CN115642277A - 一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法，下方的连续边框料带与第一热压辊接触，上方的边框片料与压合带接触，有利于更好地排出气泡；沿走带方向分布的相邻两个边框片料之间具有间隔，沿走带方向逐渐对边框片料、CCM片料和边框料带进行热辊压复合时，气体从边框片料在走带方向下游的一端边缘排出；边框片料在走带方向上游的一端边缘先进行热辊压，边框料带与第一热压辊之间的接触面积大，边框料带受力均匀；压合带给第一热压辊的辊压提供支撑及缓冲，使CCM片料和边框片料受力较为均匀，能够防止产生小气泡，有利于将边框料带和边框片料之间以及CCM片料与边框片料、边框料带之间的气体完全排尽。

Description

一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法。

背景技术

膜电极(Membrane Electrode Assemblies，简称MEA)是燃料电池的核心零部件，目前膜电极的制造工艺为在“边框膜-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-边框膜”的五合一结构的厚度方向的两侧各贴合一层气体交换层形成七合一的膜电极。

在贴合气体交换层之前，需要对五合一结合进行复合，常用的复合工艺有平压法和热钢带辊压法，其中，热钢带辊压法的应用远大于平压法。

采用热钢带辊压法制作五合一结构的过程如下：在质子交换膜的两侧分别贴合催化剂层形成CCM(Catalyst Coated Membrane，催化剂涂覆膜)，将两个边框膜分别贴合在CCM两侧并进行加热辊压形成五合一结构。为了提高膜电极的安全性，延长膜电极的使用寿命，要求五合一结构的表面平整光滑。但在实际制作过程中，在CCM两侧贴合边框膜并进行加热辊压时，不可避免地会在CCM和边框膜之间产生很多小气泡，气泡的存在会直接影响膜电极的质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法，能够有效地消除边框膜和CCM之间的气泡，提高膜电极的质量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池的膜电极制备设备，包括：

边框料带送料机构，用于输送边框料带；

CCM片料放料机构，用于将CCM片料放置于所述边框料带的上方，相邻两个所述CCM片料之间具有间隔；

边框片料放料机构，用于将边框片料放置于所述CCM片料的上方，相邻两个所述边框片料之间具有间隔，且所述边框片料在走带方向两端均伸出正下方的所述CCM片料；

热压组件，所述热压组件包括加热装置、压合带和第一热压辊，所述第一热压辊位于所述压合带的正下方；所述压合带和所述第一热压辊沿竖直方向间隔设置。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，所述热压组件还包括同步带结构，所述同步带结构包括：

同步带和两个同步带轮，两个所述同步带轮沿所述走带方向间隔分布，所述同步带绕设于两个所述同步带轮上，位于两个所述同步带轮下方的所述同步带形成所述压合带；

驱动单元，所述驱动单元与其中一个所述同步带轮相连，所述压合带能够沿所述走带方向移动。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，所述热压组件还包括第二热压辊，所述第二热压辊位于所述压合带的上方且与所述第一热压辊沿竖直方向正对设置；所述第二热压辊与所述压合带沿竖直方向压接。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，所述热压组件还包括位于所述加热装置上游的辅助压合结构，所述辅助压合结构包括：

辅助压合辊组，其包括两个分别位于所述压合带的上方和下方且正对设置的辅助压合辊，所述压合带与上方的所述辅助压合辊沿竖直方向压接，所述压合带和下方的所述辅助压合辊沿竖直方向间隔设置。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，所述热压组件还包括预辊压结构，所述预辊压结构包括：

预热辊组，位于所述加热装置的上游，所述预热辊组包括两个分别位于所述压合带的上方和下方且正对设置的预热辊，所述压合带与上方的所述预热辊沿竖直方向压接，所述压合带和下方的所述预热辊沿竖直方向间隔设置。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，所述热压组件还包括冷却结构，所述冷却结构包括：

冷却辊组，位于所述第一热压辊的下游，所述冷却辊组包括两个分别位于所述压合带的上方和下方且正对设置的冷却辊，所述压合带和上方的所述冷却辊沿竖直方向压接，所述压合带和下方的所述冷却辊沿竖直方向间隔设置。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，还包括位于所述热压组件上游的预贴合结构，所述预贴合结构包括：

热压板；

预贴合辊，位于所述热压板的正下方，且与所述热压板沿竖直方向间隔设置；所述预贴合辊能够沿所述走带方向往复移动。

作为上述燃料电池的膜电极制备设备的一种优选技术方案，沿所述走带方向，所述热压板的长度为L1，所述边框片料的长度为L2，L1≥L2。

本发明还提供了一种燃料电池的膜电极制备方法，采用上述任一方案所述的燃料电池的膜电极制备设备进行膜电极制备，包括以下步骤：

输送所述边框料带依次经过第一放料工位、第二放料工位和热辊压工位；

在所述第一放料工位将所述CCM片料放置于所述边框料带上，并使相邻两个所述CCM片料之间具有间隔；

在所述第二放料工位将所述边框片料放置于所述CCM片料上，并使相邻两个所述边框片料之间具有间隔，且所述边框片料在所述走带方向的两端均伸出正下方的所述CCM片料；

在所述热辊压工位，对所述压合带和所述第一热压辊之间的所述边框料带、所述CCM片料和所述边框片料进行热辊压。

作为上述燃料电池的膜电极制备方法的一种优选技术方案，沿所述走带方向，相邻两个所述边框片料之间的间隔为0.1mm～10mm。

作为上述燃料电池的膜电极制备方法的一种优选技术方案，所述第二放料工位和所述热辊压工位之间具有预贴合工位；

在所述预贴合工位暂停输送所述边框料带，控制所述燃料电池的膜电极制备设备的热压板发热；

控制预贴合辊沿所述走带方向和/或所述走带方向的反向移动。

作为上述燃料电池的膜电极制备方法的一种优选技术方案，控制预贴合辊沿所述走带方向和所述走带方向的反向移动，包括以下步骤：

控制所述预贴合辊按照所述CCM片料的中间位置、第一预设位置、第二预设位置及所述中间位置的顺序移动；

其中，沿所述走带方向，所述第一预设位置和所述第二预设位置中的一个位于所述中间位置的上游，另一个位于所述中间位置的下游。

作为上述燃料电池的膜电极制备方法的一种优选技术方案，所述边框片料在所述走带方向的长度为L2，所述预贴合辊由所述第一预设位置移动至所述第二预设位置的移动距离为L3，L2≥L3；

和/或，所述预贴合辊由所述第一预设位置移动至所述第二预设位置的移动距离为L3，所述CCM片料在所述走带方向的长度为L4，L3＞L4。

本发明有益效果：本发明提供的燃料电池的膜电极制备设备及制备方法，先在边框料带的上方放置CCM片料，并使相邻两个边框片料之间具有间隔；再将边框片料放置在CCM片料上，并使相邻两个边框片料之间具有间隔，且边框片料在走带方向的两端均伸出正下方的CCM片料；之后利用加热装置对边框料带和边框片料进行加热，第一热压辊配合压合带对加热后的边框片料、CCM片料和边框料带进行热辊压复合形成膜电极。

连续的边框料带在下方，片状的CCM片料和边框片料在上方，而非上下颠倒，可以有效避免CCM片料和边框片料因重力作用而脱落，有利于进行连续生产，提高生产效率。下方的连续边框料带与第一热压辊接触，上方的边框片料与压合带接触，有利于更好地排出气泡。

由于沿走带方向分布的相邻两个边框片料之间具有间隔，沿走带方向逐渐对边框片料、CCM片料和边框料带进行热辊压复合的过程中，边框料带和边框片料之间的气体，以及CCM片料与边框片料、边框料带之间的气体可以从边框片料在走带方向下游的一端边缘排出，避免边框料带和边框片料之间、CCM片料与边框片料、边框料带之间形成气泡。

边框片料在走带方向上游的一端边缘先进行热辊压，由于边框料带为连续料带，边框料带与第一热压辊之间的接触面积大，边框料带受力均匀；压合带能够给第一热压辊的辊压提供支撑作用及缓冲作用，以使CCM片料和边框片料受力较为均匀，能够防止产生小气泡，有利于在边框料带继续沿走带方向走带时将边框料带和边框片料之间的气体，以及CCM片料与边框片料、边框料带之间的气体完全排尽；而且热辊压后的膜电极平整性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是燃料电池的膜电极的爆炸图；

图2是本发明实施例一提供的热辊压前的膜电极状态图；

图3是本发明实施例一提供的燃料电池的膜电极制备设备的结构简图；

图4是本发明实施例一提供的燃料电池的膜电极制备方法的流程图；

图5是本发明实施例二提供的预贴合结构的结构简图；

图6是本发明实施例二提供的燃料电池的膜电极制备方法的流程图。

图中：

11、边框料带；12、CCM片料；13、边框片料；14、背膜；

2、热压组件；211、第一热压辊；212、第二热压辊；213、同步带；2131、压合带；214、同步带轮；22、辅助压合辊组；221、辅助压合辊；23、预辊压结构；231、预热辊；24、冷却结构；241、冷却辊；

3、预贴合结构；31、热压板；32、预贴合辊；

10、预热区；20、加热区；30、冷却区；

100、边框膜；200、CCM。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1所示，现有的膜电极在CCM 200两侧贴合边框膜100并进行加热辊压时，不可避免地会在CCM 200和边框膜100之间产生很多小气泡，气泡的存在会直接影响膜电极的质量。为此，本实施例提供了一种燃料电池的膜电极制备设备及制备方法，以在对CCM和边框膜进行热压的过程中消除边框膜和CCM之间的气泡，提高膜电极的质量。

如图2和图3所示，本实施例提供的燃料电池的膜电极制备设备，包括边框料带送料机构、CCM片料放料机构、边框片料放料机构和热压组件2，其中，边框料带送料机构用于输送边框料带11；CCM片料放料机构用于将CCM片料12放置于边框料带11的上方，沿边框料带11的走带方向分布的相邻两个CCM片料12之间具有间隔；边框片料放料机构用于将边框片料13放置于CCM片料12的上方，沿边框料带11的走带方向分布的相邻两个边框片料13之间具有间隔，且边框片料13在走带方向的两端均伸出正下方CCM片料12；热压组件2包括加热装置、压合带2131和第一热压辊211，第一热压辊211位于压合带2131的正下方；压合带2131和第一热压辊211沿竖直方向间隔设置。其中，加热装置用于对边框料带11和边框片料13进行加热，第一热压辊211能够转动，实现第一热压辊211和边框料带11之间滚动接触，减小边框料带11走带时边框料带11与第一热压辊211之间的摩擦，对边框料带11进行保护。

边框料带11和边框片料13均为PNE材料，边框料带11和边框片料13均一侧涂有热熔胶，在通过加热装置加热后热熔胶可以产生粘性，通常将涂有热熔胶的侧面记为边框膜的粘合面，便于第一热压辊211配合压合带2131通过热辊压的方式将边框料带11和边框片料13分别通过对应的热熔胶复合在CCM片料12的相对两侧。需要说明的是，边框料带11、边框片料13上复合的粘接胶不仅限于热熔胶。

本实施例提供的燃料电池的膜电极制备设备，先在边框料带11的上方放置CCM片料12，并使沿边框料带11的走带方向分布的相邻两个边框片料13之间具有间隔；再将边框片料13放置在CCM片料12上，并使沿边框料带11的走带方向分布的相邻两个边框片料13之间具有间隔，且边框片料13在走带方向的两端均伸出正下方的CCM片料12；在边框料带11途径热压组件2时，压合带2131紧贴边框片料13，第一热压辊211紧贴边框料带11，利用加热装置对边框料带11和边框片料13进行加热，通过第一热压辊211配合压合带2131对加热后的边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行热辊压复合形成膜电极。

连续的边框料带11在下方，片状的CCM片料12和边框片料13在上方，而非上下颠倒，可以有效避免CCM片料12和边框片料13因重力作用而脱落，有利于进行连续生产，提高生产效率。下方的连续边框料带11与第一热压辊211接触，上方的边框片料13与压合带2131接触，有利于更好地排出气泡。

由于沿走带方向分布的相邻两个边框片料13之间具有间隔，沿走带方向逐渐对边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行热辊压复合的过程中，边框料带11和边框片料13之间的气体，以及CCM片料12与边框片料13、边框料带11之间的气体可以从边框片料13在走带方向下游的一端边缘排出，避免边框料带11和边框片料13之间、CCM片料12与边框片料13、边框料带11之间形成气泡。

边框片料13在走带方向上游的一端边缘先进行热辊压，由于边框料带11为连续料带，边框料带11与第一热压辊211之间的接触面积大，边框料带11受力均匀；压合带2131能够给第一热压辊211的辊压提供支撑作用及缓冲作用，以使CCM片料12和边框片料13受力较为均匀，能够防止产生小气泡，而且有利于在边框料带11继续沿走带方向走带时将边框料带11和边框片料13之间的气体，以及CCM片料12与边框片料13、边框料带11之间的气体完全排尽；热辊压后的膜电极平整性较高。

可选地，为了提高热辊压效果，压合带2131能够沿走带方向移动。本实施例中，上述燃料电池的膜电极制备设备还包括同步带结构，同步带结构包括同步带213、两个同步带轮214和驱动单元，两个同步带轮214沿走带方向间隔分布，同步带213绕设于两个同步带轮214上，位于两个同步带轮214下方的同步带213形成压合带2131；驱动单元与其中一个同步带轮214相连。其中，同步带轮214能够转动，驱动单元用于驱动同步带轮214转动，使压合带2131能够沿走带方向移动。示例性地，驱动单元包括电机，电机与其中一个同步带轮214传动连接。

通过采用同步带结构，可以在保证气泡排出效果的同时，实现边框料带11连续走料，无需间断。

在其他实施例中，还可以采用其他方式驱动压合带2131移动，如为压合带2131配设两个驱动件，其中一个驱动件驱动压合带2131沿走带方向移动及沿走带方向的反向移动，另一个驱动件驱动压合带2131升降。具体地，压合带2131具有沿走带方向分布的初始位置和终点位置，在进行热压合时，控制压合带2131由初始位置移动至终点位置，之后再控制压合带2131升降，然后再控制压合带2131由终点位置回到起始位置的正上方，之后再控制压合带2131下降至初始位置。需特别指出的是，为了满足生产需求，要求压合带2131由终点位置回到初始位置的过程中，边框料带11暂停走带。相比本实施例而言，边框料带11采用间断式走料。

进一步地，在采用同步带结构实现压合带2131沿走带方向移动时，在受到第一热压辊211的挤压作用时，压合带2131正对第一热压辊211的位置可能会因上凸，以致影响气泡的排出、热辊压的复合效果及热辊压后膜电极的平整性。为此，热压组件2还包括第二热压辊212，第二热压辊212位于压合带2131的上方且与第一热压辊211沿竖直方向正对设置；第二热压辊212能够与压合带2131沿竖直方向压接。其中，第二热压辊212能够转动，实现第二热压辊212与热压带2131滚动接触，减小热压带2131移动时，热压带2131和第二热压辊212之间的摩擦。

通过第二热压辊212与压合带2131沿竖直方向抵接，在进行热辊压时，可以由第二热压辊212为压合带2131提供支撑，实现利用压合带2131对经过第一热压辊211和第二热压辊212之间的边框片料13、CCM和边框料带11进行支撑和缓冲，提高热辊压过程中压合带2131对边框片料13、CCM和边框料带11的支撑效果。

可选地，压合带2131可以选用传热效果好的钢带，如不锈钢等制成的钢带。

进一步地，热压组件2还包括位于加热装置上游的辅助压合结构，辅助压合结构包括两个辅助压合辊221，两个辅助压合辊221分别位于压合带2131的上方和下方且正对设置，压合带2131能够与位于其上方的辅助压合辊221沿竖直方向压接，压合带2131和位于其下方的辅助压合辊221沿竖直方向间隔设置。其中，两个辅助压合辊221均能够转动，实现位于上方的辅助压合辊221与压合带2131滚动接触，减小热压带2131移动时，热压带2131和位于其上方的辅助压合辊221之间的摩擦；同时实现位于下方的辅助压合辊221与边框料带11滚动接触，在保证气泡排出效果的基础上，减小辅助压合辊221与边框料带11之间的摩擦，对边框料带11进行保护。

如此设计，能够实现在进行热辊压之前通过辅助压合结构对两个辅助压和辊221之间的边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行辅助压合，由于边框料带11为连续的料带，在进行辅助压合的同时，下游的热压组件2同步进行热辊压，通过设置辅助压合辊组22，可以保证热辊压时边框料带11的稳定性，以提高热辊压的热辊压效果及排出气泡的效果。

可选地，辅助压合辊221和第一热压辊211之间具有加热区20，辅助压合辊221和第二热压辊212之间具有加热区20，两个加热区20内均设有加热装置。

进一步地，热压组件2还包括预辊压结构23，预辊压结构23包括预热辊组，预热辊组位于加热装置的上游，预热辊组包括两个预热辊231，两个预热辊231分别位于压合带2131的上方和下方且正对设置，压合带2131能够与位于其上方的预热辊231沿竖直方向压接，压合带2131和位于其下方的预热辊231沿竖直方向间隔设置。其中，两个预热辊231均能够转动，实现位于上方的预热辊231与压合带2131滚动接触，减小热压带2131移动时，热压带2131和位于其上方的预热辊231之间的摩擦；同时实现位于下方的预热辊231与边框料带11滚动接触，在保证气泡排出效果的基础上，减小预热辊231与边框料带11之间的摩擦，对边框料带11进行保护。

可选地，预辊压结构23还包括预热装置，预热辊组位于预热装置和加热装置之间，预热装置用于对边框料带11、CCM片料12和边框片料13进行预热。在其他实施例中，还可以采用自带加热功能的预热辊231。

如此设计，能够实现在经过辅助压合辊组22进行辅助压合之后且在进行热辊压之前，通过预热装置对边框料带11、CCM片料12和边框片料13进行预热，并通过预热辊231配合压合带2131对边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行预热辊压，以提高热辊压的热辊压效果及排出气泡的效果。

可选地，辅助压合辊221和预热辊231之间具有预热区10，预热区10内设有预热装置。

需要说明的是，上述加热装置和预热装置的具体结构不做具体限定，可以是但不仅限于电加热、油加热等现有的加热结构。

进一步地，热压组件2还包括冷却结构24，冷却结构24包括位于第一热压辊211下游的冷却辊组，冷却辊组包括两个冷却辊241，两个冷却辊241分别位于压合带2131的上方和下方且正对设置，压合带2131能够和位于其上方的冷却辊241沿竖直方向压接，压合带2131和位于其下方的冷却辊241沿竖直方向间隔设置。其中，两个冷却辊241均能够转动，实现位于上方的冷却辊241与压合带2131滚动接触，减小热压带2131移动时，热压带2131和位于其上方的冷却辊241之间的摩擦；同时实现位于下方的冷却辊241与边框料带11滚动接触，在保证气泡排出效果的基础上，减小冷却辊241与边框料带11之间的摩擦，对边框料带11进行保护。

可选地，冷却结构24还包括冷却装置，位于第一热压辊211和冷却辊组之间的冷却区30，冷却装置用于对经过热压形成的膜电极进行冷却。在其他实施例中，还可以采用自带冷却功能的冷却辊241。

如此设计，实现在热辊压后对膜电极进行冷却，膜电极快速定型，便于后续进一步对膜电极进行加工。

需要说明的是，上述冷却装置的具体结构不做具体限定，可以是但不仅限于风冷、水冷等现有的冷却装置。

进一步地，边框料带送料机构包括边框料带放卷装置、边框料带导料装置和边框料带拉料装置，其中，边框料带放卷装置为膜电极制备上常用的放卷结构，边框料带拉料装置为膜电极制备上常用的收卷结构，在此不再具体介绍。边框料带导料装置为能够转动的导料辊，通过边框料带拉料装置拉动边框料带，使边框料带放卷装置进行放料，同时通过边框料带导料装置对边框料带的移动进行导向，使边框料带沿走带方向移动。可选地，边框料带导料装置不仅限于一个，可以根据实际的导向需求进行设置。

进一步地，CCM片料放料机构包括CCM片料真空吸附装置和与CCM片料真空吸附装置相连的CCM片料放料机械手，通过CCM片料放料机械手控制CCM片料真空吸附装置移动，使CCM片料真空吸附装置能够吸附切割形成的CCM片料12，通过CCM片料放料机械手控制吸附有CCM片料12的CCM片料真空吸附装置能够移动，以将CCM片料12放置于边框料带11上。

进一步地，边框片料放料机构包括边框片料真空吸附装置和与边框片料真空吸附装置相连的边框片料放料机械手，通过边框片料放料机械手控制边框片料真空吸附装置移动，使边框片料真空吸附装置能够吸附切割形成的边框片料13，通过边框片料放料机械手控制吸附有边框片料13的边框片料真空吸附装置能够移动，以将边框片料13放置于CCM片料12上。

上述的CCM片料真空吸附装置、边框片料真空吸附装置均为现有技术用于薄膜吸附的真空吸附结构，在此不再具体介绍。CCM片料放料机械手和边框片料放料机械手均为多轴机械手，可以选用现有技术中符合运动要求的机械手，在此不再具体介绍。

于其他实施例中，还可以将多个边框片料13间隔粘贴在连续背膜14上，通过与边框料带送料机构类似的结构对粘贴有边框片料13的背膜14进行放料，在将边框片料13放置在CCM片料12上之后，并在进行热辊压之前将背膜14与边框片料13分离即可。当然还可以在进行热辊压之后将背膜14与边框片料13分离。至于如何将背膜14与边框片料13分离为本领域的现有技术，在此不再具体介绍。

需要说明的是，前文提到的第一热压辊211和第二热压辊212可以选用刚性材料制成的钢辊，如不锈钢辊，还可以选用橡胶等柔性材料；压合带2131可以选用钢带，也可以选用特氟龙带等。优选地，第一热压辊211和第二热压辊212均采用钢辊，压合带2131选用钢带，具有导热性优良、耐高温性能高、使用寿命长、成本相对较低等优势。至于辅助压合辊221、预热辊231和冷却辊241等可以根据产品的材料特性进行选择，在此不再具体设置。

进一步地，由于不同的膜电极的厚度不同，相应地在热辊压之前，边框片料13、CCM片料12和边框料带11层叠后的厚度不同，为了满足不同型号的膜电极的加工需求，第二热压辊212和压合带2131之间的间隔可调。具体地，该间隔即为第二热压辊212和压合带2131沿竖直方向间隔设置形成的间隙，可以根据产品的实际后续进行调整。可选地，第二热压辊212和压合带2131之间的间隔为0.1mm～10mm，可以选用0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm中的任一值，在此不再具体限定。

相应地，压合带2131和位于其下方的辅助压合辊221之间的间隔可调，压合带2131和位于其下方的预热辊231之间的间隔可调，压合带2131和位于其下方的冷却辊241之间的间隔可调。如何调节间隔为本领域的常规技术，可以将压合带2131或辊设置为可移动的，并配设距离传感器，可以实现板和辊之间的间隔的精确调整，这是本领域的现有技术，在此不再具体介绍。

本实施例还提供了一种膜电极制备方法，采用上述的燃料电池的膜电极制备设备进行膜电极制备，如图4所示，在膜电极制备过程中，输送边框料带11依次经过第一放料工位、第二放料工位和热辊压工位。

该膜电极制备方法包括以下步骤：

S1、在第一放料工位将CCM片料12放置于边框料带11上，并使沿边框料带11的走带方向，相邻两个CCM片料12之间具有间隔；

S2、在第二放料工位将边框片料13放置于CCM片料12上，并使沿边框料带11的走带方向相邻两个边框片料13之间具有间隔，且边框片料13在走带方向的两端均伸出正下方的CCM片料12；

S3、在热辊压工位，对压合带2131和第一热压辊211之间的边框料带11、CCM片料12和边框片料13进行热辊压。

由于沿边框料带11的走带方向，相邻两个CCM片料12之间具有间隔且相邻两个边框片料13之间具有间隔，且边框片料13在走带方向的两端均伸出正下方的CCM片料12；第二热压辊212接触连续的边框料带11，压合带2131接触间隔设置的边框片料13，在通过第一热压辊211、第二热压辊212配合压合带2131进行热辊压时，利用压合带2131对CCM片料12进行支撑和缓冲，边框片料13在走带方向上游端的边缘先进行热辊压，在边框料带11走带的过程中逐渐进行热辊压复合，气体从边框片料13的边缘排出。相比传统的热辊压而言，气体排出效果更好，不利于气泡形成；形成的膜电极平整性较高。

可选地，沿走带方向，相邻两个边框片料13之间的间隔为0.1mm～10mm。如此设计，实现两个边框片料13之间间隔布置。沿走带方向，相邻两个边框片料13之间的间隔可以选用0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm中的任一值，在此不再具体限定。

进一步地，第二放料工位和热辊压工位之间具有预辊压工位，本实施例提供的膜电极制备方法，在步骤S3之前且在步骤S2之后还包括步骤S4，在边框片料13途径预辊压工位时，对边框片料13和边框料带11上的热熔胶进行预热，并将边框片料13和边框料带11分别初步辊压复合在CCM片料12的相对两侧。具体地，先通过预热装置对边框片料13和边框料带11上的热熔胶进行预热，之后再通过预热辊231配合压合带2131对边框片料13和边框料带11进行辊压，以将边框片料13和边框料带11分别初步复合在CCM片料12的相对两侧。

进一步地，在预辊压工位的上游设有辅助压合工位，本实施例提供的膜电极制备方法，在步骤S3之前且在步骤S4之后还包括步骤S5，在辅助压合工位，对放置有边框片料13、CCM片料12的边框料带11进行辅助压合。具体地，在放置有边框片料13、CCM片料12的边框料带11经过辅助压合工位时，通过两个辅助压合辊221配合压合带2131进行初步的辅助压合，以提高预辊压工位和热辊压工位同步进行相应操作时边框料带11的稳定性。

进一步地，在热辊压工位的下游设置有冷却工位，本实施例提供的膜电极制备方法，在步骤S3之后还包括步骤S6，在经过热辊压的膜电极经过冷却工位时，对膜电极进行冷却定型。这是本领域的常规技术，在此不再具体介绍。

进一步地，在冷却工位的下游还设有剪切工位，本实施例提供的膜电极制备方法，在步骤S6之后还包括步骤S7，在经过冷却的膜电极经过剪切工位时，对膜电极进行剪断形成单个膜电极产品。这是本领域的常规技术，在此不再具体介绍。

实施例二

本实施例对实施例一进行进一步的优化，如图5所示，燃料电池的膜电极制备设备还包括位于热压组件2上游的预贴合结构3，以对CCM片料12、边框料带11和边框片料13之间进行初步排气。

具体地，预贴合结构3包括热压板31和预贴合辊32，其中，热压板31能够对边框片料13进行加热，预贴合辊32位于热压板31的正下方，热压板31和预贴合辊32沿竖直方向间隔设置；预贴合辊32能够沿走带方向往复移动。其中，预贴合辊32能够转动，实现预贴合辊32和边框料带11之间滚动接触，减小预贴合辊32和边框料带11之间的摩擦，对边框料带11进行保护。

需要说明的是，热压板31自带加热功能，可以在热压板31内集成加热件，如电加热件，或换热结构等，在此不做具体限定；热压板31可以选用刚性材料制成的钢板，如不锈钢板，也可以选用特氟龙带等；预贴合辊32可以选用刚性材料制成的钢辊，如不锈钢辊，还可以选用橡胶等柔性材料。优选地，预贴合辊32采用钢辊，热压板31选用钢板，具有导热性优良、耐高温性能高、使用寿命长、成本相对较低等优势。

进一步地，沿走带方向，热压板31的长度为L1，边框片料13的长度为L2，L1≥L2。如此设计，可以使每次停止走带进行预贴合时，热压板31在走带方向的两端能够与边框片料13平齐、或伸出边框片料13、或一端伸出边框片料13且另一端与边框片料13齐平，以提高预贴合效果，实现热压板31无需移动，简化燃料电池的膜电极制备工艺。示例性地，热压板31在走带方向的两端均能够伸出边框片料13，即L1＞L2。

第二放料工位和热辊压工位之间具有预贴合工位，具体地，预贴合工位位于辅助压合工位和第二放料工位之间。如图6所示，采用上述预贴合结构3对经过预贴合工位的CCM片料12、边框片料13和边框料带11进行预热辊压时，以L1＞L2为例，本实施例提供的燃料电池的膜电极制备方法，在步骤S2之后且在步骤S4之前还包括步骤S8，在边框片料13经过预贴合工位时，对边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行预贴合。

在边框片料13经过预贴合工位时，对边框片料13、CCM片料12和边框料带11进行预贴合，具体包括如下步骤：

S81、在预贴合工位暂停输送边框料带11，控制热压板31发热以激活边框片料13上的热熔胶。

需要说明的是，在暂停输送边框料带11时，边框片料13位于热压板31的正下方。

S82、控制预贴合辊32沿走带方向和走带方向的反向移动。

通过步骤82实现以对热压板31和预贴合辊32之间的边框料带11、CCM片料12和边框片料13进行预贴合。

于其他实施例中，还可以仅控制预贴合辊32沿走带方向，还可以仅控制预贴合辊32沿走带方向的反向移动。

可选地，上述步骤S82中，控制预贴合辊32沿走带方向和走带方向的反向移动，包括以下步骤：控制预贴合辊32按照CCM片料12的中间位置、第一预设位置、第二预设位置及中间位置的顺序移动。

其中，沿走带方向，第一预设位置和第二预设位置中的一个位于中间位置的上游，另一个位于中间位置的下游。如此，有利于提高气体排出效果。

本实施例中，沿走带方向，第一预设位置位于CCM片料12的中间位置的上游，见图5中右侧虚线所示预贴合辊32的位置；沿走带方向，第二预设位置位于CCM片料12的中间位置的下游，见图5中左侧虚线所示预贴合辊32的位置。于其他实施例中，第一预设位置可以与第二预设位置互换。

在边框片料13移动至热压板31的正下方且热压板31在走带方向两端均伸出边框片料13时，边框料带11停止走带，热压板31在边框片料13的上方起支撑和加热作用，通过对边框片料13进行加热起到激活边框片料13上热熔胶的作用，控制预贴合辊32按照CCM片料12中间位置、第一预设位置、第二预设位置及中间位置的顺序移动，以将边框片料13初步复合在CCM片料12上，实现通过热辊压的方式将边框片料13初步复合在CCM片料12上；同时有利于在将边框片料13初步复合在CCM片料12的过程中，更好地将CCM片料12与边框片料13、边框料带11之间的气体从边框片料13在走带方向的两端排出，使后续的热辊压贴合效果更好。

在预贴合辊32再次回到中间位置时，预贴合结束。在预贴合结束之后，再控制边框料带11继续走带，同时控制压合带2131继续移动，以便于后续的热辊压。

可选地，边框片料13在走带方向的长度为L2，预贴合辊32由第一预设位置移动至第二预设位置的移动距离为L3，L2≥L3。示例性地，L2＞L3，换言之，预贴合辊32在第一预设位置时，沿走带方向的反向，预贴合辊32的部分伸出该CCM片料12；预贴合辊32在第二预设位置时，沿走带方向预贴合辊32的部分伸出该CCM片料12。如此设计，可以使CCM片料12与边框片料13、边框带料11之间的气体充分排出，保证气体排出效果。

可选地，CCM片料12在走带方向的长度为L4，L3＞L4。如此设计，可以使预贴合的整个移动过程均为有效移动，以避免在预贴合辊32的辊压作用下气体从边框片料13的走带方向两端进入边框片料13和CCM片料12之间及CCM片料12和边框料带11之间，保证气体排出效果，并通过对边框片料13进行加热将边框片料13、边框料带11分别初步复合在CCM片料12的相对两侧，以防止边框片料13经过预贴合工位之后外部气体通过边框片料13和边框料带11之间的缝隙进入边框片料13、CCM片料12和边框料带11之间。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，包括：

边框料带送料机构，用于输送边框料带(11)；

CCM片料放料机构，用于将CCM片料(12)放置于所述边框料带(11)的上方，相邻两个所述CCM片料(12)之间具有间隔；

边框片料放料机构，用于将边框片料(13)放置于所述CCM片料(12)的上方，相邻两个所述边框片料(13)之间具有间隔，且所述边框片料(13)在走带方向两端均伸出正下方的所述CCM片料(12)；

热压组件(2)，所述热压组件(2)包括加热装置、压合带(2131)和第一热压辊(211)，所述第一热压辊(211)位于所述压合带(2131)的正下方；所述压合带(2131)和所述第一热压辊(211)沿竖直方向间隔设置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，所述热压组件(2)还包括同步带结构，所述同步带结构包括：

同步带(213)和两个同步带轮(214)，两个所述同步带轮(214)沿所述走带方向间隔分布，所述同步带(213)绕设于两个所述同步带轮(214)上，位于两个所述同步带轮(214)下方的所述同步带(213)形成所述压合带(2131)；

驱动单元，所述驱动单元与其中一个所述同步带轮(214)相连。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，所述热压组件(2)还包括第二热压辊(212)，所述第二热压辊(212)位于所述压合带(2131)的上方且与所述第一热压辊(211)沿竖直方向正对设置；所述第二热压辊(212)与所述压合带(2131)沿竖直方向压接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，所述热压组件(2)还包括位于所述加热装置上游的辅助压合结构，所述辅助压合结构包括：

辅助压合辊组(22)，其包括两个分别位于所述压合带(2131)的上方和下方且正对设置的辅助压合辊(221)，所述压合带(2131)与上方的所述辅助压合辊(221)沿竖直方向压接，所述压合带(2131)和下方的所述辅助压合辊(221)沿竖直方向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，所述热压组件(2)还包括预辊压结构(23)，所述预辊压结构(23)包括：

预热辊组，位于所述加热装置的上游，所述预热辊组包括两个分别位于所述压合带(2131)的上方和下方且正对设置的预热辊(231)，所述压合带(2131)与上方的所述预热辊(231)沿竖直方向压接，所述压合带(2131)和下方的所述预热辊(231)沿竖直方向间隔设置。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，所述热压组件(2)还包括冷却结构(24)，所述冷却结构(24)包括：

冷却辊组，位于所述第一热压辊(211)的下游，所述冷却辊组包括两个分别位于所述压合带(2131)的上方和下方且正对设置的冷却辊(241)，两个所述冷却辊(241)，所述压合带(2131)和上方的所述冷却辊(241)沿竖直方向压接，所述压合带(2131)和下方的所述冷却辊(241)沿竖直方向间隔设置。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，还包括位于所述热压组件(2)上游的预贴合结构(3)，所述预贴合结构(3)包括：

热压板(31)；

预贴合辊(32)，所述预贴合辊(32)位于所述热压板(31)的正下方，且与所述热压板(31)沿竖直方向间隔设置；所述预贴合辊(32)能够沿所述走带方向往复移动。

8.根据权利要求7所述的燃料电池的膜电极制备设备，其特征在于，沿所述走带方向，所述热压板(31)的长度为L1，所述边框片料(13)的长度为L2，L1≥L2。

9.一种燃料电池的膜电极制备方法，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的燃料电池的膜电极制备设备进行膜电极制备，包括以下步骤：

输送所述边框料带(11)依次经过第一放料工位、第二放料工位和热辊压工位；

在所述第一放料工位将所述CCM片料(12)放置于所述边框料带(11)上，并使相邻两个所述CCM片料(12)之间具有间隔；

在所述第二放料工位将所述边框片料(13)放置于所述CCM片料(12)上，并使相邻两个所述边框片料(13)之间具有间隔，且所述边框片料(13)在所述走带方向的两端均伸出正下方的所述CCM片料(12)；

在所述热辊压工位，对所述压合带(2131)和所述第一热压辊(211)之间所述边框料带(11)、所述CCM片料(12)和所述边框片料(13)进行热辊压。

10.根据权利要求9所述的燃料电池的膜电极制备方法，其特征在于，沿所述走带方向，相邻两个所述边框片料(13)之间的间隔为0.1mm～10mm。

11.根据权利要求9所述的燃料电池的膜电极制备方法，其特征在于，所述第二放料工位和所述热辊压工位之间具有预贴合工位；

在所述预贴合工位暂停输送所述边框料带(11)，控制所述燃料电池的膜电极制备设备的热压板(31)发热；

控制预贴合辊(32)沿所述走带方向和/或所述走带方向的反向移动。

12.根据权利要求11所述的燃料电池的膜电极制备方法，其特征在于，控制预贴合辊(32)沿所述走带方向和所述走带方向的反向移动，包括以下步骤：

控制所述预贴合辊(32)按照所述CCM片料(12)的中间位置、第一预设位置、第二预设位置及所述中间位置的顺序移动；

其中，沿所述走带方向，所述第一预设位置和所述第二预设位置中的一个位于所述中间位置的上游，另一个位于所述中间位置的下游。

13.根据权利要求12所述的燃料电池的膜电极制备方法，其特征在于，所述边框片料(13)在所述走带方向的长度为L2，所述预贴合辊(32)由所述第一预设位置移动至所述第二预设位置的移动距离为L3，L2≥L3；

和/或，所述预贴合辊(32)由所述第一预设位置移动至所述第二预设位置的移动距离为L3，所述CCM片料(12)在所述走带方向的长度为L4，L3＞L4。

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