DE102016224398A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen einer membranelektrodenanordnung einer brennstoffzelle - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellen einer membranelektrodenanordnung einer brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung einer Brennstoffzelle umfasst: eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, die eine Elektrolytmembran abwickelt und die abgewickelte Elektrolytmembran an eine voreingestellte Übergabestrecke zuführt; eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in der Seite der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung angebracht ist und eine andere Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem ersten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung beschichtet; eine Filmverarbeitungseinheit, die in der Rückseite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, einen zweiten Schutzfilm auf eine erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran zuführt und den ersten Schutzfilm von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran abnimmt; und eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in einer Rückseite der Filmverarbeitungseinheit angebracht ist und die eine Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem zweiten katalytischen Material beschichtet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Herstellen einer Brennstoffzellenstapelkomponente und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzelle.
  • HINTERGRUND
  • Wie bekannt ist, erzeugt eine Brennstoffzelle Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Die Brennstoffzelle kann kontinuierlich elektrische Energie nach Empfangen eines chemischen Reaktionsmittels von außen ohne einen separaten Lade- bzw. Füllvorgang erzeugen.
  • Die Brennstoffzelle kann Separatoren (oder Bipolarplatten), die an beiden Seiten einer Membranelektrodenanordnung (MEA) dort dazwischen angeordnet sind, umfassen. Eine Mehrzahl von Brennstoffzellen kann angeordnet sein, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
  • Hierbei umfasst die Membranelektrodenanordnung, die ein Beispiel einer Hauptkomponente der Brennstoffzelle als eine Dreischichtstruktur darstellt, eine Elektrolytmembran, in der Wasserstoffionen übertragen werden, eine Anodenkatalysator-Elektrodenschicht, die auf einer Oberfläche der Elektrolytmembran gebildet ist, und eine Kathodenkatalysator-Elektrodenschicht, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran gebildet ist. Ein Direktbeschichtungsverfahren und ein Abziehverfahren (Decal-Verfahren) stellen Beispiele eines Verfahrens zum Herstellen der Dreischichtstruktur-Membranelektrodenanordnung dar.
  • In einem Rolle-zu-Rolle-Prozess zum Abwickeln einer in einer Rollenform gewickelten Elektrolytmembran und Bilden einer Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran, kann ein Verfahren zum direkten Auftragen einer Katalysatoraufschlämmung auf der Elektrolytmembran aufgrund einer schwachen (oder schlechten) Eigenschaft der Elektrolytmembran nicht eingesetzt werden.
  • Somit kann die Katalysatorelektrodenschicht nicht direkt auf der Elektrolytmembran in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess gemäß einem Stand der Technik aufgetragen werden, so dass das Abziehverfahren zum Übertragen der Katalysatorelektrodenschicht auf der Elektrolytmembran verwendet wird, nachdem die Katalysatorelektrodenschicht auf einem separaten Trennfilm aufgetragen ist.
  • In dem Abziehverfahren durchlaufen/passieren ein mit jeder Katalysatorelektrodenschicht beschichteter Trennfilm vom Walzentyp und eine Elektrolytmembran vom Walzentyp eine Verbindungswalze (Bondwalze) mit hoher Temperatur und hohem Druck, um laminiert (thermisch komprimiert) zu werden, und der Trennfilm wird entfernt, so dass die Membranelektrodenanordnung der Dreischichtstruktur hergestellt wird.
  • In dem Abziehverfahren unter Verwendung des Walzen-Laminierungsverfahrens ist es jedoch in einem Zustand, in dem der Trennfilm, der mit jeder Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Seiten über der dort dazwischen eingefügten Elektrolytmembran beschichtet ist, positioniert wird, da sie zwischen den Verbindungswalzen mit hoher Temperatur und hohem Druck durchlaufen und die Katalysatorelektrodenschicht und die Elektrolytmembran in den Richtungen laminiert werden, so dass sie einander berühren, schwierig, die Laminierungspositionen der Anoden-Katalysatorelektrodenschicht und der Kathoden-Katalysatorelektrodenschicht auszurichten.
  • Mit anderen Worten laufen der Trennfilm und die Elektrolytmembran kontinuierlich zwischen den Verbindungswalzen mit hoher Temperatur und hohem Druck durch, die immer gepresst werden, und die Katalysatorelektrodenschicht wird auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran laminiert, und in diesem kontinuierlichen Walzenlaminierungsverfahren ist es schwierig, die Laminierungspositionen der Katalysatorelektrodenschichten durch eine Vorschubgeschwindigkeitsdifferenz des Trennfilms in Übereinstimmung zu bringen.
  • Ein weiterer Grund, dass die Laminierungspositionen der Anoden-Katalysatorelektrodenschicht und der Kathoden-Katalysatorelektrodenschicht schwierig auszurichten sind, liegt darin, dass ein Abstand zwischen der Katalysatorelektrodenschichten in dem Prozess zum Herstellen der Katalysatorelektrodenschicht der kontinuierlichen Muster durch Auftragen der Katalysatoraufschlämmung auf dem Trennfilm nicht konstant ist.
  • Somit, wenn die Membranelektrodenanordnung (MEA) durch das Abziehverfahren gemäß einem Stand der Technik hergestellt wird, ist eine Ausfallrate sehr hoch und die Produktionsrate der MEA ist gering, so dass die Produktivität reduziert wird.
  • Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können demzufolge Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung ist im Bestreben gemacht worden, um eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzelle bereitzustellen, die in der Lage sind, eine geringwertige Eigenschaft einer Elektrolytmembran in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess zu kompensieren und eine Katalysatorelektrodenschicht auf der Elektrolytmembran direkt aufzutragen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, die eine Elektrolytmembran abwickelt, die eine Fläche/Oberfläche umfasst, die durch einen ersten Schutzfilm angebracht ist, und in einer Rollenform gewickelt ist, und die die abgewickelte Elektrolytmembran auf eine voreingestellte Übergabestrecke zuführt; eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in der Seite der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung angebracht ist und die andere Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem ersten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung beschichtet; eine Filmverarbeitungseinheit, die in der Rückseite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, einen zweiten Schutzfilm auf eine erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran zuführt und den ersten Schutzfilm von einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran abnimmt; und eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in der Rückseite der Filmverarbeitungseinheit angebracht ist und eine Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem zweiten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung beschichtet.
  • Die Elektrolytmembran kann entlang der Übergabestrecke durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren übertragen werden.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle kann ferner umfassen: einen ersten Trockenofen, der in der Mitte der Übergabestrecke zwischen der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung und der Filmverarbeitungseinheit angebracht ist und die erste Katalysatorelektrodenschicht trocknet.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle kann ferner umfassen: einen zweiten Trockenofen, der in der Mitte der Übergabestrecke in der Rückseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist und die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran trocknet.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle kann ferner umfassen eine MEA-Wickelvorrichtung, die in der Rückseite des zweiten Trockenofens angebracht ist und ein MEA-Blattrolle wickelt, in der die erste Katalysatorelektrodenschicht auf dem zweiten Schutzfilm und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Flächen/Oberflächen der Elektrolytmembran gebildet sind.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle kann ferner umfassen einen Positionssensor, der in der Vorderseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht abtastet/erfasst und das abgetastete/erfasste Signal an eine Steuerung (Controller) ausgibt.
  • Die Steuerung kann eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung gemäß dem erfassten Signal des Positionssensors bestimmen.
  • Die Filmverarbeitungseinheit kann umfassen: eine Film-Wickelvorrichtung, die in einer Seite der Übergabestrecke angebracht ist und den ersten Schutzfilm von einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran abnimmt, um die Elektrolytmembran in einer Rollenform zu wickeln; und eine Film-Abwickelvorrichtung, die der Film-Wickelvorrichtung entspricht, die in der anderen Seite der Übergabestrecke angebracht ist und den zweiten Schutzfilm abwickelt, um den zweiten Schutzfilm auf die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran zuzuführen.
  • Die Filmverarbeitungseinheit kann die Film-Wickelvorrichtung und die Film-Abwickelvorrichtung in einem einzelnen Kassettenkörper bilden.
  • Die Film-Abwickelvorrichtung kann umfassen: eine Aufwickelrolle, die den ersten Schutzfilm in einer Rollenform wickelt; und eine erste Führungsrolle, die den ersten Schutzfilm, der von einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran abgezogen ist, an die Aufwickelrolle führt.
  • Die Film-Abwickelvorrichtung kann umfassen: eine Abwickelrolle, die den zweiten Schutzfilm, der in einer Rollenform gewickelt ist, abwickelt; und eine zweite Führungsrolle, die den zweiten Schutzfilm auf die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran führt.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung und die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung können umfassen eine Schlitzdüse, die eine Langschlitzdüse, die entlang einer Breitenrichtung der Elektrolytmembran gebildet ist, umfasst.
  • Eine erste Stützrolle, die eine Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran abstützt, kann in der Seite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht sein.
  • Eine zweite Stützrolle, die die andere Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran abstützt, kann in der Seite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle ein Abwickeln, durch eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, einer Elektrolytmembran, die eine Fläche/Oberfläche umfasst, die durch einen ersten Schutzfilm angebracht ist, und in einer Rollenform gewickelt ist, und Zuführen, durch die Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, der abgewickelten Elektrolytmembran an eine voreingestellte Übergabestrecke; Beschichten, durch eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem ersten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung; Zuführen, durch eine Filmverarbeitungseinheit, eines zweiten Schutzfilms auf eine erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran und Abnehmen/Abziehen, durch die Filmverarbeitungseinheit, des ersten Schutzfilms von einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran; und Beschichten, durch eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem zweiten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung.
  • In einem Prozess, in dem die Elektrolytmembran entlang der durch einen Rolle-zu-Rolle-Prozess übertragen wird, kann das erste katalytische Material auf die andere Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran durch die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung in einem Zustand aufgetragen werden, in dem der erste Schutzfilm an einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran angebracht wird.
  • In einem Prozess, in dem die Elektrolytmembran entlang der Übergabestrecke durch einen Rolle-zu-Rolle-Prozess übertragen wird, kann das zweite katalytische Material auf eine Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran durch die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung in einem Zustand aufgetragen werden, in dem der zweite Schutzfilm an der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran angebracht wird.
  • Ein erster Trockenofen kann die Elektrolytmembran durchlaufen lassen und kann die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran trocknen.
  • Eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran kann durch einen Positionssensor abgetastet/erfasst werden und das erfasste Signal kann an eine Steuerung ausgegeben werden.
  • Eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorelektrodenschicht kann gemäß dem erfassten Signal des Positionssensors durch die Steuerung eingestellt/angepasst werden.
  • Ein zweiter Trockenofen kann die Elektrolytmembran durchlaufen lassen und kann die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran und eine zweite Katalysatorelektrodenschicht auf einer Fläche/Oberfläche der Elektrolytmembran trocknen.
  • Der zweite Trockenofen kann eine MEA-Blattrolle durchlaufen lassen, in der die erste Katalysatorelektrodenschicht auf dem zweiten Schutzfilm und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Flächen/Oberflächen der Elektrolytmembran gebildet sind.
  • Die MEA-Blattrolle kann in einer Rollenform durch eine MEA-Wickelvorrichtung gewickelt werden.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen kann eine Eigenschaft der Elektrolytmembran gut beibehalten werden und ein katalytisches Material kann direkt auf beiden Flächen/Oberflächen der Elektrolytmembran unter Verwendung eines Prozesses des ersten Schutzfilms und des zweiten Schutzfilms in dem Rolle-zu-Rolle-Prozess aufgetragen werden.
  • Demzufolge kann im Gegensatz zu dem Abziehverfahren zum Übertragen der Katalysatorelektrodenschicht auf die Elektrolytmembran gemäß dem Stand der Technik das katalytische Material auf beiden Flächen/Oberflächen der Elektrolytmembran unter Verwendung eines Direktbeschichtungsverfahrens in dem Rolle-zu-Rolle-Prozess gebildet werden. Daher kann eine gute Qualität der Membranelektrodenanordnung (MEA) sichergestellt werden, eine Prozesszeit zum Herstellen der MEA kann verkürzt werden und die Produktivität der MEA kann verbessert werden.
  • Ferner kann gemäß den Ausführungsformen ein Prozess und eine Ausrüstung/Anlage zum Übertragen/Übergeben der Katalysatorelektrodenschicht auf die Elektrolytmembran gemäß dem Stand der Technik entfernt werden und können somit Investitionskosten für Einrichtungen und Wartungskosten des Betreibers reduzieren. Zusätzlich kann ein kostengünstiger Schutzfilm anstelle eines kostspieligen Schutzfilms verwendet werden, wodurch die Materialkosten zufolge der Produktion der MEA verringert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Während die Zeichnungen in Verbindung mit dem beschrieben worden sind, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Zeichnungen beschränkt ist.
  • 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 2 zeigt eine vereinfachte Ansicht, die eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung und eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung darstellt, die bei der Vorrichtung zum Herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung eine Anwendung finden.
  • 3 zeigt eine Ansicht zum Erläutern eines Betriebs der Vorrichtung zum Herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung beschreibt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Wie ein Fachmann erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise modifiziert werden, und das alles ohne von der Lehre oder dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Teile/Abschnitte, die keinen Bezug zur Beschreibung aufweisen, werden weggelassen, um die vorliegende Offenbarung explizit zu erläutern, und die gleichen Bezugszeichen werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente in der gesamten Beschreibung verwendet.
  • In den Zeichnungen werden die Größe und Dicke/Stärke eines jeden Elements zum besseren Verständnis und zur einfachen Beschreibung näherungsweise dargestellt. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Zeichnungen beschränkt und die Dicken/Stärken von Schichten, Filmen/Folien, Paneelen/Platten, Bereichen usw. werden der Klarheit halber übertrieben dargestellt.
  • Ferner werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung die Namen/Bezeichnungen von Bestandteilen, die in derselben Beziehung stehen, in “der/die/das erste“, “der/die/das zweite“ und dergleichen unterteilt, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Reihenfolge in der folgenden Beschreibung beschränkt.
  • In der Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben, wird das Wort “aufweisen/umfassen“ und Variationen wie “aufweist/umfasst“ oder “aufweisend/umfassend“ so verstanden, dass es die Einbeziehung der angegebenen Elemente, aber nicht den Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen beinhaltet.
  • Darüber hinaus bezieht sich die Terminologie wie “...-Einheit“, “...-Mittel“, “...-Teil“ oder “...-Element“, die/das in der Beschreibung offenbart ist, auf eine Einheit eines alle einschließenden Bestandteils, der zumindest eine der Funktionen oder Operationen durchführt.
  • 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Vorrichtung zum Herstellen einer MEA einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einem automatisierten System zum automatischen und kontinuierlichen Herstellen einer in einem Brennstoffzellenstapel umfassten Komponente einer Elementarzelle angewendet werden.
  • In dem automatisierten System kann die Vorrichtung 100 die MEA unter Verwendung eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens herstellen. Die MEA kann Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 umfassen, die auf beiden Oberflächen einer Elektrolytmembran 1 gebildet sind.
  • Hierbei kann das Rolle-zu-Rolle-Verfahren ein Verfahren bezeichnen, bei dem die in einer Rollenform gewickelte Elektrolytmembran 1 abgewickelt wird, um entlang einer voreingestellten Übergabestrecke 9 durch Übertragungsrollen/Übertragungswalzen übergeben/übertragen zu werden, und die Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 gebildet werden. Die voreingestellte Übergabestrecke 9 ist in 1 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellte.
  • Die Vorrichtung 100 kann eine Blattrolle herstellen, bei der die Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 gebildet sind, und kann einen Prozess umfassen, der die Blattrolle in einer Rollenform wickelt.
  • Das automatisierte System kann die in einer Rollenform gewickelte Blattrolle abwickeln, um die abgewickelte Blattrolle in einer Einheit/Einheitsform abzutrennen, und kann eine Membranelektrodenanordnung mit einer Dreischichtstruktur herstellen, bei der die Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 gebildet sind.
  • Die Vorrichtung 100 kann eine minderwertige Eigenschaft der Elektrolytmembran 1 in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren ausgleichen und kann die Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 unter Verwendung eines Direktbeschichtungsverfahrens bilden.
  • Die Vorrichtung 100 kann eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110, eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130, eine Filmverarbeitungseinheit 150, eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 und eine MEA-Wickelvorrichtung 190 umfassen.
  • Diese Bestandteile sind in einem Hauptrahmen des automatisierten Systems ausgebildet und in diesem Fall kann der Hauptrahmen, der in der oberen und unteren Richtung aufgebaut ist und jedes der Bestandteile trägt/lagert, durch einen Rahmen oder zwei oder mehrere abgetrennte/unterteilte Rahmen gebildet sein.
  • Der Hauptrahmen kann verschiedene Unterelemente/Zwischenelemente umfassen, um die Bestandteile der Vorrichtung 100 zu tragen/lagern, wie beispielsweise eine Klammer/Halterung, eine Schiene, eine Stange, eine Platte, einen Behälter, ein Gehäuse, einen Block und dergleichen.
  • Da jedoch die verschiedenen Unterelemente dazu vorgesehen sind, um die Bestandteile der Vorrichtung 100, die beschrieben werden, an dem Hauptrahmen anzubringen, werden die verschiedenen Unterelemente im Allgemeinen als Hauptrahmen in der vorliegenden Offenbarung bezeichnet.
  • Die Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 kann die Elektrolytmembran 1, die in einer Rollenform gewickelt ist, abwickeln, und kann die abgewickelte Elektrolytmembran an eine vorgegebene Übergabestrecke 9 zuführen.
  • Hierbei wird die Elektrolytmembran 1, die sich in einem Zustand einer Blattrolle befindet, in einer Rollenform gewickelt und ein erster Schutzfilm 2 kann an eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebracht werden. Die Kosten des ersten Schutzfilms 2 können ungefähr 1/10 der Kosten einer Trennfolie bzw. eines Trennfilms betragen und der Schutzfilm kann die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 lagern/stützen.
  • Die Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 kann drehbar in dem Hauptrahmen bei einer Startposition der Übergabestrecke 9 angebracht sein und kann eine Zuführrollre/Zuführwalze 111 umfassen, die die in einer Rollenform gewickelte Elektrolytmembran 1 abwickelt und die abgewickelte Elektrolytmembran an die Übergabestrecke 9 zuführt.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 kann eine andere/weitere Oberfläche der Elektrolytmembran 1, auf der der erste Schutzfilm 2 angebracht ist, mit einer Katalysatoraufschlämmung (oder einem ersten katalytischen Material) direkt beschichten bzw. eine Katalysatoraufschlämmung (oder ein erstes katalytisches Material) auf eine andere/weitere Oberfläche der Elektrolytmembran 1, auf der der erste Schutzfilm 2 angebracht ist, direkt auftragen.
  • Mit anderen Worten kann die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bei jeder voreingestellten Teilung mit einem ersten katalytischen Material 3a beschichten, und erste Katalysatorelektrodenschichten 3, die von der Teilung beabstandet sind, können auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet werden. Das erste katalytische Material 3a kann ein katalytisches Anodenmaterial sein, das eine Anoden-Katalysatorelektrodenschicht der MEA bildet.
  • Die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 kann in einer Rückseite der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 angebracht sein. Wie in 2 gezeigt, kann die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 eine erste Schlitzdüse 131 umfassen, die das erste katalytische Material 3a auf die äußere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bei jeder vorgegebenen Teilung sprüht bzw. aufsprüht. Die Teilung kann ein Teilungsabstand sein. Die erste Schlitzdüse 131 kann das erste katalytische Material 3a auf die äußere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch eine Langschlitzdüse 133 auftragen, die eine erste Schlitzdüse ist und entlang einer Breitenrichtung der Elektrolytmembran 1 gebildet ist.
  • Hierbei kann in einem Prozess, bei dem die Elektrolytmembran 1 von der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 entlang der Übergabestrecke 9 durch den Rolle-zu-Rolle-Prozess übertragen wird, die erste Schlitzdüse 131 das erste katalytische Material 3a direkt auf die äußere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch die erste Schlitzdüse 133 in einem Zustand auftragen, bei dem der erste Schutzfilm 2 an einer Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebracht ist.
  • Die erste Schlitzdüse 131 kann das erste katalytische Material 3a auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 in einem Zustand auftragen, bei dem die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der erste Schutzfilm 2 angebracht ist, durch eine erste Stützrolle 135 gelagert/abgestützt wird.
  • Die erste Stützrolle 135 kann drehbar in dem Hauptrahmen an der Seite der ersten Schlitzdüse 131 angebracht sein, kann die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der erste Schutzfilm 2 angebracht ist, lagern/tragen und kann eine Funktion einer Übertragungsrolle/Übertragungswalze durchführen, die die Elektrolytmembran 1 entlang der Übergabestrecke 9 überträgt.
  • Die vorliegende Offenbarung kann einen ersten Trockenofen 210 umfassen, der die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 des ersten katalytischen Materials 3a trocknet, das auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 aufgetragen ist.
  • Der erste Trockenofen 210 kann in der Rückseite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 angebracht sein und kann in der Mitte der Übergabestrecke 9 zwischen der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 und der Filmverarbeitungseinheit 150 angebracht sein.
  • Der erste Trockenofen 210 kann beispielsweise eine Trocknungskammer umfassen, die die Elektrolytmembran 1 entlang der Übergabestrecke 9 durchlaufen lässt, kann Heißluft oder Luft bei Raumtemperatur auf die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche in der Elektrolytmembran 1 in der Trocknungskammer ausströmen und kann die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 trocknen.
  • Die Filmverarbeitungseinheit 150 kann einen zweiten Schutzfilm 4 auf die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 zuführen und kann den ersten Schutzfilm 2 von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 abnehmen.
  • Mit anderen Worten, in einem Zustand, bei dem die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet ist, kann die Filmverarbeitungseinheit 150 den zweiten Schutzfilm 4 auf der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 anbringen und kann den an der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebrachten ersten Schutzfilm 2 abnehmen/abziehen.
  • Die Filmverarbeitungseinheit 150 kann in einer Rückseite der Filmverarbeitungseinheit 150 angebracht sein, die in einer Rückseite des ersten Trockenofens 210 angeordnet ist, und kann in beiden Seiten der Übergabestrecke 9 angebracht sein. Die Filmverarbeitungseinheit 150 kann eine Film-Wickelvorrichtung 151 und eine Film-Abwickelvorrichtung 161 umfassen.
  • Die Film-Wickelvorrichtung 151 kann den ersten Schutzfilm 2 von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 abnehmen, um die Elektrolytmembran in einer Rollenform zu wickeln, und kann in einer Seite (oder in der unteren Seite) der Übergabestrecke 9 angebracht sein, die in der Rückseite des ersten Trockenofens 210 angeordnet ist.
  • Die Film-Wickelvorrichtung 151 kann umfassen eine Wickelrolle bzw. Aufwickelrolle 153, die den ersten Schutzfilm 2, der von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 abgenommen wird, in einer Rollenform wickelt, und eine erste Führungsrolle 155, die den ersten Schutzfilm 2, der von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 abgenommen wird, an die Wickelrolle 153 führt.
  • Die Film-Abwickelvorrichtung 161, die der Film-Wickelvorrichtung 151 entspricht, kann den zweiten Schutzfilm 4 abwickeln, um den zweiten Schutzfilm 4 auf die erste Katalysatorelektrodenschicht 3, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet ist, zuzuführen, und kann in der anderen Seite (oder in der oberen Seite) der Übergabestrecke 9 angebracht sein.
  • Die Film-Abwickelvorrichtung 161 kann umfassen eine Abwickelrolle 163, die den zweiten in einer Rollenform gewickelten Schutzfilm 4 abwickelt, und eine zweite Führungsrolle 165, die den zweiten Schutzfilm 4 auf der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 führt.
  • Hierbei können sich die Wickelrolle 153 und die Abwickelrolle 163 in derselben Richtung drehen, und die erste Führungsrolle 155 und die zweite Führungsrolle 165, die an beiden Seiten der Elektrolytmembran 1 angeordnet sind, können sich in der entgegengesetzten Richtung drehen.
  • Die Film-Wickelvorrichtung 151 und die Film-Abwickelvorrichtung 161, die in der Filmverarbeitungseinheit 150 umfasst sind, können in einem einzelnen Kassettenkörper 169 gebildet sein und der Kassettenkörper 169 kann lösbar/entnehmbar in dem Hauptrahmen angebracht sein.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 kann die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1, von der der erste Schutzfilm 2 durch die Film-Wickelvorrichtung 151 der Filmverarbeitungseinheit 150 abgenommen ist, mit einer Katalysatoraufschlämmung (oder einem zweiten katalytischen Material) direkt beschichten bzw. eine Katalysatoraufschlämmung (oder eine zweites katalytisches Material) direkt auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1, von der der erste Schutzfilm 2 durch die Film-Wickelvorrichtung 151 der Filmverarbeitungseinheit 150 abgenommen ist, auftragen.
  • Mit anderen Worten kann die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bei jeder voreingestellten Teilung mit dem zweiten katalytischen Material 3a beschichten, und zweite Katalysatorelektrodenschichten 5, die durch die Teilung beabstandet sind, können auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet werden. Das zweite katalytische Material 3a kann ein katalytisches Kathodenmaterial sein, das eine Kathoden-Katalysatorelektrodenschicht der MEA bildet.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 kann das zweite katalytische Material 5a auf eine voreingestellte Fläche bzw. einen voreingestellten Bereich der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 auftragen. Die vorgegebene Fläche kann der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 entsprechen, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet wird.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 kann in der Rückseite der Filmverarbeitungseinheit 150 angebracht sein. Wie in 2 gezeigt, kann die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 eine zweite Schlitzdüse 171 umfassen, die das zweite katalytische Material 5a auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bei jeder vorgegebenen Teilung sprüht/aufsprüht, um der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 zu entsprechen. Die Teilung kann ein Teilungsabstand sein. Die zweite Schlitzdüse 171 kann das zweite katalytische Material 5a auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch eine Langschlitzdüse 173 auftragen, die eine zweite Düse darstellt und entlang einer Breitenrichtung der Elektrolytmembran 1 gebildet ist.
  • Hierbei, in einem Prozess, bei dem die Elektrolytmembran 1 entlang der Übergabestrecke 9 durch den Rolle-zu-Rolle-Prozess übertragen wird, kann die zweite Schlitzdüse 171 das zweite katalytische Material 5a direkt auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch die zweite Schlitzdüse 173 in einem Zustand auftragen, bei dem der zweite Schutzfilm 4 an der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch die Film-Abwickelvorrichtung 161 der Filmverarbeitungseinheit 150 angebracht wird.
  • Die zweite Schlitzdüse 171 kann das zweite katalytische Material 5a auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 in einem Zustand auftragen, bei dem die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der zweite Schutzfilm 4 angebracht ist, durch eine zweite Stützrolle 175 gelagert/abgestützt wird.
  • Die zweite Stützrolle 175 kann drehbar in dem Hauptrahmen an der Seite der zweiten Schlitzdüse 171 angebracht sein, kann die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der zweite Schutzfilm 4 angebracht ist, lagern/abstützen und kann eine Funktion einer Übertragungsrolle/Übertragungswalze durchführen, die die Elektrolytmembran 1 entlang der Übergabestrecke 9 überträgt.
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen zweiten Trockenofen 230 umfassen, der die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 des zweiten katalytischen Materials 5a, das auf der einen Oberfläche des Elektrolytmembran 1 aufgetragen wird, trocknet.
  • Der zweite Trockenofen 230 kann in der Rückseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 angebracht sein und kann in der Mitte der Übergabestrecke 9 zwischen der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 und der MEA-Wickelvorrichtung 190 angebracht sein.
  • Der zweite Trockenofen 230 kann beispielsweise eine Trocknungskammer umfassen, die die Elektrolytmembran 1 entlang der Übergabestrecke 9 durchlaufen lässt, kann Heißluft oder Luft bei Raumtemperatur auf die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 in der Trocknungskammer ausströmen und kann die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 trocknen.
  • Die MEA-Wickelvorrichtung 190 kann eine MEA-Blattrolle 191 in einer Rollenform wickeln bzw. aufwickeln. In der MEA-Blattrolle können die auf dem zweiten Schutzfilm 4 gebildete erste Katalysatorelektrodenschicht 3 und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 gebildet werden.
  • Mit anderen Worten kann die MEA-Wickelvorrichtung 190 die MEA-Blattrolle 191, die den zweiten Trockenofen 230 durchläuft, in einer Rollenform wickeln bzw. aufwickeln.
  • Die MEA-Wickelvorrichtung 190 kann drehbar in dem Hauptrahmen an der Rückseite des zweiten Trockenofens 230 angebracht sein und kann eine Wickelrolle 193 umfassen, die die MEA-Blattrolle 191 in einer Rollenform wickelt.
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen Positionssensor 250 umfassen, um das zweite katalytische Material 5a auf die voreingestellte Fläche der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 durch die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 genau aufzutragen.
  • Der Positionssensor 250 kann in der Vorderseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 angebracht sein. Der Positionssensor 250 kann eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet wird, abtasten (oder erfassen), und kann das erfasste Signal an eine Steuerung (Controller) 270 ausgeben.
  • Der Positionssensor 250 kann eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle einschließlich einer Ultraschallwelle, eines Laserstrahls oder eines Infrarotstrahls oder durch Aufnehmen eines Bildes (z.B. visuelles Fotografieren) abtasten/erfassen.
  • Weil der Positionssensor 250 ein bekannter Sensor sein kann, der eine Position eines Objekts unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle oder durch Aufnehmen eines Bildes erfasst, wird eine ausführlichere Beschreibung des Sensors 250 in dieser Beschreibung weggelassen.
  • Die Steuerung 270, die einen Gesamtbetrieb der Vorrichtung 100 steuert/regelt, kann einen Betrieb der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 auf der Grundlage des abgetasteten/erfassten Signals, das von dem Positionssensor 250 empfangen wird, steuern und kann eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bestimmen.
  • Nachfolgend werden ein Betrieb der Vorrichtung 100 und ein Verfahren zum Herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Betrieb der Vorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 4 und 4 beschrieben.
  • 3 zeigt eine Ansicht zum Erläutern eines Betriebs der Vorrichtung zum Herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung, und 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum herstellen der MEA der Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung beschreibt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und 4 kann die vorliegende Offenbarung die in einer Rollenform unter Verwendung der Zuführrolle 111 der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 gewickelte Elektrolytmembran 1 abwickeln und die abgewickelte Elektrolytmembran an die für den Rolle-zu-Rolle-Prozess verwendete Übergabestrecke 9 in Schritt S10 zuführen (oder bereitstellen).
  • In diesem Zustand kann der Vorgang/Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung das erste katalytische Material 3a direkt auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 bei jedem vorgegebenen Abstand unter Verwendung der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 auftragen (Schritt S20).
  • Hierbei, in einem Prozess, bei dem die Elektrolytmembran 1 von der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung 110 entlang der Übergabestrecke 9 durch den Rolle-zu-Rolle-Prozess (oder das Rolle-zu-Rolle-Verfahren) übertragen wird, kann die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 mit dem ersten katalytischen Material 3a in einem Zustand, bei dem der erste Schutzfilm 2 an der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebracht ist, direkt beschichten.
  • Mit anderen Worten kann die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 130 das erste katalytische Material 3a auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1 in einem Zustand auftragen, bei dem die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der erste Schutzfilm 2 angebracht ist, durch eine erste Stützrolle 135 gelagert/gestützt wird.
  • Dann kann der Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung die Elektrolytmembran 1, die die andere Oberfläche aufweist, die mit der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 des ersten katalytischen Materials 3a beschichtet ist, durch den ersten Trockenofen 210 übertragen, um die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 zu trocknen (Schritt S30).
  • Als nächstes kann der Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung den zweiten Schutzfilm 4 an der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 unter Verwendung der Film-Abwickelvorrichtung 161 anbringen (Schritt S40).
  • Dann kann der an der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebrachte erste Schutzfilm 2 unter Verwendung der Film-Wickelvorrichtung 151 der Filmverarbeitungseinheit 150 abgenommen/abgezogen werden (Schritt S50).
  • Weil der an der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebrachte erste Schutzfilm 2 abgenommen werden kann, nachdem der zweite Schutzfilm 4 an der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angebracht ist, kann eine Eigenschaft der Elektrolytmembran 1 in ausgezeichneter Weise beibehalten werden, wenn der erste Schutzfilm 2 abgenommen wird.
  • Dann kann das zweite katalytische Material 5a direkt auf die vorgegebene Fläche bzw. den vorgegebenen Bereich von einer Oberfläche (d.h., eine Oberfläche, von der der erste Schutzfilm abgezogen ist) der Elektrolytmembran 1 in einem Zustand aufgetragen werden, bei dem der zweite Schutzfilm 4 an der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 unter Verwendung der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 angebracht ist. Die vorgegebene Fläche kann der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 entsprechen.
  • Die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 kann das zweite katalytische Material 5a auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran 1 in einem Zustand auftragen, bei dem die andere Oberfläche der Elektrolytmembran 1, an der der zweite Schutzfilm 4 angebracht ist, durch die zweite Stützrolle 175 gestützt/gelagert wird.
  • An der Vorderseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 kann eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 gebildet ist, unter Verwendung des Positionssensors 250 erfasst werden und das erfasste Signal kann an die Steuerung 270 ausgeben werden (Schritt S71).
  • Dann kann die Steuerung 270 einen Betrieb der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 auf der Grundlage des erfassten Signals, das von dem Positionssensor 250 empfangen wird, steuern und kann eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 einstellen (Schritt S72).
  • Genauer gesagt kann die Steuerung 270 das erfasste Signal von dem Positionssensor 250 empfangen, um Positionsinformationen der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 zu erhalten, und kann eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 gemäß den Positionsinformationen einstellen.
  • Mit anderen Worten kann die Steuerung 270 eine Startzeit der Beschichtung, eine Beschichtungszeit und eine Stoppzeit der Beschichtung (oder Endzeit der Beschichtung) der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung 170 auf der Grundlage der Positionsinformationen der ersten Katalysatorelektrodenschicht 3 steuern/regeln.
  • Als nächstes kann der Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung die Elektrolytmembran 1, die eine Oberfläche aufweist, die durch die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 des zweiten katalytischen Materials 5a beschichtet ist, durch den zweiten Trockenofen 230 übertragen, um die erste Katalysatorelektrodenschicht 3 auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 zu trocknen (Schritt S80).
  • In diesem Fall kann die MEA-Blattrolle 191, die die erste Katalysatorelektrodenschicht 3, die auf dem zweiten Schutzfilm 4 gebildet ist, und die zweite Katalysatorelektrodenschicht 5 umfasst, die auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 gebildet sind, durch den zweiten Trockenofen 230 übertragen werden, um die ersten und die zweiten Katalysatorelektrodenschichten 3 und 5 zu trocknen.
  • Schließlich kann die MEA-Blattrolle 191, die den zweiten Trockenofen 230 durchläuft, in einer Rollenform unter Verwendung der Wickelrolle 193 der MEA-Wickelvorrichtung gewickelt werden (Schritt S90).
  • Die Vorrichtung 100 und das Verfahren zum Herstellen der MEA der Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung 100 können katalytische Materialien 3a und 5a direkt auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran in einem Zustand auftragen/aufbringen, bei dem eine Eigenschaft der Elektrolytmembran in ausgezeichneter Weise aufrechterhalten wird, indem ein Prozess des ersten Schutzfilms und des zweiten Schutzfilm in dem Rolle-zu-Rolle-Prozess verwendet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können im Gegensatz zu dem Abziehverfahren zum Übertragen der Katalysatorelektrodenschicht auf der Elektrolytmembran gemäß dem Stand der Technik die katalytischen Materialien 3 und 5 auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran unter Verwendung des Direktbeschichtungsverfahrens in dem Rolle-zu-Rolle-Prozess gebildet werden, und somit kann eine Positionsabweichung der katalytischen Materialien auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 1 minimiert werden.
  • Somit kann eine gute Qualität der MEA sichergestellt werden, eine Prozesszeit zum Herstellen der MEA kann verkürzt werden und die Produktivität der MEA kann verbessert werden.
  • Ferner kann ein Prozess und eine Ausrüstung/Anlage zum Übertragen/Übergeben der Katalysatorelektrodenschicht auf der Elektrolytmembran gemäß dem Stand der Technik entfernt werden und können somit Investitionskosten für Einrichtungen und Wartungskosten des Betreibers reduzieren. Zusätzlich kann ein kostengünstiger Schutzfilm anstelle eines kostspieligen Schutzfilms verwendet werden, wodurch die Materialkosten zufolge der Produktion der MEA verringert werden.
  • Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen/Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) einer Brennstoffzelle, aufweisend: eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, die eine Elektrolytmembran abwickelt, die eine Oberfläche umfasst, die an einem ersten Schutzfilm angebracht ist, und in einer Rollenform gewickelt ist, wobei die Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung die abgewickelte Elektrolytmembran an eine voreingestellte Übergabestrecke zuführt; eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in der Seite der Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung angebracht ist und eine andere Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem ersten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung beschichtet; eine Filmverarbeitungseinheit, die in einer Rückseite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, einen zweiten Schutzfilm auf eine erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran zuführt und den ersten Schutzfilm von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran abnimmt; und eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, die in einer Rückseite der Filmverarbeitungseinheit angebracht ist und die eine Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem zweiten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung beschichtet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrolytmembran entlang der Übergabestrecke durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren übertragen wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen ersten Trockenofen, der in der Mitte der Übergabestrecke zwischen der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung und der Filmverarbeitungseinheit angebracht ist, wobei der erste Trockenofen die erste Katalysatorelektrodenschicht trocknet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend: einen zweiten Trockenofen, der in der Mitte der Übergabestrecke in der Rückseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, wobei der zweite Trockenofen die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran trocknet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine MEA-Wickelvorrichtung, die in der Rückseite des zweiten Trockenofens angebracht ist, wobei die MEA-Wickelvorrichtung eine MEA-Blattrolle wickelt, in der die erste Katalysatorelektrodenschicht auf dem zweiten Schutzfilm und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran gebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Positionssensor, der in einer Vorderseite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht erfasst und das erfasste Signal an eine Steuerung ausgibt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung gemäß dem erfassten Signal des Positionssensors bestimmt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Filmverarbeitungseinheit aufweist: eine Film-Wickelvorrichtung, die in einer Seite der Übergabestrecke angebracht ist und den ersten Schutzfilm von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran abnimmt, um die Elektrolytmembran in einer Rollenform zu wickeln; und eine Film-Abwickelvorrichtung, die der Film-Wickelvorrichtung entspricht, die in einer anderen Seite der Übergabestrecke angebracht ist und den zweiten Schutzfilm abwickelt, um den zweiten Schutzfilm auf die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran zuzuführen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Filmverarbeitungseinheit die Film-Wickelvorrichtung und die Film-Abwickelvorrichtung in einem einzelnen Kassettenkörper bildet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Film-Abwickelvorrichtung aufweist: eine Aufwickelrolle, die den ersten Schutzfilm in einer Rollenform wickelt; und eine erste Führungsrolle, die den ersten Schutzfilm, der von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran abgezogen ist, an die Aufwickelrolle führt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Film-Abwickelvorrichtung aufweist: eine Abwickelrolle, die den zweiten Schutzfilm, der in einer Rollenform gewickelt ist, abwickelt; und eine zweite Führungsrolle, die den zweiten Schutzfilm auf die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran führt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung und die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung aufweisen: eine Schlitzdüse, umfassend eine Langschlitzdüse, die entlang einer Breitenrichtung der Elektrolytmembran gebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine erste Stützrolle, die eine Oberfläche der Elektrolytmembran abstützt, in einer Seite der ersten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist, und eine zweite Stützrolle, die die andere Oberfläche der Elektrolytmembran abstützt, in einer Seite der zweiten Katalysatorbeschichtungsvorrichtung angebracht ist.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) der Brennstoffzelle, das Verfahren aufweisend: Abwickeln, durch eine Elektrolytmembran-Zuführvorrichtung, einer Elektrolytmembran, die eine Oberfläche umfasst, die an einem ersten Schutzfilm angebracht ist, und in einer Rollenform gewickelt ist, und Zuführen der abgewickelten Elektrolytmembran an eine voreingestellte Übergabestrecke; Beschichten, durch eine erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, einer anderen Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem ersten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung; Zuführen, durch eine Filmverarbeitungseinheit, eines zweiten Schutzfilms auf eine erste Katalysatorelektrodenschicht auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran und Abnehmen des ersten Schutzfilms von der einen Oberfläche der Elektrolytmembran; und Beschichten, durch eine zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung, der einen Oberfläche der Elektrolytmembran mit einem zweiten katalytischen Material in einer voreingestellten Teilung.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei, in einem Prozess, in dem die Elektrolytmembran entlang der Übergabestrecke durch einen Rolle-zu-Rolle-Prozess übertragen wird, das erste katalytische Material auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran durch die erste Katalysatorbeschichtungsvorrichtung in einem Zustand aufgetragen wird, in dem der erste Schutzfilm an der einen Oberfläche der Elektrolytmembran angebracht ist, und das zweite katalytische Material auf die eine Oberfläche der Elektrolytmembran durch die zweite Katalysatorbeschichtungsvorrichtung in einem Zustand aufgetragen wird, in dem der zweite Schutzfilm an der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran angebracht ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei ein erster Trockenofen die Elektrolytmembran durchlaufen lässt und die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran trocknet.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine Position der ersten Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran durch einen Positionssensor erfasst wird, und wobei das erfasste Signal an eine Steuerung ausgegeben wird.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei eine Beschichtungsposition der zweiten Katalysatorelektrodenschicht gemäß dem erfassten Signal des Positionssensors durch die Steuerung eingestellt wird.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei ein zweiter Trockenofen die Elektrolytmembran durchlaufen lässt und die erste Katalysatorelektrodenschicht auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran und eine zweite Katalysatorelektrodenschicht auf der einen Oberfläche der Elektrolytmembran trocknet.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der zweite Trockenofen eine MEA-Blattrolle durchlaufen lässt, in der die erste Katalysatorelektrodenschicht auf dem zweiten Schutzfilm und die zweite Katalysatorelektrodenschicht auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran gebildet sind, und die MEA-Blattrolle in einer Rollenform durch eine MEA-Wickelvorrichtung gewickelt wird.
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