CN212625667U - 一种图案格式连续转印制备膜电极ccm的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置与方法，其装置包括沿行进方向依次设置的质子膜放卷辊、质子膜背膜收卷辊、阳极转印膜放卷辊、预热单元、冷却单元、加湿单元、CCM收卷辊，预热单元与冷却单元之间设有上下布置的热压辊一和热压辊二，热压辊一与热压辊二之间布置有阴极转印保护带和阳极转印保护带，阴极转印保护带用于隔离热压辊一与阴极转印膜，阳极转印保护带用于隔离热压辊二与阳极转印膜，热压辊一、热压辊二用于均匀加热加压阴极转印保护带、阳极转印保护带，并将压力、热量传递至质子膜及转印膜；本实用新型同现有技术相比，能够实现图案格式地连续热转印生产CCM，提高转印精度和质量。

Description

一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置

[技术领域]

本实用新型属于氢燃料电池技术领域，具体地说是一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置。

[背景技术]

氢燃料电池利用燃料和氧化剂间的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能，副产物是水和热，具有节能、环保特点。氢燃料电池核心组件膜电极(MEA) 由质子交换膜、催化剂和气体扩散层组成，用作电池电化学反应区域。膜电极制备过程中，需将阴极、阳极催化剂附着在质子交换膜表面形成CCM (CatalystCoated Membrane,简称CCM)。CCM催化剂反应区的长、宽与质子膜长宽边分别留有间距形成一个催化层图案，图案式CCM可以提高质子膜使用寿命，节约催化剂成本。

目前，膜电极主要制备方法包括：一是狭缝直涂，将含有催化剂的阴极、阳极浆料分别涂布在质子膜表面，特点是制备效率高；该方法技术特点是完成一侧涂布后，在涂布另一侧浆料时，质子膜易发生溶胀变形，浆料涂布均匀性控制难度较大，影响涂布CCM质量。二是热转印，将含有阴极、阳极催化剂的浆料分别涂布在阴极、阳极转印膜上，经过加热干燥后，将阴极、阳极转印膜上催化剂浆料热压转印到质子膜表面，再剥离转印膜就得到CCM；该热转印法避免了狭缝直涂法存在的质子膜溶胀问题，工艺质量可靠性高。应用热转印法批量化制备CCM的有效途径是以质子膜卷料和催化剂转印膜卷料为来料，进行卷对卷地图案格式连续转印。

由于CCM中质子膜厚度仅7-25微米，抗拉变形能力极低，特别是在转印温度条件下，柔度极高。卷对卷放料转印时，控制张力避免质子膜受拉塑性变形，精确控制质子膜、阴极和阳极转印膜的进给位置，均匀加热和加压转印膜是实现图案格式连续转印制备CCM的技术关键。此外，去除附着在质子膜、催化剂转印之膜间的气泡也是控制CCM转印质量的重点。

尽管热转印制备CCM的技术已有报道。文献1(薄膜双面自动对位间歇式涂敷方法，申请号201110458175.3)公开的技术方法是先用两个带有窗口的密封边框卷料密封质子膜卷料的两侧，再将背膜上的催化剂辊压转印到边框材料窗口区。该方法要求预切阴、阳极边框薄膜并贴合质子膜，贴合过程存在累计加工误差影响CCM制造精度。而且，质子膜与边框尺寸相同，增加了质子膜消耗量。受转印前提前贴合的密封边框厚度影响，转印区窗口边沿受到转印压力不均匀，不利于催化剂转移，易造成质子膜薄弱点，引起膜电极泄漏。

文献2公开了一种连续热转印制备CCM的方法(膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法，申请号201180013022.6)：分别放卷质子膜，喷涂有催化剂层的背膜，进行平板预热、预压和辊压热转印和冷却，并分别收卷CCM，阴、阳极背膜。该技术在转印前设置平压预热，在转印后设置平压预冷过程，这使得质子膜、阴极和阳极转印膜在进给过程中形成张力波动，不利于控制薄膜进给位置。同时，该技术不具有制备图案格式CCM的功能，且压辊直接接触转印膜，易使得转印压力分布不均匀，影响催化剂迁移效率和催化剂附着强度。此外，该技术中，在收卷CCM时，没有在CCM阴极和阳极侧布置隔离保护膜，使得阴极和阳极催化剂接触，发生污染和失效。

文献3(一种连续卷对卷图形格式转印设备及其转印方法，申请号2020104022518)公开的图案格式连续转印方法，采用平压转印，不利于气泡排出，且平压接触面积远大于辊压接触面积，需要较大压机载荷，操作费用消耗较大。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，能够实现图案格式地连续热转印生产CCM，提高转印精度和质量，避免或减小了转印压力不均以及阴阳极催化剂间接触发生污染等问题。

为实现上述目的设计一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，包括沿行进方向依次设置的质子膜放卷辊1、质子膜背膜收卷辊2、阳极转印膜放卷辊8、预热单元28、冷却单元29、加湿单元30、CCM收卷辊27，所述质子膜放卷辊1用于释放质子膜40，所述质子膜背膜收卷辊2用于收卷质子膜保护膜41，所述阳极转印膜放卷辊8用于放卷附着阳极催化剂49的阳极转印膜43，所述预热单元28与冷却单元29之间设有沿上下方向布置的热压辊一19和热压辊二20，所述热压辊一19与热压辊二20之间布置有阴极转印保护带44和阳极转印保护带45，所述阳极转印保护带45由驱动辊一11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14循环传送，所述阴极转印保护带44由驱动辊五15、驱动辊六16、驱动辊七17、驱动辊八18循环传送，所述驱动辊一11、驱动辊五15设置在预热单元28的上游，所述驱动辊四14、驱动辊六16设置在冷却单元29的下游，所述阴极转印保护带44用于隔离热压辊一19与阴极转印膜42，所述阳极转印保护带45用于隔离热压辊二20与阳极转印膜43，所述热压辊一19、热压辊二20 用于均匀加热加压阴极转印保护带44、阳极转印保护带45，并将压力、热量传递至质子膜40及转印膜，所述CCM收卷辊27用于收卷带阳极转印膜的CCM47。

进一步地，还包括阴极转印膜放卷辊5、阴极转印膜收卷辊24，所述阴极转印膜放卷辊5与阳极转印膜放卷辊8相对布置，所述阴极转印膜放卷辊5用于释放附着阴极催化剂48的阴极转印膜42，所述阴极转印膜收卷辊24设置在加湿单元30的上游，所述阴极转印膜收卷辊24用于收卷阴极转印膜二46。

进一步地，所述质子膜放卷辊1与质子膜背膜收卷辊2之间设有上下布置的一对导向辊3，所述导向辊3下游设有上下布置的一对质子膜高度调整辊4，所述质子膜高度调整辊4下游设有上下布置的阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10，所述阴极转印膜方位调整辊7与阴极转印膜放卷辊5之间设有阴极转印膜导向辊三6，所述阳极转印膜方位调整辊10与阳极转印膜放卷辊8之间设有阳极转印膜导向辊9。

进一步地，所述加湿单元30上游设有上下布置的一对阴极转印膜导向辊一 22，位于上侧的阴极转印膜导向辊一22与阴极转印膜收卷辊24之间设有阴极转印膜导向辊二23，所述阴极转印膜导向辊一22上游设有上下布置的一对CCM 纠偏辊21，所述加湿单元30下游设有上下布置的一对CCM间隙调整辊25，所述CCM间隙调整辊25与CCM收卷辊27之间设有CCM导向辊26。

进一步地，所述阴极转印保护带44、阳极转印保护带45采用玻纤增强型 PTFE材料。

进一步地，所述预热单元28包括上排辊31a、下排辊31b，所述上排辊31a、下排辊31b的相邻辊之间布置有热风进口或远红外加热元件32，所述上排辊31a 与下排辊31b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道。

进一步地，所述热压辊一19由钢辊或铝合金辊外包硅胶组成，所述热压辊二20为钢辊或铝合金辊，所述热压辊一19或热压辊二20沿垂直于阴极转印保护带44或阳极转印保护带45方向上下移动，所述热压辊一19、热压辊二20的轴向长度与CCM的转印区长度一致。

进一步地，所述冷却单元29采用水冷方式，所述冷却单元29包括上排水冷辊33a、下排水冷辊33b，所述上排水冷辊33a与下排水冷辊33b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道，所述上排水冷辊33a、下排水冷辊33b的一端布置有进水口34，另一端布置有出水口。

进一步地，所述冷却单元29采用风冷方式，冷却单元29包括冷却单元上排辊35a、冷却单元下排辊35b和强制冷风机36,所述冷却单元上排辊35a与冷却单元下排辊35b错位布置，且上、下排相邻辊之间形成近正弦或S型通道。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型放卷阶段采用阴极转印膜方位调整辊、阳极转印膜方位调整辊可调控质子膜以及阴极阳极转印膜间隙，有利于保证薄膜间的充分接触和下游预热效果；

(2)本实用新型预热阶段因采用两排辊筒构成的正弦型或S型传送通道，减小了质子膜和转印膜的沿程阻力、牵引力和张力波动，有利于张力控制和进给量控制，且可通过调整上、下辊筒水平和垂直间距，调整薄膜沿程摩擦力；

(3)本实用新型转印阶段采用压辊加热加压，由于接触面积小，提高了转印压力强度，且较平压转印，有利于提高催化剂与质子膜之间的附着强度，有利于排出薄膜之间的气泡；其次，热压辊一外包覆硅胶，避免或减小了转印压力不均问题；

(4)本实用新型转印后布置的冷却室，有利于提高转印后CCM强度和转印膜强度，有利于剥离阴极转印膜；

(5)本实用新型转印后布置的加湿过程，有利于控制CCM质量，利用未剥离的阳极转印膜作为CCM保护膜，避免了CCM卷料的阴极和阳极催化剂间的接触，节约了材料消耗；

综上：本实用新型提供的图案格式连续转印制备膜电极CCM的方法与装置，能够实现图案格式地连续热转印生产CCM，提高转印精度和质量，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型实施例一的图案格式热转印流程示意图；

图2是本实用新型实施例二的图案格式热转印流程示意图；

图3是本实用新型待制备的图案格式CCM的结构示意图；

图4是本实用新型多层转印材料的结构示意图；

图5是本实用新型预热单元的结构示意图；

图6是本实用新型水冷却单元的结构示意图；

图7是本实用新型空气冷却单元的结构示意图；

图中：1、质子膜放卷辊 2、质子膜背膜收卷辊 3、导向辊 4、质子膜高度调整辊 5、阴极转印膜放卷辊 6、阴极转印膜导向辊三 7、阴极转印膜方位调整辊 8、阳极转印膜放卷辊 9、阳极转印膜导向辊 10、阳极转印膜方位调整辊 11、驱动辊一 12、驱动辊二 13、驱动辊三 14、驱动辊四 15、驱动辊五 16、驱动辊六 17、驱动辊七 18、驱动辊八 19、热压辊一20、热压辊二 21、CCM纠偏辊 22、阴极转印膜导向辊一 23、阴极转印膜导向辊二 24、阴极转印膜收卷辊 25、CCM间隙调整辊 26、CCM导向辊 27、CCM 收卷辊 28、预热单元 29、冷却单元 30、加湿单元 31a、上排辊 31b、下排辊 32、加热元件 33a、上排水冷辊 33b、下排水冷辊 34、进水口 35a、冷却单元上排辊 35b、冷却单元下排辊 36、强制冷风机 40、质子膜41、质子膜保护膜 42、阴极转印膜 43、阳极转印膜 44、阴极转印保护带 45、阳极转印保护带 46、阴极转印膜二 47、带阳极转印膜的CCM 48、阴极催化剂 49、阳极催化剂。

[具体实施方式]

本实用新型提供了一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，包括沿行进方向依次设置的质子膜放卷辊1、质子膜背膜收卷辊2、阴极转印膜放卷辊5、阳极转印膜放卷辊8、预热单元28、冷却单元29、阴极转印膜收卷辊24、加湿单元30、CCM收卷辊27，质子膜放卷辊1用于释放质子膜40，质子膜背膜收卷辊2用于收卷质子膜保护膜41，阴极转印膜放卷辊5与阳极转印膜放卷辊8相对布置，阴极转印膜放卷辊5用于释放附着阴极催化剂48的阴极转印膜42，阳极转印膜放卷辊8用于放卷附着阳极催化剂49的阳极转印膜43，阴极转印膜收卷辊24用于收卷阴极转印膜二46；预热单元28与冷却单元29之间设有沿上下方向布置的热压辊一19和热压辊二20，热压辊一19与热压辊二20之间布置有阴极转印保护带44和阳极转印保护带45，热压辊一19或热压辊二20可以沿垂直于传送带方向上下移动，阴极转印保护带44、阳极转印保护带45采用玻纤增强型PTFE材料，阳极转印保护带45由呈矩形排布的驱动辊一11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14循环传送，阴极转印保护带44由呈矩形排布的驱动辊五15、驱动辊六16、驱动辊七17、驱动辊八18循环传送，驱动辊一11、驱动辊五15设置在预热单元28的上游，驱动辊四14、驱动辊六16设置在冷却单元29的下游，阴极转印保护带44用于隔离热压辊一19与阴极转印膜42，阳极转印保护带45用于隔离热压辊二20与阳极转印膜43，热压辊一19、热压辊二 20用于均匀加热加压阴极转印保护带44、阳极转印保护带45，并将压力、热量传递至质子膜40及转印膜，CCM收卷辊27用于收卷带阳极转印膜的CCM47。

其中，质子膜放卷辊1与质子膜背膜收卷辊2之间设有上下布置的一对导向辊3，导向辊3下游设有上下布置的一对质子膜高度调整辊4，质子膜高度调整辊4下游设有上下布置的阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10，阴极转印膜方位调整辊7与阴极转印膜放卷辊5之间设有阴极转印膜导向辊三6，阳极转印膜方位调整辊10与阳极转印膜放卷辊8之间设有阳极转印膜导向辊9；加湿单元30上游设有上下布置的一对阴极转印膜导向辊一22，位于上侧的阴极转印膜导向辊一22与阴极转印膜收卷辊24之间设有阴极转印膜导向辊二23，阴极转印膜导向辊一22上游设有上下布置的一对CCM纠偏辊21，加湿单元30下游设有上下布置的一对CCM间隙调整辊25，CCM间隙调整辊25 与CCM收卷辊27之间设有CCM导向辊26。

下面结合具体实施例对本实用新型作以下进一步说明：

实施例一：

如附图1所示,卷印来料包括质子膜40、质子膜保护膜41、附着阴极催化剂的阴极转印膜42、附着阳极催化剂的阳极转印膜43。

该图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，包括：质子膜放卷辊1、质子膜保护膜收卷辊2、导向辊3、质子膜高度调整辊4、阴极转印膜放卷辊5、阴极转印膜导向辊三6、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜放卷辊8、阳极转印膜导向辊9、阳极转印膜方位调整辊10、阳极转印保护带45及其驱动辊(驱动辊一 11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14)、阴极转印保护带44及其驱动辊(驱动辊五15、驱动辊六16、驱动辊七17、驱动辊八18)、热压辊一19、热压辊二20、 CCM纠偏辊21、阴极转印膜导向辊一22、阴极转印膜导向辊二23、阴极转印膜收卷辊24、CCM间隙调整辊25、CCM导向辊26、CCM收卷辊27、预热单元28、冷却单元29、加湿单元30。

其中，阴极转印保护带44、阳极转印保护带45材料为玻纤增强型PTFE。预热单元28加热方式包括热风循环加热和远红外加热，预热单元28包括上排辊 31a、下排辊31b，上排辊31a、下排辊31b的相邻辊之间布置有热风进口或远红外加热元件32，上排辊31a与下排辊31b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道。热压辊一19由钢辊或铝合金辊外包硅胶组成，热压辊二20为钢辊或铝合金辊，热压辊一19或热压辊二20的轴向长度与CCM的转印区长度一致，热压辊一19或热压辊二20具有加热功能，其加热温度范围120-180℃，加热方式为电磁感应或电加热，加热温度控制精度在±2℃以内。冷却单元29可以采用水冷方式，包括上排水冷辊33a、下排水冷辊33b，上排水冷辊33a与下排水冷辊33b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道，上排水冷辊33a、下排水冷辊33b的一端布置有进水口34，另一端布置有出水口。冷却单元29也可以采用风冷方式，包括冷却单元上排辊35a、冷却单元下排辊35b和强制冷风机36,冷却单元上排辊35a与冷却单元下排辊35b错位布置，且上、下排相邻辊之间形成近正弦或S型通道。

该图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，要处理的卷料有：质子交换膜 40、质子膜保护膜41、附着阴极催化剂的阴极转印膜42、附着阳极催化剂的阳极转印膜43、阴极转印膜二46、带阳极转印膜的CCM47。

该图案格式连续转印制备CCM的装置中，各部件主要功能是：质子膜放卷辊 1用于释放质子膜40，阴极转印膜放卷辊5释放带阴极转印膜42，阳极转印膜放卷辊8放卷阳极转印膜43，质子膜背膜收卷辊2、阴极转印膜收卷辊24、CCM收卷辊27分别用于收卷质子膜保护膜41、阴极转印膜二46和带阳极转印膜的CCM47。驱动辊一11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14用于循环传送阳极转印保护带45，驱动辊五15、驱动辊六16、驱动辊七17、驱动辊八18用于循环传送阴极转印保护带44，质子膜高度调整辊4、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10、阴极转印膜导向辊一22、CCM间隙调整辊25均用于控制质子膜和阴极、阳极转印膜间距。阴极转印膜导向辊三6、阳极转印膜导向辊9、阴极转印膜导向辊二23、CCM导向辊26均为导向辊。

预热单元28用于预热质子膜40、阴极转印膜42、阳极转印膜43、阴极转印保护带44、阳极转印保护带45。热压辊一19、热压辊二20用于均匀加热、加压转印阴极转印保护带44、阳极转印保护带45，并将压力、热量传递到阴极转印膜42、阳极转印膜43和质子膜40。冷却单元29用于冷却转印后CCM，冷却方式采用强制风冷或水冷，冷却CCM和转印膜温度至100℃以下。加湿单元30提供加湿空气，在常温条件下相对湿度控制在50-80％，用于给CCM加湿。阴极转印保护带 44、阳极转印保护带45布置在热压辊一19与热压辊二20之间，阴极转印保护带 44隔离热压辊一19与阴极转印膜42，阳极转印保护带45隔离热压辊二20与阳极转印膜43。

本实用新型还公开了一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的方法，转印过程包括放卷阶段、预热阶段、转印阶段、冷却和收卷阶段。

放卷阶段：质子交换膜材料为卷料，一侧带有保护膜。由质子膜放卷辊1释放质子膜40，由质子膜背膜收卷辊2收卷质子膜保护膜41，由阴极转印膜放卷辊 5放卷带有阴极催化剂的阴极转印膜42，经过阴极转印膜导向辊三6导向，同时，由阳极转印膜放卷辊8释放带有阳极催化剂的阳极转印膜43，经过阳极转印膜导向辊9导向；由质子膜高度调整辊4、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10共同调整质子膜40、阴极转印膜42、阳极转印膜43以及阴极转印保护带44、阳极转印保护带45间距，利用阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10控制阴极转印膜42、阳极转印膜43与质子膜40有一定夹角，避免未转印前的转印膜与质子膜间发生接触。

预热阶段：将质子膜40、阴极转印膜42、阳极转印膜43、阴极转印保护带 44、阳极转印保护带45加热到质子膜软化温度范围100-150℃。

转印阶段：加热热压辊一19、热压辊二20温度至100-180℃；保持热压辊一 19固定不动，控制阴极转印保护带44与热压辊一19接触，当探测到质子膜、转印膜被牵引到转印区起始位置时，热压辊二20向阳极转印保护带45靠近，加热加压，将热量、压力传递到阳极转印膜43、质子膜40和阴极转印膜42上，完成阴极转印膜42、阳极转印膜43的催化剂向质子膜40转移。或者，保持热压辊二20固定不动，控制阳极转印保护带45与热压辊二20接触，热压辊一19向阴极转印保护带44靠近，加热加压，将热量、压力传递到阴极转印膜42、质子膜40和阳极转印膜43上，完成阴极转印膜42、阳极转印膜43的催化剂向质子膜40转移。转印过程中，通过控制压辊转动的装置监控辊压距离，当达到CCM窗口宽度时，热压辊一19、热压辊二20分离；质子膜、转印膜被牵引到下一个转印窗口，重复加热加压完成相邻窗口转印；图案格式转印长度由热压辊一19、热压辊二20 长度控制。

冷却阶段：通过布置风机采用强制风冷或水冷辊方式冷却，使温度降到常温至100℃范围内。

收卷阶段：利用CCM纠偏辊21纠偏冷却后的CCM，利用阴极转印膜导向辊一 22剥离CCM阴极背膜，阴极转印膜导向辊二23控制阴极转印膜二46以接近180°方向折转行进，再被阴极转印膜收卷辊24收卷，带阳极转印膜的CCM47进入加湿单元30被加湿，最后被CCM导向辊26导向后，由CCM收卷辊27收卷。

实施例二：

如附图2所示,卷印来料包括质子膜40、质子膜保护膜41、附着阳极催化剂的阳极转印膜43。

该图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，包括：质子膜放卷辊1、质子膜保护膜收卷辊2、导向辊3、质子膜高度调整辊4、阳极转印膜放卷辊8、阳极转印膜导向辊9、阳极转印膜方位调整辊10、阳极转印保护带45及其驱动辊(驱动辊一11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14)、热压辊一19、热压辊二20、 CCM纠偏辊21、CCM间隙调整辊25、CCM导向辊26、CCM收卷辊27、预热单元28、冷却单元29、加湿单元30。

其中，阳极保护带45材料为玻纤增强型PTFE。预热单元28加热方式包括热风循环加热和远红外加热，预热单元28包括上排辊31a、下排辊31b，上排辊31a、下排辊31b的相邻辊之间布置有热风进口或远红外加热元件32，上排辊31a与下排辊31b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道。热压辊一19由钢辊或铝合金辊外包硅胶组成，热压辊二20为钢辊或铝合金辊，热压辊一19或热压辊二20的轴向长度与CCM的转印区长度一致，热压辊一19或热压辊二20具有加热功能，其加热温度范围120-180℃，加热方式为电磁感应、电加热或油加热，加热温度控制精度在±2℃以内。冷却单元29可以采用水冷方式，包括上排水冷辊33a、下排水冷辊33b，上排水冷辊33a与下排水冷辊33b错位布置，且之间形成近正弦或S型通道，上排水冷辊33a、下排水冷辊33b的一端布置有进水口34，另一端布置有出水口。冷却单元29也可以采用风冷方式，包括冷却单元上排辊35a、冷却单元下排辊35b和强制冷风机36,冷却单元上排辊35a与冷却单元下排辊35b错位布置，且上、下排相邻辊之间形成近正弦或S型通道。

该图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，要处理的卷料有：质子交换膜 40、质子膜保护膜41、附着阳极催化剂的阳极转印膜43、带阳极转印膜的CCM47。

该图案格式连续转印制备CCM的装置中，各部件主要功能是：质子膜放卷辊 1用于释放质子膜40，阳极转印膜放卷辊8放卷阳极转印膜43，质子膜背膜收卷辊2、CCM收卷辊27分别用于收卷质子膜保护膜41和带阳极转印膜的CCM47，驱动辊一11、驱动辊二12、驱动辊三13、驱动辊四14用于循环传送阳极转印保护带 45，质子膜高度调整辊4、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10、阴极转印膜导向辊一22、CCM间隙调整辊25均用于控制质子膜和阴极、阳极转印膜间距，阴极转印膜导向辊三6、阳极转印膜导向辊9、阴极转印膜导向辊二23、 CCM导向辊26均为导向辊。

预热单元28用于预热质子膜40、阳极转印膜43、阳极转印保护带45。热压辊一19、热压辊二20用于均匀加热、加压阴极转印保护带44、阳极转印保护带 45，并将压力、热量传递到阳极转印膜43和质子膜40。冷却单元29用于冷却转印后CCM，冷却方式采用强制风冷或水冷，冷却CCM和转印膜温度至100℃以下。加湿单元30提供加湿空气，在常温条件下相对湿度控制在50-80％，用于给CCM加湿。阴极转印保护带44、阳极转印保护带45布置在热压辊一19与热压辊二20之间，阴极转印保护带44隔离热压辊一19与阴极转印膜42，阳极转印保护带45隔离热压辊二20与阳极转印膜43。

本实用新型还公开了一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的方法，转印过程包括放卷阶段、预热阶段、转印阶段、冷却和收卷阶段。

放卷阶段：质子交换膜材料为卷料，一侧带有保护膜。由质子膜放卷辊1放卷质子膜40，由质子膜背膜收卷辊2收卷质子膜的背膜。由阴极转印膜放卷辊5 放卷带有阴极催化剂的阴极转印膜42，经过阴极6导向。同时，由阴极8释放带有阳极催化剂的阳极转印膜43，经过阳极转印膜导向辊9导向。由质子膜高度调整辊4、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10共同调整质子膜40 和阴极阳极转印膜，以及质子膜高度调整辊4、阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10间距。利用阴极转印膜方位调整辊7、阳极转印膜方位调整辊10控制阴极转印膜和阳极转印膜与质子膜40有一定夹角，避免未转印前的转印膜和质子膜间的接触。

预热阶段：将质子膜40、阴极转印膜42、阳极转印膜43、阴极转印保护带 44、阳极转印保护带45加热到质子膜软化温度范围100-150℃。

转印阶段：加热热压辊一19、热压辊二20温度至100-180℃；保持热压辊一 19固定不动，控制阴极转印保护带44与热压辊一19接触，当探测到质子膜、转印膜被牵引到转印区起始位置时，热压辊二20向阳极转印保护带45靠近，加热加压，将热量、压力传递到阳极转印膜43、质子膜40和阴极转印膜42上，完成阴极转印膜42、阳极转印膜43的催化剂向质子膜40转移。或者，保持热压辊二 20固定不动，控制阳极转印保护带45与热压辊二20接触，热压辊一19向阴极转印保护带44靠近，加热加压，将热量、压力传递到阴极转印膜42、质子膜40和阳极转印膜43上，完成阴极转印膜42、阳极转印膜43的催化剂向质子膜40转移。转印过程中，通过控制压辊转动的装置监控辊压距离，达到CCM窗口宽度时，热压辊一19、热压辊二20分离；质子膜、转印膜被牵引到下一个转印窗口，重复加热加压完成相邻窗口转印；图案格式转印长度由热压辊一19、热压辊二20长度控制。

冷却阶段：通过布置风机采用强制风冷或水冷辊方式冷却，温度降至常温至100℃范围内。

收卷阶段：利用CCM纠偏辊21纠偏冷却后的CCM，利用阴极转印膜导向辊一 22剥离CCM阴极背膜，阴极转印膜导向辊二23控制阴极转印膜二46以接近180°方向折转行进，再被阴极转印膜收卷辊24收卷，带阳极转印膜的CCM47进入加湿单元被加湿，最后被CCM导向辊26导向后，由CCM收卷辊27收卷。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种图案格式连续转印制备膜电极CCM的装置，包括沿行进方向依次设置的质子膜放卷辊(1)、质子膜背膜收卷辊(2)、阳极转印膜放卷辊(8)、预热单元(28)、冷却单元(29)、加湿单元(30)、CCM收卷辊(27)，所述质子膜放卷辊(1)用于释放质子膜(40)，所述质子膜背膜收卷辊(2)用于收卷质子膜保护膜(41)，所述阳极转印膜放卷辊(8)用于放卷附着阳极催化剂(49)的阳极转印膜(43)，其特征在于：所述预热单元(28)与冷却单元(29)之间设有沿上下方向布置的热压辊一(19)和热压辊二(20)，所述热压辊一(19)与热压辊二(20)之间布置有阴极转印保护带(44)和阳极转印保护带(45)，所述阳极转印保护带(45)由驱动辊一(11)、驱动辊二(12)、驱动辊三(13)、驱动辊四(14)循环传送，所述阴极转印保护带(44)由驱动辊五(15)、驱动辊六(16)、驱动辊七(17)、驱动辊八(18)循环传送，所述驱动辊一(11)、驱动辊五(15)设置在预热单元(28)的上游，所述驱动辊四(14)、驱动辊六(16)设置在冷却单元(29)的下游，所述阴极转印保护带(44)用于隔离热压辊一(19)与阴极转印膜(42)，所述阳极转印保护带(45)用于隔离热压辊二(20)与阳极转印膜(43)，所述热压辊一(19)、热压辊二(20)用于均匀加热加压阴极转印保护带(44)、阳极转印保护带(45)，并将压力、热量传递至质子膜(40)及转印膜，所述CCM收卷辊(27)用于收卷带阳极转印膜的CCM(47)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括阴极转印膜放卷辊(5)、阴极转印膜收卷辊(24)，所述阴极转印膜放卷辊(5)与阳极转印膜放卷辊(8)相对布置，所述阴极转印膜放卷辊(5)用于释放附着阴极催化剂(48)的阴极转印膜(42)，所述阴极转印膜收卷辊(24)设置在加湿单元(30)的上游，所述阴极转印膜收卷辊(24)用于收卷阴极转印膜二(46)。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述质子膜放卷辊(1)与质子膜背膜收卷辊(2)之间设有上下布置的一对导向辊(3)，所述导向辊(3)下游设有上下布置的一对质子膜高度调整辊(4)，所述质子膜高度调整辊(4)下游设有上下布置的阴极转印膜方位调整辊(7)、阳极转印膜方位调整辊(10)，所述阴极转印膜方位调整辊(7)与阴极转印膜放卷辊(5)之间设有阴极转印膜导向辊三(6)，所述阳极转印膜方位调整辊(10)与阳极转印膜放卷辊(8)之间设有阳极转印膜导向辊(9)。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述加湿单元(30)上游设有上下布置的一对阴极转印膜导向辊一(22)，位于上侧的阴极转印膜导向辊一(22)与阴极转印膜收卷辊(24)之间设有阴极转印膜导向辊二(23)，所述阴极转印膜导向辊一(22)上游设有上下布置的一对CCM纠偏辊(21)，所述加湿单元(30)下游设有上下布置的一对CCM间隙调整辊(25)，所述CCM间隙调整辊(25)与CCM收卷辊(27)之间设有CCM导向辊(26)。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阴极转印保护带(44)、阳极转印保护带(45)采用玻纤增强型PTFE材料。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预热单元(28)包括上排辊(31a)、下排辊(31b)，所述上排辊(31a)、下排辊(31b)的相邻辊之间布置有热风进口或远红外加热元件(32)，所述上排辊(31a)与下排辊(31b)错位布置，且之间形成近正弦或S型通道。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述热压辊一(19)由钢辊或铝合金辊外包硅胶组成，所述热压辊二(20)为钢辊或铝合金辊，所述热压辊一(19)或热压辊二(20)沿垂直于阴极转印保护带(44)或阳极转印保护带(45)方向上下移动，所述热压辊一(19)、热压辊二(20)的轴向长度与CCM的转印区长度一致。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷却单元(29)采用水冷方式，所述冷却单元(29)包括上排水冷辊(33a)、下排水冷辊(33b)，所述上排水冷辊(33a)与下排水冷辊(33b)错位布置，且之间形成近正弦或S型通道，所述上排水冷辊(33a)、下排水冷辊(33b)的一端布置有进水口(34)，另一端布置有出水口。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷却单元(29)采用风冷方式，冷却单元(29)包括冷却单元上排辊(35a)、冷却单元下排辊(35b)和强制冷风机(36),所述冷却单元上排辊(35a)与冷却单元下排辊(35b)错位布置，且上、下排相邻辊之间形成近正弦或S型通道。

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