DE102017218256A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann aufweisen: obere und untere Verbindungswalzen, die jeweils oberhalb und unterhalb eines Transferpfads angeordnet sind, durch den eine Elektrolytmembran und obere und untere Elektrodenfilme übertragen werden mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit, wobei eine der oberen und unteren Verbindungswalzen in einer vertikalen Richtung derselben durch eine erste Antriebsquelle hin- und herbewegbar ist, und die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran übertragen, während die oberen und unteren Elektrodenfilme komprimiert werden; Filmaufwickler, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads vorgesehen sind, um die oberen und unteren Elektrodenfilme aufzuwickeln; und eine Zwangsantriebsrolle, die in einem Aufwicklungspfad eines Elektrodenfilms vorgesehen ist, der durch einen der Filmaufwickler aufgewickelt wird und selektiv den Elektrodenfilm zwangsweise mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zuführt.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0061332 , die am 18. Mai 2017 eingereicht worden ist, wobei ihre gesamten Inhalte hierin für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapelteils. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle und auf ein Herstellungsverfahren für denselben.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Wie bekannt, erzeugt eine Brennstoffzelle Strom aus einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Die Brennstoffzelle ist dadurch gekennzeichnet, dass sie das Erzeugen von Strom unter Verwendung externer chemischer Reaktionsmaterialien fortsetzen kann, ohne einen separaten Ladeprozess.
  • Die Brennstoffzelle kann Trenn- bzw. Separationsplatten aufweisen, wobei ein Membranelektrodenaufbau (MEA) dazwischen eingefügt ist. Eine Mehrzahl von Brennstoffzellen kann aufeinanderfolgend angeordnet werden, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
  • Hier ist der Membranelektrodenaufbau, der einen Kernabschnitt der Brennstoffzelle darstellt, beispielsweise eine 3-Schicht-Struktur, bei der eine AnodenkatalysatorElektrodenschicht und eine Kathodenkatalysator-Elektrodenschicht ausgebildet sind, wobei eine Elektrolytmembran dazwischen eingefügt ist, durch die sich Wasserstoffionen dazwischen bewegen. Die AnodenkatalysatorElektrodenschicht ist auf einer Seite der Elektrolytmembran ausgebildet, und die Kathodenkatalysator-Elektrodenschicht ist auf der anderen Seite der Elektrolytmembran ausgebildet. Ein solcher Membranelektrodenaufbau mit der 3-Schicht-Struktur kann hergestellt werden, indem beispielsweise ein Direkt-Beschichtungsverfahren, ein Abziehbild-Verfahren, und dergleichen verwendet wird.
  • Die Abziehbild-Verfahren-Herstellung des Membranelektrodenaufbaus mit der 3-Schicht-Struktur durch Stapeln von Elektrodenfilmen, die mit Katalysatorelektrodenschichten jeweils auf entgegengesetzten Seiten einer Elektrolytmembran beschichtet sind, umfasst das Verbinden der Katalysatorelektrodenschichten durch Übertragen derselben auf die entgegengesetzten Seiten der Elektrolytmembran unter Verwendung eines Roll-Laminier-Verfahrens, und Entfernen der Elektrodenfilme.
  • Das heißt, der Membranelektrodenherstellungsprozess unter Verwendung des Abziehbild-Verfahrens kann den 3-Schicht-Struktur-Membranelektrodenaufbau herstellen, indem Rolltypelektrodenfilme komprimiert werden, wo die Katalysatorelektrodenschichten aufgeschichtet sind, und eine Rolltypelektrolytmembran, in dem die Katalysatorelektrodenschichten und die Elektrolytmembran durch eine hohe Temperatur und Hochdruckverbindungs-Rollen bzw. - walzen geführt werden und die Elektrodenfilme dann entfernt werden.
  • Der Membranelektrodenherstellungsprozess unter Verwendung des Abziehbild-Verfahrens, welches das RollLaminier-Verfahren nutzt, kann den 3-Schicht-Struktur-Membranelektroden-Aufbau mit hoher Geschwindigkeit erstellen, und dementsprechend weißt er einen Vorteil der Massenherstellung auf.
  • Das Abziehbild-Verfahren, welches kontinuierliche Roll-Lamination bzw. Walz-Lamination verwendet, weist jedoch ein Problem auf, dass Stellen für thermische Kompression der Anodenkatalysatorelektrodenschichten und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht platziert werden, weil die Katalysatorelektrodenschichten und die Elektrolytmembran in einer Richtung thermisch komprimiert werden, dass sie miteinander in Kontakt sind, indem sie durch die hohe Temperatur und Hochdruck-Verbindungswalzen geführt werden, während die Elektrodenfilme platziert werden, wo die Katalysatorelektrodenschichten jeweils bei entgegengesetzten Seiten der Elektrolytmembran geschichtet sind, die zwischen den Elektrodenfilmen aufgenommen ist.
  • Das heißt, da die Katalysatorelektrodenschichten auf den entgegengesetzten Seiten der Elektrolytmembran thermisch komprimiert werden, während die Katalysatorelektrodenschichten und die Elektrolytmembran kontinuierlich zwischen den Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbindungswalzen hindurch gelangt, die sich immer in einem Zustand unter Druck befinden, sind die Positionen für die Endkompression der Katalysatorelektrodenschichten möglicherweise nicht genau abgestimmt aufgrund der Zuführgeschwindigkeit der Elektrodenfilme in dem kontinuierlichen Walz-Laminierprozess.
  • Ferner ist ein weiterer Grund dafür, dass es schwierig ist, Positionen für thermische Kompression der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten anzuordnen, dass ein Abstand zwischen dem Katalysatorelektrodenschichten nicht konsistent ist in einem Prozess zur Herstellung von Katalysatorelektrodenschichten mit aufeinanderfolgenden Mustern durch Beschichten mit einem Katalysatorschlamm an den Elektrodenfilmen.
  • Die in diesem Abschnitt zum Hintergrund der Erfindung offenbarte Information dient lediglich der Förderung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und kann nicht als ein Zugeständnis oder irgendeine Form von Vorschlag angesehen werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
  • Kurze Zusammenfassung
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf das Bereitstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gerichtet, die automatisch Positionen zum Übertragen von Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten in Bezug auf entgegengesetzte Seiten einer Elektrolyten-Membran anordnen kann, und auf ein Verfahren dazu.
  • Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet eine Anodenkatalysatorelektrodenschicht und eine Kathodenkatalysatorelektrodenschicht, die nacheinander in oberen und unteren Elektrodenfilmen ausgebildet werden auf oberen und unteren Seiten einer Elektrolytmembran unter Verwendung eines roll-to-roll-Verfahrens bzw. Walz-zu-Walz-Verfahrens, und die Vorrichtung kann aufweisen: i) eine obere bzw. oberseitige Verbindungswalze und eine untere bzw. unterseitige Verbindungswalze, die jeweils oberhalb und unterhalb eines Förderpfads angeordnet sein, durch den eine Elektrolytmembran und obere und untere Elektrodenfilme mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen werden, wobei eine der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen durch eine erste Antriebsquelle in einer vertikalen Richtung hin- und herbewegbar ist und Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran überträgt, während die oberen und unteren Elektrodenfilme komprimiert werden; ii) Filmaufwickler, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite der oberseitigen Verbindungswalzen vorgesehen sind und die oberen und unteren Elektrodenfilme aufwickeln; und iii) eine Zwangsantriebsrolle bzw. Zwangsantriebswalze, die in einem Aufwicklungspfad eines Elektrodenfilms vorgesehen ist, der durch einen der Filmaufwickler aufgewickelt wird und selektiv den Elektrodenfilm mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zwangsweise zuführt.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann aufweisen: einen oberseitigen Positionsdetektor und einen unterseitigen Positionsdetektor, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer Vorderseite der oberen und unteren Verbindungswalzen vorgesehen sind, Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschichten und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht der oberen und unteren Elektrodenfilme erfassen und Erfassungssignale an eine Steuereinrichtung ausgeben.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann aufweisen: Delaminierungs- bzw. Delaminationsklingen, die oberhalb und unterhalb des Übertragungspfads bei der Seite der Filmaufwickler vorgesehen sind und den oberen Elektrodenfilm und den unteren Elektrodenfilm trennen.
  • In der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann die unterseitige Verbindungswalze, als eine der ober- und unterseitigen Verbindungswalzen, durch die erste Antriebsquelle in einer vertikalen Richtung hin- und herbewegbar vorgesehen sein.
  • In der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann die Zwangsantriebswalze in einem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms vorgesehen sein, der durch einen unterseitigen Filmaufwickler in Bezug auf den Transferpfad aufgewickelt wird.
  • In der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann die Zwangsantriebswalze aufweisen: eine angetriebene Walze, die sich dreht, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm in Kontakt steht, der sich entlang des Aufwicklungspfads des unteren Elektrodenfilms bewegt; und eine Antriebswalze, die in einer Richtung hin- und herbewegbar vorgesehen ist, die weg von oder nahezu der angetriebenen Walze wird, durch eine zweite Antriebsquelle, und drehbar ist mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit durch eine dritte Antriebsquelle.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann aufweisen: einen Elektrolytmembran-Abwickler, der die Elektrolytmembran zuführt, die in einer Rollenform durch Aufwickeln der Elektrolytmembran aufgewickelt ist, bei einem Start-End-Punkt des Transferpfads; Filmabwickler, welche die rollenförmigen oberen und unteren Elektrodenfilme zuführen, wo die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten beschichtet sind, in regulären Intervallen zwischen dem Elektrolytabwickler und den oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen, durch Abwickeln der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran in dem Transferpfad; und einen Elektrodenmembran-Aufwickler, der einen Stoff des Membran-Elektrodenaufbaus aufwickelt, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht jeweils verbunden sind mit den oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran, bei einem Endabschnitt des Transferpfads.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membran-Elektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle bereitgestellt. Die Vorrichtung, welche einen MembranElektrodenaufbau für die Brennstoffzelle herstellt, kann aufweisen: i) einen Elektrolytmembran-Abwickler, der eine Elektrolytmembran zuführt, die in einer Rollenform aufgewickelt ist, durch Abwickeln der Elektrolytmembran, auf einem vorbestimmten Transferpfad; ii) Filmabwickler, die jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite des Elektrolytmembran-Abwicklers vorgesehen sind und rollenförmige untere und obere Elektrodenfilme zuführen, wo Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten geschichtet sind, in regulären Intervallen, durch Abwickeln des oberen Elektrodenfilms zu oberen und unteren Seiten der Elektrolyten-Membran; iii) eine oberseitige Verbindungswalze und eine unterseitige Verbindungswalze, die jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads der Elektrolytmembran und des oberen und des unteren Elektrodenfilms vorgesehen sind, die mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen werden, durch eine erste Antriebsquelle in einer vertikalen Richtung hin- und herbewegbar unterhalb des Transferpfads, und welche die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme übertragen durch Komprimieren der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran; iv) einen oberseitigen Positionsdetektor und einen unterseitigen Positionsdetektor, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei der Vorderseite der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen vorgesehen sind, Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme erfassen, und Erfassungssignale an eine Steuereinheit ausgeben; v) Delaminationsklingen, die jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen vorgesehen sind und die Elektrolytmembran und die ober- und unterseitigen Elektrodenfilme trennt; vi) Filmaufwickler, die jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei den Delaminationsklingen vorgesehen sind und die oberen und unteren Elektrodenfilme aufwickeln; vii) eine Zwangsantriebswalze, die in einem Aufwicklungspfad der unteren Elektrode vorgesehen ist, die durch den Filmaufwickler aufgewickelt wird, der unterhalb des Transferpfads vorgesehen ist, und die selektiv zwangsweise den unteren Elektrodenfilm mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zuführt; und viii) einen Elektrolytmembran-Aufwickler, der einen Stoff eines Membranelektrodenaufbaus aufwickelt, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht mit oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran verbunden werden, bei einem Ende des Transferpfads.
  • Zudem kann die Zwangsantriebswalze in der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle aufweisen: eine angetriebene Walze, die sich dreht, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm in Kontakt steht, der sich entlang des Aufwicklungspfads des unteren Elektrodenfilms bewegt; und eine Antriebswalze, die in einer Richtung hin- und herbewegbar vorgesehen ist, die weg führt von oder näher zu der angetrieben Walze, durch eine zweite Antriebsquelle, und drehbar mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit durch eine dritte Antriebsquelle.
  • Zudem können die oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren in der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle Visionsfotos erstellen von („vision photograph“) Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen bzw. unteren Elektrodenfilme und Visionsdaten an die Steuereinrichtung ausgeben.
  • Ferner kann die Steuereinrichtung ermitteln, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms.
  • Ferner kann die Steuereinrichtung ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des Elektrodenfilms des oberen Abschnitts auf Basis der Visionsdaten der oberseitigen und unterseitigen bzw. oberen und unteren Positionssensoren.
  • Ferner kann die Steuereinrichtung in der Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle ein Antriebssignal auf die erste Antriebsquelle, die zweite Antriebsquelle und die dritte Antriebsquelle anwenden, in Abhängigkeit der Visionsdaten der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle geschaffen. Das Verfahren kann umfassen: (a) Zuführen einer rollenförmigen Elektrolytmembran durch Abwickeln der Elektrolytmembran auf einem vorbestimmten Transferpfad; (b) Zuführen von rollenförmigen oberen und unteren Elektrodenfilmen, wo Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten konsekutiv in regulären Intervallen geschichtet werden, durch Abwickeln der oberen und unteren Elektrodenfilmen zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran; (c) Übertragen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilmen zur oberen und unteren Seiten der Elektrolyt-Membran, während die Elektrolyt-Membran und die oberen und unteren Elektrodenfilme durch die oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen geführt werden; (d) Aufwickeln der Elektrodenfilme, wo die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten übertragen werden durch oberseitige und unterseitige Filmaufwickler; (e) Erfassen von Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten in Bezug auf die oberen und unteren Elektrodenfilme durch oberseitige und unterseitige Positionssensoren und Ausgeben von Erfassungssignalen; und (f) Antreiben der unterseitigen Verbindungswalze bzw. -rolle und der Zwangsantriebswalze bzw. -rolle durch die Steuereinheit in Abhängigkeit der Erfassungssignale der oberseitigen und der unterseitigen Positionssensoren, und Anordnen der Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle kann in (f) die unterseitige Verbindungswalze in einer Abwärtsrichtung bewegt werden, indem ein Steuersignal einer ersten Antriebsquelle durch die Steuereinrichtung angelegt wird.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle kann in (f) eine Antriebswalze der Zwangsantriebswalze zu einer angetriebenen Walze bewegt werden, indem ein Steuersignal einer zweiten Antriebsquelle angelegt wird.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle kann in (f) die Antriebswalze mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit angetrieben werden, indem ein Steuersignal einer dritten Antriebsquelle angelegt wird.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle kann in (f) der um einen unterseitigen Filmaufwickler gewickelte untere Elektrodenfilm zwangsweise durch die Zwangsantriebswalze mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zugeführt werden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle können in (f) Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme angeordnet werden.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle können in (f) die Elektrolytmembran und die oberen und unteren Elektrodenfilme voneinander getrennt werden durch Delaminationsklingen bei einer hinteren Seite der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle kann in (e) die Steuereinrichtung ermitteln, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms in Abhängigkeit des Erfassungssignals der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle kann die Steuereinrichtung die Antriebsgeschwindigkeit der Zwangsantriebswalze schneller einstellen als eine vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit („line speed“) der Elektrolytmembran und der oberen und unteren Elektrodenfilme, wenn ermittelt wird, dass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms.
  • Ferner kann in dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle in (e) die Steuereinrichtung ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms in Abhängigkeit des Erfassungssignals der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren.
  • Ferner kann in dem Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle die Steuereinrichtung die Antriebsgeschwindigkeit der Zwangsantriebswalze langsamer einstellen als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit der Elektrolytmembran und der oberen und unteren Elektrodenfilme, wenn ermittelt wird, dass die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms.
  • Ferner können in dem Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle in (e) die oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren eine Visionsfotografie erstellen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten in Bezug auf die oberen und unteren Elektrodenfilme und Visionsdaten an die Steuereinrichtung weitergeben.
  • Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Membranelektrodenaufbau hergestellt werden, während Übertragungspositionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme durch zwangsweise Zuführen des unteren Elektrodenfilms unter Verwendung der Zwangsantriebswalze angeordnet werden.
  • Dementsprechend kann eine Positionsabweichung der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten aufgrund einer Übertragungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den oberen und unteren Elektrodenfilmen und einer Beschichtungspositionsdispersion der Katalysatorelektrodenschichten kompensiert werden, sodass eine Übertragungsuniformität bzw. Übertragungsgleichmäßigkeit der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten verbessert werden kann, eine Qualität des Membranelektrodenaufbaus verbessert werden kann, und eine Produktivität des Membranelektrodenaufbaus weiter verbessert werden kann.
  • Ferner sind Effekte, die aus beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können oder zu erwarten sind, direkt oder suggestiv beschrieben in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung. Das heißt, verschiedene Effekte, die von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erwarten sind, werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Eigenschaften und Vorteile auf, die ersichtlich werden aus oder näher erklärt sind in den begleitenden Figuren, die hierin vorgesehen sind, und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die gemeinsam zum Erklären von gewissen Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Flussdiagramm, das zur Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
    • 3, 4 und 5 sind vorgesehen zum Beschreiben eines Betriebs der Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle und des Verfahrens zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung.
  • Es ist zu verstehen, dass die begleitenden Figuren nicht notwendigerweise skaliert sind und dass sie eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen Eigenschaften sind, welche die Grundprinzipien der Erfindung illustrieren. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, beispielsweise einschließlich von spezifischen Abmessungen, Orientierungen, Positionierungen und Formen, werden teilweise durch die spezifisch vorgesehene Anwendung und Verwendungsumgebung festgelegt.
  • Bezugszeichen in den Figuren beziehen sich durch die verschiedenen Figuren der Zeichnung hin auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Nun wird detailliert auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, Beispiele welcher in den begleitenden Figuren gezeigt sind und nachstehend beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Abwandlungen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die in den Rahmen und Bereich der Erfindung fallen können, wie durch die begleitenden Ansprüche definiert.
  • Hiernach werden beispielhafte Ausführungsformen vollständig beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren, bei welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie der Fachmann realisieren wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weisen abgewandelt werden, alles ohne von dem Rahmen oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, werden weggelassen, um die vorliegende Erfindung klar zu illustrieren, und entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Elemente, durch die Beschreibung hin.
  • Ferner sind die Größe und Dicke jedes in den Figuren gezeigten Aufbaus zufällig gezeigt für besseres Verständnis und einfache Beschreibung, die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Figuren beschränkt, und die Dicken sind übertrieben für die Klarheit einer Mehrzahl von Teilen und Regionen.
  • In einer nachfolgenden detaillierten Beschreibung werden die Begriffe „erste“ und „zweite“ verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden, die Komponenten sind aber nicht auf die vorstehenden Begriffe beschränkt.
  • Wenn nicht explizit gegenteilig beschrieben, werden das Wort „aufweist“ und Variationen wie „aufweisend“ oder „weist auf“ zu dem so verstanden, dass sie das Vorhandensein von angegebenen Elementen implizieren, nicht aber das Vorhandensein von irgendwelchen weiteren Elementen ausschließen.
  • In der nachfolgenden Beschreibung bedeuten „-Einheit“, „-Mittel“, „-Teil“ und „-Element“ eine Einrichtung einer allgemeinen Konfiguration zum Ausführen von zumindest einer Funktion oder einer Betätigung.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Vorrichtung 100 zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Automatisierungssystem eingesetzt werden, welches automatisch kontinuierlich Teile von Einheitsbrennstoffzellen herstellt, die einen Brennstoffzellen-Stapel bilden.
  • Zum Beispiel ist die Vorrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus 1 vorgesehen, der ein Kernabschnitt der Brennstoffzelle ist, wo eine Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und eine Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 mit entgegengesetzten Seiten einer Elektrolytmembran 3 verbunden sind (der Membranelektrodenaufbau 1 wird in der Technik als eine Elektrodenmembran bezeichnet).
  • Unter Bezugnahme auf die Figur kann die Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle den Membranelektrodenaufbau 1 herstellen, indem die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 auf eine obere Seite der Elektrolytmembran 3 gehaftet wird und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 auf eine untere Seite der Elektrolytmembran 3 gehaftet wird.
  • Die Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann automatisch kontinuierlich den Membranelektrodenaufbau 1 herstellen unter Verwendung eines Walze-zu-Walze-Verfahrens bzw. roll-to-roll-Verfahrens.
  • Das Walze-zu-Walze-Verfahren impliziert ein Verfahren, bei dem ein Bauteilstoff in Rollenform abgewickelt wird, der abgewickelte Stoff durch eine Mehrzahl von Übertragungswalzen übertragen wird entlang eines vorbestimmten Pfads, und ein vorbestimmtes Abschnittselement kontinuierlich in jedem der Bauteilstoffe ausgebildet wird.
  • Die zu-Walz-Typ-Vorrichtung („to-roll-type device“) 100 wickelt einen Stoff der Elektrolytmembran 3 in Rollenform ab, wickelt Stoffe der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 in Rollenform ab in Richtung einer Oberseite und einer Unterseite, haftet die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 jeweils auf die Stoffe der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 zu der Oberseite und der Unterseite der Elektrolytmembran 3, sodass ein Stoff des Membranelektrodenaufbaus 1 hergestellt werden kann.
  • Zum Beispiel kann die Vorrichtung 100 einen 3-schichtigen-Membranelektrodenaufbau 1 herstellen, indem die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 geschichtet werden, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 kontinuierlich auf die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 geschichtet werden und durch Anhaften der jeweiligen Katalysatorelektrodenschichten 5 und 7 auf die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 durch Verwendung eines Walzlaminierungs- und Bildabziehverfahrens.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 100 einen Prozess zum Aufwickeln des vorstehend hergestellten Membranelektrodenaufbaus 1 in eine Rollenform. Zudem, obwohl nicht gezeigt bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann ein Membranelektrodenaufbauteil, das heißt ein Endbrennstoffzellenteil, hergestellt werden durch Abwickeln des Stoffs des Membranelektrodenaufbaus in der Rollenform und durch in Einheitsformate Schneiden des Stoffs des Membranelektrodenaufbaus 1, jeweils einschließlich der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7.
  • Die Vorrichtung 100 zum Herstellen des vorstehend beschriebenen Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Struktur auf, bei der die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6 kontinuierlich auf die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 übertragen werden können unter Verwendung des Walzlaminierungs- und Bildabziehverfahrens („roll laminating and decal method“).
  • Dafür weist die Vorrichtung 100 zum Herstellen des vorstehend beschriebenen Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grundsätzlich einen Elektrolytmembranabwickler 10, Filmabwickler 20 und 30, obere und untere Verbindungswalzen 40 und 50, Filmaufwickler 60 und 70, und einen Elektrolytmembranaufwickler 80 auf.
  • Die vorstehend angegebenen Bestandteilselemente und weitere Bestandteilselemente, die später zu beschreiben sind, können in einem Hauptrahmen vorgesehen sein in einem Walz-zu-Walz-Zuführgerät. Der Hauptrahmen stützt die jeweiligen Bestandteilselemente, sodass sie vertikal stehen, und kann aus einem Rahmen oder einem Rahmen, der in zwei oder mehr Rahmen unterteilt ist, ausgebildet sein.
  • Der Hauptrahmen kann verschiedene Zubehörkomponenten aufweisen, einschließlich einer Halterung, eines Stabs, einer Stange, einer Platte, eines Gehäuses, einer Höhe, eines Blocks und dergleichen, um die Bestandteilselemente der Vorrichtung 100 zu stützen.
  • Da die vorstehend beschriebenen verschiedenen Zubehörelemente zur Montage der Komponenten der Vorrichtung 100 sind, die nachstehend beschrieben wird, und zwar in dem Hauptrahmen, werden die Zubehörelemente kollektiv als ein Hauptrahmen bezeichnet, mit Ausnahme von Ausnahmefällen bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Elektrolytmembranabwickler 10 ist in einem Start-End-Abschnitt eines vorbestimmten Übertragungspfads vorgesehen, um einen Stoff der Elektrolytmembran 3 in Rollenform zu dem vorbestimmten Übertragungspfad zuzuführen, indem der aufgerollte Stoff abgewickelt wird.
  • Die Filmabwickler 20 sind oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite des Elektrolytmembranabwicklers 10 vorgesehen. Die Filmabwickler 20 und 30 führen die rollenförmigen oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 zu, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 in regulären Intervallen aufgeschichtet werden durch Abwickeln der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 zu der Oberseite und Unterseite der Elektrodenmembran 3 in dem Transferpfad.
  • Hier ist einer der Filmabwickler 20 und 30 oberhalb des Transferpfads vorgesehen und führt den rollenförmigen oberen Elektrodenfilm 4 zu, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 beschichtet wird in regulären Intervallen durch Abwickeln des oberen Elektrodenfilms 4 zu der Oberseite des Elektrolyten-Membran 3, und wird nun als ein oberseitiger Filmabwickler 20 bezeichnet. Zudem ist der andere Filmabwickler 30 unterhalb des Transferpfads vorgesehen und führt den rollenförmigen unteren Elektrodenfilm 6 zu, wo die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 geschichtet wird in regulären Intervallen durch Abwickeln des unteren Elektrodenfilms 6 zu der unteren Seite der Elektrolytmembran 3, und wird nun als ein unterseitiger Filmabwickler 30 bezeichnet.
  • Im gegebenen Fall ist die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 der Oberseite der Elektrolyten-Membran 3 in dem Transferpfad zugewandt, und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 ist der Unterseite der Elektrolyten-Membran 3 in dem Transferpfad zugewandt.
  • Die oberen und unteren Verbindungswalzen 40 und 50 lassen die Elektrolyten-Membran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, welche durch den Transferpfad gelangen, durchgelangen, und komprimieren dieselben mit hohem Druck bei einer vorbestimmten Temperatur und übertragen die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 zu der Oberseite und der Unterseite der Elektrolyten-Membran 3, jeweils unter Verwendung des Walz-Laminierungs- und Bildabziehverfahrens.
  • Die oberen und unteren Verbindungswalzen 40 und 50 sind jeweils oberhalb und unterhalb der Transferpfade der Elektrolyt-Membran 3 und der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 angeordnet, die mit vorbestimmter Maschinengeschwindigkeit übertragen werden. Eine der oberen und unteren Verbindungswalzen 40 und 50, die als eine Verbindungswalze vorgesehen sind, dreht sich durch einen (in den Figuren nicht gezeigten) Treiber, der einen Motor aufweist, und dergleichen, und die nahe mit der anderen verbunden ist, sodass die oberen und unteren Verbindungswalzen 40 und 50 die oberen und unteren Elektrodenfilme 3 und 6 komprimieren, die in der Oberseite und der Unterseite der Elektrolytmembran angeordnet sind, wobei die Elektrolytmembran 3 dazwischen eingefügt wird, während in einer Richtung gedreht wird, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der anderen.
  • Hier ist eine der oberen und unteren Verbindungswalzen 40 und 50 an der Oberseite des Transferpfads vorgesehen und wird als eine oberseitige Verbindungswalze 40 bezeichnet. Zudem ist die andere an der Unterseite des Transferpfads vorgesehen und wird als eine unterseitige Verbindungswalze 50 bezeichnet.
  • Im vorliegenden Fall ist die oberseitige Verbindungswalze 40 als eine angetriebene Verbindungswalze vorgesehen. Die unterseitige Verbindungswalze 50, die als eine Antriebsverwendungswalze vorgesehen ist, dreht sich durch den Treiber, während sie die Elektrolytmembran 3 und die ober- und unterseitigen Elektrodenfilme 4 und 6 dazwischen einfügt mit der oberseitigen Verbindungswalze 40, und sie ist nahe verbunden mit der oberseitigen Verbindungswalze 40 und überträgt die Elektrolytmembran 3 und die ober- und unterseitigen Elektrodenfilme 4 und 6 mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit, während sie sich in einer Richtung dreht, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der oberseitigen Verbindungswalze 40.
  • Die Filmaufwickler 60 und 70 wickeln die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 auf, bei denen die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 zu der Oberseite und der Unterseite der Elektrolytmembran 3 übertragen werden, während sie durch die ober- und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 gemeinsam mit der Elektrolytmembran 3 gelangt. Die Filmaufwickler 60 und 70 sind jeweils an der Oberseite und der Unterseite des Transferpfads an einer Hinterseite der ober- und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 angeordnet.
  • Hier ist einer der Filmaufwickler 60 und 70 an der Oberseite des Übertragungspfads vorgesehen und bildet einen Abwicklungspfad des oberen Elektrodenfilms 4 und wird als ein oberseitiger Filmaufwickler 60 bezeichnet. Der andere eine der Filmaufwickler 60 und 70 ist an der Unterseite des Transferpfads vorgesehen und bildet einen Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6 und wird als ein unterseitiger Filmaufwickler 70 bezeichnet.
  • Der oberseitige Filmaufwickler 60 und der unterseitige Filmaufwickler 70 drehen sich mittels eines Treibers mit einem Motor und wickeln jeweils den oberen Elektrodenfilm 4 und den unteren Elektrodenfilm 6 auf.
  • Im vorliegenden Fall wickeln der oberseitige Filmaufwickler 60 und der unterseitige Filmaufwickler 70 den oberen Elektrodenfilm 4 und den unteren Elektrodenfilm 6 mit der vorbestimmten Aufwicklungsgeschwindigkeit auf, indem sie eine Antriebskraft von dem Treiben aufnehmen, und die Aufwicklungsgeschwindigkeit kann durch Spannungen des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6 ermittelt werden.
  • Daher sind Spannungserfassungseinrichtungen 61 und 71 jeweils in den Aufwicklungspfaden des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6 vorgesehen, die aufgewickelt werden mittels des oberseitigen Filmaufwicklers 60 und des unterseitigen Filmaufwicklers 70, um die Spannungen des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6 zu erfassen.
  • Die Spannungserfassungseinrichtungen 61 und 71 sind als ein Walzentyp vorgesehen und erfassen Spannungen des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6 in dem Filmaufwicklungspfaden und geben die erfassten Spannungswerte an eine Steuereinrichtung 90 aus.
  • Die Steuerung 90 steuert eine Antriebskraft des Treibers in Abhängigkeit von Erfassungssignalen der Spannungserfassungseinrichtungen 61 und 71 und steuert eine Aufwicklungsgeschwindigkeit der ober- und unterseitigen Filmaufwickler 60 und 70.
  • Zum Beispiel wenn die Spannung des oberen Elektrodenfilms 4 und/oder des unteren Elektrodenfilms 6 größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, blockiert die Steuereinrichtung 90 eine zu dem Treiber zugeführte Leistung und hält den oberseitigen Filmaufwickler 60 und/oder den unterseitigen Filmaufwickler 70 in einem freien Rollzustand.
  • Wenn zudem die Spannungen des oberen Elektrodenfilms 4 und/oder des unteren Elektrodenfilms 6 niedriger ist als der vorbestimmte Referenzwert, legt die Steuereinheit 90 eine vorbestimmte Leistung an den Treiber an, sodass der oberseitige Filmaufwickler 60 und/oder der unterseitige Aufwickler 70 sich mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit dreht.
  • Der Elektrolytmembran-Aufwickler 80 wickelt den Stoff des Membranelektrodenaufbaus 1 auf, in welchem die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 6 und 7 jeweils an die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 gehaftet sind, während die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 durch die ober- und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 gelangen.
  • Ein solcher Elektrolytmembran-Aufwickler 80 ist bei einem Endabschnitt des Übertragungspfads vorgesehen. Der Elektrolytmembran-Aufwickler 80 kann den Stoff des Membranelektrodenaufbaus 1 aufwickeln bzw. wideraufwickeln, während er rotiert wird durch einen Treiber mit einem Motor.
  • Indes werden die von dem Elektrolytmembran-Abwickler 10 abgewickelte Elektrolytmembran 3 und die von den ober- und unterseitigen Filmabwicklern 20 und 30 abgewickelten oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit entlang des Transferpfads übertragen.
  • Die Maschinengeschwindigkeit kann durch eine Antriebskraft des Treibers festgelegt werden, die an ober- und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 angelegt wird, an die ober- und unterseitigen Filmaufwickler 60 und 70, und an die Elektrolytmembran-Aufwickler 80.
  • Indes kann es schwierig sein, Transfer- bzw. Übertragungspositionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 an den oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 genau abzustimmen aufgrund einer Zuführgeschwindigkeitsdifferenz des oberen Elektrodenfilms 4 und des unteren Elektrodenfilms 6, die entlang des Transferpfads übertragen werden, und eines Abstands zwischen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7, die auf den oberen Elektrodenfilm 4 und den unteren Elektrodenfilm 6 geschichtet werden in der Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Daher kann eine Vorrichtung 100 zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus, der automatisch Übertragungspositionen von Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 in Bezug auf obere und untere Seiten der Elektrolytmembran 3 anordnen kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschaffen werden.
  • Dafür ist in der Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine unterseitige Verbindungswalze 50 vorgesehen, sodass sie hin- und herbewegbar ist in einer vertikalen Richtung derselben. Zudem weist die Vorrichtung 100 obere und untere Positionssensoren 110 und 120 auf, Delaminationsklingen 130 und 140, und eine Zwangsantriebswalze 150.
  • Zuerst dreht sich die unterseitige Verbindungswalze 50 durch den Treiber, wie vorstehend beschrieben, und ist in einer vertikalen Richtung hin- und herbewegbar mittels einer ersten Antriebsquelle 51 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform.
  • Das heißt, die unterseitige Verbindungswalze 50 kann sich durch die erste Antriebsquelle 51 nach oben bewegen, um eine Elektrolytmembran 3 und obere und untere Elektrodenfilme 4 und 5 zu komprimieren, die zwischen der unterseitigen Verbindungswalze 50 und einer oberseitigen Verbindungswalze 40 angeordnet sind. Zudem kann sich die unterseitige Verbindungswalze 50 durch die erste Antriebsquelle 51 nach unten bewegen, um die Kompression freizugeben, die auf die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 angewendet wird.
  • Hier kann die erste Antriebsquelle 51 ein bekannter Betätigungszylinder und ein servolinearer Motor sein, der mit der unterseitigen Verbindungswalze 50 verbunden ist, um eine Vorwärts- und Rückwärtsantriebskraft in einer vertikalen Richtung für die unterseitige Verbindungswalze 50 bereitzustellen.
  • Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die oberen und unteren Positionssensoren 110 und 120 jeweils oberhalb und unterhalb eines Transferpfads bei einer Vorderseite der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 vorgesehen. Die oberen und unteren Positionssensoren 110 und 120 erfassen Positionen von Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 und gibt Erfassungssignale an eine Steuereinrichtung 90 aus.
  • Hier ist einer der oberen und unteren Positionssensoren 110 und 120 oberhalb des Transferpfads vorgesehen und erfasst eine Position der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4, der entlang des Transferpfads übertragen wird, gemeinsam mit Elektrolytmembran 3, und dies wird als ein oberseitiger Positionsdetektor 210 bezeichnet. Zudem ist der andere Positionssensor 120 unterhalb des Transferpfads vorgesehen und erfasst eine Position der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6, der entlang des Transferpfads übertragen wird, gemeinsam mit der Elektrolytmembran 3, und dies wird als ein unterseitiger Positionsdetektor 120 bezeichnet.
  • Der oberseitige Positionsdetektor 110 und der unterseitige Positionsdetektor 120 können Visionssensoren aufweisen, welche eine Visionsfotografie erstellen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 und geben eine Vision an die Steuereinrichtung 90 aus. Der oberseitige Positionsdetektor 110 und der unterseitige Positionsdetektor 120 sind als Visionssensoren vorgesehen, die gemäß der Technik bekannt sind, und daher wird keine weitere Beschreibung beigefügt.
  • Alternativ dazu können die oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 bekannte Positionssensoren aufweisen, welche Ultraschallwellen, Laserstrahlen, oder Infrarotstrahlen an die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 abgeben, um Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 zu erfassen.
  • Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Delaminationsklingen 130 und 140 als Delaminationsklingen jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei der Hinterseite der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 vorgesehen.
  • Die Delaminationsklingen 130 und 140 trennen die Elektrolytmembran 3, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 an die oberen und unteren Seiten derselben gehaftet werden, durch Kompression der oberseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 und der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, bei denen die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 übertragen werden.
  • Zudem trennen die Delaminationsklingen 130 und 140 die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, wo die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 geschichtet werden, voneinander in einem Zustand, in welchem die Kompression der oberseitigen und der unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50 freigegeben wird.
  • Eine der Delaminationsklingen 130 und 140 ist oberhalb des Transferpfads vorgesehen und trennt die Elektrolytmembran 4 und den oberen Elektrodenfilm 4 voneinander, und dies wird als eine oberseitige Klinge 130 bezeichnet. Die andere eine 140 ist unterhalb des Transferpfads vorgesehen und trennt die Elektrolytmembran 3 und den unteren Elektrodenfilm 6, und dies wird als eine unterseitige Klinge 140 bezeichnet.
  • Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ordnet die Zwangsantriebswalze 150 Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenschichten 5 und 7 an, wenn die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektroden 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, welche durch die oberen und unteren Positionssensoren 110 und 120 erfasst werden, nicht abgestimmt sind („do not match“).
  • Im vorstehend beschriebenen Fall kann die Zwangsantriebsrolle 150 den oberen Elektrodenfilm 4 oder den unteren Elektrodenfilm 6 in den Auswechslungspfad des oberen Elektrodenfilms 4 oder des unteren Elektrodenfilms 6 durch einen der oberseitigen und unterseitigen Filmaufwickler 60 und 70 zwangsweise zuführen.
  • Hier bewegt das Filmzwangszuführen der Zwangsantriebswalze 150 die unterseitige Verbindungswalze 50 in einer Abwärtsrichtung durch die erste Antriebsquelle 1 und wird in einem Zustand durchgeführt, in welchem die durch die oberseitige Verbindungswalze 40 und die unterseitige Verbindungswalze 50 auf die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 angewendete Kompression freigegeben wird.
  • Die Zwangsantriebsrolle 150 ist in dem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6 vorgesehen, der durch den unterseitigen Filmaufwickler 70 aufgewickelt wird, unter Bezugnahme auf den Transferpfad bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Zwangsantriebsrolle 150 führt den unteren Elektrodenfilm 6 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zwangsweise in den Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6 und kann Positionen des Anodenkatalysatorelektrodenfilms 5 und des Kathodenkatalysatorelektrodenfilm 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 anordnen.
  • Die Zwangsantriebswalze 150 weist eine angetriebene Walze 151 und eine Antriebswalze 161 auf. Die angetriebene Walze 151 ist vorgesehen, um drehbar zu sein, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm 6 in Kontakt steht, der entlang des Aufwicklungspfads des unteren Elektrodenfilms 6 übertragen wird mittels des unteren Filmaufwicklers 70.
  • Die Antriebswalze 161 ist vorgesehen, um in einer Richtung hin- und herbewegbar zu sein, die weg führt von oder nahe zu der angetriebenen Walze 151, und ist drehbar mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit.
  • Die Antriebswalze 161 kann vorgesehen sein, um in einer Richtung hin- und herbewegbar zu sein, die weg führt von oder nahe zu der angetriebenen Walze 151, durch die zweite Antriebsquelle 163. Zudem kann die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit drehbar sein mittels der dritten Antriebsquelle 165.
  • Die Antriebswalze 161 bewegt sich in einer Richtung, die wegführt von der angetriebenen Walze 151, durch die zweite Antriebsquelle 163. Im vorliegenden Fall nimmt die Antriebswalze 161 nicht eine Antriebskraft von der dritten Antriebsquelle 165 auf, und die angetriebene Walze 151 dreht sich frei, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm 6 in Kontakt steht, der sich mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit bewegt.
  • Im vorliegenden Fall bewegt sich die Antriebswalze 161 in einer Richtung, die näher kommt zu der angetriebenen Walze 151, durch die zweite Antriebsquelle 163. Im vorliegenden Fall dreht sich die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit, indem sie eine Antriebskraft von der dritten Antriebsquelle 165 aufnimmt, und führt den unteren Elektrodenfilm 6 zwangsweise zu, während sie mit der angetriebenen Walze 151 in Kontakt steht, und dreht sich in einer Richtung, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der angetriebenen Walze 151.
  • Hier kann die zweite Antriebsquelle 163 als ein bekannter Betätigungszylinder oder servolinearer Motor vorgesehen sein, der mit der Antriebswalze 161 verbunden ist und eine Vorwärts- und Rückwärtsantriebskraft in einer Richtung der angetriebenen Walze 151 an die Antriebswalze 161 bereitstellt. Zudem kann die dritte Antriebsquelle 165 einen bekannten Servomotor aufweisen, der mit der Antriebswalze 161 verbunden ist, und stellt eine Rotationskraft an die Antriebswalze 161 bereit.
  • Wie bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, ist die Zwangsantriebsrolle 150 in dem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6 vorgesehen, der durch den unterseitigen Filmaufwickler 70 aufgewickelt wird, weil die untere Elektrode 6 in einer Gravitationsrichtung absackt aufgrund ihres Gewichts, sodass die Unterseite des Elektrolyts 3 und der Kathodenkatalysatorelektrode 7 voneinander getrennt werden, was ein zwangsweises Zuführen des unteren Elektrodenfilms 6 vereinfacht.
  • Wenn die Zwangsantriebswalze 150 in dem Aufwicklungspfad des oberen Elektrodenfilms 4 vorgesehen ist, der mittels des oberseitigen Filmaufwicklers 60 aufgewickelt wird, sackt der obere Elektrodenfilm in der Gravitationsrichtung aufgrund seines Gewichts, sodass die obere Seite der Elektrolytmembran 3 und die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 aneinander kleben, und dementsprechend kann das zwangsweise Zuführen des oberen Elektrodenfilms reibungslos durchgeführt werden.
  • Die Steuereinrichtung 90 steuert einen Gesamtbetrieb der Vorrichtung 100 und kann einen Gesamtbetrieb der Vorrichtung 100 mittels verschiedener Programme und Steuerlogiken steuern.
  • Ferner wendet die Steuereinrichtung 90 bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Antriebssteuersignale auf die erste Antriebsquelle 51, die zweite Antriebsquelle 163, und die dritte Antriebsquelle 165 auf Basis von Erfassungssignalen an, die von den oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangen werden, das heißt, Visionsdaten der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6.
  • Die Steuereinrichtung 90 analysiert die Visionsdaten, die von den oberseitigen und den unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangen werden, um zu ermitteln, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6.
  • Zudem analysiert die Steuereinrichtung 90 die von dem oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangenen Visionsdaten, um zu ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4.
  • Wenn hier ermittelt wird, dass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der unteren Elektrodenfilms 6, wendet die Steuereinrichtung 90 das Antriebssteuersignal auf die erste Antriebsquelle 51 an, um die unterseitige Verbindungswalze 50 in einer Abwärtsrichtung zu bewegen, durch die erste Antriebsquelle 51. Zudem wendet die Steuereinrichtung 90 das Antriebssteuersignal auf die zweite Antriebsquelle 163 an, um die Antriebswalze 161 nahe an die angetriebene Walze 151 zu bewegen, durch die zweite Antriebsquelle 163. Ferner wendet die Steuereinrichtung 90 das Antriebssteuersignal auf die dritte Antriebsquelle 156 an um die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zu drehen, durch die dritte Antriebsquelle 165. Im vorliegenden Fall stellt die Steuereinrichtung 90 eine Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 161 so ein, dass sie schneller ist als eine vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit der Elektrolytmembran 3 und der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6.
  • Wenn ermittelt wird, dass die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4, wendet die Steuereinrichtung 9 das Antriebssteuersignal auf die erste Antriebsquelle 51 an, um die unterseitige Verbindungswalze 50 in einer Abwärtsrichtung zu bewegen, durch die erste Antriebsquelle 51. Zudem wendet die Steuereinrichtung 90 das Antriebssteuersignal auf die zweite Antriebsquelle 163 an, um die Antriebswalze 161 nahe zu der angetriebenen Walze 151 zu bewegen, durch die zweite Antriebsquelle 163. Ferner wendet die Steuereinrichtung 90 das Antriebssteuersignal auf die dritte Antriebsquelle 165 an, um die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu drehen, durch die dritte Antriebsquelle 165. Im vorliegenden Fall stellt die Steuereinrichtung 90 die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 161 langsamer ein als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit der Elektrolytmembran 3 und der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6.
  • Hiernach wird ein Betrieb der Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung 100 detailliert unter Bezugnahme auf 1 und die begleitenden Figuren beschrieben.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, und 3, 4 und 5 sind vorgesehen zum Beschreiben eines Betriebs einer Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle und eines Verfahrens zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Stoff einer Elektrolytmembran 3 in einer Rollenform abgewickelt durch einen Elektrolytmembranabwickler 10, um denselben einem vorbestimmten Transferpfad zuzuführen (S11).
  • Zudem werden bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung obere und untere Elektrodenfilme 4 und 5 in Rollenform abgewickelt zu dem Transferpfad durch einen oberseitigen Filmabwickler 20 und einen unterseitigen Filmabwickler 30, um die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 zuzuführen (S12).
  • Hier werden Anodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 7 kontinuierlich geschichtet mit regelmäßigen Abständen in den oberen und unteren Elektrodenfilmen und 6, entsprechend den oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3.
  • In einem solchen Prozess werden bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 jeweils visionsfotografiert durch die oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 und die Visionsdaten werden an eine Steuereinrichtung 90 ausgegeben (S13).
  • Als solches analysiert die Steuereinrichtung 90 die von den oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangenen Visionsdaten, um zu ermitteln, ob Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 abgestimmt sind innerhalb eines vorbestimmten Positionsbereichs (S14).
  • Wenn ermittelt wird in S14, dass die Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 nicht innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs abgestimmt sind, ermittelt die Steuereinrichtung 90, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6.
  • Zudem ermittelt die Steuereinrichtung 90 in S14, wenn ermittelt wird, dass die Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 nicht innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs abgestimmt sind, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Abschnitts des Elektrodenfilms 4.
  • Die Steuereinrichtung 90 kann in S14 ermitteln, dass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 nicht weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 und dass die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6 nicht weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4. Das heißt, die Steuereinrichtung 90 kann ermitteln, dass die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs abgestimmt sind.
  • Wie in 3 gezeigt, sind die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs abgestimmt, und die Steuereinrichtung 90 wendet ein Antriebssteuersignal auf eine erste Antriebsquelle 51 an, um die unterseitige Verbindungswalze 50 in einer Aufwärtsrichtung zu bewegen, durch die erste Antriebsquelle 51.
  • Als solches wird die unterseitige Verbindungswalze 50 nahe befestigt an der oberseitigen Verbindungswalze 40 und entlang des Transferpfads mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen, während die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 komprimiert werden durch drehen in eine Richtung, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der oberseitigen Verbindungswalze 40.
  • Im vorstehend angegebenen Fall wendet die Steuereinrichtung 90 zudem ein Antriebssteuersignal auf die zweite Antriebsquelle 163 an, um eine Antriebswalze 161 einer Zwangsantriebswalze 151 in eine Richtung zu bewegen, die weg fährt von einer angetriebenen Walze, durch die zweite Antriebsquelle 163. In einem solchem Fall stoppt die Steuereinrichtung 90 das Antreiben einer dritten Antriebsquelle 165 durch Anwenden eines Antriebssteuersignals an die dritte Antriebsquelle 165.
  • In einem solchen Fall werden der Elektrolyt 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, die zwischen die oberseitige Verbindungswalze 40 und die unterseitige Verbindungswalze 50 hineingelangen, komprimiert und dann entlang des Transferpfads mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen, gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform.
  • Als solches komprimieren die oberseitige Verbindungswalze 40 und die unterseitige Verbindungswalze 50 die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6, sodass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der Elektrodenfilme 4 und 6 zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 übertragen werden mittels eines Rolllaminier- und Bildabziehverfahrens, und dementsprechend werden die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 jeweils an die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 gehaftet (S15) .
  • Als nächstes werden die Elektrolytmembran 3, und die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 an die oberen und unteren Seiten derselben gehaftet aufgrund der Kompression der oberseitigen und unterseitigen Verbindungswalzen 40 und 50, und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5, von denen ausgehend die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 übertragen werden, werden voneinander getrennt durch oberseitige und unterseitige Delaminationsklingen 130 und 140 (S16).
  • Als nächstes werden die von der Elektrolytmembran 3 durch die oberseitigen und unterseitigen Delaminationsklingen 130 und 140 getrennten oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 wieder aufgewickelt durch die oberseitigen und unterseitigen Filmaufwickler 60 und 70 (S17).
  • Da die Antriebswalze 161 der Zwangsantriebswalze 150 in einer Richtung bewegt wird, die hier weg führt von der angetriebenen Walze 151, und zwar durch die zweite Antriebsquelle 163, dreht sich die angetriebene Walze 151 frei, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm 6 in Kontakt steht.
  • Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann daher ein Stoff der Elektrodenmembran 1, bei der die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 jeweils an die oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran 3 gehaftet werden, durch die vorstehend beschriebenen Serien von Schritten hergestellt werden (S18). Zudem wird der Stoff des Membranelektrodenaufbaus 1 zu einem darauf folgenden Prozess übertragen, während er um einen Elektrodenmembranaufwickler 80 in einer Rollenform aufgewickelt wird bzw. ist.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Serien von Schritten analysiert die Steuereinheit 90 indes die Visionsdaten, die von den oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangen werden in S14, um zu ermitteln, ob die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs abgestimmt sind oder nicht („match within the predetermined location range“).
  • Wie in 4 gezeigt, kann die Steuereinrichtung 90 beispielsweise ermitteln, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4, die entlang des Transferpfads mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen wird, weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6.
  • Wenn ermittelt wird, dass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4, die entlang des Transferpfads mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen wird, weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6, wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuerungssignal auf die erste Antriebsquelle 51 an, um die unterseitige Verbindungswalze 50 in einer Abwärtsrichtung zu bewegen, durch die erste Antriebsquelle 51. Dementsprechend wird die Kompression freigegeben, die auf die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Filme 4 und 5 angewendet wird, die zwischen der oberseitigen Verbindungswalze 40 und der unterseitigen Verbindungswalze 50 angeordnet sind (S21).
  • Im vorliegenden Fall werden die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 entlang des Transferpfads mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen mittels des Elektrodenmembranaufwicklers 80 und oberseitigen und unterseitigen Filmaufwicklern 60 und 70 und dann voneinander getrennt mittels der oberseitigen und unterseitigen Delaminationsklingen 130 und 140.
  • Hier wickeln der oberseitige Filmaufwickler 60 und der unterseitige Filmaufwickler 70 den oberen Elektrodenfilm 4 und den unteren Elektrodenfilm 6 mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit entlang von Aufwicklungspfaden der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 auf.
  • Während einem solchen Prozess wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuersignal auf die zweite Antriebsquelle 163 an, um die Antriebswalze 161 der Zwangsantriebswalze 150 in Richtung der angetriebenen Walze 151 zu bewegen durch die zweite Antriebsquelle 163. Gleichzeitig wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuersignal auf die dritte Antriebsquelle 165 an, um die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zu drehen, durch die dritte Antriebsquelle 165 (S22).
  • Als solches ist die Antriebswalze 161 nahe befestigt an der angetriebenen Walze 151, während der untere Elektrodenfilm 6 dazwischen eingefügt wird in dem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6, und führt den unteren Elektrodenfilm 6 zwangsweise zu, während sie in eine Richtung gedreht wird, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der angetriebenen Walze 151 (S23).
  • Da die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4 weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6, stellt die Steuereinrichtung 90 hier, wie vorstehend beschrieben, die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 161 schneller ein als die Maschinengeschwindigkeit der Elektrolytmembran 3 und der ober- und unterseitigen Elektrodenfilme 4 und 6. Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der untere Elektrodenfilm 6 daher zwangsweise zugeführt werden mittels der Zwangsantriebsrolle 150 mit einer Geschwindigkeit, die schneller ist als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit in dem Aufwicklungspfad.
  • Das heißt, bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 4, die entlang des Transferpfads übertragen wird, weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 des unteren Elektrodenfilms 6, wird der untere Elektrodenfilm 6 zwangsweise entlang des Aufwicklungspfads mit einer Antriebsgeschwindigkeit zugeführt, die schneller ist als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit.
  • Dementsprechend können Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs stimmen bzw. übereinstimmen („match“) gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (S24).
  • Als nächstes werden, wie in S13 und S14, wenn ermittelt wird, dass die Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 innerhalb des vorbestimmten Bereichs stimmen mittels der Steuereinrichtung 90 gemäß Erfassungssignalen der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120, die Schritte S15 bis S18 durchgeführt.
  • Andererseits werden, wie in S13 und S14, wenn ermittelt wird, dass die Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 nicht innerhalb des vorbestimmten Positionsbereichs übereinstimmen mittels der Steuereinrichtung 90 gemäß Erfassungssignalen der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120, die Schritte S21 bis S24 durchgeführt.
  • Indes analysiert die Steuereinrichtung 90 durch die vorstehend beschriebenen Serienschritte S11 bis S18 die Visionsdaten, die von dem oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120 empfangen werden, um zu ermitteln, dass die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 nicht übereinstimmen in dem vorbestimmten Positionsbereich, in S14.
  • Wie in 5 gezeigt, kann die Steuereinrichtung 90 beispielsweise ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der unteren Filmschicht 6 weiter vorne angeordnet als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 6, die entlang des Transferpfads mit einer vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen wird.
  • Wenn ermittelt wird, dass die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der unteren Filmschicht 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 6, wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuersignal auf die erste Antriebsquelle 51 an, um die unterseitige Verbindungswalze in einer Abwärtsrichtung zu bewegen, durch die erste Antriebsquelle 51. Dementsprechend wird die Kompression freigegeben, die auf die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 5 angewendet wird, die zwischen der oberseitigen Verbindungswalze 40 und der unterseitigen Verbindungswalze 50 angeordnet sind.
  • Im vorliegenden Fall werden die Elektrolytmembran 3 und die oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 entlang des Transferpfads mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit übertragen mittels des Elektrodenmembranaufwicklers 80 und oberseitigen und unterseitigen Filmaufwicklern 60 und 70, und dann voneinander getrennt mittels der oberseitigen und unterseitigen Delaminationsklingen 130 und 140.
  • Hier wickeln die oberseitigen und unterseitigen Aufwickler 60 und 70 den oberen Elektrodenfilm 4 und den unteren Elektrodenfilm 6 mit der vorbestimmten Maschinengeschwindigkeit entlang des Aufwicklungspfads der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 auf.
  • Während einem solchen Prozess wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuersignal auf die zweite Antriebsquelle 163 an, um die Antriebswalze 161 der Zwangsantriebsrolle 150 in Richtung der angetriebenen Rolle 151 zu bewegen durch die zweite Antriebsquelle 163. Gleichzeitig wendet die Steuereinrichtung 90 ein Antriebssteuersignal auf die dritte Antriebsquelle 165 an, um die Antriebswalze 161 mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zu rotieren durch die dritte Antriebsquelle 165 (S22).
  • Als solches ist die Antriebswalze 161 nahe befestigt an der angetriebenen Walze 151, während der untere Elektrodenfilm 6 dazwischen eingefügt ist in dem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms 6, und führt den unteren Elektrodenfilm 6 zwangsweise zu, während einer Rotation in einer Richtung, die entgegengesetzt ist zu der Rotationsrichtung der angetriebenen Walze 151 (S23).
  • Wie beschrieben, stellt die Steuereinrichtung 90 hier, da die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der oberen Filmschicht 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 6, die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 161 langsamer ein als die Maschinengeschwindigkeit der Elektrolytmembran 3 und ober- und der unterseitigen Elektrodenfilme 4 und 6. Dementsprechend kann der untere Elektrodenfilm 6 zwangsweise zugeführt werden mit einer Antriebsgeschwindigkeit, die langsamer ist als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit, in dem Aufwicklungspfad bei der beispielhaften Ausführungsform.
  • Das heißt, bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird, wenn die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht 7 der unteren Filmschicht 6 weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht 5 des oberen Elektrodenfilms 6, zwangsweise entlang des Aufwicklungspfads mit der Antriebsgeschwindigkeit zugeführt, die langsamer ist als die vorbestimmte Maschinengeschwindigkeit.
  • Dementsprechend können die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so angeordnet sein, dass sie in dem vorbestimmten Positionsbereich abgestimmt sind (S24) .
  • Als nächstes werden, wie in den Schritten S13 und S14, wenn ermittelt wird, dass die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 miteinander abgestimmt sind in dem vorbestimmten Positionsbereich mittels der Steuereinrichtung 90 in Abhängigkeit von Erfassungssignalen der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120, die Schritte S15 bis S18 durchgeführt.
  • Andererseits werden, wie in den Schritten S13 und S14, wenn ermittelt wird, dass die Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 nicht miteinander abgestimmt sind in dem vorbestimmten Positionsbereich mittels der Steuereinrichtung 90 in Abhängigkeit von Erfassungssignalen der oberseitigen und unterseitigen Positionssensoren 110 und 120, die Schritte S21 bis S24 durchgeführt.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Vorrichtung 100 zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle und das Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle den Membranelektrodenaufbau 1 herstellen, während automatisch Übertragungspositionen der oberen und unteren Elektrodenfilme 4 und 6 der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 angeordnet werden, indem der untere Elektrodenfilm 6 durch die Zwangsantriebswalze 150 zwangsweise zugeführt wird.
  • Daher kann für eine Positionsabweichung der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 aufgrund einer Übertragungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den oberen und unteren Elektrodenfilmen 4 und 5 und einer Beschichtungspositionsdispersion der Katalysatorelektrodenschichten 5 und 7 kompensiert werden.
  • Dementsprechend kann eine Transfergleichmäßigkeit bzw. Transferuniformität der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten 5 und 7 verbessert werden, eine Qualität des Membranelektrodenaufbaus 1 kann verbessert werden und eine Produktivität des Membranelektrodenaufbaus 1 kann weiter verbessert werden.
  • Zur Bequemlichkeit bei der Erklärungen und genauen Definition in den begleitenden Ansprüchen werden die Begriffe „obere“, „untere“, „innere“, „äußere“, „oben“, „unten“, „obere“, „untere“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorne“, „hinten“, „zurück“, „innen“, „außen“, „einwärts“, „auswärts“, „interne“, „externe“, „interne“, „äußere“, „vorwärts“ und „rückwärts“ verwendet, um Eigenschaften der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen von solchen Eigenschaften zu beschreiben, wie in den Figuren gezeigt.
  • Die vorstehenden Beschreibungen von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Illustration und Beschreibung präsentiert. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die spezifisch offenbarten Formen zu beschränken, und es ist nicht evident, dass viele Abwandlungen und Variationen möglich sind im Lichte der vorstehenden Lehren. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um gewisse Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu illustrieren, um einem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachzubilden und zu verwendet, und auch verschiedene Alternativen und Abwandlungen derselben. Es ist gedacht, dass der Rahmen der Erfindung durch die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020170061332 [0001]

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle, zum Verbinden einer Anodenkatalysatorelektrodenschicht und einer Kathodenkatalysatorelektrodenschicht, die nacheinander in oberen und unteren Elektrodenfilmen ausgebildet werden, mit oberen und unteren Seiten einer Elektrolytmembran unter Verwendung eines Walz-zu-Walz-Verfahrens, wobei die Vorrichtung aufweist: eine obere Verbindungswalze und eine untere Verbindungswalze, die oberhalb bzw. unterhalb eines Transferpfads angeordnet sind, durch den eine Elektrolytmembran und obere und untere Elektrodenfilme mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit übertragen werden, wobei eine der oberen und unteren Verbindungswalzen in einer vertikalen Richtung derselben durch eine erste Antriebsquelle hin- und herbewegbar ist und Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran überträgt, während die oberen und unteren Elektrodenfilme komprimiert werden; Filmaufwickler, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite der oberen und der unteren Verbindungswalze vorgesehen sind und dazu eingerichtet sind, obere und untere Elektrodenfilme aufzuwickeln; und eine Zwangsantriebswalze, die in einem Aufwicklungspfad eines Elektrodenfilms vorgesehen ist, der durch einen der Filmaufwickler aufgewickelt wird, und die dazu eingerichtet ist, den Elektrodenfilm selektiv mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zuzuführen.
  2. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 1, die einen oberen Positionsdetektor und einen unteren Positionsdetektor aufweist, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer Vorderseite der oberen und unteren Verbindungswalzen vorgesehen sind, dazu eingerichtet sind, Positionen der Anodenkatalysatorelektrodenschicht und der Kathodenkatalysatorelektrodenschicht der oberen und unteren Elektrodenfilme zu erfassen und Erfassungssignale an eine Steuerung auszugeben.
  3. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, die Delaminationsklingen aufweist, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer Seite der Filmaufwickler vorgesehen sind und dazu eingerichtet sind, den oberen Elektrodenfilm und den unteren Elektrodenfilm zu trennen.
  4. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die unterseitige Verbindungswalze, als eine der oberen und unteren Verbindungswalzen, in einer vertikalen Richtung derselben durch die erste Antriebsquelle hin- und herbewegbar ist.
  5. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 4, bei der die Zwangsantriebsrolle in einem Aufwicklungspfad des unteren Elektrodenfilms vorgesehen ist, der durch einen unteren Filmaufwickler aufgewickelt wird, in Bezug auf den Transferpfad.
  6. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Zwangsantriebsrolle aufweist: eine angetriebene Walze, die sich dreht, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm in Kontakt steht, der sich entlang des Aufwicklungspfads des unteren Elektrodenfilms bewegt; und eine Antriebswalze, die in einer Richtung hin- und herbewegbar vorgesehen ist, die wegführt von oder benachbart ist zu der angetriebenen Walze, durch eine zweite Antriebsquelle, und mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit durch eine dritte Antriebsquelle drehbar ist.
  7. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit: einem Elektrolytmembranabwickler, der dazu eingerichtet ist, die Elektrolytmembran zuzuführen, die in einer Rollenform aufgewickelt ist durch Aufwickeln der Elektrolytmembran, an einem Startende des Transferpfads; Filmabwickler, welche die rollenförmigen oberen und unteren Elektrodenfilme zuführen, wo die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten geschichtet werden, in vorbestimmten Abständen, zwischen dem Elektrolytabwickler und den oberen und unteren Verbindungswalzen durch Abwickeln der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran in dem Transferpfad; und einen Elektrodenmembranaufwickler, der einen Stoff des Membranelektrodenaufbaus aufwickelt, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht jeweils verbunden sind mit den oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran bei einem Ende des Transferpfads.
  8. Vorrichtung zum Herstellen eines Membranelektrodenaufbaus für eine Brennstoffzelle, mit: einem Elektrolytmembranabwickler, der eine Elektrolytmembran einem vorbestimmten Transferpfad zuführt, die in einer Rollenform aufgewickelt ist, durch Abwickeln der Elektrolytmembran; Filmabwickler, die oberhalb bzw. unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite des Elektrolytmembranabwicklers vorgesehen sind und rollenförmige obere und untere Elektrodenfilme zuführen, wo Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten geschichtet werden, in vorbestimmten Abständen, durch Abwickeln des oberen Elektrodenfilms zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran; eine obere Verbindungswalze und eine untere Verbindungswalze, die jeweils oberhalb und unterhalb des Transferpfads der Elektrolytmembran und des oberen und unteren Elektrodenfilms vorgesehen sind, die mit einer vorbestimmten Fördergeschwindigkeit übertragen werden, hin- und herbewegbar in einer vertikalen Richtung derselben unter dem Transferpfad durch eine erste Antriebsquelle, und welche die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme übertragen durch Komprimieren der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran; einem oberen Positionsdetektor und einem unteren Positionsdetektor, die oberhalb und unterhalb des Transferpfads bei einer Vorderseite der oberen und unteren Verbindungswalzen vorgesehen sind, Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme erfassen, und Erfassungssignale an eine Steuerung ausgeben; Delaminationsklingen, die oberhalb bzw. unterhalb des Transferpfads bei einer hinteren Seite der oberen und unteren Verbindungswalzen vorgesehen sind und die Elektrolytmembran und die oberen und unteren Elektrodenfilme trennen; Filmaufwickler, die oberhalb bzw. unterhalb des Transferpfads bei den Delaminationklingen vorgesehen sind und die oberen und unteren Elektrodenfilme aufwickeln; einer Zwangsantriebswalze, die in einem Aufwicklungspfad der unteren Elektrode vorgesehen ist, die durch den Filmaufwickler aufgewickelt wird, der unterhalb des Transferpfads angeordnet ist, und selektiv zwangsweise den untere Elektrodenfilm mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit zuführt; und einem Elektrolytmembranaufwickler, der einen Stoff eines Membranelektrodenaufbaus aufwickelt, wo die Anodenkatalysatorelektrodenschicht und die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht mit oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran verbunden werden, bei einem Ende des Transferpfads.
  9. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 8, bei der die Zwangsantriebswalze aufweist: eine angetriebene Walze, die sich dreht, während sie mit dem unteren Elektrodenfilm in Kontakt steht, der sich entlang des Aufwicklungspfads des unteren Elektrodenfilms bewegt; und eine Antriebswalze, die in einer Richtung hin- und herbewegbar ist, die wegführt von oder benachbart ist zu der angetriebenen Walze, durch eine zweite Antriebsquelle, und durch eine dritte Antriebsquelle mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit drehbar ist.
  10. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 8 oder 9, bei der die oberen und unteren Positionsdetektoren Visionsfotografien erstellen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme und jeweils Visionsdaten an die Steuerung ausgeben, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms, und dazu eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms auf Basis der Visionsdaten der oberen und unteren Positionssensoren.
  11. Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 10, bei der die Steuerung ein Antriebssignal auf die erste Antriebsquelle, die zweite Antriebsquelle und die dritte Antriebsquelle in Abhängigkeit der Visionsdaten der oberen und unteren Positionssensoren anwendet.
  12. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle unter Verwendung der Vorrichtung zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das umfasst: (a) Zuführen einer rollenförmigen Elektrolytmembran durch Abwickeln der Elektrolytmembran auf einen vorbestimmten Transferpfad; (b) Zuführen von rollenförmigen oberen und unteren Elektrodenfilmen, wo Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten nacheinander geschichtet werden in vorbestimmten Abständen, durch Abwickeln der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten hin der Elektrolytmembran; (c) Übertragen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme zu oberen und unteren Seiten der Elektrolytmembran, während die Elektrolytmembran und die oberen und unteren Elektrodenfilme durch die oberen und unteren Verbindungswalzen gelangen; (d) Aufwickeln der Elektrodenfilme, wo die Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten übertragen werden durch obere und untere Filmaufwickler; (e) Erfassen von Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten in Bezug auf die oberen und unteren Elektrodenfilme durch obere und untere Positionsdetektoren und Ausgeben von Erfassungssignalen; und (f) Antreiben der unteren Antriebswalze und der Zwangsantriebswalze durch die Steuerung in Abhängigkeit der Erfassungssignale der oberen und der unteren Positionsdetektoren und Anordnen der Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme.
  13. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 12, bei dem in (f) die untere Verbindungswalze in einer Abwärtsrichtung derselben bewegt wird durch Anwenden eines Steuersignals auf die erste Antriebsquelle durch die Steuerung, eine Antriebswalze der Zwangsantriebswalze zu einer angetriebenen Walze bewegt wird durch Anwenden eines Steuersignals auf die zweite Antriebsquelle, und die Antriebswalze mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit angetrieben wird durch Anwenden eines Steuersignals auf die dritte Antriebsquelle.
  14. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach Anspruch 12 oder 13, bei dem in (f) der untere Elektrodenfilm, der um einen unteren Filmaufwickler gewickelt ist, zwangsweise zugeführt wird mit einer vorbestimmten Antriebsgeschwindigkeit durch die Zwangsantriebswalze, und Positionen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten der oberen und unteren Elektrodenfilme angeordnet werden.
  15. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem in f) die Elektrolytmembran und die oberen und unteren Elektrodenfilme voneinander getrennt werden durch Delaminationsklingen bei einer hinteren Seite der oberen und unteren Verbindungswalzen.
  16. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Steuerung dazu eingerichtet ist, in (e) zu ermitteln ob die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms in Abhängigkeit der Erfassungssignale der oberen und unteren Positionsdetektoren.
  17. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit der Zwangsantriebsrolle schneller einstellt als eine vorbestimmte Geschwindigkeit der Elektrolytmembran und der oberen und unteren Elektrodenfilme, wenn ermittelt wird, dass die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms.
  18. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die Steuerung dazu eingerichtet ist, in (e) zu ermitteln, ob die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms in Abhängigkeit der Erfassungssignale der oberen und unteren Positionsdetektoren.
  19. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem die Steuerung die Antriebsgeschwindigkeit der Zwangsantriebsrolle langsamer einstellt als die vorbestimmte Geschwindigkeit der Elektrolytmembran und der oberen und unteren Elektrodenfilme, wenn ermittelt wird, dass die Kathodenkatalysatorelektrodenschicht des unteren Elektrodenfilms weiter vorne angeordnet ist als die Anodenkatalysatorelektrodenschicht des oberen Elektrodenfilms.
  20. Verfahren zum Herstellen des Membranelektrodenaufbaus für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem in (e) die oberen und unteren Positionsdetektoren Visionsfotografien erstellen der Anoden- und Kathodenkatalysatorelektrodenschichten in Bezug auf die oberen und unteren Elektrodenfilme und Visionsdaten an die Steuerung ausgeben.
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