JP5371243B2 - 膜/電極ユニットを製作するための方法および装置 - Google Patents
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Description
a)使用される真空ベルトは装置の高い複雑性に至る。このことはより高いコスト、複雑な測定・制御技術および強められたメンテナンス作業に帰結する。
b)真空ベルトによる供給はローラへの受渡し箇所もしくは移載箇所を意味する。それにより、幾何学的な理由から、電極の大きさの下限は制限されており、任意に小さな膜/電極ユニットは製作され得ない。
c)真空ベルトの使用により、電極もしくは基板のための熱影響ゾーンはローラギャップの領域に制限されている。この狭い加熱ゾーンにより、ラミネートプロセス時、特により高い生産速度が実現されねばならないとき、不十分な熱伝達が発生する。そのような装置の設備キャパシティはそれゆえ制限されている。
a)それぞれの電極を、真空で負荷される2つの隣接したローラに被着し、
b)被着された電極を両ローラ間のローラギャップに供給し、かつ
c)これらの電極をイオン伝導性の膜に圧着する
という工程を含む、膜/電極ユニットを製作するための方法により解決される。また、方法がさらに、膜/電極ユニットを個別化する工程を含むと有利である。また、両ローラに作用する真空が50〜300mbarの範囲にあると有利である。また、電極が、多孔質の電気伝導性の材料、例えば炭素繊維ペーパ、炭素繊維フリース、炭素繊維クロス、金属ネット、メタライジングされた繊維クロスおよびこれに類するものを有していて、触媒層が施されているガス分配基板から成ると有利である。また、イオン伝導性の膜が有機イオノマー、例えばフッ素化されたポリマーのスルホン酸誘導体、スルホン化されたポリエーテルケトン、スルホン化されたポリアリールケトン、ドープされたポリスルホン、ドープされたポリベンゾイミダゾール、および/または無機イオノマーを含むと有利である。また、電極を予め打抜くと有利である。また、電極を少なくとも1つのロボットによりローラに被着すると有利である。また、グリッパにおける電極の位置を走行運動中画像処理システムにより分析し、かつロボットを目標値に応じて追従制御すると有利である。また、電極を時間同期的にローラに置くと有利である。また、電極を時間的にずらしてローラに置くと有利である。また、イオン伝導性の膜との電極の圧着を、50〜300N/cmの範囲、有利には80〜200N/cmの範囲の線圧で実施すると有利である。また、イオン伝導性の膜との電極の圧着を、130〜220℃の範囲、有利には150℃〜190℃の範囲のローラの表面温度で実施すると有利である。また、ローラの周速度が50〜500m/hの範囲、有利には100〜300m/hの範囲にあると有利である。また、それぞれの電極の圧着後、吹出し空気をローラの表面に送給すると有利である。また、膜/電極ユニットがより高度に統合されており、場合によりシール材料、補強材料または保護フィルムを含むと有利である。また、個別化を打抜き工具、回転打抜き器具、打抜き刃、パーフォレーションローラまたは押切り断裁器具により行うと有利である。
図1は、本発明による装置の一実施形態のローラ(1)の前面の平面図を示している。真空もしくは吹出し空気下にある孔は、対応するスライダにより覆われている。
図2は、本発明による装置の一実施形態の軸方向断面図を示している。
図3は、膜/電極ユニットの生産中の、本発明による装置の一実施形態の両ローラ(1,1′)の横断面図を示している。
本例では、前章の構成に相当し、300mmのローラ直径を有する機械が使用される。生産プロセスの準備のために、イオノマー膜(担体シート上に被着され、保護フィルムにより被覆されたもの;NafionR NR112、DuPont社;アメリカ合衆国)のロールが機械に装填され、調整される。装置は膜の担体シートならびに保護フィルムの離層のための装置を有している。その結果、前記膜はフリーの状態でローラギャップに進入する。
2/2′ 真空ゾーン
3/3′ 吹出しゾーン
4/4′ 熱源
5 軸方向の分配孔
6 半径方向の孔
7 駆動軸
8/8′ 電極(触媒コーティングされたアノードもしくはカソード)
9 イオン伝導性の膜
10 ローラギャップ
11 膜/電極ユニット
Claims (33)
- アノード電極(8)と、カソード電極(8′)と、その間に配置されたイオン伝導性の膜(9)とを備えた、膜形燃料電池のための膜/電極ユニットを製作するための方法において、以下の工程、すなわち:
a)電極(8,8′)を、加熱され真空が形成される2つの隣接したローラ(1,1′)に被着し、
b)被着された電極(8,8′)を両ローラ(1,1′)間のローラギャップ(10)に供給し、
c)前記ローラギャップ(10)においてこれらの電極(8,8′)を前記イオン伝導性の膜(9)に圧着し、かつ
d)前記電極(8,8′)の圧着後、吹出し空気をローラ(1,1′)の表面に送給する
という工程を含むことを特徴とする、膜/電極ユニットを製作するための方法。 - さらに膜/電極ユニットを個別化する工程を含む、請求項1記載の方法。
- 両ローラ(1,1′)に作用する真空が50〜300mbarの範囲にある、請求項1記載の方法。
- 電極(8,8′)が、多孔質の電気伝導性の材料を有していて、触媒層が施されているガス分配基板から成る、請求項1記載の方法。
- 前記多孔質の電気伝導性の材料は、炭素繊維ペーパ、炭素繊維フリース、炭素繊維クロス、金属ネットまたはメタライジングされた繊維クロスである、請求項4記載の方法。
- イオン伝導性の膜(9)が有機イオノマーおよび/または無機イオノマーを含む、請求項1記載の方法。
- 前記有機イオノマーは、フッ素化されたポリマーのスルホン酸誘導体、スルホン化されたポリエーテルケトンまたはスルホン化されたポリアリールケトンである、請求項6記載の方法。
- 電極(8,8′)を予め打抜く、請求項1記載の方法。
- 電極(8,8′)を少なくとも1つのロボットのグリッパによりローラ(1,1′)に被着する、請求項1記載の方法。
- グリッパにおける電極(8,8′)の位置を走行運動中画像処理システムにより分析し、かつロボットを目標値に応じて追従制御する、請求項9記載の方法。
- 電極(8,8′)を時間同期的にローラ(1,1′)に置く、請求項1記載の方法。
- 電極(8,8′)を時間的にずらしてローラ(1,1′)に置く、請求項1記載の方法。
- イオン伝導性の膜(9)との電極(8,8′)の圧着を、50〜300N/cmの範囲の線圧で実施する、請求項1記載の方法。
- イオン伝導性の膜(9)との電極(8,8′)の圧着を、80〜200N/cmの範囲の線圧で実施する、請求項13記載の方法。
- イオン伝導性の膜(9)との電極(8,8′)の圧着を、130〜220℃の範囲のローラの表面温度で実施する、請求項1記載の方法。
- イオン伝導性の膜(9)との電極(8,8′)の圧着を、150〜190℃の範囲のローラの表面温度で実施する、請求項15記載の方法。
- ローラ(1,1′)の周速度が50〜500m/hの範囲にある、請求項1記載の方法。
- ローラ(1,1′)の周速度が100〜300m/hの範囲にある、請求項17記載の方法。
- 膜/電極ユニットがシール材料、補強材料または保護フィルムを含む、請求項1記載の方法。
- 個別化を打抜き工具、回転打抜き器具、打抜き刃、パーフォレーションローラまたは押切り断裁器具により行う、請求項2記載の方法。
- 請求項1から20までのいずれか1項記載の方法を実施する、膜形燃料電池のための膜/電極ユニットを製作するための装置において、少なくとも2つの回転するローラ(1,1′)を備えたローラプレスが設けられており、前記ローラが、加熱可能な真空ローラであり、ローラ(1,1′)は、前記ローラ(1,1′)の回転方向で見て前記ローラギャップ(10)の上流側に真空ゾーン(2,2′)を備え、前記ローラギャップ(10)の下流側に吹出しゾーン(3,3′)を有していることを特徴とする、膜/電極ユニットを製作するための装置。
- ローラ(1,1′)を加熱するための少なくとも2つの熱源(4,4′)を有している、請求項21記載の装置。
- 前記熱源(4,4′)が赤外線放射器である、請求項22記載の装置。
- 前記熱源(4,4′)が、ローラリングの内面に被着された電気的な面加熱体である、請求項22記載の装置。
- それぞれのローラ(1,1′)が中空軸として構成されており、中空軸の壁に前記ローラ(1,1′)の軸方向で延びる、真空または吹出し空気を分配する分配孔(5)が設けられている、請求項21記載の装置。
- 前記分配孔(5)から、前記ローラ(1,1′)の半径方向で延びる孔(6)がローラ表面に通じている、請求項25記載の装置。
- ローラ(1,1′)に付加的にフレキシブルなブランケットが設けられている、請求項21記載の装置。
- 前記フレキシブルなブランケットはシリコーンゴムである、請求項27記載の装置。
- 1つのローラが固定ローラであり、駆動軸を有している、請求項21記載の装置。
- 1つのローラが可動ローラであり、可動ローラがリニアガイド上でローラ軸線に対して横方向で移動可能に配置されている、請求項21記載の装置。
- 1つのローラが可動ローラであり、可動ローラが揺動式に円弧上をローラ軸線に対して横方向で案内されている、請求項21記載の装置。
- 膜形燃料電池のための膜/電極ユニットを製作するためのシステムにおいて、請求項21記載の装置がピックアンドプレースシステムに連結されていることを特徴とする、膜/電極ユニットを製作するためのシステム。
- 膜形燃料電池のための膜/電極ユニットを製作するためのシステムにおいて、請求項21記載の装置が画像処理システムに連結されていることを特徴とする、膜/電極ユニットを製作するためのシステム。
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