CN1701454A - 用于自动化叠置燃料电池的材料层的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于叠置微孔和非微孔材料层的装置和方法，包括对第一微孔材料层施加真空而使它相对于一个支承结构稳定。移动支承结构和/或非微孔材料层，以使非微孔材料层和第一微孔材料层相接触。第一微孔材料层和非微孔材料层形成一个准组件。一边对准组件施加真空，一边移动支承结构和一个第二层两者中之一或两者，以建立第二层与非微孔材料层之间的接触。对准组件施加真空以保持其相对于支承结构的位置稳定性，并同时把第二层移动到与非微孔材料层相接触。随后撤消真空，以便输送制成的材料层叠层。这种装置和方法非常适用于自动化叠置燃料电池的包括第一和第二流体输送层以及一个薄膜层的各材料层。

Description

用于自动化叠置燃料电池的材料层的装置和方法
                           本发明的领域
本发明总地涉及相当薄的微孔和非微孔材料层的自动化叠置，更具体地说，是涉及在燃料电池装配组装过程中自动化地叠置一燃料电池的微孔和非微孔材料层用的装置和方法。
                           本发明的背景
迄今已经研制出了各种在构造这类材料层的叠层时叠置各不相同的材料层用的装置。常规的叠置装置在叠置操作中典型地采用吸盘或称真空来可释放地拾取并输送给定材料的各层。虽然在某些应用场合这类常规的装置是令人满意的，但是在将已知的做法用于叠置有各种不同微孔的相当薄的材料时常规的装置就变得不能工作了。
还有，往往希望叠置作业的若干工艺的一部分或全部能自动化进行。许多常规的材料取放、输送和叠置装置和方法不能很好地适应高度自动化，特别是不能适应于有严格的位置允差要求的叠置工艺。
因此，需要有改进的材料层叠置装置和方法。更需要有能够在自动化装配环境中，诸如在燃料电池自动化装配工厂，安全而精确地定位和叠置各种不同微孔材料层用的装置和方法。本发明可满足这些和其他的需要。
                          本发明的概述
本发明致力于用于自动化地叠置(stacking)有不同微孔的各种材料层的方法和装置。按照本发明，承受自动化叠置的各材料层典型地包括至少一个基本上非微孔性材料层和至少一个基本上微孔性材料层。按照本发明的一个实施例，叠置这些材料层用的方法包括对一个第一微孔材料层施加真空而使其相对于一个支承结构稳定。移动支承结构和非微孔材料层两者中之一或两者，使非微孔材料层与第一微孔材料层相接触。第一微孔材料层和非微孔材料层形成一个准组件(sub-assembly)。在对该准组件施加真空的同时，移动支承结构和一个第二材料层中两者之一或两者，以建立第二材料层和非微孔材料层之间的接触。对准组件施加真空以保持第一微孔材料层和非微孔材料层相对于支承结构的位置稳定性，同时把第二材料层移动到与非微孔材料层相接触。随后撤消真空，以便于输送制成的材料层叠层(layerstack)。
按照本发明的一个致力于燃料电池的自动化装配的实施例，被加工的若干具有不同微孔的燃料电池材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜。第一和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的。自动化叠置工艺包括：对第一FTL施加真空，以保持其相对于支承结构稳定；移动支承结构和薄膜两者中之一或两者，使薄膜与第一FTL接触，第一FTL和薄膜形成一个准组件；在对准该组件施加真空的同时移动支承结构和第二FTL两者中之一或两者，以建立第二FTL与薄膜之间的接触；对准组件施加真空，以保持第一FTL和薄膜相对于支承结构的稳定性，同时把第二FTL移动到与薄膜相接触；随后撤消真空，以便于把制成的燃料电池叠层输送到下游的加工工位。
按照一个实施例，燃料电池材料层的自动化叠置是采用包括第一夹具和第二夹具的可输送的夹具组件。自动化的叠置工艺包括：移动第一FTL和第一夹具两者中之一或两者，以建立薄膜与第一FTL之间的接触，与第一夹具接触的第一FTL和薄膜形成一个第一准组件；移动第二FTL和第二夹具两者中之一或两者，以建立第二夹具和第二FTL之间的接触，与第二夹具接触的第二FTL形成一个第二准组件；在分别对第一和第二夹具施加真空的同时移动第一夹具和第二夹具两者中之一或两者，以建立第二FTL与薄膜之间的接触；对第一准组件施加真空，以保持第一FTL和薄膜相对于第一夹具的位置稳定性，并且对第二准组件施加真空，以保持第二FTL相对于第二夹具的位置稳定性；随后从第一准组件和第二准组件撤消真空，以允许把制成的燃料电池叠层输送到下游的加工工位。
按照本发明的再一个实施例，燃料电池材料层的自动化叠置和压合(bonding)包括：把第一FTL的第二表面移动到与一个压合压机(bonding press)的第一承压头相接触；对第一FTL的第二表面施加真空，把第一FTL稳定在第一承压头上；把薄膜移动到与第一FTL的第一表面相接触，第一FTL和薄膜形成一个第一准组件；对第一准组件施加真空，以保持第一FTL和薄膜相对于压合压机的第一承压头的位置稳定性；对第二FTL的第一表面施加真空，把第二FTL稳定在压合压机的第二承压头上；移动第一和第二承压头两者中之一或两者，以建立薄膜的第一表面与第二FTL的第二表面之间的接触；把第一FTL、薄膜和第二FTL压合到一起而形成一个结合在一起的燃料电池组件。自动化叠置和压合工艺可以应用于叠置和压合不同类型和孔性的材料层。
不想用以上概述说明本发明的每一个实施例或每一种实现方式。通过下面结合附图的详细说明和权利要求书，对本发明将会有更完全的理解，其优点和成就也将会变得更加明显。
                          附图简要说明
图1是一个燃料电池及其各构成材料层的示意图；
图2-4表示出本发明的一个实施例的、能很好地适用于燃料电池各材料层的自动化叠置的一个两件式夹具组件(two-part fixture assembly)的结构；
图5-11表示出本发明的一个实施例的材料层自动叠置作业的各个过程；
图12表示出本发明的一个实施例的、用于进行各材料层的自动化叠置的一个微处理器控制的输送机构；
图13和14表示出本发明的一个实施例的、用于各材料层的自动化叠置和压合的压合压机的实施例；
图15-17表示出按照本发明的原理的、用于制造燃料电池的燃料电池自动化装配装置的一个实施例。
尽管本发明可以有各种变型和替代形式，但是这里已用各附图以举例的方式给出了其具体的方案，并且下面将对这些具体方案作详细的说明。然而应该理解，并不企图将本发明限制于将说明的几个特定实施例。相反，所有的变型、等同结构和替代结构均被覆盖在所附权利要求限定的本发明的范围内。
                       各实施例的详细说明
在下面各图示实施例的说明中，将参照构成各实施例的一部分的各附图，并且，本发明可以用所示的各示例性实施例来实现。应该理解，各实施例都是可被采用的，并且，在本发明的范围内可以对这些实施例做结构上的更改。
本发明的叠置方法和装置可以有利地用于在叠置作业过程中，诸如在拾取和放置工作中安全而精确地取放相当薄的材料层。按照本发明的原理的方法和装置特别适用于拾取和放置微孔的和非微孔材料层，用以制成这些材料层的叠层。除取放各种不同的微孔材料层之外，本发明的叠置方法和装置可用于取放和叠置各种薄脆易碎的材料层。对于在制造薄的材料层叠层中有严格位置允差要求的应用场合，用本发明的方法和装置，在拾取、放置和叠置作业中可以达到很高的精度。
按照一种应用，本发明的装置和方法可用于自动化叠置构成燃料电池或燃料电池的一部分的材料层。燃料电池是一种电化学装置，它使氢燃料与空气中的氧化合而产生电、热和水。燃料电池不利用燃烧，因此它几乎不产生任何有害的排放物。燃料电池把氢燃料和氧直接转变成电，并且其发电运行效率比内燃机—发电机的效率高得多。
图1是一个典型的燃料电池的示意图。图1所示的燃料电池10包括一个邻接正极14的第一流体输送层12。一个电解质薄膜16邻接于正极14。一个负极18邻接于电解质薄膜16，以及，一个第二流体输送层19邻接于该负极18。在运行中，氢燃料被导入燃料电池10的正极部分，即经过第一流体输送层12并越过正极14。在正极14处，氢燃料被分离成氢离子(H+)和电子(e-)。
电解质薄膜16只允许氢离子或称氢核通过它而到达燃料电池10的负极部分。电子不能通过电解质薄膜16，而是以电流形式流经外部电路。这种电流可以作为诸如电动机等电载荷的电源，或者被输到诸如可充电电池之类的储能器件。
氧经由第二流体输送层19流入燃料电池的负极侧。随着氧流过负极18，氧、氢核和电子化合而生成水和热。
可以把若干个诸如图1所示的单个燃料电池组合起来而形成一个燃料电池叠堆。一个叠堆里的燃料电池数量决定着燃料电池叠堆的总电压，而每一电池的表面面积决定着总电流。由一个燃料电池叠堆发出的总电功率可用总电流乘以叠堆的总电压来确定。
本发明的装置和方法可以用于在制造各种不同技术的燃料电池中自动化地叠置材料层。例如，本发明的取放和叠置原理可应用于制造质子交换薄膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池的工作温度相对较低(约175°F)，并有很高的功率密度(power density)，还可根据功率需求的变化迅速改变其功率输出，还能很好地适用于诸如在汽车上等要求快速起动的应用场合。
PEM燃料电池中用的质子交换薄膜是很薄的以致允许氢离子通过的塑料薄膜。这种薄膜的两面被涂覆以乃是活性催化剂的高度分散的金属或合金颗粒(例如铂或铂/釕合金)。所用的电解质通常是固态有机聚合物聚磺基全氟酸(poly-perfluorosulfonic acid)。用固态电解质是有利的，因为其可减少腐蚀和管理问题。
氢被供到燃料电池的正极侧，在那里催化剂促使氢离子释放出电子而变成氢质子(氢核)。流动的电子可作为电流利用，而后电子回到燃料电池的已被导入氧的负极侧。同时，氢核扩散经过薄膜而到达负极，在那里氢离子与氧重新化合而生成水。
按照一个PEM燃料电池的结构，一个PEM层是被夹在一对流体输送层诸如扩散电流收集层(diffuse current collectors)或气体扩散层(gas diffusion layer)之间。正极是位于一个第一FTL与薄膜之间，而负极是位于薄膜与一个第二FTL之间。在一种结构中，一个PEM层被制造成包括涂覆在一个表面上的正极催化剂和涂覆在另一个表面上的负极催化剂。按照另一种结构，第一和第二FTL被制造成分别包括正极和负极催化剂涂层。在再一种结构中，正极催化剂涂层可以部分地布置在第一FTL上并且部分地布置在PEM的一个表面上，而负极催化剂涂层可以部分地布置在第二FTL上并且部分地布置在PEM的另一表面上。由第一FTL/正极/PEM/负极/第二FTL形成的五层构造被称之为薄膜电极组件(MEA)。
FTL典型地是用碳纤维纸或无纺材料制造。根据产品的结构，FTL的一侧表面上可以有碳颗粒涂层。如上所述，FTL可以被制造成包括或不包括催化剂涂层。按照这一产品结构，FTL既是微孔性的又是脆而易碎的。按照本发明的原理的材料层取放和叠置方法特别适用于安全而精确地输送和定位薄的脆而易碎的燃料电池材料层，诸如FTL。
直接甲醇燃料电池(DMFC)类似于PEM电池，因为它们都用聚合物薄膜作为电解质。但是，在DMFC中，正极催化剂本身从液体甲醇燃料吸取氢，不再需要燃料重整装置。DMFC的运行温度通常是在120-190°F之间。
熔融碳化物燃料电池(MCFC)用锂、钠和/或钾的碳化物浸在容器里的液体溶液作为电解质。MCFC的运行温度约为1,200°F。需要这样高的运行温度是为了使电解质达到足够高的导电性。由于这样的高温，电池的电化学氧化和还原工艺不需要用贵金属催化剂。MCFC典型地以氢、一氧化碳、天然气、丙烷、地坑沼气、船用柴油、以及煤的气化产品等运行。
固态氧化物燃料电池(SOFC)通常采用固体氧化锆硬陶瓷材料和少量的氧化钇，而不采用液体电解质，这允许其运行温度达到1,800°F。
在再生式燃料电池中，水被太阳能电解槽分解成氢和氧。氢和氧被供入再生燃料电池，燃料电池发出电并生成热和水。然后，水被循环送回太阳能电解槽，并且重复进行这样的工艺。
质子陶瓷燃料电池(PCFC)通常采用陶瓷电解质材料，这种材料在高温下表现出很高的质子导电性(protonic conductivity)。PCFC的运行温度约为1,300°F。PCFC可以在高温下运行并且电化学地把矿物性燃料直接氧化到正极。碳氢化合物燃料的气态分子在有水蒸汽存在的情况下被吸附在正极的表面上，氢离子被有效地剥离而被吸收进电解质，并以二氧化碳成为主要反应产物。这些和其他技术的燃料电池都可以用本发明的取放和叠置装置和方法进行制造和堆叠。
在各图中，表示出了用于自动化地叠置若干相当薄的材料层诸如燃料电池的材料层的装置。往往需要或希望在自动化地制造这类材料层的叠层时用同一装置取放和输送各种类型的微孔和非微孔材料层。例如在PEM燃料电池的制造中，一个非微孔PEM层是被夹在一对微孔FTL材料层之间。虽然似乎可以用常规的真空技术使FTL/PEM/FTL叠层的制造自动化，但是熟悉本技术领域的人将容易理解，被夹在中间的PEM层的非微孔性质使这类常规的方法变得不能工作或者说实际上不可行。
举例来说，假设一个FTL/PEM/FTL叠层已经制造成了，通常需要把这一叠层从叠置工位移动到一个或几个其它的加工工位而不要破坏这一叠层里FTL层和PEM层的对准。应能理解：如果破坏了叠层里FTL层和PEM层的定位，就可能导致随后的工艺有明显的误差和产生不可接受的燃料电池废品率。由于PEM层的非微孔性质，通过FTL/PEM/FTL结构的第一FTL或第二FTL施加真空对于仅使第一FTL/PEM层或第二FTL/PEM层稳定是有效的。照此，在试图移动整个叠层并保持叠层里的各层之间的对准时，通过第一或第二FTL层对FTL/PEM/FTL施加真空是无效的。在制造微孔或非微孔材料层的叠层时，本发明的材料层叠置装置和方法可以克服常规方法中存在的这些和其它缺点，并能提供另外的有利之处。
按照本发明的一个实施例，用一个可输送的夹具组件可以方便地进行微孔和非微孔材料层诸如微孔和非微孔的燃料电池层的自动化叠置。图2-4给出了可以应用于这一实施例的一个示例性的夹具组件20。该夹具组件20有利地提供了一种结构，在这种结构里，在制造叠层的工艺中可以叠置多个微孔和非微孔材料层，并且可以保持各层的位置对准。此外，夹具组件20提供了一个用于把各材料层的叠层从一个加工工位输送到其它加工工位的结构，同时在输送和加工工艺中能够保持各层的位置对准。
按照图2-4所示的实施例，夹具组件20是一个两件式的组件，它包括第一夹具20A和第二夹具20B。第一和第二夹具20A、20B都有一个框架21、一个位于框架21的窗口部分25内的板23以及一个在板23上的基本上微孔状的区域27。相对于板23所在的平面，微孔区域27可以制成为一个相对于板23所在的平面为凹下的凹部28。用螺钉24把板23安装在框架21上。
板23的微孔区域27被构造成可接纳一个或多个材料层，并使得可在板23与处在微孔区域27内的各材料层之间形成真空。从第一和第二夹具20A、20B的每一块板23突出一个靠挡框(stop arrangement)29。每个靠挡框29位于微孔区域27的四周并在材料层被接纳在微孔区域内时围住材料层。
在一种结构中，第一和第二夹具20A、20B的靠挡框29进入接触状态时就形成一个腔，在加压使第一夹具20A和第二夹具20B互相接触时该腔可压合处在腔内的材料层。用一个对准结构(alignment arrangement)22保持第一和第二夹具20A、20B互相接触时的对准。由代理人登记号为57422US002的代理人代理的、随本申请同时提交的、题目为“用于燃料电池材料层的自动化装配的夹具托板装置”的、被共同拥有的待批申请描述了夹具组件20的其它特点和优点。
现在参见图5-11说明本发明一个实施例的叠置装置和方法。为了说明而不是加以限制，将对图5-11所示的实施例结合自动化的燃料电池装配尤其是PEM燃料电池的自动化组装进行总的说明。应该理解：以下说明是为了便于理解本发明，而不是限制本发明的叠置装置和方法的应用方式和应用场合。例如，图5-11描绘的叠置装置和方法可以广泛地应用于叠置各种微孔和非微孔材料层并把叠层从一个加工工位输送到另一个加工工位。另外，本发明的叠置装置和方法可以用于制造各种技术的燃料电池，并不限于应用于制造PEM燃料电池。
参见图5-11，其中示出了按照本发明原理用各种构成材料层包括微孔和非微孔材料层制造燃料电池的各个加工阶段。参见图5，叠置装置30包括一个制造台组件(build nest assembly)，该组件包括两个制造台，即台A和台B。如图所示，制造台A和B固定于一个共用底座31。台A包括由支承件45支承于底座31的平台41。平台41有一个可容纳真空装置34的真空口(未示)。真空装置34可以连接于一个真空系统，以便可控制地对平台41的真空口施加真空，以及，如果需要可对真空口加压。对平台41的真空口施加真空可使平台41与靠近真空口的材料层之间产生真空。
图5也示出了两件式夹具组件20诸如图2-4中所示的夹具的第一夹具20A。图示出的第一夹具20A被定位在制造台A的平台41上，因而第一夹具20A的微孔区域27与平台41的真空口流体连通。用这种结构，放在第一夹具20A的微孔区域27上或区域内的材料层承受了产生在平台41与材料层之间的真空力，这个真空力是由所连接的真空系统通过平台41的真空口产生的。
图5示出的叠置装置30的制造台B包括由支承件45支承于底座31的平台43。平台43包括可容纳真空装置35的真空口(未示)。真空装置35可以连接于真空装置34所连接的同一真空系统或不同的真空系统，以便可控制地对平台43的真空口施加真空，以及，如果需要可以对真空口进行加压。
一个真空分布板(vacuum distribution plate)23放置在平台43上。该真空分布板23包括一个微孔区域，其通过平台43的真空口与真空装置35流体连通。对平台43的真空口施加真空可使真空分布板23与靠近真空分布板23的微孔区域的材料层之间产生真空。当然也考虑了平台43不需要配备真空分布板23的许多应用场合。
图6表示出把一个第一流体输送层36，诸如PEM燃料电池的正极FTL，往支承在平台41上的第一夹具20A上放。通常用一个诸如拾起/放置装置的输送机构，从作为自动化燃料电池组件的一部分的这种材料层36的一个叠层，拾起一个第一流体输送层36并把这个第一流体输送层36放置到第一夹具20A的微孔区域27上。由代理人登记号为57424US002的代理人代理的、随本申请同时提交的、题目为“采用粘贴带拾取头的用于一层一层地拾起燃料电池的微孔材料层的装置和方法”的、被共同拥有的待批申请描述了用于从材料层的叠层拾取燃料电池的材料层和其它微孔和非微孔材料层并把它们精确地放置到平台(诸如平台41上的第一夹具20A和平台43上的真空分布板23)上的示例性输送机构。可以开动连接于真空装置34的真空系统来保持第一流体输送层36放置在第一夹具20A的微孔区域27上的位置稳定性。
图7表示出把诸如一个PEM薄膜层37向下放到与第一流体输送层36相接触。该薄膜层37通常被从作为自动化燃料电池组件的一部分的多个薄膜层37的一个叠层拾取并输送。在这一阶段的薄膜层37的输送和放置过程中，最好是在第一流体输送层36上保持真空，以确保在把薄膜层37放置到第一流体输送层36上时第一流体输送层36的位置稳定性和对准。或者，可以用一个真空稳定的粘贴带拾取头夹具(adhesive tape pick head fixture)，诸如前面引用的、代理人登记号为57424US002的申请中所揭示的那种夹具，以高精度把薄膜层37输送并放置到与第一流体输送层36相接触。
图8表示出薄膜层37已与第一流体输送层36相接触。如前所述，第一流体输送层36是有微孔的。在这一阶段，最好使第一夹具20A的微孔区域27处保持在真空状态，以确保第一流体输送层36和此时已放在第一流体输送层36上的薄膜层37的位置稳定性和对准。
图8还表示出正在把第二流体输送层38往平台43上的真空分布板23上放。熟悉本技术领域的人将容易理解：在要求保持严格的位置允差的应用场合，把第二流体输送层38直接放在薄膜层37上是不合乎需要的。熟悉本技术领域的人将容易理解：在把第二流体输送层38放到与薄膜层37接触时，非微孔的薄膜层37使第一夹具20A的微孔区域27处产生的真空变成为对于稳定第二流体输送层38的位置是无效的。为了做到第二流体输送层38相对于薄膜层37的必不可少的位置对准和稳定，本发明人已经开发并采用了一种方法，这种方法使用了与制造台A装置协同的制造台B装置，用以达到所要求的第二流体输送层38相对于薄膜层37的位置对准和稳定。
如图8和9所示，第二流体输送层38是被放在制造台B的真空分布板23上。这时最好开动真空系统使第二流体输送层38与平台43上的真空分布板23之间形成真空。在第二流体输送层38定位稳定在真空分布板23上的情况下，把第二夹具20B移动到与第二流体输送层38对准。如前所述，第二夹具20B具有微孔区域27。第二夹具20B最好是依靠真空可脱离地固定于输送机构并且可被输送机构移位，以便把第二夹具20B的微孔区域27移动到与第二流体输送层38对准。
将第二夹具20B移向真空分布板23，直到第二夹具20B与制造台B相接触或紧密地靠近。通过第二夹具20B的微孔区域27建立真空并撤消真空分布板23处的真空，这样，第二流体输送层38就由输送机构的真空装置稳定定位了。
如图10所示，第二夹具20B和第二流体输送层38作为一个单元被输送机构依靠真空和机械抓取从制造台B移动到与制造台A相对准。在这一阶段，第一流体输送层36和薄膜层37最好是依靠通过第一夹具20A的微孔区域27建立的真空稳定定位，而第二流体输送层38是依靠通过第二夹具20B的微孔区域27建立的真空稳定定位。用输送机构移动第二夹具20B，使第二流体输送层38达到与薄膜层37相接触。
在这一阶段，如图11所示，第二夹具20B放在第一夹具20A上，借以完成构成一个MEA的各个燃料电池层的叠置。而后从第一夹具20A和第二夹具20B撤去真空。在第一夹具20A上的第二夹具20B的重量足以保持MEA的各层的位置对准和稳定性。随后，可将夹具组件20自动地或手动地撤出并输送到后续的加工工位，诸如压合工位。再把一个新的第一夹具20A放在平台41上，并且重复进行上面结合图5-11所述的工艺，即可用另一个夹具组件20制造另一个MEA。
现在参见图12，它示出了输送机构60的一个实施例，在按照本发明的原理制造这样的材料层的叠层时，该输送机构可用于各个材料层的输送和定位。所示的输送机构60包括一个垂向的支承件64，拾取头组件62吊承在这个支承件上。拾取头组件62包括拾取头66，其用于在叠置作业中可释放地拾起、输送以及精确地定位各材料层，诸如燃料电池的各材料层。
拾取头66可以被构造成具有一个或几个真空口，用于产生具有足以可释放地拾起各种类型的材料层的吸力的真空度。在一种应用中，拾取头66可以被构造成具有一个或几个粘贴带头组件，这种组件特别适用于在自动化燃料电池叠层构造中拾起和放置燃料电池的微孔和非微孔材料层。在前面引用的由代理人登记号为57424US002的代理人代理提交的、题目为“采用粘贴带拾取头的用于一层一层地拾起燃料电池的微孔材料层的装置和方法”的申请中描述了示例性的拾取头66，其组合应用了粘贴带系统和真空系统。虽然图12示出的是一单个输送机构60，但是应该理解：可以采用多个输送机构60，各机构可以有相同的或不同的拾取头型式和结构。
作为例子，以及下面还将结合图15-17进一步说明的，在自动化的燃料电池装配工艺中可以采用一个第一输送机构取放、输送和定位FLT36和FLT38，而采用一个第二输送机构取放、输送和定位薄膜层37。在结构上，第一和第二输送机构可以是相同的或不同的。例如，第一输送机构可以采用真空稳定的粘贴带拾取头夹具，诸如前面引用的代理人登记号为57424US002的申请中所揭示的那种夹具，来输送和定位FLT36和FLT38。第二输送机构可以采用同样的真空稳定的粘贴带拾取头夹具，或者可以根据薄膜层37的基本上非微孔性质采用真空拾取头夹具。
图12的实施例中所示的拾取头组件62安装在垂向支承件64上而能够在控制器67或其它类型的微处理器控制下沿垂向移动。控制器67可以安装在输送机构60上，或者可以安装在远离输送机构60的地方。最好是用控制器67控制一个伺服马达的驱动来相对于垂向支承件64沿垂向移动拾取头组件62。也可以用控制器67控制伺服马达驱动来进行拾取头62组件的水平移动。还可以用伺服马达驱动控制拾取头62组件的向上和向下倾斜。这样，拾取头组件62可由控制器67控制成具有几个自由度，以便在叠置作业中可释放地拾起、输送和精确定位各个材料层。
输送机构60被安装成能够沿着延伸于叠置组件30的制造台A与制造台B之间的输送框架70作水平运动。输送框架70可以包括齿轮齿条机构的齿条，即一个导轨或槽钢框架，以使输送机构60与输送框架70之间有相对滚动或滑动，或者包括能够使输送机构60在叠置组件的制造台A与制造台B之间移动的其它已知机构。例如，可以用传动皮带或缆绳进行牵引驱动。也可以用直线电动机。输送机构60的运动可以用由控制器控制的适当的马达驱动诸如伺服马达驱动来实现。应该理解：可以采用其它结构的输送设备来执行上面结合输送机构60所述的功能。
现在参见图13，它示出了叠置装置50的一个实施例，其中，可以用自动化的方式叠置并压合燃料电池的各材料层或其它微孔和非微孔材料层。在这一实施例中，不需要用上述型式的夹具组件来取放被叠置的材料层，当然，如果原意也可以用那样的夹具组件。在这一实施例中，是在一个压合压机里定位和叠置各种材料层。一旦各材料层被正确地叠置好了，就在压合压机里将材料层的叠层压合。按照这一做法，各材料层的自动化叠置和材料层的叠层的结合可以用普通的压合装置来完成。
图13表示出压合压机50的第一承压头52和第二承压头54。第一承压头52具有一个真空分布板(未示)和一个真空装置53，开动该真空装置就可把一个或几个材料层吸牢于第一承压头52。第二承压头54也具有一个真空分布板(未示)和一个真空装置55，开动该真空装置就可把一个或几个材料层吸牢于第二承压头54。
如图13所示，以及参见可用在以下例子中的上述燃料电池材料层，示出的一个第一流体输送层36依靠真空装置53可脱离地固定于压合压机50的第一承压头52的真空分布板。可以用上述型式的输送机构(未示)把第一流体输送层36定位在第一承压头52上。例如，输送机构最好采用真空部件来把第一流体输送层36移动到第一承压头52的真空分布板上。开动真空装置53可将第一流体输送层36稳定在真空分布板上，同时关掉输送机构的真空部件。
还如图13所示，一个薄膜层37定位在第一流体输送层36上。薄膜层37通常由输送机构借助真空移动到第一流体输送层36上就位。应开动真空装置53，使得通过第一承压头52的真空分布板建立起真空，以稳定第一流体输送层36和其上的薄膜层37。同时也关掉输送机构的真空组件。
图13中示出的第二承压头54的真空装置55处于开动状态，所以第二流体输送层38被吸牢在第二承压头54的真空分布板上就位。第二流体输送层38通常是由输送机构借助真空移动到第二承压头54的真空分布板上就位。在第二流体输送层38正确定位并依靠真空吸牢在第二承压头54的真空分布板上之后，关掉输送机构的真空部件。
使第一和第二承压头52、54互相接触，就可用压合压机在压力和温度下使燃料电池的五层结构(第一流体输送层/正极/薄膜层/负极/第二流体输送层)结合起来。在压合工艺完成之后，把压合的燃料电池叠层从压合压机取出来并送到另一个工位以待进一步处理。可以用自动的方法，诸如输送机构或其它机构，把压合的燃料电池叠层取出来，或者也可以用手取出。
图14表示出压合压机的另一种结构，它可以取消由上述输送机构执行的几个功能。按照图14所示的实施例，第一承压头52和第二承压头54两者中的一个或两个被安装成可以沿着多个轴线相对运动。例如，可使第一和第二承压头52、54能沿着y轴线运动，以便打开和合拢压合压机50。除提供沿着y轴线的运动之外，第二承压头可以被安装成能在其它方向包括例如x和z轴线方向运动。应该理解：第二承压头54的运动不必一定垂直于y轴线。
例如，如图14中所示，可以用输送机构把第一流体输送层36和薄膜层37定位在第一承压头52的真空分布板上。或者，可以移动第一承压头52使其在y轴方向与第二承压头错开，使得可以用固定的输送机构把第一流体输送层36和薄膜层37定位在第一承压头52的真空分布板上。然后再将第一承压头52移回到正确的对准位置，以便进入自动化加工的压合阶段。
在把第一流体输送层36和薄膜层37定位在第一承压头52的真空分布板上的同时或之后，可以移动第二承压头54使其在y轴方向与第一承压头52错开，使得可以用固定的输送机构把第二流体输送层38定位在第二承压头54的真空分布板上。或者，如图14中所示，可以移动第二承压头54和工作平台56两者中的一个或两个，使得依靠由真空分布板57(通过真空组件58)形成的真空吸牢在工作平台56上的第二流体输送层38与第二承压头54的真空分布板相接触。在第二流体输送层38被从工作平台56的真空分布板57转送到第二承压头54的真空分布板上之后，可将第二承压头54移回到与第一承压头52正确对准，以便进行第一流体输送层36/薄膜层37/第二流体输送层38的压合而形成燃料电池结构。
可以理解：各支承结构、材料层和输送机构之间的相对运动可以用各种方式来达到，以使得在叠置和/或压合工艺的适当阶段达到各适当材料层之间的接触。例如，图5-12所示的制造台A和B或者说它们的具体结构可以是固定的、可移动的，或包括固定的和可移动的结构。与制造台A和B互相作用的输送机构也可以有固定的、可移动的或既固定又可移动的结构。结合图13和14讨论的压合和输送装置的各种可移动的和固定的结构也可应用于这些实施例。照此，可以明白：本发明的叠置、定位和压合装置和方法不限于上面所说明的和各附图所描绘的那些。
按照本发明的再一个实施例，并参照图15-17，它示出了可用于各种技术的燃料电池的自动化组装的自动化燃料电池装配装置100。自动化燃料电池装配装置100是一个机器人辅助的自动化装配线。在这条装配线上，可用先进的装配线的方式进行燃料电池的材料层的定位、叠置、压合以及送出，而无需操作人员干预。
在燃料电池装配装置100的始端设置有一个坯料转变装置102，用于把燃料电池薄膜的成卷坯料转变成各单个的燃料电池膜片并把这样的膜片定位于预定的取向，便于在组装装置100的后续的加工工位进行后续的加工。坯料开卷装置(webunwind unit)103把薄膜坯料卷的端头部分送给坯料转换装置(web convertingapparatus)102。
坯料转换装置102包括整备工位104，其采用一个第一真空部件连接于一个真空分布板。在坯料加工工艺中这个真空部件由自动化燃料电池装配装置100的控制器选择性地开动。邻接于整备工位104的定位工位110包括可控制的定位台和流体连接于定位工位110的真空分布板的第二真空部件。定位工位110的这个真空部件在坯料加工中由控制器选择性地开动。
控制器可以包括一个或几个可编程的器件，诸如微处理器，其执行程序指令来协调自动化燃料电池装配装置100的各元件的动作。控制器可以安装在装配线上，也可以远离燃料电池装配装置100。如果是安装在远处，可用适当的有线或无线连接将控制器连接于燃料电池装配装置100。
定位工位110被安装成有多个运动自由度，其可以在控制器的控制下在x和y轴线方向沿轴向运动，也可以绕z轴线转动。在控制器的控制下，定位工位110与位于其上方的监视系统112协同工作，以便在由切割器106从薄膜坯料上切下薄膜片之后调整各个薄膜片的位置。监视系统112包括一个或几个摄像机，它们监测从薄膜坯料上切割下来的薄膜片的取向。
机器人114可在整备工位104与定位工位110之间在输送框架上受控制地移动，并且较佳的是能够在输送框架上运动超过定位工位110而达到各加工工位。按照一种配置，机器人114是一个三轴(x，y，z)伺服气动驱动的机构，其在控制下依靠真空吸盘把薄膜坯料拉到整备工位104和定位工位110，并且把各薄膜片从定位工位110传送到下游的加工位置。在机器人114把各薄膜片从定位工位110输送到下游的加工位置的过程中，一直保持着由定位台110建立的各薄膜片的精确取向。
坯料转换装置102还可以包括一个诸如摄像机的光学检验器件，用于检验薄膜坯料的缺陷，诸如薄膜坯料上的的催化剂图形的瑕疵。检验器件还可以包括一个用于检验坯料上的催化剂图形的尺寸和质量两者中之一或两者的器件。
在坯料转换装置102的输出端形成的各单独的有催化剂图形的薄膜片(催化剂片)由定位工位110精确地定位，供在后续的加工工位进行加工。机器人114可移动到此时已被重新定位于其预定取向的各单独的催化剂片上方的位置，并依靠真空吸盘抓取各催化剂片，再把各催化剂片送到一个后续的加工工位，在这个过程中始终保持各催化剂片的预定取向不变。代理人登记号为57630US002的、随本申请同时提交的、题目为“用于把燃料电池薄膜坯料转变成精确定位的薄膜片的装置和方法”的、共同拥有的待批申请揭示了能很好地适用于图15-17所示的自动化燃料电池装配装置100的坯料转换装置102。
各催化剂片随后可由切割器工位120进行加工。按照一个实施例，切割器工位120包括一个采用独特的切割模具装置的台板式切割压机(platen cutting press)。切割模具装置采用设在切割模具内的一个或几个受力件或称止动件。设在内部的受力件可控制切割压机的冲程。把一个或几个受力件结合在切割模具内可以有利地取消在切割模具的外面设置止动件。众所周知，设置外部止动件是昂贵的，而且其需要由熟练的技工在每次模具改变之后进行仔细的调整。切割模具装置的受力件的高度应与切割模具装置的切割表面的高度相匹配。由于受力件和切割表面两者的高度是在切割模具上匹配，所以压坏切割表面的危险即使不能消除也将被大大降低。
随后，每一个切成的薄膜层由机器人114在适当的时刻从切割工位120输送到MEA叠置工位105。代理人登记号为57631US002、随本申请同时提交的、题目为“用于切割燃料电池材料层的柔顺的切割模具装置”的、为共同拥有的待批申请中描述了能够很好地适用于图15-17所示的自动化燃料电池装配装置100的切割工位120的切割模具和装置。
叠置工位105包括负极FTL存储送料器(magazine)115和正极FTL存储送料器117，在这两个存储送料器内分别制成负极FTL叠层和正极FTL叠层，以供在叠置工位105进行自动化叠置。可以在邻近于叠置工位105处设置一个任选的垫片开卷(gasket unwind)/切割工位121，用于提供可用在MEA结构周围的垫片。叠置工位还包括一个FTL机器人140、翻转机构130、往复输送器133以及组装机器人132，它们以协调的方式协同动作而取放、输送和精确定位从各存储送料器115、117移动到制造台135、137的负极FTL和正极FTL。在MEA叠置作业过程中，机器人114以协调的方式相对于切成的薄膜层的运动移动负极FTL和正极FTL。
在前面引用的代理人登记号为57424US002、提交的题目为“采用粘贴带拾取头的用于一层一层地拾起燃料电池的微孔材料层的装置和方法”的申请描述了一个示例性的拾取和放置装置，其可用于以高精度分开/分层和输送负极FTL和正极FTL。所揭示的装置也可以用于拾起和放置非微孔薄膜层，尽管机器人114是采用真空吸盘，使得图15-17所示的实施例中薄膜层的输送和放置易于进行。
夹具取放机器人150(装载机器人)和170(卸载机器人)协调于进行自动化MEA叠置作业的夹具托板的取放、输送和定位操作。如果原意，夹具取放机器人150可在用于叠置作业之前进行给夹具托板涂硅胶。以上说明的叠置装置和方法能很好地适用于在自动化的MEA制造中叠置负极FTL、正极FTL和薄膜层。在前面引用的代理人登记号为57422US002、随本申请同时提交的、题目为“用于燃料电池材料层的自动化组装的夹具托板装置”的、为共同拥有的待批申请描述了几种示例性的夹具托板。
压机机器人160协调MEA叠层输送通过几个压机，压机包括加热压机162和随后的冷却压机164。然后压合的MEA由压机机器人160移动到脱离装置172。继MEA压合之后，脱离装置172使一个MEA脱离其夹具托板。脱离装置172包括一个有第一开口的底座，它被构造成可容纳夹具托板组件，而且被构造成其第一开口经由第一夹具托板的微孔区域与这个MEA的第一表面之间流体连通。安装成可在一个支承件上移动的抓取器部件包括一个抓取机构和一个第二开口。这个第二开口经由第二夹具托板的微孔区域与这个MEA的第二表面之间流体连通。可以分别对第一和第二开口加压和施加真空，以使MEA的第一和第二表面脱离第一和第二夹具托板。抓取器部件被构造成能够可释放地抓取第二夹具托板的两个相反的边缘，并把第二夹具托板移动离开第一夹具托板的附近。
按照一种做法，初始时使第一和第二夹具托板稳定。在稳定住第二夹具托板的同时对第一夹具托板加压，使MEA的第一表面脱离第一夹具托板。然后，在稳定住第一夹具托板的同时对第二夹具托板加压，使MEA的第二表面脱离第二夹具托板。按照一种特定的做法，对第二夹具托板和MEA的第二表面施加真空同时对第一夹具托板和MEA的第一表面施加压力，随后，对第一夹具托板和MEA的第一表面施加真空同时对第二夹具托板和MEA的第二表面施加压力。然后，将第二夹具托板移离第一夹具托板的附件，以允许从第一夹具托板取出这个MEA。
代理人登记号为57652US002、随本申请同时提交的、题目为“用于使燃料电池组件脱离压合夹具的装置和方法”的、为共同拥有的待批申请中描述了能够很好地适用于图15-17所示的自动化燃料电池装配装置100的脱离装置172。
移动脱离了夹具的被压合的MEA就由卸载机器人174移动到MEA切割压机180。在由MEA切割压机对MEA进行修整之后，加工好的MEA由卸载机器人174送上输出输送机190。可以把加工好的MEA包装起来，或者搬运开而随后用在燃料电池装置中。
为了图示和说明的目的，上面已经对本发明的各实施例做了说明。但这不能被认为是已经穷尽了或将本发明限制于所揭示的内容。根据上述讲解，可以作出许多变型和改变。所以本发明的范围不是由这些详细说明来限定，而应由后面的权利要求书来限定。

Claims (43)

1.一种采用可输送的夹具组件自动化地叠置燃料电池的多个材料层用的方法，所述夹具组件包括第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具分别包括至少一个基本上是微孔状的区域，燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一FTL和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种方法包括：
移动第一FTL和第一夹具两者中之一或两者，以建立第一FTL与第一夹具之间的接触；
移动第一夹具和所述薄膜两者中之一或两者，以建立所述薄膜与第一FTL之间的接触，与第一夹具接触的第一FTL和所述薄膜形成一个第一准组件；
移动第二夹具和第二FTL两者中之一或两者，以建立第二夹具与第二FTL之间的接触，与第二夹具接触的第二FTL形成一个第二准组件；
在分别对第一和第二夹具施加真空的同时移动第一和第二夹具两者中之一或两者以建立第二FTL与所述薄膜之间的接触，对所述第一准组件施加真空，以保持第一FTL和所述薄膜相对于第一夹具的位置稳定性，以及，对所述第二准组件施加真空，以保持第二FTL相对于第二夹具的位置稳定性；
从所述第一准组件撤消真空；以及
从所述第二准组件撤消真空。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移动第一FTL和第一夹具两者中之一或两者包括在移动第一FTL和第一夹具两者中之一或两者的同时对第一FTL施加真空。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一夹具是固定的，并且移动第一FTL和第一夹具两者中之一或两者包括对第一FTL施加真空和把第一FTL移动到与所述第一夹具相接触。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移动第一夹具和所述薄膜两者中之一或两者包括在移动第一夹具和所述薄膜两者中之一或两者的同时对第一夹具和第一FTL施加真空。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移动第一夹具和所述薄膜两者中之一或两者包括在移动第一夹具和所述薄膜两者中之一或两者的同时对所述薄膜施加真空。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，移动第二FTL和第二夹具两者中之一或两者包括在移动第二FTL和第二夹具两者中之一或两者的同时对第二FTL施加真空。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二FTL是固定的，并且，移动第二FTL和第二夹具两者中之一或两者包括对第二FTL和第二夹具施加真空，并把第二夹具移动到与第二FTL相接触。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一准组件是固定的，并且，移动第一和第二夹具两者中之一或两者包括把所述第二准组件移动到与所述第一准组件相接触，以建立第二FTL与所述薄膜之间的接触。
10.一种自动化地叠置燃料电池的多个材料层用的方法，该燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一FTL和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种方法包括：
对第一FTL施加真空，使第一FTL稳定在一个支承结构上；
移动所述支承结构和所述薄膜两者中之一或两者，以建立所述薄膜与第一FTL之间的接触，第一FTL和所述薄膜形成一个准组件；
在对所述准组件施加真空的同时，移动支承结构和第二FTL两者中之一或两者，以建立第二FTL与所述薄膜之间的接触，对所述准组件施加真空，以保持第一FTL和所述薄膜相对于所述支承结构的位置稳定性；以及
从所述准组件撤消真空。
11.如权利要求10所述的方法，它还包括：
在对第一FTL的第一表面施加真空的同时把第一FTL移动到所述支承结构上；
对第一FTL的第二表面施加真空，使第一FTL相对于所述支承结构稳定；以及
从第一FTL的第一表面撤消真空。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，这种方法还包括在对第一FTL施加真空的同时把第一FTL移动到与所述支承结构相接触。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，移动所述支承结构和薄膜两者中之一或两者包括在移动所述支承结构和薄膜两者中之一或两者的同时对所述薄膜施加真空。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，并且，移动所述支承结构和薄膜两者中之一或两者包括在对所述薄膜施加真空的同时把所述薄膜移动到与所述支承结构相接触。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，移动所述支承结构和第二FTL两者中之一或两者包括在移动所述支承结构和第二FTL两者中之一或两者的同时对第二FTL施加真空。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，并且，移动所述支承结构和第二FTL两者中之一或两者包括在把第二FTL移动到与所述支承结构相接触的同时对第二FTL施加真空。
17.一种自动化地叠置包括至少一个基本上是非微孔的材料层和至少一个基本上是微孔的材料层的多个材料层用的方法，该方法包括：
对第一微孔材料层施加真空使第一材料层相对于一个支承结构稳定；
移动所述支承结构和所述非微孔材料层两者中之一或两者，以建立所述非微孔材料层与第一微孔材料层之间的接触，第一微孔材料层和所述非微孔材料层形成一个准组件；
在所述对准组件施加真空的同时移动所述支承结构和一个第二材料层两者中之一或两者，以建立第二材料层与所述非微孔材料层之间的接触，对所述准组件施加真空，以保持第一微孔材料层和所述非微孔材料层相对于所述支承结构的位置稳定性；以及
从所述准组件撤消真空。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，第二材料层基本上是微孔的。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，第二材料层基本上是非微孔的。
20.如权利要求17所述的方法，它还包括：
在对第一微孔材料层的第一表面施加真空的同时把第一微孔材料层移动到所述支承结构；
对第一微孔材料层的第二表面施加真空，使第一微孔材料层相对于所述支承结构稳定；以及
从第一微孔材料层的第一表面撤消真空。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，并且，移动第一微孔材料层和支承结构两者中之一或两者包括对第一微孔材料层施加真空并把第一微孔材料层移动到与所述支承结构相接触。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，移动所述支承结构和非微孔材料层两者中之一或两者包括在移动所述支承结构和非微孔材料层两者中之一或两者的同时对非微孔材料层施加真空。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，并且，移动所述支承结构和非微孔材料层两者中之一或两者包括在对非微孔材料层施加真空的同时把非微孔材料层移动到与所述支承结构相接触。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，移动所述支承结构和第二材料层两者中之一或两者包括在移动所述支承结构和第二材料层两者中之一或两者的同时对第二材料层施加真空。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述支承结构是固定的，并且，移动所述支承结构和第二材料层两者中之一或两者包括在把第二材料层移动到与所述支承结构相接触的同时对第二材料层施加真空。
26.一种自动化地叠置和压合燃料电池的多个材料层用的方法，该燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种方法包括：
把第一FTL的第二表面移动到与一个压合压机的第一承压头相接触；
对第一FTL的第二表面施加真空，使第一FTL稳定在第一承压头上；
把所述薄膜移动到与第一FTL的第一表面相接触，使第一FTL和所述薄膜形成一个第一准组件；
对所述第一准组件施加真空，以保持第一FTL和所述薄膜相对于压合压机的第一承压头的位置稳定性；
对第二FTL的第一表面施加真空，将第二FTL稳定在压合压机的第二承压头上；
移动第一和第二承压头两者中之一或两者，以建立所述薄膜的第一表面与第二FTL的第二表面之间的接触；
将所述第一FTL、薄膜和第二FTL压合到一起，形成一个结合在一起的燃料电池组件。
27.如权利要求26所述的方法，它还包括紧接在把所述第一FTL、薄膜、和第二FTL压合到一起之后自动化地取出被结合在一起的所述燃料电池组件。
28.如权利要求26所述的方法，它还包括用真空把第一FTL的第二表面移动到与压合压机的第一承压头相接触，以及，用真空把所述薄膜移动到与第一FTL的第一表面相接触。
29.一种采用可输送的夹具组件自动化地叠置燃料电池的多个材料层用的装置，所述夹具组件包括第一夹具和第二夹具，第一和第二夹具分别包括至少一个基本上是微孔状的区域，燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一FTL和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种装置包括：
一个具有第一真空装置的第一支承件；
一个具有第二真空装置的第二支承件；
一个传送机构；以及
一个控制器，该控制器协调地控制自动化的叠置作业，其控制功能包括：
控制传送机构把第一FTL移动到与定位在第一支承件上的第一夹具相接触；
控制传送机构把薄膜移动到与第一FTL相接触，与第一夹具接触的第一FTL和所述薄膜形成一个第一准组件；
控制传送机构把第二夹具移动到与定位在第二支承件上的第二FTL相接触，与第二夹具接触的第二FTL形成一个第二准组件；
控制第一和第二真空装置分别对第一和第二夹具施加真空，以及，控制传送机构相对于所述第一准组件移动所述第二准组件，以建立第二FTL与所述薄膜之间的接触，控制对所述第一准组件施加真空以保持第一FTL和所述薄膜相对于第一夹具的位置稳定性，以及，控制对所述第二准组件施加真空以保持第二FTL相对于第二夹具的位置稳定性；
控制第一真空装置从所述第一准组件撤消真空；以及
控制第二真空装置从所述第二准组件撤消真空。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第三真空装置，并且控制器控制所述传送机构的第三真空装置把第一FTL在真空下移动到与第一夹具相接触。
31.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第三真空装置，并且控制器控制所述传送机构的第三真空装置把所述薄膜在真空下移动到与第一FTL相接触。
32.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第三真空装置，控制器控制所述传送机构的第三真空装置相对于所述第一准组件移动所述第二准组件，而建立第二FTL与所述薄膜之间的接触。
33.一种用于自动化叠置燃料电池的多个材料层的装置，该燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一FTL和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种装置包括：
一个包括第一真空装置的支承结构；
一个传送机构；以及
一个控制器，该控制器协调地控制自动化叠置作业，其控制功能包括：
控制所述传送机构把第一FTL移动到与所述支承结构相接触；
控制第一真空装置对第一FTL施加真空，使第一FTL稳定在所述支承结构上；
控制所述传送机构把所述薄膜移动到与第一FTL相接触，使第一FTL和所述薄膜形成一个准组件，控制第一真空装置对所述准组件施加真空，以保持第一FTL和所述薄膜相对于所述支承结构的位置稳定性；
控制所述传送机构把第二FTL移动到与所述薄膜相接触；以及
控制第一真空装置从所述准组件撤消真空。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第二真空装置，控制器控制所述传送机构和第二真空装置把第一FTL在真空下移动到与所述支承结构相接触。
35.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第二真空装置，控制器控制所述传送机构和第二真空装置撤消施加于第一FTL的真空以及控制第一真空装置对第一FTL施加真空，以把第一FTL稳定在所述支承结构上。
36.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第二真空装置，控制器控制所述传送机构和第二真空装置把所述薄膜在真空下移动到与第一FTL相接触。
37.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第二真空装置，控制器控制所述传送机构和第二真空装置把第二FTL在真空下移动到与所述薄膜相接触。
38.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述传送机构包括一个第二真空装置，控制器控制所述传送机构和第二真空装置分别从所述准组件和第二FTL撤消真空。
39.一种用于自动化叠置和压合燃料电池的多个材料层的装置，该燃料电池的多个材料层包括至少一个第一流体输送层(第一FTL)、一个第二流体输送层(第二FTL)以及一个薄膜，第一FTL和第二FTL基本上是微孔状的，而薄膜基本上是非微孔状的，这种装置包括：
一个具有第一承压头和第二承压头的压合压机；
一个紧靠第一承压头的第一真空装置；
一个紧靠第二承压头的第二真空装置；
一个包括一个第三真空装置的传送机构；以及
一个控制器，该控制器协调地控制自动化叠置作业，其控制功能包括：
控制所述传送机构和第三真空装置对第一FTL的第一表面施加真空以及把第一FTL在真空下移动到与第一承压头相接触；
控制第一真空装置对第一FTL的第二表面施加真空，以将第一FTL稳定在压合压机的第一承压头上，以及控制所述传送机构的第三真空装置随后从第一FTL的第一表面撤消真空；
控制所述传送机构和第三真空装置对所述薄膜的第一表面施加真空以及移动所述薄膜而使所述薄膜的第二表面与第一FTL的第一表面相接触，该控制器还控制随后从所述薄膜的第一表面撤消真空，第一FTL和所述薄膜形成一个第一准组件；
控制第一真空装置保持对所述第一准组件施加真空，以保持第一FTL和所述薄膜相对于压合压机的第一承压头的位置稳定性；
控制第二真空装置对第二FTL的第一表面施加真空，以将第二FTL稳定在压合压机的第二承压头上；
控制压合压机移动其第一和第二承压头两者中之一或两者，以建立所述薄膜的第一表面与第二FTL的第二表面之间的接触；以及
控制压合压机把所述第一FTL、薄膜和第二FTL压合到一起而形成一个结合起来的燃料电池组件。
40.如权利要求39所述的装置，其特征在于，控制器还在把所述第一FTL、薄膜和第二FTL压合到一起之后控制撤消分别施加的真空。
41.如权利要求39所述的装置，其特征在于，继把所述第一FTL、薄膜和第二FTL压合到一起之后，所述传送机构自动化地取出压合在一起的燃料电池组件。
42.一种用于自动化叠置包括至少一个基本上是非微孔的材料层和至少一个基本上是微孔的材料层的多个材料层的装置，该装置包括：
一个包括第一真空装置的支承结构；
一个传送机构；以及
一个控制器，该控制器协调地控制自动化叠置作业，其控制功能包括：
控制所述传送机构把第一微孔材料层移动到与所述支承结构相接触；
控制第一真空装置对第一微孔材料层施加真空，以将第一微孔材料层稳定在所述支承结构上；
控制所述传送机构把非微孔材料层移动到与第一微孔材料层相接触，第一微孔材料层和非微孔材料层形成一个准组件，控制第一真空装置对所述准组件施加真空，以保持第一微孔材料层和非微孔材料层相对于所述支承结构的位置稳定性；
控制所述传送机构把第二微孔材料层移动到与非微孔材料层相接触；以及
控制第一真空装置从所述准组件撤消真空。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于，所述支承结构是固定的。
44.如权利要求42所述的装置，其特征在于，所述支承结构是在控制器的控制下可移动的。
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