DE102021212296A1

DE102021212296A1 - Einrichtung zum herstellen einer membran-elektroden-subgasket-anordnung und verfahren zum herstellen der membran-elektroden-subgasket-anordnung unter verwendung derselben

Info

Publication number: DE102021212296A1
Application number: DE102021212296.5A
Authority: DE
Inventors: Min Jin Kim; Ki Sub Lee; Yong Min Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US20220158200A1; US20240154134A1; CN114512700A; US11916239B2; KR20220066679A

Abstract

Eine Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung der Ausführungsform enthält eine Zuführeinheit, die eine Folienzuführwalze enthält, die konfiguriert ist, um eine Folie der Membran-Elektroden-Anordnung zuzuführen, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten aufweist, eine Schneideinheit, die eine Schneidwalze und eine Stützwalze enthält, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Schneidwalze zu drehen, wobei die Schneidwalze konfiguriert ist, um Abschnitte außerhalb jeder Katalysatorschicht zu stanzen, eine erste Presseinheit, die eine Saugwalze und eine erste heiße Walze enthält, und eine zweite Presseinheit, die zweite heiße Walzen enthält.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Unterdichtungs-Anordnung bzw. Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung.
HINTERGRUND
Eine Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung wird unter Verwendung eines Abzieh- bzw. Decal-Prozesses durch Heißpressen, eines Prozesses zum direkten Auftragen von Elektroden auf eine Elektrolytmembran oder eines Prozesses zum Heißpressen von Gasdiffusionselektroden (GDEs) auf eine Elektrolytmembran hergestellt. Insbesondere ist der Decal-Prozess ein Verfahren zum Ausrichten eines mit einer Anode und einer Kathode beschichteten Trennfilms mit einer Elektrolytmembran und dann Heißpressen des Trennfilms auf die Elektrolytmembran mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck und kann Probleme bei anderen Herstellungsverfahren lösen, wie beispielsweise eine Verformung der Elektrolytmembran und ein Verlust der Elektroden während der Herstellungsprozesse, und weist darin einen besonderen Vorteil auf, dass ein fortlaufender Herstellungsprozess unter Verwendung einer Walzenpresse möglich ist.
Aufgrund der Beschaffenheit des auf Rolle-zu-Rolle basierenden fortlaufenden Herstellungsprozesses gibt es während des Prozesses jedoch kein Schneiden einer Elektrolytmembranfolie und folglich entstehen unnötige Elektrolytmembranabschnitte, die bei einer elektrochemischen Reaktion nicht direkt mitwirken. 1 zeigt schematisch eine Ansicht von oben und eine Schnittansicht einer herkömmlichen Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30'. In Bezug darauf kann erkannt werden, dass ein unnötiger Elektrolytmembranabschnitt in einem Bereich A besteht.
In den letzten Jahren wurden eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung studiert, um die unnötige Verwendung der Elektrolytmembran zu verringern. Aufgrund anderer neuer Probleme, die sich zeigen, während das oben beschriebene Problem gelöst wird, besteht jedoch eine Beschränkung auf das Erhöhen der Effizienz der Herstellung einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung. Bestimmte Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung und ein Verfahren zum effizienten Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung in einem fortlaufenden Herstellungsprozess unter Verwendung einer Schneidwalze, die eine Schnittlinie in einer Folie der Membran-Elektroden-Anordnung bildet, und einer Saugwalze, die eine Membran-Elektroden-Anordnung unter Verwendung einer Saugkraft ansaugt und die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung auf eine Unterdichtung bzw. ein Subgasket laminiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Einrichtung und ein Verfahren zum effizienten Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung in einem fortlaufenden Herstellungsprozess bereit, ohne eine Elektrolytmembran zu verschwenden.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liefert eine Herstellungseinrichtung mit einer neuartigen Struktur und ein Herstellungsverfahren, die sowohl ein Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung als auch ein Heißpressen der Membran-Elektroden-Anordnung an Subgaskets in einem fortlaufenden Herstellungsprozess ermöglichen.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liefert eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung, die ein Haftmittel verwenden können, während dieselben sowohl ein Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung als auch ein Heißpressen der Membran-Elektroden-Anordnung an Subgaskets ermöglichen, um in einem fortlaufenden Herstellungsprozess effizient durchgeführt zu werden.
Wieder eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liefert eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung, die zum effizienten Steuern der in einem fortlaufenden Herstellungsprozess verwendeten Menge der Elektrolytmembran und Erzielen einer hohen Herstellungsausbeute einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung fähig sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung offensichtlicher werden und durch die in den beiliegenden Ansprüchen beschriebenen Mittel und Kombinationen derselben umgesetzt werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung geliefert, wobei die Einrichtung eine Zuführeinheit, die eine Folienzuführwalze enthält, die zum Zuführen einer Folie der Membran-Elektroden Anordnung konfiguriert ist, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten aufweist, eine Schneideinheit, die eine Schneidwalze und eine Stützrolle bzw. Stützwalze enthält, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Schneidwalze zu drehen, eine erste Presseinheit, die eine Saugwalze und eine heiße Walze enthält, und eine zweite Presseinheit enthält, die heiße Walzen enthält, wobei die Schneidwalze Abschnitte außerhalb jeder Katalysatorschicht stanzt.
Die Schneidwalze kann einen zylinderförmigen Schneidkörper, der konfiguriert ist, um sich um eine Mittelachse desselben herum zu drehen, und zumindest einen Schneidklingenabschnitt enthalten, der auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidkörpers entlang der Drehrichtung des Schneidkörpers angeordnet ist.
Der Schneidklingenabschnitt kann Schneidklingen enthalten, die in einer Form eines viereckigen Rahmens hervorstehen.
Die Schneidklingen stehen diskontinuierlich hervor.
Die erste Presseinheit kann eine Saugwalze und eine heiße Walze enthalten, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Saugwalze zu drehen, und die zweite Presseinheit kann ein Paar heiße Walzen enthalten, die konfiguriert sind, um sich in Eingriff miteinander zu drehen.
Die Saugwalze kann sich in Bezug auf die heiße Walze der ersten Presseinheit um eine vorbestimmte Distanz linear bewegen.
Die Saugwalze kann einen zylinderförmigen Saugkörper, der konfiguriert ist, um sich um eine zentrale Welle desselben herum zu drehen, und einen Saugabschnitt enthalten, der auf einer äußeren Umfangsfläche des Saugkörpers ausgebildet ist und zumindest eine Saugöffnung enthält.
Die Saugwalze kann Außenluft durch die Saugöffnung ansaugen.
Die Saugwalze kann ferner ein Pufferelement enthalten, das konfiguriert ist, um die Saugwalze auf einer äußeren Umfangsfläche derselben zu umgeben.
Das Pufferelement kann eine Dicke von 100 µm oder weniger, eine Porosität von 60% bis 70% und eine Luftströmungsrate von 0,060 bis 0,070 cfm aufweisen.
Die heiße Walze, die in der ersten Presseinheit enthalten ist, kann eine Temperatur von 50 bis 150°C aufweisen.
Die Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung kann ferner eine Trocknungsvorrichtung zwischen der Schneideinheit und der ersten Presseinheit enthalten.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung geliefert, wobei das Verfahren einen Zuführschritt zum Zuführen einer Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten aufweist, einen Schneidschritt zum Ausbilden einer Schnittlinie in der zugeführten Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, einen Trennschritt zum Trennen einer Membran-Elektroden-Anordnung von der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie aufweist, einen ersten Schichtungs- bzw. Laminierungsschritt zum Laminieren der getrennten Membran-Elektroden-Anordnung auf ein erstes Subgasket, und einen zweiten Laminierungsschritt zum Schichten bzw. Laminieren eines zweiten Subgaskets auf die Membran-Elektroden-Anordnung enthält, wobei die Schneidwalze die Schnittlinie durch Stanzen von Abschnitten außerhalb jeder Katalysatorschicht bildet.
Die Schnittlinie kann durch eine Schneidwalze gebildet werden, die Membran-Elektroden-Anordnung kann durch eine Saugwalze getrennt werden und die getrennte Membran-Elektroden-Anordnung und das erste Subgasket können durch die Saugwalze und eine heiße Walze aneinander laminiert werden.
Die Schneidwalze in dem Schneidschritt kann Schneidklingen enthalten, die in vorbestimmten Abständen hervorstehen, die Schneidklingen können in einer Form eines viereckigen Rahmens hervorstehen und die Schneidwalze kann die Schnittlinie durch Pressen der Schneidklingen gegen die Folie der Membran-Elektroden-Anordnung bilden.
Die Schnittlinie kann in einer Form eines viereckigen Rahmens gebildet werden, die Schnittlinie kann in einem vorbestimmten Abstand von der Kante jeder Katalysatorschicht gebildet werden, die auf der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet ist, und derart ausgebildet werden, dass die Katalysatorschicht innerhalb der Schnittlinie in der Form eines viereckigen Rahmens enthalten sein kann.
Die Membran-Elektroden-Anordnung in dem Trennschritt kann eine Elektrolytmembran und Katalysatorschichten enthalten, die auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran vorgesehen sind.
In dem Trennschritt kann die Membran-Elektroden-Anordnung durch die Saugkraft der Saugwalze angesaugt und getrennt werden.
Die Membran-Elektroden-Anordnung kann entlang der Schnittlinie getrennt werden, die in der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet ist.
In dem Schneidschritt können die Folie der Membran-Elektroden-Anordnung und die Membran-Elektroden-Anordnung durch Spannung in Bezug auf die Schnittlinie miteinander verbunden sein, und in dem Trennschritt kann die Saugkraft der Saugwalze größer als die Spannung sein.
In dem ersten Laminierungsschritt können die Saugwalze und die heiße Walze die Membran-Elektroden-Anordnung, die an die Saugwalze angesaugt wurde, durch Anlegen von Wärme und Druck an dieselbe auf das erste Subgasket laminieren, das zu der heißen Walze übertragen wurde.
Figurenliste
Die oben erwähnten und andere Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun in Bezug auf bestimme beispielhafte Beispiele derselben detailliert beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, die hierin nachstehend nur zur Veranschaulichung aufgeführt sind und die vorliegende Offenbarung folglich nicht beschränken und in denen:

1 die Struktur einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung nach einer herkömmlichen Technik veranschaulicht;
2 eine Ansicht ist, die einen Prozess zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt:
3 die Struktur einer Schneidwalze nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 die Struktur einer Saugwalze nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 zusätzliche Komponenten der Saugwalze nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 die Konfiguration und den Prozess einer ersten Presseinheit nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 die Operationen einer Saugwalze und einer heißen Walze zeigt;
8 einen Ablaufplan eines Prozesses zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9 ein Beispiel, bei dem eine Schnittlinie durch die Schneidwalze ausgebildet wird, einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
10 einen Prozess zum Trennen und Pressen einer Membran-Elektroden-Anordnung zeigt; und
11 die Struktur einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zum Vergleich mit der Struktur einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung einer herkömmlichen Technik zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben erwähnten Aufgaben, andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen offensichtlich werden, die nachstehend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben sind. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die nachstehend offenbarten Ausführungsformen beschränkt und kann in einer Vielfalt verschiedener Formen bzw. Ausgestaltungen verkörpert werden. Diese Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, sind vielmehr vorgesehen, so dass diese Offenbarung umfassend und vollständig sein wird, und werden jemandem mit Fähigkeiten in der Technik das Wesen der vorliegenden Offenbarung vollständig übermitteln.
Überall in der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen beziehen sich ähnliche Bezugsnummern auf ähnliche Komponenten. In den beiliegenden Zeichnungen sind die Maße der Strukturen zur Klarheit der Veranschaulichung übertrieben. Zwar können Ausdrücke, wie beispielsweise „erster/erste/erstes“ und „zweiter/zweite/zweites“, verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, aber die Komponenten sollten nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein. Diese Ausdrücke werden lediglich verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als eine zweite Komponente bezeichnet werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und ähnlich eine zweite Komponente auch als eine erste Komponente bezeichnet werden. Ausdrücke im Singular enthalten Ausdrücke im Plural, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt.
In der vorliegenden Beschreibung sollte klar sein, dass Ausdrücke, wie beispielsweise „enthalten“ und „haben“ bzw. „aufweisen“, das Bestehen erwähnter Charakteristiken, Anzahlen, Schritte, Operationen, Komponenten, Teile oder Kombinationen derselben bezeichnen, aber nicht die Wahrscheinlichkeit des Bestehens oder eines Zusatzes von einem/einer oder mehreren anderen Charakteristiken, Anzahlen, Schritten, Operationen, Komponenten, Teilen oder Kombinationen derselben ausschließen. Wenn ein Teil, wie beispielsweise eine Schicht, ein Film, ein Bereich, eine Platte oder dergleichen, bezeichnet wird, sich „auf“ oder „über“ einem anderen Teil zu befinden, bezeichnet dies zudem nicht nur einen Fall, in dem sich der Teil direkt über dem anderen Teil befindet, sondern auch einen Fall, in dem ein dritter Teil zwischen denselben besteht. Wenn ein Teil, wie beispielsweise eine Schicht, ein Film, ein Bereich, eine Platte oder dergleichen, umgekehrt bezeichnet wird, sich „unter“ einem anderen Teil zu befinden, bezeichnet dies nicht nur einen Fall, in dem sich der Teil direkt unter dem anderen Teil befindet, sondern auch einen Fall, in dem ein dritter Teil zwischen denselben besteht.
Da alle Zahlen, Werte und/oder Ausdrücke, die sich auf Mengen von Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Gemische beziehen, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, verschiedenen Unsicherheiten der Messung unterliegen, auf die beim Erhalten solcher Werte gestoßen wird, sind alle derselben, sofern nicht anderweitig angegeben, zu verstehen, in allen Fällen durch den Ausdruck „ungefähr“ modifiziert zu sein. Wenn hierin ein numerischer Bereich offenbart wird, ist solch ein Bereich zusammenhängend, einschließlich sowohl des minimalen als auch maximalen Wertes des Bereiches sowie jedes Wertes zwischen solch einem minimalen und maximalen Wert, sofern nicht anderweitig angegeben. Wenn sich solch ein Bereich auf ganze Zahlen bezieht, ist des Weiteren jede ganze Zahl zwischen dem minimalen und maximalen Wert solch eines Bereiches enthalten, sofern nicht anderweitig angegeben.
Wenn ein Bereich für einen Parameter angegeben ist, wird in der vorliegenden Beschreibung klar sein, dass der Parameter alle Werte innerhalb des genannten Bereiches einschließlich der genannten Endpunkte des Bereiches enthält. Beispielsweise wird ein Bereich von 5 bis 10 verstanden werden, die Werte 5, 6, 7, 8, 9 und 10 sowie jeden beliebigen Teilbereich, wie beispielsweise 6 bis 10, 7 bis 10, 6 bis 9 und 7 bis 9, zu enthalten und auch jeden beliebigen Wert und Bereich zwischen den ganzen Zahlen, die in dem Kontext des genannten Bereiches angemessen sind, wie beispielsweise 5,5, 6,5, 7,5, 5,5 bis 8,5 und 6,5 bis 9, zu enthalten. Beispielsweise wird ein Bereich von „10% bis 30%“ verstanden werden, die Werte 10%, 11%, 12%, 13% etc. und alle ganzen Zahlen bis zu und einschließlich 30% sowie jeden beliebigen Teilbereich, wie beispielsweise 10% bis 15%, 12% bis 18%, 20% bis 30% etc., und auch jeden beliebigen Wert zwischen den ganzen Zahlen, die in dem Kontext des genannten Bereiches angemessen sind, wie beispielsweise 10,5%, 15,5%, 25,5% etc., zu enthalten.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 und ein Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern eine Einrichtung und ein Verfahren zum effizienten Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 in einem fortlaufenden Herstellungsprozess unter Verwendung einer Schneidwalze 200, die eine Schnittlinie 13 in einer Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung bildet, und einer Saugwalze 300, die eine Membran-Elektroden-Anordnung 40 unter Verwendung einer Saugkraft ansaugt und die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 auf ein Subgasket 20 laminiert.
2 zeigt ein Gesamtprozessdiagramm der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und 8 zeigt einen Ablaufplan des Herstellungsverfahrens nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Nachstehend werden die Herstellungseinrichtung und jede Komponente derselben nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung basierend auf 2 in Bezug auf die 3 bis 7 beschrieben werden und das Herstellungsverfahren und jeder Schritt desselben nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung basierend auf 8 in Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben werden.
Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung
Die Einrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Zuführeinheit, die eine Folienzuführwalze 100 enthält, die zum Zuführen einer Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung konfiguriert ist, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten 11 aufweist, eine Schneideinheit A1, die eine Schneidwalze 200 und eine Stützwalze 800 enthält, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Schneidwalze 200 zu drehen, eine erste Presseinheit A2, die eine Saugwalze 300 und eine heiße Walze 400 enthält, eine zweite Presseinheit A3, die heiße Walzen 400 enthält, und eine Anordnungs-Rückgewinnungswalze 700, die konfiguriert ist, um die Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 zurückzugewinnen.
Insbesondere enthält die Einrichtung nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Schneidwalze 200, die Abschnitte außerhalb jeder Katalysatorschicht 11 stanzt.
Nachstehend wird jede Komponente der Einrichtung in Bezug auf die 2 bis 7 beschrieben werden.
Zuführeinheit
Die Zuführeinheit der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Folienzuführwalze 100, die konfiguriert ist, um die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung zuzuführen.
Die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung weist Katalysatorschichten 11 auf, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehen sind. Vorzugsweise sind auf einer Oberfläche der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung zwei oder mehr Katalysatorschichten 11 in einem vorbestimmten Abstand voneinander ausgebildet.
Die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die um die Folienzuführwalze 100 herum gewickelt ist, kann zu der Schneideinheit A1 übertragen werden, während dieselbe abgewickelt wird.
Schneideinheit
Die Schneideinheit A1 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Schneidwalze 200 und eine Stützwalze 800, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Schneidwalze 200 zu drehen. Genauer drehen sich die Schneidwalze 200 und die Stützwalze 800 in Eingriff miteinander, während dieselben eine Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung bilden, die von der Zuführeinheit übertragen wird und zwischen denselben angeordnet ist.
In Bezug auf 3 enthält die Schneidwalze 200 einen zylinderförmigen Schneidkörper 210, der konfiguriert ist, um sich um eine zentrale Welle desselben herum zu drehen, und einen oder mehrere Schneidklingenabschnitte a1, die auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidkörpers 210 entlang der Drehrichtung des Schneidkörpers 210 vorgesehen sind.
Die Schneidwalze 200 kann zumindest einen Schneidklingenabschnitt a1 enthalten, der auf einer äußeren Umfangsfläche derselben in zumindest einer Drehrichtung des Schneidkörpers 210 und/oder einer Höhenrichtung des Schneidkörpers 210 vorgesehen ist.
Der Schneidklingenabschnitt a1 enthält Schneidklingen 220, die in einer Form eines viereckigen Rahmens hervorstehen, und eine Schnittlinie 13 wird in der Form der Schneidklinge 220 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch die Schneidklingen 220 gebildet. Zu diesem Zeitpunkt stehen die Schneidklingen 220 diskontinuierlich hervor und die Schnittlinie 13 wird in einer Form eines viereckigen Rahmens auch diskontinuierlich gebildet.
Die Anzahl oder Flächengröße der diskontinuierlichen Abschnitte ist in der vorliegenden Offenbarung nicht besonders beschränkt, und die Anzahl und Flächengröße der diskontinuierlichen Abschnitte können nach Bedarf geeignet eingestellt werden, solange die Membran-Elektroden-Anordnung 40 eine Spannung aufweist, die ausreicht, um befestigt zu bleiben, bis dieselbe von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch die Saugwalze 300 getrennt wird.
Detailliertere Inhalte werden später beim Erläutern des Herstellungsverfahrens erörtert werden.
Die Stützwalze 800 dient zum Stützen der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, um derart übertragen zu werden, dass die Schneidklingen 220 der Schneidwalze 200 eine Schnittlinie in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch das Anlegen eines ausreichenden Drucks bilden können.
Erste Presseinheit
Die erste Presseinheit A2 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Saugwalze 300 und eine heiße Walze 400, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Saugwalze 300 zu drehen.
Die Saugwalze 300 enthält einen zylinderförmigen Saugkörper 310, der konfiguriert ist, um sich um eine zentrale Welle desselben herum zu drehen, und einen Saugabschnitt a2, der auf einer äußeren Umfangsfläche des Saugkörpers 310 ausgebildet ist und zumindest eine Saugöffnung 320 enthält.
In Bezug auf 4 sind eine Vielzahl von Saugöffnungen 320 in dem Saugabschnitt a2 der Saugwalze 300 ausgebildet und eine Gasbewegung tritt durch die Öffnungen auf. Genauer saugt die Saugwalze 300 Außenluft durch die Saugöffnungen an und verwendet die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Saugkraft, um ein externes Objekt, das heißt die Membran-Elektroden-Anordnung 40, anzusaugen.
Die Saugkraft kann ausreichend sein, um die Membran-Elektroden-Anordnung 40 vollständig von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung zu trennen, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie 13 aufweist. Vorzugsweise sollte die Saugkraft größer als die Spannung oder gleich derselben sein, die zwischen der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung und der Membran-Elektroden-Anordnung 40 in Bezug auf die Schnittlinie 13 erzeugt wird.
Die Saugwalze 300 kann sich gleichzeitig mit dem Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 drehen und nach Bedarf eine konstante Wärme erzeugen.
Die Saugwalze 300 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ferner ein Pufferelement 330 und ein Befestigungselement 340 enthalten.
In Bezug auf 5 kann erkannt werden, dass die Saugwalze 300 ferner das Pufferelement 330 enthalten kann, das konfiguriert ist, um die Saugwalze 300 auf einer äußeren Umfangsfläche derselben zu umgeben, und sich die Befestigungselemente 340 entlang beiden Kanten des Pufferelements 330 befinden, das konfiguriert ist, um die Saugwalze 300 zu umgeben.
Das Pufferelement 330 dient zum Verhindern einer Beschädigung der angesaugten Membran-Elektroden-Anordnung 40 durch Verteilen der von den Saugöffnungen übertragenen Saugkraft. Zudem dient das Pufferelement 330 dazu, den Druck von außen, der auf die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 wirkt, bis zu einem gewissen Grade verringern. Insbesondere dient das Pufferelement 330 zum Verhindern einer Beschädigung der Membran-Elektroden-Anordnung 40 durch Verringern eines Ungleichgewichts des Drucks bis zu einem gewissen Grade, das erzeugt wird, wenn die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 mit dem Subgasket 20 verbunden wird.
Das Pufferelement 330 weist vorzugsweise Porosität auf, so dass das Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 durch die Saugwalze 300 ausreichend fortschreiten kann, und das Pufferelement 330 weist eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Lösbarkeit auf. Das heißt, das Pufferelement 330 sollte eine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweisen, um der Wärme standzuhalten, die in der Saugwalze 300 erzeugt wird. Zudem sollte das Pufferelement 330 eine Lösbarkeit aufweisen, so dass die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Saugwalze 300 gelöst werden kann, ohne die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu beschädigen, wenn die angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 auf das Subgasket 20 gepresst wird.
Das Pufferelement 330 kann vorzugsweise expandiertes Polytetrafluorethylen (e-PTFE) enthalten.
Die Dicke des Pufferelements 330 beträgt 100 µm oder weniger, vorzugsweise 20 bis 100 µm.
Das Pufferelement 330 weist eine Porosität von 60 bis 70% und eine Luftströmungsrate von 0,060 bis 0,070 cfm auf.
Das Befestigungselement 340 dient zum Verhindern, dass die Saugkraft aufgrund eines Entweichens einer großen Menge an Gas in den Raum an beiden Enden des Pufferelements 330 abnimmt. Zudem dient das Befestigungselement 340 zum Befestigen des Pufferelements 330 an der Saugwalze.
Für das Befestigungselement 340 kann rostfreier Stahl und/oder Gummi verwendet werden, und jedes beliebige Material, das zum Durchführen aller der oben erwähnten Funktionen fähig ist, kann ohne bestimmte Einschränkung verwendet werden.
Die heiße Walze 400, die in der ersten Presseinheit A2 enthalten ist, erzeugt Wärme durch Eingreifen mit der Saugwalze 300, um das zugeführte Subgasket 20 und die zugeführte Membran-Elektroden-Anordnung 40 heiß zu pressen.
Das Subgasket 20 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält ein erstes Subgasket 21 und ein zweites Subgasket 22, die jeweils auf beide Oberflächen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 heißgepresst werden, und in der ersten Presseinheit A2 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das erste Subgasket 21 zuerst heißgepresst.
In Bezug auf die 2 und 6 drehen sich die Saugwalze 300 und die heiße Walze 400 in Eingriff miteinander und die auf die Saugwalze 300 angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung 40 gerät mit dem ersten Subgasket 21, das durch die heiße Walze 400 übertragen wird, an einer Stelle in Kontakt, an welcher die zwei Walzen einander in Eingriff nehmen, und nimmt einen konstanten Druck und Wärme auf, so dass ein Heißpressen durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie aufweist, die Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu der Saugwalze 300. Danach wird die Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung getrennt und die verbleibende Folie 50 durch die Folien-Rückgewinnungswalze 110 zurückgewonnen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Trennelement 900 verwendet werden, um die Trennung der Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu ermöglichen. Das Trennelement 900 dient zum Verringern der Spannung, die zwischen der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung und der Membran-Elektroden-Anordnung 40 erzeugt wird, während dasselbe auf die Membran-Elektroden-Anordnung 40 drückt, um dichter an der Saugwalze 300 anzuhaften.
Das Trennelement 900 kann eine Form aufweisen, die sich in Richtung einer Stelle verjüngt, an welcher die Membran-Elektroden-Anordnung 40 und die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung voneinander getrennt werden, um eine äußere Kraft weitestgehend zu der Stelle zu übertragen. Vorzugsweise kann das Trennelement 900 eine Form, wie beispielsweise eine Klinge, enthalten.
In Bezug auf 2 wird in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das erste Subgasket 21 durch eine Walze zum Zuführen eines ersten Subgaskets 21 zugeführt und empfängt die Membran-Elektroden-Anordnung 40 in der ersten Presseinheit A2, um eine Vormontage bzw. Voranordnung 31 zu bilden.
Wie oben beschrieben wurde, kann sich die Saugwalze 300 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die heiße Walze 400 um eine vorbestimmte Distanz linear bewegen, um die Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu dem ersten Subgasket 21 zu übertragen und gleichzeitig Druck und Wärme an dieselbe anzulegen. In diesem Zusammenhang hält in Bezug auf die 2 bis 7, unmittelbar bevor die Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu dem ersten Subgasket 21 übertragen wird, sowohl die Folienzuführwalze 100 als auch die Folien-Rückgewinnungswalze 110 an und die Saugwalze 300 ist von der heißen Walze 400 durch einen vorbestimmten Abstand beabstandet, während dieselbe die Membran-Elektroden-Anordnung 40 ansaugt. Wenn die Membran-Elektroden-Anordnung 40 zu dem ersten Subgasket 21 übertragen wird, wirken zudem sowohl die Folienzuführwalze 100 als auch die Folien-Rückgewinnungswalze 110 und die Saugwalze 300 nimmt die heiße Walze 400 in Eingriff und dreht sich gemäß der Drehgeschwindigkeit der heißen Walze 400. Dies ist ein zwangsläufiger Prozess, der sich aufgrund eines Unterschieds zwischen dem Abstand zwischen den Katalysatorschichten 11, die auf der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gebildet sind, und dem Abstand zwischen den in dem Subgasket 20 ausgebildeten Öffnungen ereignet. Die Bewegungsstrecke und -zeit der Saugwalze 300, die von der heißen Walze 400 durch einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, können in Abhängigkeit von Bedingungen, wie beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeit des Subgaskets 20, und einem Unterschied zwischen dem Abstand zwischen den Katalysatorschichten 11, die auf der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet sind, und dem Abstand zwischen den Öffnungen, die in dem Subgasket 20 ausgebildet sind, variieren.
Die Temperatur der heißen Walze 400 in der ersten Presseinheit A2 beträgt 50 bis 150°C. Vorzugsweise kann die Temperatur der Saugwalze 300 auch gleich der der heißen Walze 400 sein.
Die Einrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine Trocknungsvorrichtung zwischen der Schneideinheit A1 und der ersten Presseinheit A2 enthalten.
Die Trocknungsvorrichtung dient zum Verringern von Feuchtigkeit in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, so dass die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung ohne Knitter leicht gestreckt bzw. gespannt werden kann. Zudem dient die Trocknungsvorrichtung zum Unterstützen, dass die Membran-Elektroden-Anordnung 40 in Bezug auf die Schnittlinie 13 besser schrumpft, so dass die Membran-Elektroden-Anordnung 40 selbst durch eine geringe Saugkraft problemlos von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung getrennt werden kann.
Die Trocknungsvorrichtung kann eine Vorrichtung enthalten, die Infrarotstrahlen, heiße Luft oder dergleichen erzeugt, und die zu der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung übertragene Wärme weist eine Temperatur von 70 bis 120°C auf. Wenn Wärme mit einer geringeren Temperatur als 70°C zu der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung übertragen wird, kann es schwierig sein, eine Feuchtigkeit so viel wie erwünscht zu verdampfen, und wenn Wärme mit einer höheren Temperatur als 120°C zu der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung übertragen wird, kann darin ein Problem entstehen, dass eine starke Verformung der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung auftritt.
Zweite Presseinheit
Die zweite Presseinheit A3 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält ein Paar heiße Walzen 400, die konfiguriert sind, um sich in Eingriff miteinander zu drehen.
In Bezug auf 2 wird die Voranordnung 31, die das erste Subgasket 21 und die Membran-Elektroden-Anordnung 40 enthält, zusätzlich mit einem zweiten Subgasket 22 versehen und zu diesem Zeitpunkt wird ein Heißpressen durch das Paar heiße Walzen 400, die in der zweiten Presseinheit A3 enthalten sind, durchgeführt.
Die heißen Walzen 400 können den gleichen Temperaturbereich wie die heiße Walze 400 aufweisen, die in der ersten Presseinheit A2 enthalten ist.
Rückgewinnungseinheit
Die Rückgewinnungseinheit der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Anordnungs-Rückgewinnungswalze 700, die konfiguriert ist, um die Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 zurückzugewinnen, die das erste Subgasket 21, die Membran-Elektroden-Anordnung 40 und das zweite Subgasket 22 enthält. Die Walze zum Zuführen eines ersten Subgaskets 21 und die Walze zum Zuführen eines zweiten Subgaskets 22 drehen sich gemäß der Drehgeschwindigkeit der Anordnungs-Rückgewinnungswalze 700 und führen das Subgasket 20 zu, und die Voranordnung 31 und die Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 werden übertragen.
Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung
Das Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält einen Zuführschritt zum Zuführen der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehenen Katalysatorschichten 11 aufweist, einen Schneidschritt zum Bilden der Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, einen Trennschritt zum Trennen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie aufweist, einen ersten Laminierungsschritt zum Laminieren der getrennten Membran-Elektroden-Anordnung 40 auf das erste Subgasket 21, und einen zweiten Laminierungsschritt zum Laminieren des zweiten Subgaskets 22 auf die Membran-Elektroden-Anordnung 40.
Nachstehend wird jeder Schritt des Herstellungsverfahrens nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung basierend auf dem Prozessdiagramm der 2 und dem Ablaufplan der 8 in Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben werden. Die überlappenden Inhalte, die oben in Bezug auf die Einrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 erörtert wurden, werden hierin weggelassen werden.
Zuführschritt (S1)
Der Zuführschritt (S1) ist ein Schritt zum Zuführen der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehenen Katalysatorschichten 11 aufweist.
In Bezug auf 9 kann erkannt werden, dass die Katalysatorschichten 11 in einem vorbestimmten Abstand voneinander auf der Oberfläche der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Abstand zwischen den Katalysatorschichten 11 vorzugsweise 50 mm bis 20 mm.
Schneidschritt (S2)
Der Schneidschritt (S2) ist ein Schritt zum Ausbilden der Schnittlinie 13 in der zugeführten Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung. Genauer wird die Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch die Schneidklingen 220 der Schneidwalze 200 ausgebildet, die in der Schneideinheit A1 enthalten ist.
Die Schneidwalze 200 enthält Schneidklingen 220, die in regelmäßigen Abständen hervorstehen, und die Schneidklingen 220 stehen in einer Form eines viereckigen Rahmens hervor.
Die Schneidwalze 200 bildet die Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch Pressen der hervorstehenden Schneidklingen 220 gegen die Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung. Zu diesem Zeitpunkt wird die Schnittlinie 13 ausgebildet, um der Anzahl an Katalysatorschichten 11 zu entsprechen, die auf einer Oberfläche der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet sind.
In Bezug auf 9 kann erkannt werden, dass die Schnittlinie 13 in einer Form eines viereckigen Rahmens gemäß der Form der Schneidklingen 220 ausgebildet wird, und die Schnittlinie 13 wird in einem vorbestimmten Abstand von der Kante jeder Katalysatorschicht 11 ausgebildet, die auf der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Katalysatorschicht 11 innerhalb der Schnittlinie 13, die eine Form eines viereckigen Rahmens aufweist, enthalten.
Da die Schneidklingen 220 diskontinuierlich hervorstehen, können dieselben eine diskontinuierliche Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung bilden. Zu diesem Zeitpunkt wird der ungeschnittene Abschnitt in der Schnittlinie 13 als ein Verbindungsteil b1 bezeichnet und der geschnittene Abschnitt in der Schnittlinie 13 als ein geschnittener Abschnitt b2 bezeichnet.
Die Membran-Elektroden-Anordnung, die die Katalysatorschicht 11 enthält, die sich innerhalb der Schnittlinie 13 befindet, kann an der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch Beibehalten einer Spannung durch den Verbindungsabschnitt b1 fixiert werden. Das heißt, in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine einzelne Membran-Elektroden-Anordnung 40 mit der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch eine Spannung verbunden werden, die über die gesamte Fläche aller Verbindungsabschnitte b1 erzeugt wird, die in der einzelnen Membran-Elektroden-Anordnung 40 erzeugt werden.
Trennschritt (S3)
Der Trennschritt (S3) ist ein Schritt zum Trennen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie 13 aufweist. Genauer wird die Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung durch die in der ersten Presseinheit A2 enthaltene Saugwalze 300 getrennt.
In Bezug auf 10 kann erkannt werden, dass die Membran-Elektroden-Anordnung 40, die die Katalysatorschichten 11 enthält, von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung entlang der Schnittlinie 13 getrennt wird. Genauer kann die Membran-Elektroden-Anordnung 40 eine Elektrolytmembran 12 und Katalysatorschichten 11 enthalten, die auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran 12 vorgesehen sind.
Die Trennung wird durch eine Saugkraft durchgeführt, die durch die Saugwalze 300 erzeugt wird und auf die Membran-Elektroden-Anordnung 40 wirkt, die sich innerhalb der Schnittlinie 13 in der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung befindet. Insbesondere legt die Saugwalze eine Saugkraft an die Membran-Elektroden-Anordnung 40 an, die größer als die Spannung ist, die in der gesamten Fläche aller Verbindungsabschnitte b1 erzeugt wird, die in einer einzelnen Membran-Elektroden-Anordnung 40 erzeugt werden, wobei dadurch die Membran-Elektroden-Anordnung 40 angesaugt wird, während alle Verbindungsabschnitte b1 abgeschnitten bzw. abgetrennt werden.
Erster Laminierungsschritt (S4)
Der erste Laminierungsschritt (S4) ist ein Schritt zum Laminieren der getrennten Membran-Elektroden-Anordnung 40 auf das erste Subgasket 21. Genauer wird die Membran-Elektroden-Anordnung 40, die durch die Saugwalze 300 und die heiße Walze 400 getrennt wird, die in der ersten Presseinheit A2 enthalten sind, auf das erste Subgasket 21 durch Heißpressen laminiert.
In Bezug auf 6 kann erkannt werden, dass die Membran-Elektroden-Anordnung 40 von der Folie 10 der Membran-Elektroden-Anordnung getrennt wird und durch die Saugwalze 300 angesaugt und übertragen wird und das erste Subgasket 21 durch die heiße Walze 400 übertragen wird.
Die Membran-Elektroden-Anordnung 40 und das erste Subgasket 21 treffen an einer Stelle zusammen und werden durch Empfangen von Wärme und Druck von der Saugwalze 300 und der heißen Walze 400 heißgepresst. Zu diesem Zeitpunkt wird das erste Subgasket 21 auf beiden Oberflächen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 vorgesehen und ein Heißpressen derart durchgeführt, dass ein Abschnitt jeder Katalysatorschicht 11, die auf einer Oberfläche der Membran-Elektroden-Anordnung 40 vorgesehen ist, durch die Öffnung des ersten Subgaskets 21 freiliegend ist.
In Bezug auf 10 kann erkannt werden, dass die getrennte Membran-Elektroden-Anordnung 40 an die Öffnung des ersten Subgaskets 21 laminiert wird, um eine Voranordnung 31 zu bilden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung führt die Saugwalze 300 sowohl ein Ansaugen als auch Pressen der Membran-Elektroden-Anordnung 40 durch.
Zweiter Laminierungsschritt (S5)
Der zweite Laminierungsschritt (S5) ist ein Schritt zum Laminieren eines zweiten Subgaskets 22 auf die Membran-Elektroden-Anordnung 40. Insbesondere ist dieser Schritt ein Schritt, in dem das zweite Subgasket 22 an einer anderen Oberfläche als der einen Oberfläche der Membran-Elektroden-Anordnung 40 vorgesehen wird, an welcher das erste Subgasket vorgesehen ist, und durch die heißen Walzen 400 heißgepresst wird.
In Bezug auf 2 wird das zweite Subgasket 22 durch eine zweite Subgasket-Walze separat vorgesehen und in der zweiten Presseinheit A3 an die Voranordnung 31 laminiert und heißgepresst.
Das Heißpressen wird durch ein Paar heiße Walzen 400 in einem Zustand durchgeführt, in dem die Voranordnung 31 und das auf der Voranordnung 31 positionierte zweite Subgasket 22 zwischen den heißen Walzen 400 angeordnet sind.
Das Subgasket 20, das in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, enthält ein Haftmittel auf der Oberfläche desselben in Kontakt mit der Membran-Elektroden-Anordnung 40.
Das Haftmittel weist eine Bindefestigkeit auf, indem dasselbe der Heißpresstemperatur der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgesetzt wird, und verbindet die Membran-Elektroden-Anordnung 40 und das Subgasket 20 vollständig miteinander oder verbindet das erste Subgasket 21 und das zweite Subgasket 22 vollständig miteinander.
Das Haftmittel enthält vorzugsweise Urethan und Epoxid. Bevorzugter enthält das Haftmittel Urethan und Epoxid in einem Gewichtsverhältnis von 1:9 bis 3:7.
Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung
11 zeigt eine Ansicht von oben und eine Schnittansicht der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Beim Vergleichen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 mit der herkömmlichen Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30' der herkömmlichen Technik, die in 1 gezeigt ist, kann erkannt werden, dass sich bei der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30 der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Elektrolytmembran nicht in einem Abschnitt befindet, der einem Bereich A der herkömmlichen Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung 30' entspricht.
Wie oben beschrieben wurde, ist es nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Einrichtung und ein Verfahren zum effizienten Herstellen der Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung in einem fortlaufenden Herstellungsprozess, ohne eine Elektrolytmembran zu verschwenden, zu liefern.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Herstellungseinrichtung mit einer neuartigen Struktur und ein Herstellungsverfahren zu liefern, die sowohl ein Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung als auch ein Heißpressen der Membran-Elektroden-Anordnung an Subgaskets in einem fortlaufenden Herstellungsprozess ermöglichen.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung zu liefern, die ein Haftmittel verwenden können, während dieselben ermöglichen, dass sowohl ein Ansaugen der Membran-Elektroden-Anordnung als auch ein Heißpressen der Membran-Elektroden-Anordnung an Subgaskets in einem fortlaufenden Herstellungsprozess effizient durchgeführt werden.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung bereitzustellen, die zum effizienten Steuern der Menge einer Elektrolytmembran, die in einem fortlaufenden Herstellungsprozess verwendet wird, und Erzielen einer hohen Herstellungsausbeute einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung fähig sind.
Die Effekte der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben erwähnten Effekte beschränkt. Es sollte klar sein, dass die Effekte der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung alle Effekte enthalten, die anhand der obigen Beschreibung abgeleitet werden können.

Claims

Einrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung, wobei die Einrichtung Folgendes aufweist: eine Zuführeinheit, die eine Folienzuführwalze aufweist, die konfiguriert ist, um eine Folie der Membran-Elektroden-Anordnung zuzuführen, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten aufweist; eine Schneideinheit, die eine Schneidwalze und eine Stützwalze aufweist, die konfiguriert ist, um sich in Eingriff mit der Schneidwalze zu drehen, wobei die Schneidwalze konfiguriert ist, um Abschnitte außerhalb jeder Katalysatorschicht zu stanzen; eine erste Presseinheit, die eine Saugwalze und eine erste heiße Walze aufweist; und eine zweite Presseinheit, die zweite heiße Walzen aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidwalze Folgendes aufweist: einen zylinderförmigen Schneidkörper, der konfiguriert ist, um sich um eine zentrale Welle desselben herum zu drehen; und einen Schneidklingenabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsfläche des Schneidkörpers entlang einer Drehrichtung des Schneidkörpers vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei der Schneidklingenabschnitt Schneidklingen aufweist, die in einer Form eines viereckigen Rahmens hervorstehen.
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schneidklingen diskontinuierlich hervorstehen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Saugwalze und die erste heiße Walze der ersten Presseinheit konfiguriert sind, um sich in Eingriff miteinander zu drehen; und die zweiten heißen Walzen der zweiten Presseinheit konfiguriert sind, um sich in Eingriff miteinander zu drehen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Saugwalze konfiguriert ist, um sich in Bezug auf die erste heiße Walze der ersten Presseinheit um eine vorbestimmte Distanz linear zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Saugwalze Folgendes aufweist: einen zylinderförmigen Saugkörper, der konfiguriert ist, um sich um eine zentrale Welle desselben herum zu drehen; und einen Saugabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsfläche des Saugkörpers ausgebildet ist und eine Saugöffnung enthält.
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Saugwalze konfiguriert ist, um Außenluft durch die Saugöffnung anzusaugen.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem Pufferelement, das die Saugwalze auf einer äußeren Umfangsfläche der Saugwalze umgibt.
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei das Pufferelement eine Dicke von 100 µm oder weniger, eine Porosität von 60% bis 70% und eine Luftströmungsrate von 0,060 bis 0,070 cfm aufweisen kann.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste heiße Walze der ersten Presseinheit eine Temperatur von 50 bis 150°C aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Trocknungsvorrichtung zwischen der Schneideinheit und der ersten Presseinheit.
Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Subgasket-Anordnung, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen Schritt zum Zuführen einer Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, die auf beiden Oberflächen derselben vorgesehene Katalysatorschichten aufweist; einen Schneidschritt zum Ausbilden einer Schnittlinie in der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, wobei das Ausbilden der Schnittlinie das Stanzen von Abschnitten außerhalb jeder Katalysatorschicht aufweist; einen Trennschritt zum Trennen einer Membran-Elektroden-Anordnung von der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung, die die in derselben ausgebildete Schnittlinie aufweist; einen ersten Laminierungsschritt zum Laminieren der getrennten Membran-Elektroden-Anordnung auf ein erstes Subgasket; und einen zweiten Laminierungsschritt zum Laminieren eines zweiten Subgaskets auf die Membran-Elektroden-Anordnung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: der Schneidschritt durch eine Schneidwalze durchgeführt wird; der Trennschritt durch eine Saugwalze durchgeführt wird; und der erste Laminierungsschritt durch die Saugwalze und eine heiße Walze durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: der Schneidschritt durch eine Schneidwalze durchgeführt wird, die Schneidklingen aufweist, die in vorbestimmten Abständen und in einer Form eines viereckigen Rahmens hervorstehen; und das Ausbilden der Schnittlinie das Pressen der Schneidklingen gegen die Folie der Membran-Elektroden-Anordnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schnittlinie in einer Form eines viereckigen Rahmens und in einem vorbestimmten Abstand von einer Kante jeder Katalysatorschicht ausgebildet wird, die auf der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet ist, so dass die Katalysatorschichten innerhalb der Schnittlinie in der Form eines viereckigen Rahmens enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Membran-Elektroden-Anordnung eine Elektrolytmembran und die Katalysatorschichten aufweist, die auf beiden Oberflächen der Elektrolytmembran vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei in dem Trennschritt die Membran-Elektroden-Anordnung durch eine Saugkraft einer Saugwalze angesaugt und getrennt wird und die Membran-Elektroden-Anordnung entlang der in der Folie der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildeten Schnittlinie getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei in dem Schneidschritt die Folie der Membran-Elektroden-Anordnung und die Membran-Elektroden-Anordnung durch eine Spannung in Bezug auf die Schnittlinie miteinander verbunden sind und in dem Trennschritt die Saugkraft der Saugwalze größer als die Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei in dem ersten Laminierungsschritt die Saugwalze und die erste heiße Walze die an die Saugwalze angesaugte Membran-Elektroden-Anordnung auf das erste Subgasket, das zu der ersten heißen Walze übertragen wird, durch Anlegen von Wärme und Druck an dieselbe laminieren.