DE102015220381A1

DE102015220381A1 - Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle und eine durch diese hergestellte Membran-Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE102015220381A1
Application number: DE102015220381.6A
Authority: DE
Inventors: Sun Ho Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-04-21
Also published as: US20160111734A1; KR101575312B1; CN105552387B; US9825312B2; US20180076470A1; CN105552387A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle bereitgestellt. Die Vorrichtung schließt eine Hilfsdichtungszuführeinheit ein, die erste Elektrodenfenster ausbildet, ein erstes Hilfsdichtungsflachmaterial abrollt und das Flachmaterial einer Überführungslinie zuführt. Eine Elektrodenmembranablegeeinheit, die über der Überführung installiert ist, bildet Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten eine Elektrolytmembran aus, nimmt die Zuschnitte des Elektrodenmembran-Flachmaterials auf und legt das Flachmaterial auf ersten Elektrodenfenstern ab. Eine Hilfsdichtungsablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist, bildet zweite Elektrodenfenster aus, nimmt ein zweites Hilfsdichtungsflachmaterial auf und legt die Flachmaterialien auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial ab. MEA-Verbindungseinheiten, die bei der Überführungslinie installiert sind, verbinden das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial zwischen ein Paar Heißwalzen entlang der Überführungslinie gelangen.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2014-0142799 , die am 21. Oktober 2014 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht worden ist und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
HINTERGRUND
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Herstellen von Teilen eines Brennstoffzellenstacks- bzw. stapels und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA), die verwendet wird, um eine MEA für eine Brennstoffzelle herzustellen.
(b) Beschreibung des in Beziehung stehenden Stands der Technik
Eine Brennstoffzelle produziert Elektrizität durch elektrochemische Reaktionen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff und erzeugt Elektrizität unter Verwendung von externen Materialien für eine chemische Reaktion ohne einen gesonderten Ladeprozess. Die Brennstoffzelle kann Trennplatten oder bipolare Platten mit einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA) dazwischen angeordnet aufweisen. Eine Vielzahl von Brennstoffzellen können zusammenhängend angeordnet sein, um einen Brennstoffzellenstapel auszubilden.
1 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer bekannten Membran-Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit dem in Beziehung stehenden Stand der Technik schematisch veranschaulicht. Bezugnehmend auf 1 weist eine beispielhafte Membran-Elektrodenanordnung 1, d.h. ein Kernelement der Brennstoffzelle, eine Anode und eine Katode, d.h. Elektrodenkatalysatorschichten 5, auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran 3 auf, durch die sich Wasserstoffionen bewegen. Zudem weist die Membran-Elektrodenanordnung 1 Hilfsdichtungen 7 auf, welche die Elektrodenkatalysatorschichten 5 und die Elektrolytmembran 3 schützen und die Anordnung der Brennstoffzellen sichern.
Bei einem Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektrodenanordnung 1 wird zunächst ein Elektrodenmembran-Flachmaterial 6 unter Verwendung eines Aufklebeverfahrens (decal method) mit einem Abwickeln der in einer Rollenform aufgewickelten Elektrolytmembran 3 und nachfolgendem Überführen der Elektrodenkatalysatorschichten 5 auf beide Seiten der Elektrolytmembran 3 mit einem vorbestimmten Abstand, wie zum Beispiel einem Abstand von in etwa 150 mm, hergestellt. Danach wird ein Membran-Elektrodenanordnung-Flachmaterial unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens mit einem Abwickeln und Überführen des in einer Rollenform aufgewickelten Elektrodenmembran-Flachmaterials 6, Abwickeln der in einer Rollenform befindlichen Hilfsdichtungen 7, und Platzieren der abgewickelten Hilfsdichtungen auf beiden Seiten des Elektrodenmembran-Flachmaterials 6, Hindurchführen dieser durch Heißwalzen und Verbinden der Hilfsdichtungen 7 auf beiden Seiten des Elektrodenmembran-Flachmaterials hergestellt.
Insbesondere sind die Hilfsdichtungen 7 in einem Zustand, in dem Elektrodenfenster und Verteilerfenster zum Öffnen der Elektrodenkatalysatorschichten 5 geschnitten werden. Die Hilfsdichtungen 7 können mit beiden Seiten des Elektrodenmembran-Flachmaterials in Kontakt bzw. in diese eintreten und können mit beiden Seiten des Elektrodenmembran-Flachmaterials verbunden werden. Nachdem der oben beschriebene Vorgang abgeschlossen ist, wird das als Rolle aufgewickelte Membran-Elektrodenanordnung-Flachmaterial abgewickelt und einschließlich der Elektrodenkatalysatorschichten 5 auf eine einheitliche Form zugeschnitten, um so die Membran-Elektrodenanordnung 1 aus 1 herzustellen.
Bei der Membran-Elektrodenanordnung 1 des in Beziehung stehenden Stands der Technik, die wie oben beschrieben hergestellt wird, schließt das Elektrodenmembran-Flachmaterial 6 die Elektrodenkatalysatorschichten 5 ein, die aufeinanderfolgend auf beiden Seiten der Elektrolytmembran 3 ausgebildet werden, und die Hilfsdichtungen 7 werden mit beiden Seiten des Elektrodenmembran-Flachmaterials verbunden. Folglich ist die Elektrolytmembran 3 in dem gesamten Bereich zwischen den Hilfsdichtungen 7 angeordnet. Die Entwicklungsrichtung der Hilfsdichtungen 7, die in der Membran-Elektrodenanordnung 1 verwendet werden, steht mit einem Auslaufschutz für ein Reaktionsgas oder der Zellenausgabeleistung in Beziehung. Ein Effekt der Hilfsdichtungen 7 wurde in Bezug auf die mechanische Festigkeit der Membran-Elektrodenanordnung 1 und der Elektrolytmembran 3 nicht bestätigt bzw. ist nicht bekannt.
Dementsprechend ist in dem in Beziehung stehenden Stand der Technik die Elektrolytmembran 3 in Abschnitten vorhanden, wo keine Elektrizität erzeugt wird, d.h. äußeren Bereiche der Elektrodenkatalysatorschichten 5, die Elektrizität erzeugen, da die Hilfsdichtungen 7, die nur mit dem Vorbeugen gegen ein Leck eines Reaktionsgases und einer Zellenausgabeleistung in Beziehung stehen, mit der Elektrolytmembran 3 dazwischen in diesem Abschnitt eingefügt verbunden sind. Daher werden relativ teure Elektrolytmembranmaterialien verschwendet, da die Elektrolytmembran 3, welche die Hilfsdichtungen 7 unterstützt, in dem Abschnitt der Membran-Elektrodenanordnung 1 vorhanden ist, in dem keine Elektrizität erzeugt wird. Daher steigen die Herstellungskosten für die Membran-Elektrodenanordnung 1 entsprechend an.
Die obige in diesem Abschnitt offenbarte Information dient lediglich für eine Verbesserung des Verständnisses von dem Hintergrund der Erfindung und kann daher Information enthalten die für den Fachmann kein Stand der Technik ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle bereit, die eine Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung eines Teilstromverfahrens bei einem Walze-zu-Walze-Verfahren und eines Flachmaterialablegeverfahrens herstellen kann, um die Materialien einer Elektrolytmembran zu minimieren, die zwischen Hilfsdichtungen vorhanden sind, d.h. Abschnitten, in denen keine Elektrizität erzeugt wird.
Darüber hinaus stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle bereit, die unter Verwendung eines Teilstromverfahrens bei einem Walze-zu-Walze-Verfahren und eines Flachmaterialablegeverfahrens hergestellt wird, und bei der ein Minimum an Elektrolytmembran zwischen Hilfsdichtungen hervorsteht, d.h. Abschnitten, in denen keine Elektrizität erzeugt wird.
Eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Hilfsdichtungszuführeinheit, die eingerichtet ist, nacheinander erste Elektrodenfenster auszubilden, sodass die ersten Fenster mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet sind, ein in einer Rollenform aufgewickeltes erstes Hilfsdichtungsflachmaterial abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial einer Überführungslinie zuzuführen, eine Elektrodenmembranablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran auszubilden, das zu einer einheitlichen Form zugeschnittene Elektrodenmembran-Flachmaterial zu sammeln und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien auf ersten Elektrodenfenstern des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials abzulegen, eine Hilfsdichtungsablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, zweite Elektrodenfenster auszubilden, ein auf eine einheitliche Form zugeschnittenes zweites Hilfsdichtungsflachmaterial zu sammeln und die zweiten Hilfsdichtungsflachmaterialen auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial abzulegen, und MEA-Verbindungseinheiten aufweisen, die auf einer oberen und unteren Seite der Überführungslinie installiert sind und eingerichtet sind, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, zu verbinden, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial zwischen ein Paar Heißwalzen entlang der Überführungslinie gelangen.
Die Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Aufwickler für eine Membran-Elektrodenanordnung (MEA-Aufwickler) aufweisen, der hinter der MEA-Verbindungseinheit installiert ist und eingerichtet ist, ein MEA-Flachmaterial in einer Rollenform aufzuwickeln, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial mit dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial durch die MEA-Verbindungseinheit verbunden sein kann. Die Vorrichtung kann ferner einen Filmaufwickler aufweisen, der an einem Teil der Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, einen Schutzfilm des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln. Ein Filmabwickler kann an einem Teil des MEA-Aufwicklers installiert sein und kann eingerichtet sein, den Schutzfilm in einer Rollenform abzurollen und den abgerollten Schutzfilm dem MEA-Flachmaterial zuzuführen.
Ferner kann die Vorrichtung einen ersten, zweiten und dritten Ortssensor aufweisen, die außerhalb der Überführungslinie installiert sind. Zudem kann der erste Ortssensor eingerichtet sein, einen Kantenort des ersten Elektrodenfensters von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erfassen. Der zweite Ortssensor kann eingerichtet sein, einen Kantenort des Elektrodenmembran-Flachmaterials zu erfassen und der dritte Ortssensor kann eingerichtet sein, einen Kantenort des zweiten Elektrodenfensters von dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erfassen.
Die Vorrichtung kann ferner eine Unterdrucksaugeinheit aufweisen, die bei der bzw. in der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial und das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen. Ein elektrostatischer Generator kann über der Überführungslinie installiert sein und kann eingerichtet sein, statische Elektrizität bei bzw. in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erzeugen, um das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, das auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial abgelegt ist, unter Verwendung der statischen Elektrizität anzubringen an das erste Hilfsdichtungsflachmaterial.
Bei der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrodenmembranablegeeinheit zudem ein Paar erster Greifer aufweisen, die eingerichtet sind, das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen. Das Paar erster Greifer kann installiert sein, um beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials in entgegengesetzten Richtungen nach oben zu neigen und kann eingerichtet sein, beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials mit einem Unterdruck anzusaugen und Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial aufzubringen. Die Hilfsdichtungsablegeeinheit kann ein Paar zweite Greifer aufweisen, die eingerichtet sind, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen. Das Paar zweiter Greifer kann installiert sein, um beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials in entgegengesetzte Richtungen nach oben zu neigen und kann eingerichtet sein, beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials mit einem Unterdruck anzusaugen und eine Spannung auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial auszuüben.
Eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine erste Hilfsdichtungszuführeinheit, die eingerichtet ist, ein in einer Rollenform aufgewickeltes erstes Hilfsdichtungsflachmaterial abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial einer Überführungslinie zuzuführen, eine erste Schneideinheit, die an einem Teil der ersten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, nacheinander erste Elektrodenfenster in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial, das über die erste Hilfsdichtungszuführeinheit zugeführt wird, so auszubilden, dass die ersten Elektrodenfenster mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet sind, eine Elektrodenmembranablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran auszubilden, ein auf eine einheitliche Form zugeschnittenes Elektrodenmembran-Flachmaterial zu sammeln und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien auf den ersten Elektrodenfenstern des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials abzulegen, und eine zweite Hilfsdichtungszuführeinheit aufweisen, die außerhalb der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, ein in einer Rollenform aufgewickeltes zweites Hilfsdichtungsflachmaterial abzurollen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial dem Elektrodenmembran-Flachmaterial zuzuführen.
Ferner kann die Vorrichtung eine zweite Schneideinheit, die an einem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, nacheinander zweite Elektrodenfenster in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial, das durch die zweite Hilfsdichtungszuführeinheit zugeführt wird, so auszubilden, dass die zweiten Elektrodenfenster mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, und MEA-Verbindungseinheiten aufweisen, die außerhalb der Überführungslinie installiert sind und die das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, die gegenseitig übereinandergestapelt sind, verbinden, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial zwischen ein Paar Heißwalzen geführt wird.
Die Vorrichtung kann auch einen MEA-Aufwickler aufweisen, der hinter den MEA-Verbindungseinheiten installiert ist und eingerichtet ist, ein MEA-Flachmaterial in einer Rollenform aufzuwickeln, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial durch die MEA-Verbindungseinheiten mit dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial verbunden ist. Ein Filmaufwickler kann an einem Teil der Hilfsdichtungszuführeinheit installiert sein und kann eingerichtet sein, einen Schutzfilm des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln.
Die Vorrichtung kann ferner einen zweiten Filmaufwickler aufweisen, der an dem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, einen Schutzfilm des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln. Ein Filmabwickler kann an einem Teil des MEA-Aufwicklers installiert sein und kann eingerichtet sein, den Schutzfilm in einer Rollenform abzurollen und den abgerollten Schutzfilm dem MEA-Flachmaterial zuzuführen. Zudem kann die Elektrodenmembranablegeeinheit ein Paar erster Greifer aufweisen, das eingerichtet ist, das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen.
Eine Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch die Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens und eines Flachmaterialablegeverfahrens hergestellt werden, wobei Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten eine Elektrolytmembran ausgebildet werden können, Hilfsdichtungen jeweils an den Kantenseiten der Elektrodenkatalysatorschichten ausgebildet werden können und das Ende der Elektrolytmembran in einen ersten Bereich zwischen den Hilfsdichtungen hervorstehen kann.
Bei der Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Verbindungseinheit bzw. Hafteinheit, die eingerichtet ist, die Elektrolytmembran und die Elektrodenkatalysatorschichten zu befestigen bzw. zu fixieren, in den verbleibenden Bereichen, zum Beispiel Bereichen mit Ausnahme des ersten Bereichs, zwischen den Hilfsdichtungen ausgebildet sein. Das Ende der Elektrolytmembran kann in einen Teilbereich eines Gesamtbereichs zwischen den Hilfsdichtungen hervorstehen, der in etwa 33 % des Gesamtbereichs betragen kann, zum Beispiel kann der erste Bereich in etwa 33 % des gesamten Bereichs betragen.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Membran-Elektrodenanordnung herstellen, in der ein Minimum an Elektrolytmembran zwischen den Hilfsdichtungen hervorstehen kann, die mit den Hilfsdichtungen zusammen mit den Elektrodenkatalysatorschichten unter Verwendung eines Teilstromverfahrens bei einem Walze-zu-Walze-Verfahren und eines Flachmaterialablegeverfahrens verbunden wird. Dementsprechend kann die zwischen den Hilfsdichtungen angeordnete Elektrolytmembran, d.h. Abschnitte, bei denen in der Membran-Elektrodenanordnung keine Elektrizität erzeugt wird, minimiert werden. Folglich können die Herstellungskosten einer Membran-Elektrodenanordnung reduziert werden, da weniger Materialien der relativ teuren Elektrolytmembran verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nunmehr auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen, um beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben und folglich sollte der technische Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht als auf die beigefügten Zeichnungen beschränkt angesehen werden.
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Beispiel einer bekannten Membran-Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit dem in Beziehung stehenden Stand der Technik veranschaulicht;
2 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
3 ist ein Diagramm, das eine Elektrodenmembranablegeeinheit und eine Hilfsdichtungsablegeeinheit schematisch veranschaulicht, die bei der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
4 ist ein Diagramm, das einen elektrostatischen Generator schematisch veranschaulicht, der bei der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
5 ist ein Diagramm, das Ortssensoren schematisch veranschaulicht, die bei der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden;
6 ist eine Schnittansicht, die eine Membran-Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht, welche durch die Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird; und
7 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hiernach wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen umfassender beschrieben, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind. Wie der Fachmann erkennt, können die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen auf verschiedene unterschiedliche Weisen abgewandelt werden, ohne insgesamt den Rahmen oder den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es ist verständlich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe, wie sie hierin verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie zum Beispiel Personenkraftfahrzeuge einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene gewerbliche Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und Ähnliches sowie Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Plug-in Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere mit alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, die von anderen Ressourcen als Öl hergestellt werden) einschließt. Hierin wird auf eine Hybridfahrzeug als ein Fahrzeug Bezug genommen, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie zum Beispiel ein sowohl kraftstoffbetriebenes als auch elektrisch betriebenes Fahrzeug.
Auch wenn eine beispielhafte Ausführungsform als eine Vielzahl von Einheiten verwendend beschrieben ist, um den beispielhaften Prozess auszuführen, ist verständlich, dass die beispielhaften Prozesse auch durch ein oder eine Vielzahl von Modulen ausgeführt werden können. Weiterhin ist verständlich, dass der Begriff Steuerung/Steuerungseinheit sich auf eine Hardwareeinrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist. Der Speicher ist eingerichtet, die Module zu speichern, und der Prozessor ist speziell eingerichtet, um die Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben sind.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck zum Beschreiben bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dafür vorgesehen, beschränkend auf die Erfindung zu wirken. Wie hierin verwendet, ist die Einzahl „ein“, „eine“ und „der, die, das“ dazu vorgesehen, auch die Mehrzahl einzuschließen, es sei denn der Zusammenhang weist deutlich anderweitig darauf hin. Es ist ferner verständlich, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, von Schritten, Funktionen bzw. Betriebsarten, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorliegen oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, von Schritten, Funktionen bzw. Betriebsarten, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt. Der Begriff „und/oder“ weist, wie hierin verwendet, eine beliebige und sämtliche Kombinationen aus einem oder mehreren der zusammenhängenden aufgeführten Gegenstände auf.
Wenn nicht spezifisch angegeben oder durch den Zusammenhang offensichtlich, ist unter dem Begriff „in etwa“, wie hierin verwendet, als ein Bereich normaler Toleranz im Stand der Technik zu verstehen, wie zum Beispiel innerhalb der zweifachen Standardabweichung vom Mittelwert. „In etwa“ kann als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Werts verstanden werden. Wenn nicht anderweitig klar durch den Zusammenhang angegeben, können sämtliche hierin bereitgestellten numerischen Werte über den Begriff „in etwa“ modifiziert werden.
Um die vorliegende Erfindung klar und deutlich zu beschreiben, wird eine Beschreibung von Teilen, die nicht mit der Beschreibung in Zusammenhang stehen, weggelassen, und die gleichen Bezugszeichen werden über die Zeichnungen hinweg verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen. Darüber hinaus ist die Größe und Dicke von jedem der in den Zeichnungen veranschaulichten Elemente aus Gründen der Einfachheit beliebig veranschaulicht, ohne die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken. In den Zeichnungen sind die Stärken bzw. Dicken von Teilen und Bereichen aus Klarheitsgründen vergrößert dargestellt.
Zudem werden bei der folgenden ausführlichen Beschreibung Begriffe, wie zum Beispiel erstens und zweitens, verwendet, um zwischen Elementen zu unterscheiden, wenn das erste und zweite Element den gleichen Aufbau aufweist, ohne dass die Elemente in der folgenden Beschreibung auf diese Reihenfolge beschränkt sind. Weiterhin gibt jeder Begriff, wie zum Beispiel „...einheit,“ „...mittel,“ „...teil,“ und „...element,“ der in der Beschreibung beschrieben wird, eine Einheit eines zusammenhängenden Elements wieder, das zumindest eine Funktion oder einen Betrieb ausführt.
2 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bezugnehmend auf 2 kann die Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Automatisierungssystem bzw. automatisierten System zum automatischen und aufeinanderfolgenden Herstellen der Teile von Brennstoffzellen, die einen Brennstoffzellenstapel ausbilden, eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine Membran-Elektrodenanordnung 10 herzustellen, d.h. einen Kernteil einer Brennstoffzelle, bei der Elektrodenkatalysatorschichten 15 an beiden Seiten eine Elektrolytmembran 13 und Hilfsdichtungen 17 an den Kantenseiten der Elektrodenkatalysatorschichten 15 ausgebildet sein können (siehe 6).
Insbesondere bewegen sich Wasserstoffionen durch die Elektrolytmembran 13 und die Hilfsdichtungen 17 dienen dazu, die Elektrodenkatalysatorschichten 15 und die Elektrolytmembran 13 zu schützen sowie die Brennstoffzellenanordnung abzusichern. Die Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eingerichtet sein, die Membran-Elektrodenanordnung 10 unter Verwendung eines Teilstromverfahrens (mixed flow method) eines Walze-zu-Walze-Verfahrens (roll-to-roll method) und eines Flachmaterialablegeverfahrens herzustellen, um die Materialien der Elektrolytmembran 13, die zwischen den Hilfsdichtungen 17 angeordnet sind, d.h. Abschnitten, in denen keine Elektrizität erzeugt wird, zu minimieren.
Mit anderen Worten stellt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung 100 zum Herstellen der Membran-Elektrodenanordnung bereit, die imstande sein kann, die Materialien der Elektrolytmembran 13 zu reduzieren, da die Elektrolytmembran 13 nicht in dem gesamten Bereich zwischen den Hilfsdichtungen 17 vorhanden ist, d.h. Abschnitten, in denen keine Elektrizität erzeugt wird. Dementsprechend kann die Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Hilfsdichtungszuführeinheit 30, eine Elektrodenmembranablegeeinheit 40, eine Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 und eine MEA-Verbindungseinheit 60 aufweisen.
Nachfolgend beschriebene Bestandteile können in einem Rahmen oder zwei oder mehr nicht veranschaulichten Teilrahmen ausgebildet sein. Der Rahmen kann eine Vielzahl angebrachter Elementtypen zum Unterstützen der Bestandteile aufweisen, wie zum Beispiel Klammern, Leisten, Stangen, Platten, Gehäusen, Hülsen bzw. Hüllen, Blöcken, Barriererippen, Rippen, Schienen und Kragen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Hilfsdichtungszuführeinheit 30 eingerichtet sein, ein in einer Rollenform aufgerolltes erstes Hilfsdichtungsflachmaterial 17a abzuwickeln und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a einer Überführungslinie 20 zuzuführen. Mit anderen Worten kann die Hilfsdichtungszuführeinheit 30 eingerichtet sein, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens der Überführungslinie 20 zuzuführen.
Insbesondere kann die Überführungslinie 20 eingerichtet sein, verschiedene Teile zum Herstellen der Membran-Elektrodenanordnung 10 zu überführen und kann eine Hauptfördereinrichtung 21 aufweisen, die in einem nicht veranschaulichten Rahmen installiert ist. Die Hauptfördereinrichtung 21 kann ein Förderband 25 aufweisen, das sich über Förderwalzen 23 auf einer fortlaufenden Bahn bewegt. Die Hauptfördereinrichtung 21 ist eine typische Fördereinrichtung, die in der Industrie bekannt ist, sodass eine detaillierte Beschreibung von deren Aufbau in dieser Beschreibung ausgelassen wird.
Die Hilfsdichtungszuführeinheit 30 kann in dem Rahmen auf einer Eingangsseite der Überführungslinie 20 installiert sein. Zudem kann die Hilfsdichtungszuführeinheit 30 eine Hilfsdichtungswalze 31 aufweisen, die eingerichtet ist, das in einer Rollenform aufgewickelte erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, abzurollen und das abgerollte erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a der Überführungslinie 20 zuzuführen. Insbesondere können erste Elektrodenfenster 17c zum Öffnen eines Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a nacheinander so ausgebildet werden, dass sie voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind. Die ersten Elektrodenfenster 17c können in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a in einem getrennten Schneidprozess ausgebildet werden.
Darüber hinaus können nicht veranschaulichte Verteilerfenster, die mit einem Einlassverteiler und einem Ausgangsverteiler (zum Beispiel Ausgabeverteiler) einer Trenneinrichtung korrespondieren, ebenfalls in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a ausgebildet sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Filmaufwickler 73, der eingerichtet ist, einen ersten Schutzfilm 71, der üblicherweise als „Heterofilm bzw. -folie“ bezeichnet wird und an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a angebracht ist, rückzugewinnen und den ersten Schutzfilm 71 aufzuwickeln, an einem Teil der Hilfsdichtungszuführeinheit 30 installiert sein. Der Filmaufwickler 73 kann eine erste Aufwickelwalze 75, die eingerichtet ist, den ersten Schutzfilm 71 in einer Rollenform aufzuwickeln, und eine erste Führungswalze 77 aufweisen, die eingerichtet ist, den ersten Schutzfilm 71, der von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a abgezogen worden ist, zu der ersten Aufwickelwalze 75 zu führen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Unterdrucksaugeinheit 72, die eingerichtet ist, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a mit einem Unterdruck anzusaugen, bei bzw. in der Überführungslinie 20 installiert sein. Die Unterdrucksaugeinheit 72 kann eingerichtet sein, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a unter Verwendung eines Unterdrucks in Richtung des Förderbands 25 der Hauptfördereinrichtung 21 anzusaugen. Insbesondere kann eine Vielzahl von Saugöffnungen, durch die Luft angesaugt werden kann, in der Unterdrucksaugeinheit 72 ausgebildet sein, um das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a mit einem Unterdruck anzusaugen. Eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen, die mit Ansaugöffnungen der Unterdrucksaugeinheit 72 verbunden ist, kann in dem Förderband 25 ausgebildet sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 die Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf beiden Seiten (d.h. der oberen und unteren Fläche in 6) der Elektrolytmembran 13 ausbilden, das auf eine einheitliche Form zugeschnittene Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 sammeln bzw. aufnehmen (zum Beispiel aufheben, greifen, etc.) und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien 16 auf die ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a ablegen. Das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 kann durch Schneiden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten 15 ausgebildet werden, wenn die Elektrodenkatalysatorschichten 15 nacheinander auf beiden Seiten des Elektrolytmembran-Flachmaterials 16 mit vorbestimmten Abständen voneinander (zum Beispiel einem Abstand bzw. einer Teilung von in etwa 50 mm) ausgebildet werden, während das in einer Rollenform aufgerollte Elektrolytmembran-Flachmaterial abgerollt wird.
Insbesondere kann das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 mit einem Rand vorbestimmten Abstands an der Außenseite der Kanten der Elektrodenkatalysatorschichten 15 ausgeschnitten werden. Mit anderen Worten kann das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 die Elektrolytmembran 13 mit einem Rand vorbestimmten Abstands bzw. vorbestimmter Größe an der Außenseite der Kanten der Elektrodenkatalysatorschichten 15 aufweisen. Die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 kann über der Überführungslinie 20 installiert sein, kann das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufnehmen und kann die Elektrodenmembran-Flachmaterialien 16 auf den ersten Elektrodenfenstern 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a ablegen. Dementsprechend kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 einen Greifroboter aufweisen. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 ein Paar erster Greifer 41 aufweisen, die eingerichtet sind, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 mit einem Unterdruck anzusaugen. Das Paar erster Greifer 41 kann eingerichtet sein, beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 mit einem Unterdruck anzusaugen.
Um eine Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufzubringen, kann das Paar erster Greifer 41 installiert sein, um beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 in entgegengesetzten Richtungen nach oben zu schwenken, wenn beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 mit einem Unterdruck angesaugt werden. Mit anderen Worten kann das Paar erster Greifer 41 eingerichtet sein, die Elektrodenmembran-Flachmaterialen 16 auf die ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a abzulegen, wenn beide mit einem Unterdruck angesaugten Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 in einem vorbestimmten Winkel gebogen werden und Zug auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufgebracht wird. Der vorbestimmte Winkel kann 10° oder weniger betragen. Es ist anzumerken, dass ein vorbestimmter Winkel anhand einer bevorzugten Spannung unter Berücksichtigung der Materialien des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 festgelegt wird. Die Neigung der ersten Greifer 41 kann unter Verwendung eines bekannten nicht veranschaulichten Betätigungszylinders ausgeführt werden. Darüber hinaus kann das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 durch die ersten Greifer 41 auf das erste Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a abgelegt werden und kann mit einem Unterdruck durch die Unterdrucksaugeinheit 72 an das Förderband 25 der Hauptfördereinrichtung 21 angesaugt werden.
Bezugnehmend auf 2 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 ein zweites Elektrodenfenster 17d ausbilden, das auf eine einheitliche Form zugeschnittene zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b aufnehmen, und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 ablegen. Das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b kann ausgebildet sein, ein in einer Rollenform aufgewickeltes Dichtungsflachmaterial abzurollen und das Dichtungsflachmaterial zwischen zweiten Elektrodenfenstern 17d zu schneiden, wenn die zweiten Elektrodenfenster 17d so in dem Dichtungsflachmaterial ausgebildet sind, dass sie voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind.
Das zweite Elektrodenfenster 17d des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b öffnet das Elektrodenmembran-Flachmaterial. Ein Verteilerfenster kann in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 17b zusätzlich zu dem zweiten Elektrodenfenster 17d ausgebildet sein. Die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 kann über der Überführungslinie 20 installiert sein, kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b sammeln und kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 ablegen. Dementsprechend kann die Hilfsdichtungszuführeinheit 50 einen Greifroboter aufweisen. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, kann die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 ein Paar zweiter Greifer 51 aufweisen, das eingerichtet ist, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b mit einem Unterdruck anzusaugen. Das Paar zweiter Greifer 51 kann eingerichtet sein, beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b mit einem Unterdruck anzusaugen.
Um auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b eine Spannung aufzubringen, kann das Paar zweiter Greifer 51 so installiert sein, dass es beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b in entgegengesetzte Richtungen nach oben neigt, wenn beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b mit einem Unterdruck angesaugt werden. Mit anderen Worten kann das Paar zweiter Greifer 51 beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b, das mit einem Unterdruck angesaugt wird, unter einem vorbestimmten Winkel biegen, eine Spannung auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b aufbringen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 ablegen. Die Neigung der zweiten Greifer 51 kann unter Verwendung eines nicht veranschaulichten bekannten Betätigungszylinders ausgeführt werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 4 veranschaulicht ist, kann die Vorrichtung 100 einen elektrostatischen Generator 81 aufweisen, der eingerichtet ist, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b, das auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 über die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 abgelegt wird, unter statischer Elektrizität an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a anzubringen bzw. damit zu verbinden. Der elektrostatische Generator 81 kann über der Überführungslinie 20 installiert sein und kann eingerichtet sein, in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a statische Elektrizität zu erzeugen. Der elektrostatische Generator 81 schließt einen bekannten elektrostatischen Generator zum Ausbilden einer vorbestimmten Spannung mit einem elektrostatischen Erzeugungspotenzial ein, sodass eine ausführliche Beschreibung von dessen Aufbau in dieser Beschreibung weggelassen wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b unter Verwendung der Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 abgelegt werden, wenn statische Elektrizität durch den elektrostatischen Generator 81 in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a erzeugt wird. Dementsprechend kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b unter Verwendung statischer Elektrizität an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a angebracht werden, die in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a erzeugt wird, und die Anfangsposition (zum Beispiel eine Ausgangsposition) des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b in Bezug auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 kann beibehalten werden.
Bezugnehmend auf 2 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die MEA-Verbindungseinheit 60 unter Verwendung eines Thermokompressionsverfahrens das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b, die auf der Überführungslinie 20 gegenseitig übereinander gestapelt sind, verbinden. Die MEA-Verbindungseinheit 60 kann ein Paar Heißwalzen 61 aufweisen, die drehbar auf der oberen und unteren Seite der Überführungslinie 20 installiert sind. Die Heißwalzen 61 können auf der Seite installiert sein, die der Eingangsseite der Überführungslinie 20 gegenüberliegt, und jede Heißwalze 61 weist zum Erzeugen von Wärme bzw. Hitze eine bekannte Wärmequelle auf, wie zum Beispiel eine Wärmeleitung oder eine Wärmelampe.
Die MEA-Verbindungseinheit 60 kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b verbinden, die über der Überführungslinie 20 nacheinander gestapelt werden, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b zwischen das Paar Heißwalzen 61 entlang der Überführungslinie 20 geführt werden. Mit anderen Worten kann die MEA-Verbindungseinheit 60 eingerichtet sein, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b gegenseitig übereinander gestapelt durch das Paar Heißwalzen 61 zu führen, wodurch sie imstande ist, ein MEA-Flachmaterial 63 auszubilden, bei dem das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b miteinander integriert und verbunden werden können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein MEA-Aufwickler 65, der eingerichtet ist, das MEA-Flachmaterial 63 aufzuwickeln, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b durch die MEA-Verbindungseinheit 60 an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a angebracht sind, hinter der MEA-Verbindungseinheit 60 installiert sein. Insbesondere kann der MEA-Aufwickler 65 in der Verlängerungslinie der Überführungslinie 20 außerhalb der Überführungslinie 20 installiert sein. Der MEA-Aufwickler 65 kann eine zweite Aufwickelwalze 67 aufweisen, die eingerichtet ist, das MEA-Flachmaterial 63 in einer Rollenform aufzuwickeln.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Filmabwickler 85, der eingerichtet ist, einen zweiten Schutzfilm 83 in einer Rollenform abzurollen und den zweiten Schutzfilm 83 dem MEA-Flachmaterial 63 zuzuführen, über dem MEA-Aufwickler 65 installiert sein. Mit anderen Worten kann der Abwickler 85 eingerichtet sein, den zweiten Schutzfilm 83 an das MEA-Flachmaterial 63 anzubringen, zum Beispiel zu verbinden. Der Filmabwickler 85 kann eine Abwickelwalze 87, die eingerichtet ist, den zweiten Schutzfilm 83 abzuwickeln, der zuvor in einer Rollenform aufgewickelt ist, und eine zweite Führungswalze 89 aufweisen, die eingerichtet ist, den zweiten Schutzfilm 83 auf das MEA-Flachmaterial 63 zu führen und mit Druck zu beaufschlagen.
Das Bezugszeichen 82 kennzeichnet eine Hilfsfördereinrichtung, die entsprechend der Hauptfördereinrichtung 21 über der Überführungslinie 20 installiert ist. Die Hilfsfördereinrichtung 82 kann eingerichtet sein, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b gegenseitig übereinandergestapelt zwischen das Paar Heißwalzen 61 zu führen und das MEA-Flachmaterial 63, das durch die Heißwalzen 61 gelangt, zu dem MEA-Aufwickler 65 zu führen. Die Hilfsfördereinrichtung 82 kann Förderwalzen 84 und ein zu der Hauptfördereinrichtung 21 ähnliches Förderband 86 aufweisen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 5 veranschaulicht wird, kann die Vorrichtung 100 einen ersten, zweiten und dritten Ortssensor 91, 92 und 93 aufweisen, um das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 genauer auf dem ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a abzulegen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b genauer auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 abzulegen. Der erste, zweite und dritte Ortssensor 91, 92 und 93 können außerhalb der Überführungslinie 20 installiert sein (siehe 2).
Der erste Ortssensor 91 kann eingerichtet sein, einen Kantenort des ersten Elektrodenfensters 17c in Bezug auf das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das durch die Hilfsdichtungszuführeinheit 30 zu der Überführungslinie 20 zugeführt wird, zu erfassen (siehe 2) und ein entsprechendes Erfassungssignal an eine Steuerung 90 auszugeben. Der zweite Ortssensor 92 kann eingerichtet sein, einen Kantenort des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 zu erfassen, das über die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 auf das erste Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a abgelegt wird, und ein entsprechendes Erfassungssignal an die Steuerung 90 auszugeben.
Darüber hinaus kann der dritte Ortssensor 93 eingerichtet sein, einen Kantenort des zweiten Elektrodenfensters 17d in Bezug auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b zu erfassen, das durch die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 abgelegt wird, und ein entsprechendes Erfassungssignal an die Steuerung 90 auszugeben. Der erste, zweite und dritte Ortssensor 91, 92 und 93 sind aus dem Stand der Technik bekannt, den die vorliegende Erfindung betrifft, und eine ausführliche Beschreibung deren Aufbaus wird in dieser Beschreibung weggelassen.
Zudem kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, einen Gesamtbetrieb der Vorrichtung 100 auszuführen. Beispielsweise kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, die Ladeanfangsposition des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16, das durch den zweiten Ortssensor 92 erfasst wird, basierend auf den gemessenen Wert des Kantenorts von dem ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a, das durch den ersten Ortssensor 91 erfasst wird, einzustellen bzw. zu justieren. Zudem kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, die Ladanfangsposition des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem zweiten Elektrodenfenster 17d des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b, das durch den dritten Ortssensor 93 erfasst wird, basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem ersten Elektrodenfenster 17c, das durch den ersten Ortssensor 91 erfasst wird, einzustellen.
Wenn ein Encoder 95 bestimmt, dass das erste Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a einen vorbestimmten Ausführungsort erreicht hat, kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, an die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 ein Steuersignal auszugeben. In Antwort auf den Empfang des Steuersignals kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 eingerichtet sein, entlang der Überführungslinie 20 zu folgen und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien 16 auf die ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a abzulegen. Wenn der Encoder 95 feststellt, dass das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 einen vorbestimmten Ausführungsort erreicht hat und das Ablegen des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 abgeschlossen worden ist, kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, ein Steuerungssignal bzw. Steuersignal an die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 auszugeben. In Antwort auf den Empfang des Steuerungssignals kann die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 eingerichtet sein, entlang der Überführungslinie 20 zu folgen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 abzulegen.
Hiernach wird ein Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die vorgenannten Zeichnungen beschrieben.
Als erstes kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das in einer Rollenform auf die Hilfsdichtungswalze 31 der Hilfsdichtungszuführeinheit 30 gewickelt ist, abgerollt und der Überführungslinie 20 zugeführt werden. Die ersten Elektrodenfenster 17c zum Öffnen des Elektromembran-Flachmaterials 16 können nacheinander in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a ausgebildet werden, sodass sie voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind.
Insbesondere kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a der Überführungslinie 20 zugeführt werden und entlang der Überführungslinie 20 überführt werden, wenn das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a an einer Fläche des Förderbands 25 der Hauptfördereinrichtung 21 mit einem Unterdruck durch die Unterdrucksaugeinheit 72 angesaugt wird. Die erste Aufwickelwalze 75 des Filmaufwicklers 73 kann eingerichtet sein, den ersten Schutzfilm 71, der an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a angebracht ist, in einer Rollenform aufzuwickeln, während der erste Schutzfilm 71 abgezogen wird. Die erste Führungswalze 77 des Filmaufwicklers 73 kann eingerichtet sein, den ersten Schutzfilm 71, der von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a abgezogen worden ist, zu der ersten Aufwickelwalze 75 zu führen.
Darüber hinaus kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 die Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf beiden Seiten der Elektrolytmembran 13 ausbilden, und kann eingerichtet sein, beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16, die auf eine einheitlichen Form zugeschnitten sind, unter Verwendung der ersten Greifer 41 durch Ansaugen des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 mit einem Unterdruck aufzunehmen. Darüber hinaus kann die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 das zweite Elektrodenfenster 17d ausbilden und kann eingerichtet sein, beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b, die auf eine Einheitsform zugeschnitten sind, unter Verwendung der zweiten Greifer 51 durch Ansaugen des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b mit einem Unterdruck zu aufzunehmen. Insbesondere können die ersten Greifer 41 der Elektrodenmembranablegeeinheit 40 beide gebogene Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 mit einem Unterdruck in einem vorbestimmten Winkel angesaugt aufweisen und können eingerichtet sein, eine Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufzubringen.
Zudem können die zweiten Greifer 51 der Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b, das mit einem Unterdruck angesaugt wird, in einem vorbestimmten Winkel biegen und können eingerichtet sein, Spannung auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b aufzubringen. In diesem Zustand kann der erste Ortssensor 91 eingerichtet sein, einen Kantenort der ersten Elektrodenfenster 17c in Bezug auf das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a zu erfassen und ein entsprechendes Erfassungssignal an die Steuerung 90 auszugeben. Der zweite Ortssensor 92 kann eingerichtet sein, einen Kantenort des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 unter Verwendung der Elektrodenmembranablegeeinheit 40 geregelt zu erfassen und ein entsprechendes Erfassungssignal an die Steuerung 90 auszugeben. Zudem kann ein dritter Ortssensor 93 eingerichtet sein, einen Kantenort des zweiten Elektrodenfensters 17d in Bezug auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b unter Verwendung der Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 geregelt zu erfassen und ein entsprechendes Erfassungssignal an die Steuerung 90 auszugeben.
Die Steuerung 90 kann dann eingerichtet sein, die Ladeanfangsposition (zum Beispiel eine Ausgangsstartposition) des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16, der durch den zweiten Ortssensor 92 erfasst wird, basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem ersten Elektrodenfenster 17c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 17a, das durch den ersten Ortssensor 91 erfasst wird, einzustellen. Die Steuerung 90 kann auch eingerichtet sein, die Ladeanfangsposition des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem zweiten Elektrodenfenster 17d des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b, das durch den dritten Ortssensor 93 erfasst wird, basierend auf dem gemessenen Wert des Kantenorts von dem ersten Elektrodenfenster 17c, das durch den ersten Ortssensor 91 erfasst wird, einzustellen.
Wenn der Encoder 95 bestimmt, dass das erste Elektrodenfenster 17c des ersten Flachdichtungsmaterials 17a einen vorbestimmten Ausführungsort erreicht hat, kann die Steuerung 90 entsprechend eingerichtet sein, ein Steuerungssignal an die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 auszugeben. In Antwort auf den Empfang des Steuerungssignals kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 eingerichtet sein, entlang der Überführungslinie 20 zu folgen und das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 auf das erste Elektrodenfenster 17c von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a abzulegen. Insbesondere wenn die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 auf das erste Elektrodenfenster 17c von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a ablegt, kann die Unterdrucksaugeinheit 72 eingerichtet sein, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 mit einem Unterdruck an das Förderband 25 der Hauptfördereinrichtung 21 zu saugen.
Wenn danach der Encoder 95 bestimmt, dass das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 einen vorbestimmten Ausführungsort erreicht hat und das Laden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 abgeschlossen ist, kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, ein Steuerungssignal an die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 auszugeben. In Antwort auf den Empfang des Steuerungssignals kann die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 eingerichtet sein, entlang der Überführungslinie 20 zu folgen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 abzulegen.
Während dieses Prozesses bzw. diesem Vorgang kann der elektrostatische Generator 81 eingerichtet sein, statische Elektrizität in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b durch die statische Elektrizität an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 17a angebracht sein, die durch das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a erzeugt wird, um die Anfangsposition des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 17b in Bezug auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 beizubehalten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b nacheinander über der Überführungslinie 20 wie oben beschrieben gestapelt werden, können das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b gezwungen werden, durch die Heißwalzen 61 der MEA-Verbindungseinheit 60 entlang der Überführungslinie 20 hindurchzugehen.
Somit können das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, in das Paar Heißwalzen 61 zwischen der Hauptfördereinrichtung 21 der Überführungslinie 20 und der Hilfsfördereinrichtung 82, die mit der Hauptfördereinrichtung 21 korrespondiert, eintreten. Dementsprechend können das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, gezwungen (zum Beispiel gedrückt) werden, durch das Paar Heißwalzen 61 hindurchzugehen, um somit das MEA-Flachmaterial 63 auszubilden, bei dem das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 17a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 17b integriert und miteinander verbunden sind. Das MEA-Flachmaterial 63 kann dann durch die Hauptfördereinrichtung 21 und die Hilfsfördereinrichtung 82 zu dem MEA-Aufwickler 65 überführt werden. Die zweite Aufwickelwalze 67 des MEA-Aufwicklers 65 kann eingerichtet sein, dass MEA-Flachmaterial 63 in einer Rollenform aufzurollen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beim Vorgang des Aufwickelns des MEA-Flachmaterials 63 in einer Rollenform unter Verwendung der zweiten Aufwickelwalze 67 des MEA-Aufwicklers 65, wie oben beschrieben, der zweite Schutzfilm 83, der in einer Rollenform aufgewickelt ist, zu der Abwickelwalze 87 des Filmaufwicklers 85 abgerollt werden. Ferner kann die zweite Führungswalze 89 des Filmabwicklers 85 eingerichtet sein, den zweiten Schutzfilm 83 zu dem MEA-Flachmaterial 63 zu führen und den zweiten Schutzfilm 83 auf das MEA-Flachmaterial 63 zu drücken und somit den zweiten Schutzfilm 83 an dem MEA-Flachmaterial 63 anzubringen.
Wenn das MEA-Flachmaterial 63 unter Verwendung des wie oben beschriebenen Prozesses hergestellt worden ist und das MEA-Flachmaterial 63, das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abgerollt wird und durch einen getrennten Schnittprozess einschließlich der Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf eine einheitliche Form zugeschnitten wird, kann die Membran-Elektrodenanordnung 10 für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie die in 6 veranschaulichte, hergestellt werden.
6 ist eine Schnittansicht, welche die Membran-Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht, die durch die Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Bezugnehmend auf 6 kann die Membran-Elektrodenanordnung 10, die durch die Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, die Elektrodenkatalysatorschichten 15 aufweisen, die auf beiden Seiten der Elektrolytmembran 13 und der Hilfsdichtungen 17 respektive an den Kantenseiten der Elektrodenkatalysatorschichten 15 ausgebildet sind. Insbesondere können die Hilfsdichtungen 17 an dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 mit dem Elektrodenflachmaterial 16 dazwischen eingefügt auf der oberen und unteren Seite der 6 verbunden sein und können die Elektrolytmembran 13 und die Elektrodenkatalysatorschichten 15 des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 fixieren.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 die Elektrolytmembran 13 aufweisen, die sich außerhalb der Kanten der Elektrodenkatalysatorschichten 15 mit einem Rand vorbestimmter Breite bzw. vorbestimmten Abstands erstreckt. Ein Ende, das dem Randabschnitt der Elektrolytmembran 13 entspricht, kann in einen Teilbereich zwischen den Hilfsdichtungen 17 hervorstehen. Mit anderen Worten kann das Ende der Elektrolytmembran 13 in einen Teilbereich des Gesamtbereichs zwischen den Hilfsdichtungen 17 hervorstehen und ist der Teilbereich (zum Beispiel ein erster Bereich), der in etwa 33 % des Gesamtbereichs (zum Beispiel eines zweiten Bereich) beträgt.
Verglichen mit einer konventionellen Elektrolytmembran, die eine Fläche von 0,07–0,09 m² aufweist, kann die Elektrolytmembran 13 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Fläche von etwa 0,04–0,06 m² aufweisen. Darüber hinaus kann eine Verbindungseinheit 19, die eingerichtet ist, die Elektrolytmembran 13 und die Elektrodenkatalysatorschichten 15 zu unterstützen in dem verbleibenden Bereich des Gesamtbereichs zwischen den Hilfsdichtungen 17 und außerhalb des Teilbereichs ausgebildet sein.
In Übereinstimmung mit der vorgenannten Vorrichtung 100 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Membran-Elektrodenanordnung 10 unter Verwendung eines Teilstromverfahrens bei einem Walze-zu-Walze-Verfahren und eines Flachmaterialablegeverfahren durch die Hilfsdichtungszuführeinheit 30, die Elektrodenmembranablegeeinheit 40 und die Hilfsdichtungsablegeeinheit 50 hergestellt werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dementsprechend eine minimale bzw. ein minimaler Teil der Elektrolytmembran 13 zwischen den Hilfsdichtungen 17 hervorstehen und es kann die Membran-Elektrodenanordnung 10, die zusammen mit den Elektrodenkatalysatorschichten 15 mit den Hilfsdichtungen 17 verbunden ist, hergestellt werden. Somit kann die zwischen den Hilfsdichtungen 17 vorliegende Elektrolytmembran 13, d.h. Abschnitte, in denen in der Membran-Elektrodenanordnung 10 keine Elektrizität erzeugt wird, minimiert werden. Dementsprechend können bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Herstellungskosten der Membran-Elektrodenanordnung 10 reduziert werden, da weniger des relativ teuren Elektrolytmembranmaterials verwendet wird.
7 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Bezugnehmend auf 7 stellt die Vorrichtung 200 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen die Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung eines Teilstromverfahrens bei einem Walze-zu-Walze-Verfahren und eines Flachmaterialablegeverfahrens her und kann eine erste Hilfsdichtungsablegeeinheit 130, eine erste Schneideinheit 140, eine Elektrodenmembranablegeeinheit 150, eine zweite Hilfsdichtungsablegeeinheit 160, eine zweite Schneideinheit 170 und eine MEA-Verbindungseinheit 180 aufweisen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erste Hilfsdichtungsablegeeinheit 130 eingerichtet sein, ein erstes Hilfsdichtungsflachmaterial 117a das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a einer Überführungslinie 120 zuzuführen. Das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a ist ein Flachmaterial, bevor es verarbeitet wird. Die erste Hilfsdichtungszuführeinheit 130 kann auf einer Eingangsseite der Überführungslinie 120 installiert sein und kann eine erste Hilfsdichtungswalze 131 aufweisen, die eingerichtet ist, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a zu der Überführungslinie 120 zu führen.
Die erste Schneideinheit 140 kann nacheinander erste Elektrodenfenster 117c in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a ausbilden, das durch die erste Hilfsdichtungsablegeeinheit 130 zugeführt wird, sodass die ersten Elektrodenfenster 117c voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind. Die erste Schneideinheit 140 kann in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a nicht veranschaulichte Verteilerfenster ausbilden, die dem Einlassverteiler und dem Auslassverteiler, zum Beispiel einem Ausgabeverteiler, einer Trenneinrichtung entsprechen.
Ferner kann die erste Schneideinheit 140 an einem Teil der ersten Hilfsdichtungsablegeeinheit 130 installiert sein und kann eine erste Schneidwalze 141 und eine erste Stützwalze 143 aufweisen, die auf der oberen und unteren Seite des Überführungspfads des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a angeordnet sind. Die erste Schneidwalze 141 kann einen Cutter bzw. ein Messer aufweisen, das eingerichtet ist, nacheinander die ersten Elektrodenfenster 117c in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a auszubilden, sodass die ersten Elektrodenfenster 117c mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet sind. Die erste Stützwalze 143 kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a und die erste Schneidwalze 141 unterstützen.
Zudem kann die Vorrichtung 200 ferner einen ersten Filmaufwickler 210 aufweisen, der eingerichtet ist, einen ersten Schutzfilm 211, der an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a angebracht ist, rückzugewinnen und den ersten Schutzfilm 211 in einer Rollenform aufzuwickeln. Der erste Filmaufwickler 210 kann hinter der ersten Schneideinheit 140 an einem Teil der ersten Hilfsdichtungsablegeeinheit 130 installiert sein. Der erste Filmaufwickler kann eine erste Aufwickelwalze 213, die eingerichtet ist, den ersten Schutzfilm 211 in einer Rollenform aufzuwickeln, und eine erste Führungswalze 215 aufweisen, die eingerichtet ist, den ersten Schutzfilm 211 zu der ersten Aufwickelwalze 213 zu führen, der von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a abgezogen wird. Darüber hinaus kann eine Unterdrucksaugeinheit 220 in der bzw. als Teil der Überführungslinie 120 installiert sein, die eingerichtet ist, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a mit einem Unterdruck anzusaugen. Die Unterdrucksaugeinheit 220 weist den gleichen Aufbau auf, wie die der oben genannten Ausführungsform, sodass deren ausführliche Beschreibung hier weggelassen wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 die Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf beiden Seiten der Elektrolytmembran 13, d.h. oberen und unteren Flächen in 7, ausbilden, kann eingerichtet sein, dass Elektrodenmembran-Flachmaterial 16, das auf eine einheitliche Form zugeschnitten ist, aufzunehmen und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien bzw. -bögen 16 auf den ersten Elektrodenfenstern 117c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a abzulegen.
Die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 kann einen Greifroboter aufweisen, der über der Überführungslinie 120 installiert ist und kann ein Paar Greifer 151 aufweisen, die eingerichtet sind, dass Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 mit einem Unterdruck anzusaugen. Um Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufzubringen, kann das Paar Greifer 151 insbesondere so installiert sein, dass es beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 in entgegengesetzten Richtungen nach oben neigt, wenn beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 mit einem Unterdruck angesaugt werden. Die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 weist den gleichen Aufbau wie die der vorgenannten beispielhaften Ausführungsform auf, sodass deren ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
Darüber hinaus kann die zweite Hilfsdichtungszuführeinheit 160 eingerichtet sein, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b, das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 zuzuführen. Insbesondere ist das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b bevor es verarbeitet wird ein Flachmaterial. Die zweite Hilfsdichtungszuführeinheit 160 kann eine zweite Hilfsdichtungswalze 161 aufweisen, die außerhalb der Überführungslinie 120 installiert ist und eingerichtet ist, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b, das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen.
Zudem kann die zweite Schneideinheit 170 aufeinanderfolgend zweite Elektrodenfenster 117d in einem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b ausbilden, das durch die zweite Hilfsdichtungszuführeinheit 160 zugeführt wird, sodass die zweiten Elektrodenfenster 117d voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet werden. Darüber hinaus kann die zweite Schneideinheit 170 nicht veranschaulichte Verteilerfenster in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b ausbilden, die mit dem Einlassverteiler und Auslassverteiler einer Trenneinrichtung korrespondieren.
Die zweite Schneideinheit 170 kann an einem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit 160 installiert sein und kann eine zweite Schneidwalze 171 und eine zweite Stützwalze 173 aufweisen, die auf beiden Seiten des Überführungspfads des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 117b angeordnet sind. Die zweite Schneidwalze 171 kann ein Messer aufweisen, das eingerichtet ist, die zweiten Elektrodenfenster 117d in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b so nacheinander auszubilden, dass die zweiten Elektrodenfenster 117d voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind. Die zweite Stützwalze 173 kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b und die zweite Schneidwalze 171 unterstützen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 200 ferner einen zweiten Filmaufwickler 230 aufweisen, der eingerichtet ist, einen zweiten Schutzfilm 231, der an dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b angebracht ist, rückzugewinnen und den zweiten Schutzfilm 231 in einer Rollenform aufzuwickeln. Der zweite Filmaufwickler 230 kann hinter der zweiten Schneideinheit 170 an einem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit 160 installiert sein. Der zweite Filmaufwickler 230 kann eine zweite Aufwickelwalze 233, die eingerichtet ist, den zweiten Schutzfilm 231 in einer Rollenform aufzuwickeln, und eine zweite Führungswalze 235 aufweisen, die eingerichtet ist, den zweiten Schutzfilm 231, der von dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b abgezogen wird, zu der zweiten Aufwickelwalze 233 zu führen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die MEA-Verbindungseinheit 180 eingerichtet sein, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, unter Verwendung eines Thermokompressionsverfahrens zu verbinden, während sie durch ein Paar Heißwalzen 181 geführt werden. Die MEA-Verbindungseinheit 180 kann entlang der Verlängerungslinie der Überführungslinie 120 außerhalb der Überführungslinie 120 installiert sein. Die MEA-Verbindungseinheit 180 kann auch das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b, die gegenseitig übereinander gestapelt sind, zwischen dem Paar Heißwalzen 181 hindurchführen, um ein MEA-Flachmaterial 183 auszubilden.
Ferner kann ein MEA-Aufwickler 240 hinter der MEA-Verbindungseinheit 180 installiert sein, und kann eingerichtet sein, das MEA-Flachmaterial 183, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b zusammen mit dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a durch die MEA-Verbindungseinheit 180 wie oben beschrieben verbunden worden sind, aufzuwickeln. Der MEA-Aufwickler 240 kann auch eine Aufwickelwalze 241 aufweisen, die eingerichtet ist, das MEA-Flachmaterial 183 in einer Rollenform aufzuwickeln.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Filmabwickler 250, der eingerichtet ist, einen dritten Schutzfilm 253 in Rollenform abzurollen und den dritten Schutzfilm 253 dem MEA-Flachmaterial 183 zuzuführen, an einem Teil des MEA-Aufwicklers 240 installiert sein. Mit anderen Worten kann der Filmabwickler 250 eingerichtet sein, den dritten Schutzfilm 253 an das MEA-Flachmaterial 183 anzubringen. Der Filmabwickler 250 kann eine Abwicklungswalze 251, die eingerichtet ist, den dritten Schutzfilm 253, der in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen, und eine dritte Führungswalze 252 aufweisen, die eingerichtet ist, den dritten Schutzfilm 253 mit Druck zu beaufschlagen, während sie den dritten Schutzfilm 253 zu dem MEA-Flachmaterial 183 führt.
Die Vorrichtung 200 kann ferner eine Vielzahl von nicht veranschaulichten Ortssensoren für ein genaueres Ablegen des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 auf dem ersten Elektrodenfenster 117c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a und ein genaueres Zuführen des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 117b zu dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufweisen. Die Ortssensoren weisen den gleichen Aufbau auf, wie die der vorgenannten beispielhaften Ausführungsformen, sodass deren ausführliche Beschreibung bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weggelassen wird.
Ein Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung der Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die vorgenannten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das auf der ersten Hilfsdichtungswalze 131 der ersten Hilfsdichtungszuführeinheit 130 in einer Rollenform aufgewickelt ist, abgerollt und der Überführungslinie 120 zugeführt werden. Bei diesem Vorgang kann die erste Schneideinheit 140 eingerichtet sein, die ersten Elektrodenfenster 117c in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a unter Verwendung der ersten Schneidwalze 141 und der ersten Stützwalze 143 nacheinander auszubilden, sodass die ersten Elektrodenfenster 117c mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet werden.
Die erste Aufwickelwalze 213 des ersten Filmaufwicklers 210 kann eingerichtet sein, den ersten Schutzfilm bzw. -folie 211, der an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a angebracht ist, in einer Rollenform aufzuwickeln, während der erste Schutzfilm 211 abgezogen wird. Die erste Führungswalze 215 des ersten Filmaufwicklers 210 kann eingerichtet sein, den ersten Schutzfilm 211, der von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a abgezogen wird, zu der ersten Aufwickelwalze 213 zu führen. Das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, bei dem die ersten Elektrodenfenster 117c durch die Schneideinheit 140 ausgebildet werden, kann entlang der Überführungslinie 120, wie oben beschrieben, überführt werden. Insbesondere kann das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a entlang der Überführungslinie 120 überführt werden, wenn es durch die Unterdrucksaugeinheit 72 mit einem Unterdruck angesaugt wird.
Danach kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 die Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf beiden Seiten der Elektrolytmembran 13 ausbilden und kann eingerichtet sein, beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16, das auf eine einheitliche Form zugeschnitten ist, unter Verwendung des Greiferpaars 151 mittels Ansaugen über Unterdruck zu sammeln. Insbesondere kann das Paar Greifer 151 eingerichtet sein, beide gebogenen Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16, das durch einen Unterdruck angesaugt wird, in einem vorbestimmten Winkel zu halten und Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 aufzubringen.
Danach kann die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 eingerichtet sein, entlang der Überführungslinie 120 zu folgen und das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 auf das erste Elektrodenfenster 117c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a abzulegen. Das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 kann auf das erste Elektrodenfenster 117c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a durch die Elektrodenmembranablegeeinheit 150 abgelegt werden und kann entlang der Überführungslinie 120 zusammen mit dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial 117a überführt werden, wenn das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 durch die Unterdrucksaugeinheit 220 mit einem Unterdruck angesaugt worden ist.
Wenn das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 auf das erste Elektrodenfenster 117c des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a, wie oben beschrieben, abgelegt worden ist, kann das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b, das auf der zweiten Hilfsdichtungswalze 161 der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit 160 in einer Rollenform aufgewickelt ist, abgerollt werden und dem Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 zugeführt werden. Während dieses Vorgangs kann die zweite Schneideinheit 170 eingerichtet sein, die zweiten Elektrodenfenster 117d in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b unter Verwendung der zweiten Schneidwalze 171 und der zweiten Stützwalze 173 aufeinanderfolgend auszubilden, um die zweiten Elektrodenfenster 117d mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet vorzusehen.
Insbesondere kann die zweite Aufwickelwalze 233 des zweiten Filmaufwicklers 230 eingerichtet sein, den zweiten Schutzfilm 231, der an dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b angebracht ist, in einer Rollenform aufzuwickeln, während der zweite Schutzfilm 231 abgezogen wird. Die zweite Führungswalze 235 des zweiten Filmaufwicklers 230 kann eingerichtet sein, den zweiten Schutzfilm 231, der von dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial 117b abgezogen wird, zu der zweiten Aufwickelwalze 233 zu führen. Wenn das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b danach bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nacheinander, wie oben beschrieben, aufeinander gestapelt werden, können sie dazu gezwungen werden, zwischen den Heißwalzen 181 der MEA-Verbindungseinheit 180 hindurchzulaufen.
Dementsprechend kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das MEA-Flachmaterial 183, bei dem das erste Hilfsdichtungsflachmaterial 117a, das Elektrodenmembran-Flachmaterial 16 und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial 117b integriert und miteinander verbunden sind, durch Hindurchführen des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials 117a, des Elektrodenmembran-Flachmaterials 16 und des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials 117b, die aufeinander gestapelt sind, zwischen dem Paar Heißwalzen 181 ausgebildet werden. Das MEA-Flachmaterial 183 kann zu dem MEA-Aufwickler 240 überführt werden und die Aufwickelwalze 241 des MEA-Aufwicklers 240 kann eingerichtet sein, das MEA-Flachmaterial 183 in einer Rollenform aufzuwickeln.
Bei dem Vorgang des Aufwickelns des MEA-Flachmaterials 183 über die Aufwickelwalze 241 des MEA-Aufwicklers 240, wie es oben beschrieben worden ist, kann der dritte Schutzfilm 253, der in einer Rollenform aufgewickelt ist, abgerollt werden und der Abwickelwalze 251 des Filmabwicklers 250 zugeführt werden. Die dritte Führungswalze 253 des MEA-Aufwicklers 240 kann eingerichtet sein, den dritten Schutzfilm 253 zu dem MEA-Flachmaterial 183 zu führen und den dritten Schutzfilm 253 an dem MEA-Flachmaterial 183 unter Druck zu setzen und somit den dritten Schutzfilm 253 an das MEA-Flachmaterial 183 anzubringen.
Wenn das MEA-Flachmaterial 183 unter Verwendung einer Reihe der vorgenannten Vorgänge bzw. Prozesse hergestellt wird und wenn das MEA Flachmaterial 183 abgerollt wird und das MEA-Flachmaterial 183 einschließlich der Elektrodenkatalysatorschichten 15 auf eine einheitliche Form zugeschnitten wird, kann dementsprechend die Membran-Elektrodenanordnung 10 für eine Brennstoffzelle, wie zum Beispiel die der vorgenannten beispielhaften Ausführungsform, hergestellt werden.
Der verbleibende Aufbau und die anderen Effekte der Vorrichtung 200 zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit der derzeitigen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie die der vorgenannten beispielhaften Ausführungsform, sodass deren ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
Obwohl die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist der technische Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die in dieser Beschreibung vorgeschlagenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Der Fachmann, für den der technische Rahmen der vorliegenden Erfindung verständlich ist, kann auf einfache Weise andere beispielhafte Ausführungsformen durch Ergänzen, Verändern, Entnehmen und Ersetzen von Bestandteilen vorschlagen, die im Bereich des gleichen technischen Rahmens liegen. Dabei sind diese Ergänzungen, Veränderungen, Entnahmen und Ersetzungen als in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallend anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Membran-Elektrodenanordnung
13: Elektrolytmembran
15: Elektrodenkatalysatorschichten
16: Elektrodenmembran-Flachmaterial
17: Hilfsdichtung bzw. Hilfsmanschette
17a: erstes Hilfsdichtungs- bzw. Hilfsmanschettenflachmaterial
17b: zweites Hilfsdichtungs- bzw. Hilfsmanschettenflachmaterial
17c: erstes Elektrodenfenster
17d: zweites Elektrodenfenster
20: Überführungslinie bzw. Überführungsstraße
21: Hauptfördereinrichtung
23, 84: Förderrolle bzw. -walze
25, 86: Förderband
30: Hilfsdichtungs- bzw. Hilfsmanschettenzuführeinheit
31: Hilfsdichtungsrolle bzw. -walze
40: Elektrodenmembranablegeeinheit
41: erster Greifer
50: Hilfsdichtungsablegeeinheit
51: zweiter Greifer
60: MEA-Verbindungseinheit
61: Heißrolle bzw. -walze
63: MEA-Flachmaterial
65: MEA-Aufwickler
67: zweite Aufwickelrolle bzw. -walze
71: erster Schutzfilm bzw. -folie
72: Unterdrucksaugeinheit
73: Film- bzw. Folienaufwickler
75: erste Aufwickelrolle bzw. -walze
77: erste Führungsrolle bzw. -walze
81: elektrostatischer Generator
82: Hilfsfördereinrichtung
83: zweiter Schutzfilm
85: Filmabwickler
87: Abwickelrolle bzw. -walze
89: zweite Führungsrolle bzw. -walze
90: Steuerung
91: erster Ortssensor
92: zweiter Ortssensor
93: dritter Ortssensor
95: Encoder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0142799 [0001]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, die aufweist: eine Hilfsdichtungszuführeinheit, die eingerichtet ist, nacheinander erste Elektrodenfenster auszubilden, sodass die ersten Fenster voneinander mit vorbestimmten Abständen beabstandet sind, ein in einer Rollenform aufgewickeltes erstes Hilfsdichtungsflachmaterial abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial einer Überführungslinie zuzuführen; eine Elektrodenmembranablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran auszubilden, das Elektrodenmembran-Flachmaterial, das auf eine einheitliche Form zugeschnitten ist, zu sammeln und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien auf dem ersten Elektrodenfenster des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials abzulegen; eine Hilfsdichtungsablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, zweite Elektrodenfenster auszubilden, ein auf eine einheitliche Form zugeschnittenes zweites Hilfsdichtungsflachmaterial aufzunehmen und die zweiten Hilfsdichtungsflachmaterialen auf dem Elektrodenmembran-Flachmaterial abzulegen; und Membran-Elektrodenanordnung-Verbindungseinheiten (MEA-Verbindungseinheiten), die bei einer oberen und unteren Seite der Überführungslinie installiert sind und eingerichtet sind, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, die übereinander gestapelt sind, miteinander zu verbinden, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial zwischen einem Paar Heißwalzen entlang der Überführungslinie hindurchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem MEA-Aufwickler, der hinter den MEA-Verbindungseinheiten installiert ist und eingerichtet ist, ein MEA-Flachmaterial in einer Rollenform aufzuwickeln, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial durch die MEA-Verbindungseinheiten an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einem Filmaufwickler, der an einem Teil der Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, einen Schutzfilm des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln; und einem Filmabwickler, der an einem Teil des MEA-Aufwicklers installiert ist und eingerichtet ist, den Schutzfilm in Rollenform abzurollen und den abgerollten Schutzfilm dem MEA-Flachmaterial zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einem ersten Ortssensor, einem zweiten Ortssensor und einem dritten Ortssensor, die außerhalb der Überführungslinie installiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der erste Ortssensor eingerichtet ist, einen Kantenort des ersten Elektrodenfensters von dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erfassen, der zweite Ortssensor eingerichtet ist, einen Kantenort des Elektrodenmembran-Flachmaterials zu erfassen, und der dritte Ortssensor eingerichtet ist, einen Kantenort des zweiten Elektrodenfensters von dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erfassen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: einer Unterdrucksaugeinheit, die bei der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial und das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: einem elektrostatischen Generator, der über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, statische Elektrizität bei dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial zu erzeugen, um das auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial abgelegte zweite Hilfsdichtungsflachmaterial unter Verwendung der statischen Elektrizität an dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial anzubringen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Elektrodenmembranablegeeinheit ein Paar erste Greifer aufweist, das eingerichtet ist, das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Paar erster Greifer installiert ist, um beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials in entgegengesetzte Richtungen nach oben zu neigen, und eingerichtet ist, beide Enden des Elektrodenmembran-Flachmaterials mit einem Unterdruck anzusaugen und eine Spannung auf das Elektrodenmembran-Flachmaterial auszuüben.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Hilfsdichtungsablegeeinheit ein Paar zweite Greifer aufweist, das eingerichtet ist, das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Paar zweiter Greifer installiert ist, um beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials in entgegengesetzte Richtung nach oben zu neigen, und eingerichtet ist, beide Enden des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials mit einem Unterdruck anzusaugen und eine Spannung auf das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial aufzubringen.
Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, mit: einer ersten Hilfsdichtungszuführeinheit, die eingerichtet ist, ein erstes Hilfsdichtungsflachmaterial, das in einer Rollenform aufgewickelt ist, abzurollen und das erste Hilfsdichtungsflachmaterial einer Überführungslinie zuzuführen; einer ersten Schneideinheit, die an einem Teil der ersten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, nacheinander erste Elektrodenfenster in dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial auszubilden, das über die erste Hilfsdichtungszuführeinheit zugeführt wird, um die ersten Elektrodenfenster mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet vorzusehen; eine Elektrodenmembranablegeeinheit, die über der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran auszubilden, ein auf eine einheitliche Form zugeschnittenes Elektrodenmembran-Flachmaterial aufzunehmen und die Elektrodenmembran-Flachmaterialien auf den ersten Elektrodenfenstern des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials abzulegen; einer zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit, die außerhalb der Überführungslinie installiert ist und eingerichtet ist, ein zweites in einer Rollenform aufgewickeltes Hilfsdichtungsflachmaterial abzurollen und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial dem Elektrodenmembran-Flachmaterial zuzuführen; einer zweiten Schneideinheit, die an einem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, nacheinander zweite Elektrodenfenster in dem zweiten Hilfsdichtungsflachmaterial auszubilden, das über die zweite Hilfsdichtungszuführeinheit zugeführt wird, um die zweiten Elektrodenfenster mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet vorzusehen; und Verbindungseinheiten für eine Membran-Elektrodenanordnung (MEA-Verbindungseinheiten), die außerhalb der Überführungslinie installiert und eingerichtet sind, das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial, die gegenseitig aufeinander gestapelt sind, miteinander zu verbinden, während das erste Hilfsdichtungsflachmaterial, das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial zwischen ein Paar Heißwalzen geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit: einem MEA-Aufwickler, der hinter den MEA-Verbindungseinheiten installiert ist und eingerichtet ist, ein MEA-Flachmaterial in einer Rollenform aufzuwickeln, bei dem das Elektrodenmembran-Flachmaterial und das zweite Hilfsdichtungsflachmaterial durch die MEA-Verbindungseinheiten mit dem ersten Hilfsdichtungsflachmaterial verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner mit: einem Filmaufwickler, der an dem Teil der ersten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, einen Schutzfilm des ersten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln; einem zweiten Filmaufwickler, der an dem Teil der zweiten Hilfsdichtungszuführeinheit installiert ist und eingerichtet ist, einen Schutzfilm des zweiten Hilfsdichtungsflachmaterials rückzugewinnen und den Schutzfilm in einer Rollenform aufzuwickeln; und einem Filmabwickler, der an einem Teil des MEA-Aufwicklers installiert ist und eingerichtet ist, den Schutzfilm in einer Rollenform abzurollen und den abgerollten Schutzfilm dem MEA-Flachmaterial zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Elektrodenmembranablegeeinheit ein Paar erste Greifer aufweist, das eingerichtet ist, das Elektrodenmembran-Flachmaterial mit einem Unterdruck anzusaugen.
Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, hergestellt durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens und eines Flachmaterialablegeverfahrens, wobei Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran ausgebildet sind und jeweils Hilfsdichtungen an Kantenseiten der Elektrodenkatalysatorschichten ausgebildet sind, und ein Ende der Elektrolytmembran in einen Teilbereich zwischen den Hilfsdichtungen hervorsteht.
Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 16, bei der eine Verbindungseinheit, die eingerichtet ist, die Elektrolytmembran und die Elektrodenkatalysatorschichten zu fixieren, in verbleibenden Bereichen zwischen den Hilfsdichtungen ausgebildet ist.
Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 16 oder 17, bei der das Ende der Elektrolytmembran in einen Teilbereich hervorsteht, der zu einem Gesamtbereich zwischen den Hilfsdichtungen gehört und in etwa 33 % des Gesamtbereichs beträgt.
Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, hergestellt durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 12 unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens und eines Flachmaterialablegeverfahrens, wobei Elektrodenkatalysatorschichten auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran ausgebildet sind und Hilfsdichtungen jeweils an Kantenseiten der Elektrodenkatalysatorschichten ausgebildet sind, und ein Ende der Elektrolytmembran in einen Teilbereich zwischen den Hilfsdichtungen hervorsteht.
Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 19, bei der eine Verbindungseinheit, die eingerichtet ist, die Elektrolytmembran und die Elektrodenkatalysatorschichten zu fixieren, in verbleibenden Bereichen zwischen den Hilfsdichtungen ausgebildet ist.
Membran-Elektrodenanordnung nach Anspruch 19 oder 20, bei der das Ende der Elektrolytmembran in einen Teilbereich hervorsteht, der zu einem Gesamtbereich zwischen den Hilfsdichtungen gehört und in etwa 33 % des Gesamtbereichs beträgt.