

可以沿着形成在膜-电极组件片材中的切割线分离膜-电极组件。

在切割步骤中，膜-电极组件片材和膜-电极组件可以通过相对于切割线的拉力而彼此连接，并且在分离步骤中，吸附辊的吸附力可以大于拉力。

在第一层压步骤中，吸附辊和热压辊可以通过施加热量和压力来将吸附到吸附辊的膜-电极组件层压到传送至热压辊的第一副垫片上。

附图说明

现在将参考示于附图中的某些示例性实施例来详细描述本发明的实施方案的上述特征和其它特征，所述附图在下文中仅以举例说明的方式给出，因此对本发明是非限制性的，其中：

图1示出了根据常规技术的膜-电极-副垫片组件的结构；

图2示出了根据本发明实施方案的用于制造膜-电极-副垫片组件的过程的示意图；

图3示出了根据本发明实施方案的切割辊的结构；

图4示出了根据本发明实施方案的吸附辊的结构；

图5示出了根据本发明实施方案的吸附辊的附加部件；

图6示出了根据本发明实施方案的第一压制单元的构造和过程；

图7示出了吸附辊和热压辊的操作；

图8示出了根据本发明实施方案的用于制造膜-电极-副垫片组件的过程的流程图；

图9示出了由本发明实施方案的切割辊形成切割线的示例；

图10示出了分离和压制膜-电极组件的过程；以及

图11示出了用于与常规技术的膜-电极-副垫片组件的结构进行比较的本发明实施方案的膜-电极-副垫片组件的结构。

具体实施方式

参考以下结合附图描述的示例性实施方案，本发明的实施方案的上述目的、其它目的、特征和优点将变得显而易见。然而，本发明并不限于以下公开的实施方案，而是可以以各种不同的形式实施。相反，提供在本文公开的这些实施方案使得本发明是完整和充分的，并且将本发明的精神完全地传达给本领域技术人员。

在整个说明书和附图中，相同的附图标记是指相同的组件。在附图中，为了清楚地说明，将结构的尺寸放大。尽管诸如“第一”和“第二”的术语可以用于描述各种组件，但这些组件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一组件称为第二组件，并且类似地，也可以将第二组件称为第一组件。除非上下文另有明确说明，否则单数表述包括复数表述。

在本说明书中，应当理解，诸如“包括”和“具有”的术语旨在表示存在所提及的特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它的特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合的可能性。此外，当一个部件(例如层、膜、区域、板等)被称为在另一个部件的“上面”或“上方”时，其不仅是指该部件直接在另一个部件的上方的情况，还指它们之间存在第三部件的情况。相反，当一个部件(例如层、膜、区域、板等)被称为在另一个部件的“下方”时，其不仅是指该部件直接在另一个部件的下方的情况，还指它们之间存在第三部件的情况。

由于在本说明书中使用的所有涉及组分的量、反应条件、聚合物组成和混合物的数量、数值和/或表述都受到在获得这些数值时遇到的各种测量不确定性的影响，所以除非另有说明，否则全都应理解为在所有情况下均由术语“约”进行修饰。在本文公开数值范围的情况下，除非另有说明，否则这样的范围是连续的，包括该范围的最小值和最大值以及在所述最小值和最大值之间的每个值。此外，除非另有说明，否则在这种范围是指整数的情况下包括在这种范围的最小值和最大值之间的每个整数。

在本说明书中，在为参数规定范围的情况下，应理解该参数包括规定范围内的所有值，包括规定的范围端点。例如，5至10的范围应理解为包括数值5、6、7、8、9和10以及任何子范围例如6至10、7至10、6至9和7至9，并且还包括在所述范围的情况下合理的整数之间的任何值和范围，例如5.5、6.5、7.5、5.5至8.5和6.5至9。例如，“10％至30％”的范围应理解为包括数值10％、11％、12％、13％等、直至并包括30％的所有整数以及任何子范围例如10％至15％、12％至18％、20％至30％等，并且还包括在所述范围的情况下合理的整数之间的任何值，例如10.5％、15.5％、25.5％等。

本发明的实施方案涉及一种用于制造膜-电极-副垫片组件30的装置和一种用于制造膜-电极-副垫片组件30的方法。本发明的特定实施方案提供一种通过使用切割辊200和吸附辊300在连续的制造工艺流程中高效地制造膜-电极-副垫片组件30的装置和方法，其中所述切割辊200在膜-电极组件片材10中形成切割线13，所述吸附辊300利用吸附力来吸附膜-电极组件40并且将所吸附的膜-电极组件40层压到副垫片20上。

图2示出了本发明实施方案的整体过程示意图，图8示出了根据本发明实施方案的制造方法的流程图。

在下文，将基于图2并参考图3至图7来描述根据本发明实施方案的制造装置及制造装置的各个组件，并且将基于图8并参考图9至图11来描述本发明实施方案的制造方法及制造方法的各个步骤。

用于制造膜-电极-副垫片组件的装置

根据本发明实施方案的用于制造膜-电极-副垫片组件30的装置包括：供给单元、切割单元A1、第一压制单元A2、第二压制单元A3以及组件回收辊700，供给单元包括配置为供给膜-电极组件片材10的片材供给辊100，所述膜-电极组件片材10具有设置在其两个表面上的催化剂层11；切割单元A1包括切割辊200和配置为在与切割辊200对接的状态中旋转的支撑辊800；第一压制单元A2包括吸附辊300和热压辊400；第二压制单元A3包括热压辊400；组件回收辊700配置为回收膜-电极-副垫片组件30。

特别地，根据本发明的实施方案的装置包括冲压每个催化剂层11外侧的部分的切割辊200。

在下文中，将参考图2至图7描述该装置的各个组件。

供给单元

本发明的实施方案的供给单元包括配置为供给膜-电极组件片材10的片材供给辊100。

膜-电极组件片材10具有在其两个表面上设置的催化剂层11。优选地，在膜-电极组件片材10的一个表面上，形成有彼此相距预定距离的两个或更多个催化剂层11。

围绕片材供给辊100缠绕的膜-电极组件片材10在解绕的同时被传送至切割单元A1。

切割单元

本发明的实施方案的切割单元A1包括切割辊200和配置为在与切割辊200对接的状态中旋转的支撑辊800。更具体地，在从供给单元传送并插置切割辊200和支撑辊800之间的膜-电极组件片材10中形成切割线13的同时，切割辊200和支撑辊800以彼此对接的状态旋转。

参考图3，切割辊200包括圆柱形切割主体210以及一个或更多个切割刀片部分a1，圆柱形切割主体210配置为围绕其中心轴旋转；一个或更多个切割刀片部分a1沿着切割主体210的旋转方向设置在切割主体210的外圆周表面上。

切割辊200可以包括沿切割主体210的旋转方向和切割主体210的高度方向的至少一个方向设置在切割主体210的外圆周表面上的至少一个切割刀片部分a1。

切割刀片部分a1包括以方形框架形状突出的切割刀片220，并且通过切割刀片220在膜-电极组件片材10中以切割刀片220的形状形成切割线13。此时，切割刀片220不连续地突出，切割线13也不连续地形成为方形框架形状。

在本发明中对不连续部分的数量或面积大小没有特别限制，只要膜-电极组件40具有足够的拉力来保持固定直到其通过吸附辊300与膜-电极组件片材10分离，就可以根据需要充分地调节不连续部分的数量和面积大小。

随后在说明制造方法时将讨论更详细的问题。

支撑辊800用于支撑待传送的膜-电极组件片材10，使得切割辊200的切割刀片220可以通过施加足够的压力来在膜-电极组件片材10中形成切割线。

第一压制单元

本发明的实施方案的第一压制单元A2包括吸附辊300和配置为在与吸附辊300对接的状态中旋转的热压辊400。

吸附辊300包括圆柱形吸附主体310和吸附部分a2，圆柱形吸附主体310配置为围绕其中心轴旋转；吸附部分a2形成在吸附主体310的外圆周表面上并且包括至少一个吸附孔320。

参考图4，在吸附辊300的吸附部分a2中形成有多个吸附孔320，并且通过这些孔产生气体运动。更具体地，吸附辊300通过吸附孔吸取外部空气，并且利用此时产生的吸附力来吸附外部物体，即膜-电极组件40。

吸引力可以足以使膜-电极组件40与膜-电极组件片材10完全分离，膜-电极组件片材10中形成有切割线13。优选地，吸附力应大于或等于相对于切割线13在膜-电极组件片材10和膜-电极组件40之间产生的拉力。

吸附辊300可以在吸附膜-电极组件40的同时旋转，并且可以根据需要产生恒定的热量。

本发明的实施方案的吸附辊300可以进一步包括缓冲构件330和固定构件340。

参考图5，可以看出，吸附辊300可以进一步包括在其外圆周表面上配置为环绕吸附辊300的缓冲构件330，固定构件340位于沿着缓冲构件330的两个边缘并且配置为环绕吸附辊300。

缓冲构件330用于通过分散从吸附孔传递的吸附力来防止所吸附的膜-电极组件40受损。此外，缓冲构件330用于在一定程度上减轻作用在所吸附的膜-电极组件40上的外部压力。具体地，缓冲构件330用于通过在一定程度上缓解将所吸附的膜-电极组件40结合至副垫片20时产生的压力不平衡来防止膜-电极组件40受损。

缓冲构件330优选具有使得可以足以进行由吸附辊300对膜-电极组件40的吸附的孔隙率，并且缓冲构件330具有优良的耐热性、耐化学性和可释放性。即，缓冲构件330应该具有足够的耐热性以承受在吸附辊300中产生的热量。此外，缓冲构件330应该具有可释放性，使得当所吸附的膜-电极组件40被压到副垫片20上时，可以从吸附辊300释放所吸附的膜-电极组件40，而且不会损坏所吸附的膜-电极组件40。

缓冲构件330可以优选地包括膨体聚四氟乙烯(expandedpolytetrafluoroethylene，e-PTFE)。

缓冲构件330的厚度为100μm或更小，优选为20至100μm。

缓冲构件330具有60％至70％的孔隙率和0.060至0.070cfm的空气流量。

固定构件340用于防止吸附力因大量气体泄漏到缓冲构件330两端的空间中而降低。此外，固定构件340用于将缓冲构件330固定至吸附辊。

对于固定构件340，可以使用不锈钢和橡胶中的任何一种，并且可以使用能够执行所有上述功能的任何材料，没有特别限制。

包括在第一压制单元A2中的热压辊400在与吸附辊300对接的状态中产生热量，以热压供给的副垫片20和供给的膜-电极组件40。

本发明的实施方案的副垫片20包括分别被热压到膜-电极组件40的两个表面上的第一副垫片21和第二副垫片22，并且在本发明的实施方案的第一压制单元A2中，第一副垫片21首先被热压。

参考图2和图6，吸附辊300和热压辊400以彼此对接的状态旋转，吸附到吸附辊300上的膜-电极组件40在两个辊彼此对接的点处与通过热压辊400传送的第一副垫片21接触，并且接受恒定的压力和热量，从而执行热压。此时，其中形成有切割线的膜-电极组件片材10将膜-电极组件40转移至吸附辊300。此后，膜-电极组件40与膜-电极组件片材10分离，剩余的片材50由片材回收辊110回收。

在本发明的实施方案中，分离构件900可以用于促进膜-电极组件40的分离。分离构件900用于在将膜-电极组件40压成更紧密地贴附至吸附辊300的同时减小在膜-电极组件片材10和膜-电极组件40之间产生的拉力。

分离构件900可以具有朝向膜-电极组件40和膜-电极组件片材10彼此分离的点变窄的形状，以便尽可能多地将外力传递至该点。优选地，分离构件900可以包括诸如刀片的形状。

参考图2，在本发明的实施方案中，第一副垫片21由第一副垫片21供给辊供给，并且在第一压制单元A2中接收膜-电极组件40以形成预组件31。

如上所述，本发明的实施方案的吸附辊300可以相对于热压辊400直线地移动预定距离，以将膜-电极组件40传送至第一副垫片21并且同时施加热量和压力。就此而言，参考图2和图7，紧接在膜-电极组件40传送至第一副垫片21之前，片材供给辊100和片材回收辊110都停止，并且吸附辊300在吸附膜-电极组件40的同时与热压辊400间隔开预定距离。此外，当膜-电极组件40传送至第一副垫片21时，片材供给辊100和片材回收辊110都运行，并且吸附辊300与热压辊400对接并根据热压辊400的转速旋转。这是由于在本发明实施方案的膜-电极组件片材10上形成的催化剂层11间的间距与在副垫片20中形成的开口间的间距之间的差异而发生的不可避免的过程。与热压辊400间隔预定距离的吸附辊300的移动距离和时间可以根据诸如以下的条件变化：副垫片20的移动速度，以及在膜-电极组件片材10上形成的催化剂层11间的间距与在副垫片20中形成的开口间的间距之间的差异。

第一压制单元A2中的热压辊400的温度为50至150℃。优选地，吸附辊300的温度也可以与热压辊400的温度相同。

根据本发明实施方案的用于制造膜-电极-副垫片组件30的装置可以进一步包括在切割单元A1和第一压制单元A2之间的干燥设备。

干燥设备用于减少膜-电极组件片材10中的水分，使得膜-电极组件片材10可以容易地拉伸而不会起皱。此外，干燥设备用于帮助膜-电极组件40相对于切割线13更好地收缩，使得膜-电极组件40即使在低的吸附力下也可以顺利地与膜-电极组件片材10分离。

干燥设备可以包括产生红外线、热空气等的设备，并且传递到膜-电极组件片材10的热量具有70至120℃的温度。如果将温度低于70℃的热量传递到膜-电极组件片材10，则可能难以尽如人意地蒸发水分，而如果将温度高于120℃的热量传递到膜-电极组件片材10，则可能会出现膜-电极组件片材10产生严重变形的问题。

第二压制单元

本发明的实施方案的第二压制单元A3包括配置为在彼此对接的状态中旋转的一对热压辊400。

参考图2，将第二副垫片22额外设置到包括第一副垫片21和膜-电极组件40的预组件31，此时，由包括在第二压制单元A3中的一对热压辊400执行热压。

热压辊400可以具有与包括在第一压制单元A2中的热压辊400相同的温度范围。

回收单元

本发明的实施方案的回收单元包括组件回收辊700，所述组件回收辊700配置为回收包括第一副垫片21、膜-电极组件40和第二副垫片22的膜-电极-副垫片组件30。第一副垫片21供给辊和第二副垫片22供给辊根据组件回收辊700的转速旋转并供给副垫片20，并且预组件31和膜-电极-副垫片组件30被传送。

用于制造膜-电极-副垫片组件的方法

用于制造根据本发明实施方案的膜-电极-副垫片组件30的方法包括：供给在两个表面上设置有催化剂层11的膜-电极组件片材10的供给步骤，在供给的膜-电极组件片材10中形成切割线13的切割步骤，从形成有切割线的膜-电极组件片材10分离膜-电极组件40的分离步骤，将分离的膜-电极组件40层压到第一副垫片21上的第一层压步骤，以及将第二副垫片22层压到膜-电极组件40上的第二层压步骤。

在下文，将基于图2的过程图和图8的流程图并参考图9至图11来描述根据本发明实施方案的制造方法的各个步骤。然而，在此将省略如上所讨论的有关用于制造膜-电极-副垫片组件30的装置的重叠内容。

供给步骤(S1)

供给步骤(S1)是供给在两个表面上设置有催化剂层11的膜-电极组件片材10的步骤。

参考图9，可以看出，在膜-电极组件片材10的表面上形成有彼此相距预定距离的催化剂层11。此时，催化剂层11之间的距离优选为50mm至20mm。

切割步骤(S2)

切割步骤(S2)是在供给的膜-电极组件片材10中形成切割线13的步骤。更具体地，通过包括在切割单元A1中的切割辊200的切割刀片220在膜-电极组件片材10中形成切割线13。

切割辊200包括以规则的间隔突出的切割刀片220，并且切割刀片220以方形框架形状突出。

切割辊200通过将突出的切割刀片220压靠于膜-电极组件片材10而在膜-电极组件片材10中形成切割线13。此时，切割线13形成为与在膜-电极组件片材10的一个表面上形成的催化剂层11的数量相对应。

参考图9，可以看出，切割线13根据切割刀片220的形状形成为方形框架形状，并且切割线13在距每个催化剂层11的边缘的预定距离处形成，催化剂层11形成在膜-电极组件片材10上。此时，催化剂层11被包括在具有方形框架形状的切割线13内。

由于切割刀片220不连续地突出，因此切割刀片220可以在膜-电极组件片材10中形成不连续的切割线13。此时，将切割线13中的未切割部分称为连接部分b1，将切割线13中的切割部分称为切割部分b2。

包括位于切割线13内的催化剂层11的膜-电极组件可以通过经由连接部分b1保持拉力而固定至膜-电极组件片材10。即，在本发明的实施方案中，单个膜-电极组件40可以通过在单个膜-电极组件40中形成的所有连接部分b1的总面积上产生的拉力而连接至膜-电极组件片材10。

分离步骤(S3)

分离步骤(S3)是从形成有切割线13的膜-电极组件片材10分离膜-电极组件40的步骤。更具体地，膜-电极组件40通过包括在第一压制单元A2中的吸附辊300与膜-电极组件片材10分离。

参考图10，可以看出，包括催化剂层11的膜-电极组件40沿着切割线13与膜-电极组件片材10分离。更具体地，膜-电极组件40可以包括电解质膜12和设置在电解质膜12的两个表面上的催化剂层11。

分离是通过吸附力来执行的，吸附力由吸附辊300产生并且作用在位于膜-电极组件片材10的切割线13内的膜-电极组件40上。具体地，吸附辊向膜-电极组件40施加比在单个膜-电极组件40中形成的所有连接部分b1的总面积中产生的拉力大的吸附力，从而在切断所有连接部分b1的同时，吸附膜-电极组件40。

第一层压步骤(S4)

第一层压步骤(S4)是将分离的膜-电极组件40层压到第一副垫片21上的步骤。更具体地，通过热压将由包括在第一压制单元A2中的吸附辊300和热压辊400分离的膜-电极组件40层压到第一副垫片21上。

参考图6，可以看出，膜-电极组件40与膜-电极组件片材10分离并且由吸附辊300吸附和传送，第一副垫片21由热压辊400传送。

膜-电极组件40和第一副垫片21在某一处相遇并且通过从吸附辊300和热压辊400接收热量和压力而被热压。此时，将第一副垫片21设置到膜-电极组件40的两个表面之一，并且将热压执行成使得位于膜-电极组件40的一个表面上的每个催化剂层11的部分通过第一副垫片21的开口暴露。

参考图10，可以看出，将分离的膜-电极组件40层压到第一副垫片21的开口以形成预组件31。

在本发明的实施方案中，吸附辊300对膜-电极组件40执行吸附和压制。

第二层压步骤(S5)

第二层压步骤(S5)是将第二副垫片22层压到膜-电极组件40上的步骤。具体地，该步骤是这样的步骤，其中将第二副垫片22设置到膜-电极组件40的与设有第一副垫片的一个表面不同的表面，并由热压辊400热压。

参考图2，由第二副垫片辊单独提供第二副垫片22，并且在第二压制单元A3中将第二副垫片22层压并热压至预组件31。

在预组件31和位于预组件31上的第二副垫片22插置在热压辊400之间的状态下由一对热压辊400执行热压。

在本发明的实施方案中使用的副垫片20在其与膜-电极组件40接触的表面上包括粘合剂。

该粘合剂通过受到本发明实施方案的热压温度而具有粘合强度，并将膜-电极组件40和副垫片20彼此完全粘合，或者将第一副垫片21和第二副垫片22彼此完全粘合。

粘合剂优选地包含氨基甲酸乙酯(urethane)和环氧树脂(epoxy)。更优选地，粘合剂包含重量比为1:9至3:7的氨基甲酸乙酯和环氧树脂。

膜-电极-副垫片组件

图11示出了本发明实施方案的膜-电极-副垫片组件30的俯视图和截面图。当将膜-电极-副垫片组件30与图1所示的常规膜-电极-副垫片组件30'进行比较时，可以看出，在本发明实施方案的膜-电极-副垫片组件30中，电解质膜没有位于与常规膜-电极-副垫片组件30'的区域A对应的部分中。

如上所述，根据本发明的实施方案，可以提供一种用于在连续的制造工艺流程中高效地制造膜-电极-副垫片组件而且不浪费电解质膜的装置和方法。

根据本发明的实施方案，可以提供一种具有新颖结构的制造装置和制造方法，其能够在连续的制造工艺流程中吸附膜-电极组件并将膜-电极组件热压至副垫片。

根据本发明的实施方案，可以提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法，其可以使用粘合剂，同时能够在连续的制造工艺流程中高效地执行吸附膜-电极组件并将膜-电极组件热压至副垫片。

根据本发明的实施方案，可以提供一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置和方法，其能够有效地控制在连续的制造工艺流程中使用的电解质膜的量并实现膜-电极-副垫片组件的高制造良品率。

本发明的实施方案的效果并不限于上述效果。应理解本发明的实施方案的效果包括可以从以上描述中推导出的所有效果。

Claims (20)

1.一种用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，所述装置包括：

供给单元，其包括配置为供给膜-电极组件片材的片材供给辊，所述膜-电极组件片材具有设置在膜-电极组件片材的两个表面上的催化剂层；

切割单元，其包括切割辊和配置为在与所述切割辊对接的状态中旋转的支撑辊，其中切割辊配置为冲压每个催化剂层外侧的部分；

第一压制单元，其包括吸附辊和第一热压辊；以及

第二压制单元，其包括第二热压辊。

2.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述切割辊包括：

圆柱形切割主体，其配置为围绕所述圆柱形切割主体的中心轴旋转；以及

切割刀片部分，其沿着切割主体的旋转方向设置在切割主体的外圆周表面上。

3.根据权利要求2所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述切割刀片部分包括以方形框架形状突出的切割刀片。

4.根据权利要求3所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述切割刀片不连续地突出。

5.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中：

所述第一压制单元的吸附辊和第一热压辊配置为以彼此对接的状态旋转；

所述第二压制单元的第二热压辊配置为以彼此对接的状态旋转。

6.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述吸附辊配置为相对于所述第一压制单元的第一热压辊直线地移动预定距离。

7.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述吸附辊包括：

圆柱形吸附主体，其配置为围绕所述圆柱形吸附主体的中心轴旋转；以及

吸附部分，其形成在吸附主体的外圆周表面上并且包括吸附孔。

8.根据权利要求7所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述吸附辊配置为通过所述吸附孔吸取外部空气。

9.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，进一步包括在所述吸附辊的外圆周表面上环绕吸附辊的缓冲构件。

10.根据权利要求9所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述缓冲构件具有100μm或更小的厚度、60％至70％的孔隙率以及0.060至0.070cfm的空气流量。

11.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，其中，所述第一压制单元的第一热压辊具有50至150℃的温度。

12.根据权利要求1所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的装置，进一步包括在所述切割单元和所述第一压制单元之间的干燥设备。

13.一种用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，所述方法包括：

供给在两个表面上都设置有催化剂层的膜-电极组件片材的步骤；

在供给的膜-电极组件片材中形成切割线的切割步骤，其中形成切割线包括冲压每个催化剂层外侧的部分；

从形成有切割线的膜-电极组件片材分离膜-电极组件的分离步骤；

将分离的膜-电极组件层压到第一副垫片上的第一层压步骤；以及

将第二副垫片层压到膜-电极组件上的第二层压步骤。

14.根据权利要求13所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中：

由切割辊执行所述切割步骤；

由吸附辊执行所述分离步骤；

由吸附辊和热压辊执行所述第一层压步骤。

15.根据权利要求13所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中：

由切割辊执行所述切割步骤，所述切割辊包括以预定的间隔并且呈方形框架形状突出的切割刀片；

形成切割线包括将所述切割刀片压靠于膜-电极组件片材。

16.根据权利要求13所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中，在距每个催化剂层的边缘的预定距离处以方形框架形状形成切割线，所述催化剂层形成在膜-电极组件片材上，使得催化剂层被包括在方形框架形状的切割线内。

17.根据权利要求13所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中，所述膜-电极组件包括电解质膜和设置在所述电解质膜的两个表面上的催化剂层。

18.根据权利要求13所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中，在所述分离步骤中，通过吸附辊的吸附力吸附并分离膜-电极组件，并沿着在膜-电极组件片材中形成的切割线分离膜-电极组件。

19.根据权利要求18所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中，在所述切割步骤中，膜-电极组件片材和膜-电极组件通过相对于切割线的拉力而彼此连接，在所述分离步骤中，吸附辊的吸附力大于所述拉力。

20.根据权利要求18所述的用于制造膜-电极-副垫片组件的方法，其中，在所述第一层压步骤中，吸附辊和第一热压辊通过施加热量和压力来将吸附到吸附辊的膜-电极组件层压到传送至第一热压辊的第一副垫片上。

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