KR102187450B1 - Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly of fuel cell - Google Patents

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Abstract

연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치가 개시된다. 개시된 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는 ⅰ)롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 공급하는 멤브레인 언와인더와, ⅱ)애노드 및 캐소드의 촉매 전극층이 각각 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형 필름을 고분자 전해질막의 상,하측으로 풀어서 공급하는 필름 언와인더와, ⅲ)촉매 전극층이 이재된 필름을 회수하는 필름 리와인더와, ⅳ)고분자 전해질막 및 이형 필름의 진행 경로 상하 측에 각각 배치되고, 적어도 어느 하나가 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 촉매 전극층을 고분자 전해질막의 상면과 하면에 압착하며 전사하는 상하 접합 롤과, ⅴ)상하 접합 롤의 진출 측에서 그 진행 경로의 상하 측에 각각 설치되며, 이형 필름을 벗겨내는 이형 바아와, ⅵ)상하 접합 롤의 진입 측에 설치되며, 촉매 전극층의 위치를 감지하는 위치 센서를 포함할 수 있다.Disclosed is an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell. The disclosed apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell includes: i) a membrane unwinder that unwinds and supplies a roll-shaped polymer electrolyte membrane, and ii) a roll-shaped release film in which the anode and cathode catalyst electrode layers are coated at regular intervals. A film unwinder that is unwinded and supplied to the upper and lower sides of the electrolyte membrane, iii) a film rewinder that recovers a film having a transferred catalyst electrode layer, and iv) disposed on the upper and lower sides of the progression path of the polymer electrolyte membrane and the release film. One is installed to be movable in the vertical direction, the upper and lower bonding rolls that pressurize and transfer the catalyst electrode layer to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane, and v) are installed on the upper and lower sides of the progression path from the advancing side of the upper and lower bonding rolls, It may include a release bar for peeling off the release film, and ⅵ) a position sensor installed on the entry side of the upper and lower bonding rolls and detecting the position of the catalyst electrode layer.

Description

연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY OF FUEL CELL}Manufacturing apparatus and method of membrane-electrode assembly for fuel cell {DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY OF FUEL CELL}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택 부품 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 제조하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell stack component manufacturing system, and more particularly, to an apparatus and method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell for manufacturing a membrane-electrode assembly (MEA) of a fuel cell. About.

알려진 바와 같이, 연료전지(Fuel Cell)는 수소 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의하여 전기를 생산한다. 이러한 연료전지는 별도의 충전 과정 없이도 외부에서 화학 반응물을 공급받아 지속적인 발전이 가능하다는 특징이 있다.As is known, fuel cells generate electricity by electrochemical reactions of hydrogen and oxygen. Such a fuel cell is characterized in that continuous power generation is possible by receiving chemical reactants from the outside without a separate charging process.

연료전지는 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(분리판 또는 바이폴라 플레이트)를 배치하여 구성될 수 있다. 이러한 연료전지는 다수 매로서 연속적으로 배열되며 연료전지 스택으로 구성될 수 있다.The fuel cell may be configured by disposing separators (separating plates or bipolar plates) on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA) interposed therebetween. Such fuel cells may be continuously arranged as a plurality of sheets and may be configured as a fuel cell stack.

여기서, 연료전지의 핵심부품인 막-전극 어셈블리는 3-레이어(3-layer) 구조로서, 고분자 전해질막을 사이에 두고 그 고분자 전해질막의 일면에 애노드 촉매 전극층을 형성하며, 다른 일면에 캐소드 촉매 전극층을 형성하고 있다.Here, the membrane-electrode assembly, which is a core component of the fuel cell, has a 3-layer structure, and an anode catalyst electrode layer is formed on one side of the polymer electrolyte membrane, and a cathode catalyst electrode layer is formed on the other side. Is forming.

이러한 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조하는 방식으로는 직접 코팅(Direct Coating) 방식과 데칼(Decal) 방식을 예로 들 수 있다.As a method of manufacturing such a three-layer structured membrane-electrode assembly, a direct coating method and a decal method may be exemplified.

이 중에서 데칼 방식의 경우는 이형 필름의 표면에 촉매 슬러리를 코팅 후 건조하여 촉매 전극층을 형성하고, 고분자 전해질막의 양면으로 각각 촉매 전극층이 형성된 이형 필름을 적층한 다음, 롤 라미네이팅 공법을 이용하여 촉매 전극층을 고분자 전해질막의 양면에 전사시켜 접합하고, 이형 필름을 제거하여 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조한다.Among them, in the case of the decal method, the catalyst slurry is coated on the surface of the release film and then dried to form a catalyst electrode layer, and a release film in which a catalyst electrode layer is formed on both sides of the polymer electrolyte membrane is stacked, and then the catalyst electrode layer is used by a roll laminating method. Is transferred to both sides of the polymer electrolyte membrane and bonded, and the release film is removed to prepare a three-layer structure membrane-electrode assembly.

즉, 데칼 방식을 이용한 막-전극 어셈블리의 제조 공정은 롤 타입의 촉매 전극층 롤 타입의 고분자 전해질막을 고온 고압의 접합 롤을 통해 연속적으로 합지(열 압착)하고, 이형 필름을 제거하며 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조한다.In other words, in the manufacturing process of the membrane-electrode assembly using the decal method, the roll-type catalyst electrode layer roll-type polymer electrolyte membrane is continuously laminated (thermocompressed) through a high-temperature and high-pressure bonding roll, the release film is removed, and a 3-layer structure Of the membrane-electrode assembly.

이와 같이 롤 라미네이팅 공법을 이용하는 데칼 방식으로 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조하는 것은 제조 속도를 향상시킬 수 있고, 스케일 업이 용이하여 양산 공정에 유리하다는 잇점이 있다.As described above, manufacturing a three-layer structure membrane-electrode assembly using a decal method using a roll laminating method has advantages in that the manufacturing speed can be improved and scale-up is easy, which is advantageous in the mass production process.

그러나, 이러한 롤 라미네이팅 연속 공법을 이용하는 데칼 방식은 고분자 전해질막을 중간에 두고 이의 양측에 촉매 전극층이 코팅된 이형 필름을 위치시킨 상태로, 이들을 고온 고압의 접합 롤 사이로 통과시키며 촉매 전극층과 고분자 전해질막을 서로 맞닿는 방향으로 합지하기 때문에, 애노드 및 캐소드 촉매 전극층의 합지 위치를 정렬하는 것이 어렵다. However, in this decal method using the continuous roll lamination method, a release film coated with a catalyst electrode layer is placed on both sides of the polymer electrolyte membrane in the middle, and the catalyst electrode layer and the polymer electrolyte membrane are passed through the bonding rolls at high temperature and high pressure. Since they are laminated in the abutting direction, it is difficult to align the laminated positions of the anode and cathode catalyst electrode layers.

즉, 항시 가압하고 있는 고온 고압의 접합 롤 사이로 이형 필름과 고분자 전해질막이 연속적으로 통과하며 고분자 전해질막의 양면에 촉매 전극층이 합지되기 때문에, 이와 같은 롤 라미네이팅 연속 공정에서는 촉매 전극층의 위치를 정렬하기기가 어려운 실정이다.In other words, since the release film and the polymer electrolyte membrane continuously pass between the bonding rolls of high temperature and high pressure that are always pressurized, and the catalyst electrode layers are laminated on both sides of the polymer electrolyte membrane, it is difficult to align the positions of the catalyst electrode layers in such a continuous roll laminating process. Actually.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in this background are prepared to enhance an understanding of the background of the invention, and may include matters not known in the prior art to those of ordinary skill in the field to which this technology belongs.

본 발명의 실시예들은 데칼 방식으로 고분자 전해질막의 양면에 촉매 전극층을 연속적으로 롤 라미네이팅 하며 촉매 전극층의 위치를 자동으로 정렬할 수 있도록 한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are to provide an apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell in which a catalyst electrode layer is continuously roll-laminated on both sides of a polymer electrolyte membrane in a decal method and the position of the catalyst electrode layer is automatically aligned.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는, ⅰ)롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 공급하는 멤브레인 언와인더와, ⅱ)애노드 및 캐소드의 촉매 전극층이 각각 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형 필름을 고분자 전해질막의 상,하측으로 풀어서 공급하는 필름 언와인더와, ⅲ)상기 촉매 전극층이 이재된 필름을 회수하는 필름 리와인더와, ⅳ)상기 고분자 전해질막 및 이형 필름의 진행 경로 상하 측에 각각 배치되고, 적어도 어느 하나가 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막의 상면과 하면에 압착하며 전사하는 상하 접합 롤과, ⅴ)상기 상하 접합 롤의 진출 측에서 그 진행 경로의 상하 측에 각각 설치되며, 상기 이형 필름을 벗겨내는 이형 바아와, ⅵ)상기 상하 접합 롤의 진입 측에 설치되며, 상기 촉매 전극층의 위치를 감지하는 위치 센서를 포함할 수 있다.The apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: i) a membrane unwinder that unwinds and supplies a roll-shaped polymer electrolyte membrane, and ii) a catalyst electrode layer of an anode and a cathode is coated at regular intervals, respectively. A film unwinder that unwinds and supplies a roll-shaped release film to the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane; iii) a film rewinder that recovers the film having the catalyst electrode layer transferred; and iv) the path of the polymer electrolyte membrane and the release film. A top and bottom bonding roll disposed on each of the top and bottom sides, at least one of which is installed so as to be movable in a vertical direction, and transferring the catalyst electrode layer by pressing and transferring the catalyst electrode layer to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane, and v) the advancing side of the top and bottom bonding rolls A release bar that is respectively installed on the upper and lower sides of the progress path, and ⅵ) is installed at the entry side of the upper and lower bonding rolls, and may include a position sensor that senses the position of the catalyst electrode layer. .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는, 상기 상하 접합 롤 중 적어도 하나를 상하 방향으로 왕복 이동시키는 작동원을 포함할 수 있다.In addition, the apparatus for manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may include an operation source for reciprocating at least one of the vertical bonding rolls in the vertical direction.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서, 상기 상하 접합 롤은 서로 다른 단면 직경을 가지며 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.In addition, in the apparatus for manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the upper and lower bonding rolls have different cross-sectional diameters and may be provided to be rotatable in opposite directions.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서, 상기 상하 접합 롤 중 어느 하나는 대경부의 단면 직경을 갖고, 다른 하나는 소경부의 단면 직경을 가질 수 있다.In addition, in the apparatus for manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, one of the upper and lower bonding rolls may have a cross-sectional diameter of a large diameter portion, and the other may have a cross-sectional diameter of a small diameter portion.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서, 상기 상하 접합 롤 중 상기 대경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아는, 상기 이형 필름의 진행 방향을 기준으로 상기 소경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아 보다 먼 위치에 배치될 수 있다.In addition, in the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a release bar corresponding to a bonding roll of the large-diameter portion of the upper and lower bonding rolls is, based on the moving direction of the release film. It may be disposed at a position farther than the release bar corresponding to the bonding roll of the neck.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서, 상기 소경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아는 그 접합 롤의 센터를 기준으로 촉매 전극층 사이의 길이 보다 짧은 거리에 배치될 수 있다.In addition, in the apparatus for manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the release bar corresponding to the bonding roll of the small diameter portion is a distance shorter than the length between the catalyst electrode layers based on the center of the bonding roll. Can be placed on

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는, 상기 위치 센서를 통해 감지된 감지 신호에 근거하여 상기 필름 리와인더의 작동을 제어하고, 상기 고분자 전해질막 및 이형 필름의 진행 위치를 기준으로 상기 작동원의 작동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention controls the operation of the film rewinder based on a detection signal sensed through the position sensor, and controls the operation of the polymer electrolyte membrane and the release film. It may include a controller for controlling the operation of the operation source based on the moving position.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서, 상기 상하 접합 롤은 상기 제어기에 의한 작동원의 작동으로 상기 촉매 전극층 사이의 위치에서 상호 압착이 해제될 수 있다.In addition, in the apparatus for manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the upper and lower bonding rolls may be mutually compressed at positions between the catalyst electrode layers by the operation of the operating source by the controller. .

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, (a) 롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 소정의 진행 경로로 공급하며, (b) 애노드 및 캐소드의 촉매 전극층이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형 필름을 풀어서 상기 고분자 전해질막의 상,하측으로 공급하고, (c) 상기 고분자 전해질막 및 이형 필름이 진입하는 상하 접합 롤 사이의 진입 측에서 상기 촉매 전극층의 위치를 위치 센서를 통해 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하며, (d) 상기 고분자 전해질막을 사이에 두고 상기 이형 필름의 촉매 전극층이 상하 접합 롤 사이로 진입할 때, 제어기를 통해 작동원으로 제어 신호를 인가하여 상기 접합 롤을 상호 압착하고, (e) 상기 고분자 전해질막을 사이에 두고 상기 이형 필름의 촉매 전극층 사이 영역이 상기 접합 롤 사이로 진입할 때, 상기 제어기를 통해 작동원으로 제어 신호를 인가하여 상기 접합 롤의 상호 압착을 해제하며, (f) 상기 위치 센서에 의해 감지된 감지 신호에 따라 상기 제어기를 통해 상기 이형 필름의 촉매 전극층 위치를 정렬할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: (a) unwinding a roll-shaped polymer electrolyte membrane and supplying it in a predetermined path, and (b) the catalyst electrode layers of the anode and the cathode are provided at predetermined intervals. The roll-shaped release film coated with is released and supplied to the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane, and (c) the position of the catalyst electrode layer is positioned between the upper and lower bonding rolls into which the polymer electrolyte membrane and the release film enters. And outputs the detection signal to the controller. (d) When the catalyst electrode layer of the release film enters between the upper and lower bonding rolls with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween, a control signal is applied to the operating source through the controller and the When the bonding rolls are mutually compressed, (e) when the region between the catalyst electrode layers of the release film enters between the bonding rolls with the polymer electrolyte membrane therebetween, a control signal is applied to the operation source through the controller to The mutual compression is released, and (f) the position of the catalyst electrode layer of the release film may be aligned through the controller according to a detection signal sensed by the position sensor.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 제어기는 상기 필름 리와인더의 리와인딩 속도를 제어하여 상기 촉매 전극층의 위치를 정렬할 수 있다.In addition, in the manufacturing method of the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the controller may control the rewinding speed of the film rewinder to align the position of the catalyst electrode layer.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 상하 접합 롤을 통하여 상기 고분자 전해질막의 상,하면 중 적어도 하나에 상기 촉매 전극층을 합지한 상태에서 이형 바아를 통하여 상기 이형 필름을 제거할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, through a release bar in a state in which the catalyst electrode layer is laminated to at least one of the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane through the upper and lower bonding rolls. The release film can be removed.

본 발명의 실시예들은 고분자 전해질막을 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름의 진행 위치에 따라 상하 접합 롤의 작동을 제어하고, 위치 센서의 감지 신호에 따라 필름 리와인더의 작동을 제어하여 촉매 전극층의 위치를 자동으로 정렬할 수 있다.Embodiments of the present invention control the operation of the upper and lower bonding rolls according to the progression positions of the first and second release films positioned on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane, and the operation of the film rewinder according to the detection signal of the position sensor By controlling the position of the catalyst electrode layer can be automatically aligned.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 데칼 방식으로 고분자 전해질막의 양면에 촉매 전극층을 연속적으로 롤 라미네이팅 하는 과정에 촉매 전극층의 위치를 자동으로 정렬할 수 있으므로, 막-전극 어셈블리의 품질을 개선할 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, the position of the catalyst electrode layer can be automatically aligned in the process of continuously rolling-laminating the catalyst electrode layer on both sides of the polymer electrolyte membrane in a decal method, so that the quality of the membrane-electrode assembly can be improved.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치를 개략적으로 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.These drawings are for reference only in describing exemplary embodiments of the present invention, and therefore, the technical idea of the present invention should not be limited to the accompanying drawings.
1 is a schematic view of an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are views for explaining a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams schematically showing a modified example of an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to what is shown in the drawings, and the thickness is enlarged to clearly express various parts and regions.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In addition, in the following detailed description, the names of the configurations are divided into first, second, etc. to distinguish the configurations in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.In addition, terms such as "...unit", "...means", "...part", "...member" described in the specification refer to a unit of a comprehensive constitution that performs at least one function or operation. it means.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치를 개략적으로 도면이다.1 is a schematic view of an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 연료전지 스택을 구성하는 단위 연료전지들의 부품을 자동으로 연속 제조하는 자동화 시스템에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, an apparatus 100 for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention can be applied to an automated system that automatically continuously manufactures components of unit fuel cells constituting a fuel cell stack. have.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 그 고분자 전해질막(1)의 일면(도면에서의 상면)에 애노드 촉매 전극층(3)을 접합하고, 고분자 전해질막(1)의 다른 일면(도면에서의 하면)에 캐소드 촉매 전극층(5)을 접합하며, 3-레이어(3-layer) 구조의 막-전극 어셈블리(7)를 제조할 수 있다.In the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, an anode catalyst electrode layer is provided on one side (top surface in the drawing) of the polymer electrolyte membrane 1 with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween. (3) is bonded, and the cathode catalyst electrode layer (5) is bonded to the other side (bottom in the drawing) of the polymer electrolyte membrane (1), and the membrane-electrode assembly (7) of a 3-layer structure Can be manufactured.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 이형 필름(21, 31)의 표면에 촉매 슬러리를 코팅 후 건조하여 촉매 전극층(3, 5)을 형성하고, 고분자 전해질막(1)의 양면으로 각각 촉매 전극층(3, 5)이 형성된 이형 필름(21, 31)을 적층한 다음, 롤 라미네이팅 공법을 이용하여 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 양면에 전사시켜 접합하고, 이형 필름(21, 31)을 제거하여 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리(7)를 제조할 수 있다.For example, in the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the catalyst slurry is coated on the surfaces of the release films 21 and 31 and dried to form the catalyst electrode layers 3 and 5. After forming, the release films 21 and 31 on which the catalyst electrode layers 3 and 5 are formed are stacked on both sides of the polymer electrolyte membrane 1, and then the catalyst electrode layers 3 and 5 are formed into a polymer electrolyte using a roll laminating method. The membrane-electrode assembly 7 having a three-layer structure can be manufactured by transferring and bonding to both sides of the membrane 1 and removing the release films 21 and 31.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 데칼 방식으로 고분자 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 연속적으로 롤 라미네이팅 하며 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 자동으로 정렬할 수 있는 구조로 이루어진다.The fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention continuously roll-laminates the catalyst electrode layers 3 and 5 on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 in a decal method, and the catalyst electrode layer 3 It is composed of a structure that can automatically align the position of 5).

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 기본적으로, 멤브레인 언와인더(10), 필름 언와인더(20, 30), 상하 접합롤(40, 50), 위치 센서(60), 이형 바아(70, 80) 그리고 제어기(90)를 포함하여 구성되며 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.To this end, the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention basically includes a membrane unwinder 10, a film unwinder 20, 30, a top and bottom bonding roll 40, 50), a position sensor 60, a release bar (70, 80) and a controller 90 are included, and this will be described for each configuration as follows.

상기 멤브레인 언와인더(10)는 롤 형상으로 감긴 고분자 전해질막(1)을 소정의 진행 경로로 풀어서 공급하는 것으로, 자체의 구동에 의해 고분자 전해질막(1)을 풀어서 공급할 수 있으며, 최종적으로 촉매 전극층(3, 5)이 합지된 고분자 전해질막(1)을 감는 구동력에 의해 그 고분자 전해질막(1)을 풀어서 공급할 수 있다.The membrane unwinder 10 is to unwind and supply the polymer electrolyte membrane 1 wound in a roll shape in a predetermined path, and can be supplied by unwinding the polymer electrolyte membrane 1 by its own drive. The polymer electrolyte membrane 1 can be released and supplied by a driving force that winds the polymer electrolyte membrane 1 on which the electrode layers 3 and 5 are laminated.

상기 필름 언와인더(20, 30)는 이하에서 제1 필름 언와인더(20) 및 제2 필름 언와인더(30)로 구분하여 설명하기로 한다. 상기 제1 필름 언와인더(20)는 애노드 촉매 전극층(3)이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 제1 이형 필름(21)을 고분자 전해질막(1)의 상측으로 풀어서 공급할 수 있다.The film unwinders 20 and 30 will be described below by being divided into a first film unwinder 20 and a second film unwinder 30. The first film unwinder 20 may be supplied by unwinding a roll-shaped first release film 21 coated with the anode catalyst electrode layer 3 at regular intervals to the upper side of the polymer electrolyte membrane 1.

그리고, 상기 제2 필름 언와인더(30)는 캐소드 촉매 전극층(5)이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 제2 이형 필름(31)을 고분자 전해질막(1)의 하측으로 풀어서 공급할 수 있다.In addition, the second film unwinder 30 may be supplied by unwinding the roll-shaped second release film 31 coated with the cathode catalyst electrode layer 5 at regular intervals to the lower side of the polymer electrolyte membrane 1.

여기서, 상기 제1 이형 필름(21)은 일면(도면에서의 하면)에 애노드 촉매 전극층(3)이 코팅된 상태로 그 애노드 촉매 전극층(3)이 고분자 전해질막(1)의 상면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.Here, the first release film 21 is in a state in which the anode catalyst electrode layer 3 is coated on one surface (the lower surface in the drawing), and the anode catalyst electrode layer 3 faces the upper surface of the polymer electrolyte membrane 1 and proceeds. Can be supplied along the route.

상기 제2 이형 필름(31)은 일면(도면에서의 상면)에 캐소드 촉매 전극층(5)이 코팅된 상태로 그 캐소드 촉매 전극층(5)이 고분자 전해질막(1)의 하면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.The second release film 31 is in a state in which the cathode catalyst electrode layer 5 is coated on one surface (the upper surface in the drawing), the cathode catalyst electrode layer 5 faces the lower surface of the polymer electrolyte membrane 1, Can be supplied accordingly.

상기 상하 접합 롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 애노드 촉매 전극층(3) 및 캐소드 촉매 전극층(5)을 압착하여 이들 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하면에 각각 전사하여 접합하기 위한 것이다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 are the anode catalyst electrode layers 3 and the cathode catalyst electrode layers 3 of the first and second release films 21 and 31 positioned on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane 1. 5) is pressed to transfer and bond the catalyst electrode layers 3 and 5 to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, respectively.

상기 상하 접합 롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1) 및 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 배치되며, 적어도 어느 하나가 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 are disposed on the upper and lower sides of the progress path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31, respectively, and at least one of them is reciprocally moved in the vertical direction. Installed.

상기 상하 접합 롤(40, 50)은 서로 반대 방향으로 회전하며 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)을 압착하는 접합 롤러로서 구비된다.The top and bottom bonding rolls 40 and 50 rotate in opposite directions and are interposed between the polymer electrolyte membrane 1 and are bonded rollers for compressing the first and second release films 21 and 31 positioned on the upper and lower sides thereof. It is equipped.

예를 들면, 상기 상하 접합 롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1) 및 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.For example, the upper and lower bonding rolls 40 and 50 are installed to be reciprocated in the vertical direction from the upper and lower sides of the progress path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31.

즉, 상기 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)을 압착하기 위해 상측 접합 롤(40)은 하측 방향으로 이동하고, 하측 접합 롤(50)은 상측 방향으로 이동한다.That is, in order to press the first and second release films 21 and 31 positioned on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane 1, the upper bonding roll 40 moves in the lower direction, and the lower bonding The roll 50 moves upward.

그리고, 상기 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)에 대하여 압착을 해제하기 위해 상측 접합 롤(40)은 상측 방향으로 이동하고, 하측 접합 롤(50)은 하측 방향으로 이동한다.In addition, the upper bonding roll 40 moves upward in order to release compression with respect to the first and second release films 21 and 31 positioned on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane 1 and , The lower bonding roll 50 moves in a downward direction.

여기서, 상기 상하 접합 롤(40, 50)은 작동원(41, 51)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 작동원(41, 51)은 상하 접합 롤(40, 50)에 각각 연결되며 그 상하 접합 롤(40, 50)로 상하 방향의 전후진 작동력을 제공하는 작동 실린더 또는 서보 리니어 모터를 포함할 수 있다.Here, the upper and lower bonding rolls 40 and 50 may be installed to be reciprocally moved in the vertical direction by the operation sources 41 and 51. For example, the operation sources 41 and 51 are connected to the upper and lower joining rolls 40 and 50, respectively, and an operation cylinder or servo linear motor that provides an up-and-down operation force with the upper and lower joining rolls 40 and 50 It may include.

한편 본 발명의 실시예에서, 상기 상하 접합 롤(40, 50)은 서로 다른 단면 직경을 가지며 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the upper and lower bonding rolls 40 and 50 may have different cross-sectional diameters and may be provided to be rotatable in opposite directions.

예를 들면, 상기 상측 접합 롤(40)은 소경부의 단면 직경을 갖는 접합 롤러로 구비되며, 하측 접합 롤(50)은 상측 접합 롤(40)의 직경보다 상대적으로 큰 대경부의 단면 직경을 갖는 접합 롤러로 구비된다.For example, the upper bonding roll 40 is provided with a bonding roller having a cross-sectional diameter of a small diameter portion, and the lower bonding roll 50 has a cross-sectional diameter of a large diameter portion relatively larger than the diameter of the upper bonding roll 40 It is provided with a bonding roller.

본 발명의 실시예에서, 상기 위치 센서(60)는 상하 접합 롤(40, 50)의 사이로 진입하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31) 상의 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 감지하기 위한 것이다.In an embodiment of the present invention, the position sensor 60 detects the position of the catalyst electrode layers 3 and 5 on the first and second release films 21 and 31 entering between the upper and lower bonding rolls 40 and 50 It is to do.

상기 위치 센서(60)는 고분자 전해질막(1) 및 제1,2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로에서 상하 접합 롤(40, 50)의 진입 측에 설치되며, 제1 및 제2 이형 필름(21, 31) 상의 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 감지하고 그 감지 신호를 뒤에서 더욱 설명될 제어기(90)로 출력한다.The position sensor 60 is installed on the entry side of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 in the progress path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31, and the first and second release films The positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 on the films 21 and 31 are sensed and the detection signals are output to the controller 90, which will be further described later.

이러한 위치 센서(60)는 비전 센서 및 레이저 센서 등과 같이 소정 대상물의 위치를 감지하는 공지 기술의 위치 센서로서 구비되므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the position sensor 60 is provided as a position sensor of a known technology for detecting the position of a predetermined object, such as a vision sensor and a laser sensor, a more detailed description of the configuration will be omitted in the present specification.

본 발명의 실시예에서, 상기 이형 바아(70, 80)는 딜라미네이션 바(delamination bar)로서, 이하에서 제1 이형 바아(70) 및 제2 이형 바아(80)로 구분하여 설명하기로 한다. 상기 제1 및 제2 이형 바아(70, 80)는 상하 접합 롤(40, 50)의 진출 측에서 촉매 전극층(3, 5)이 고분자 전해질막(1)에 접합된 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)을 벗겨내어 제거하기 위한 것이다.In an embodiment of the present invention, the release bars 70 and 80 are delamination bars, and will be described below by dividing into a first release bar 70 and a second release bar 80. The first and second release bars 70 and 80 are the first and second release films in which the catalyst electrode layers 3 and 5 are bonded to the polymer electrolyte membrane 1 at the advancing side of the upper and lower bonding rolls 40 and 50. To remove (21, 31) by peeling it off.

상기 제1 및 제2 이형 바아(70, 80)는 상하 접합 롤(40, 50)의 진출 측에서 고분자 전해질막(1) 및 제1,2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 설치되는 바, 상하 접합 롤(40, 50)에 최대한 근접하게 설치된다.The first and second release bars 70 and 80 are on the upper and lower sides of the advancing path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 from the advancing side of the upper and lower bonding rolls 40 and 50. Each bar is installed, it is installed as close as possible to the upper and lower bonding rolls (40, 50).

즉, 상기 제1 이형 바아(70)는 그 진행 경로의 상측에서 상측 접합 롤(40)에 근접하게 설치되며, 상기 제2 이형 바아(80)는 그 진행 경로의 하측에서 하측 접합 롤(50)에 근접하게 설치된다.That is, the first release bar 70 is installed close to the upper bonding roll 40 on the upper side of the progress path, and the second release bar 80 is the lower bonding roll 50 at the lower side of the progress path. It is installed close to.

여기서, 상기 제2 이형 바아(80)는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 진행 방향을 기준으로 제1 이형 바아(70) 보다 먼 위치에 배치될 수 있다.Here, the second release bar 80 may be disposed at a position farther than the first release bar 70 based on the traveling directions of the first and second release films 21 and 31.

그리고, 상기 제1 이형 바아(70)는 상측 접합 롤(40)의 센터를 기준으로, 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)에 코팅된 촉매 전극층(3, 5)의 간격 보다 짧은 거리에 배치될 수 있다.In addition, the first release bar 70 is a distance shorter than the distance between the catalyst electrode layers 3 and 5 coated on the first and second release films 21 and 31 based on the center of the upper bonding roll 40 Can be placed on

이는 상측 접합 롤(40)의 센터를 기준으로, 촉매 전극층(3, 5)의 간격 보다 긴 거리에 제1 이형 바아(70)가 위치할 경우, 촉매 전극층(3, 5)이 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)으로 이재되기 전에 상하 접합 롤(40, 50)이 다음 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)으로 접합하여 상하 접합 롤(40, 50)의 진입 측에서 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 정렬할 수 없기 때문이다.This is based on the center of the upper bonding roll 40, when the first release bar 70 is located at a distance longer than the distance between the catalyst electrode layers 3 and 5, the catalyst electrode layers 3 and 5 2 Before being transferred to the release films (21, 31), the upper and lower bonding rolls (40, 50) bond the next catalyst electrode layer (3, 5) with a polymer electrolyte membrane (1) to the entry side of the upper and lower bonding rolls (40, 50). This is because the positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 cannot be aligned.

상기한 바와 같이 제1 및 제2 이형 바아(70, 80)를 통해 제거된 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)은 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)에 각각 감기며 회수되는 바, 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 주행 속도 즉, 리와인딩 속도는 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)에 제공되는 구동력에 의해 결정될 수 있다.As described above, the first and second release films 21 and 31 removed through the first and second release bars 70 and 80 are wound on the first and second film rewinders 75 and 85 respectively and collected. Thus, the running speed of the first and second release films 21 and 31, that is, the rewinding speed may be determined by a driving force provided to the first and second film rewinders 75 and 85.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 제어기(90)는 본 장치(100)의 전반적인 운용을 제어하는 것으로, 위에서 언급한 바 있는 위치 센서(60)를 통해 감지된 감지 신호에 근거하여 필름 리와인더(75, 85)의 작동을 제어하고, 고분자 전해질막(1) 및 제1,2 이형 필름(21, 31)의 진행 위치를 기준으로 작동원(41, 51)의 작동을 제어한다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, the controller 90 controls the overall operation of the device 100, and based on the detection signal detected by the position sensor 60 mentioned above, the film rewinder 75 , 85), and control the operation of the operation sources 41 and 51 based on the moving positions of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31.

이러한 제어기(90)의 필름 리와인더(75, 85) 작동 제어 및 작동원(41, 51)의 작동 제어는 뒤에서 연료전지 막-전극 어셈블리의 제조방법을 통하여 더욱 자세하게 설명될 것이다.The operation control of the film rewinders 75 and 85 of the controller 90 and the operation control of the operation sources 41 and 51 will be described in more detail later through a method of manufacturing a fuel cell membrane-electrode assembly.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)를 이용한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 도 1과 함께 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell using the apparatus 100 for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention configured as described above is described in detail with reference to the accompanying drawings together with FIG. Explain.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.2A to 2D are views for explaining a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 롤 형상으로 감긴 고분자 전해질막(1)을 멤브레인 언와인더(10)를 통해 풀어서 소정의 진행 경로로 공급한다.Referring to FIG. 2A, first, in an embodiment of the present invention, a polymer electrolyte membrane 1 wound in a roll shape is unwound through a membrane unwinder 10 and supplied through a predetermined path.

이와 동시에, 본 발명의 실시예에서는 제1 필름 언와인더(20)를 통해 롤 형상으로 감긴 제1 이형 필름(21)을 상기한 진행 경로를 따라 고분자 전해질막(1)의 상측으로 풀어서 공급한다.At the same time, in the embodiment of the present invention, the first release film 21 wound in a roll shape through the first film unwinder 20 is unwound and supplied to the upper side of the polymer electrolyte membrane 1 along the above-described path. .

그리고, 본 발명의 실시예에서는 제2 필름 언와인더(30)를 통해 롤 형상으로 감긴 제2 이형 필름(31)을 상기한 진행 경로를 따라 고분자 전해질막(1)의 하측으로 풀어서 공급한다.And, in the embodiment of the present invention, the second release film 31 wound in a roll shape through the second film unwinder 30 is unwound and supplied to the lower side of the polymer electrolyte membrane 1 along the above-described path.

여기서, 상기 제1 이형 필름(21)은 하면에 애노드 촉매 전극층(3)이 코팅된 상태로 그 애노드 촉매 전극층(3)이 고분자 전해질막(1)의 상면으로 대향하며 상기한 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.Here, the first release film 21 is supplied along the above-described path while the anode catalyst electrode layer 3 is coated on the lower surface thereof, and the anode catalyst electrode layer 3 faces the upper surface of the polymer electrolyte membrane 1 Can be.

상기 제2 이형 필름(31)은 상면에 캐소드 촉매 전극층(5)이 코팅된 상태로 그 캐소드 촉매 전극층(5)이 고분자 전해질막(1)의 하면으로 대향하며 상기한 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.The second release film 31 is a state in which the cathode catalyst electrode layer 5 is coated on the upper surface, and the cathode catalyst electrode layer 5 faces the lower surface of the polymer electrolyte membrane 1 and can be supplied along the above-described path. have.

이 경우, 본 발명의 실시예에 의한 상하 접합 롤(40, 50)은 이들 사이로 고분자 전해질막(1)과 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5)이 진입하는 시점에, 작동원(41, 51)에 의해 상하 방향으로 이동하고, 서로 반대 방향으로 회전하며 고분자 전해질막(1)과 제1,2 이형 필름(21, 31)을 압착한다.In this case, the upper and lower bonding rolls 40 and 50 according to the embodiment of the present invention enter the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 between them. At this point, the operation sources 41 and 51 move in the vertical direction, rotate in opposite directions, and press the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31.

즉, 본 발명의 실시예에서는 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5)이 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입할 때, 제어기(90)를 통해 작동원(41, 51)으로 제어 신호를 인가하여 상측 접합 롤(40)을 하측 방향으로 이동시키며, 하측 접합 롤(50)을 상측 방향으로 이동시킬 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 may enter between the upper and lower bonding rolls 40 and 50 with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween. In this case, by applying a control signal to the operation sources 41 and 51 through the controller 90, the upper bonding roll 40 may be moved downward, and the lower bonding roll 50 may be moved upward.

그러면, 상기 상하 접합 롤(40, 50)의 압착으로서 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)에 코팅된 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하면에 전사하여 접합(합지)할 수 있다.Then, by pressing the upper and lower bonding rolls 40 and 50, the catalyst electrode layers 3 and 5 coated on the first and second release films 21 and 31 are transferred to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 and bonded ( I can do it.

상기한 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시예에서 위치 센서(60)는 상하 접합 롤(40, 50)의 사이로 진입하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5) 위치를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.While going through the above process, in the embodiment of the present invention, the position sensor 60 is the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 entering between the upper and lower bonding rolls 40 and 50. ) Detects the position and outputs the detection signal to the controller 90.

한편, 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5)이 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입하면서 그 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하면에 전사하여 접합하는 과정에, 제1 이형 필름(21)은 제1 이형 바아(70)에 의해 벗겨지면서 제1 필름 리와인더(75)에 감긴다(도 2b 참조).Meanwhile, the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween enter the upper and lower bonding rolls 40 and 50, and the catalyst electrode layers 3 and 5 In the process of transferring and bonding 5) to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, the first release film 21 is peeled off by the first release bar 70 and wound around the first film rewinder 75 (Fig. 2b).

그리고, 도 2b에서와 같이 고분자 전해질막(1)의 상하면에 촉매 전극층(3, 5)이 접합되고, 제1 이형 필름(21)이 벗겨진 상태에서 고분자 전해질막(1)에 접합된 촉매 전극층(3, 5)이 상하 접합 롤(40, 50) 사이를 벗어나는 순간, 도 2c에서와 같이 상하 접합 롤(40, 50)은 작동원(41, 51)에 의해 상하 방향으로 이동하며 그 고분자 전해질막(1)에 접합된 촉매 전극층(3, 5)의 압착을 해제한다.In addition, as shown in FIG. 2B, the catalyst electrode layers 3 and 5 are bonded to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, and the catalyst electrode layer bonded to the polymer electrolyte membrane 1 in a state where the first release film 21 is peeled off ( The moment 3, 5) deviates between the upper and lower joining rolls 40 and 50, the upper and lower joining rolls 40 and 50 move in the vertical direction by the operating sources 41 and 51 as shown in FIG. 2C, and the polymer electrolyte membrane The pressure of the catalyst electrode layers 3 and 5 bonded to (1) is released.

부연 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5) 사이 영역이 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입할 때, 제어기(90)를 통해 작동원(41, 51)으로 제어 신호를 인가하여 그 상하 접합 롤(40, 50)의 상호 압착을 해제할 수 있다.To further explain, in the embodiment of the present invention, the region between the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween is the upper and lower bonding rolls 40 and 50. ), it is possible to release mutual compression of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 by applying a control signal to the operation sources 41 and 51 through the controller 90.

이 경우는 상기 제어기(90)를 통해 작동원(41, 51)으로 제어 신호를 인가하여 상측 접합 롤(40)을 상측 방향으로 이동시키고, 하측 접합 롤(50)을 하측 방향으로 이동시키며, 고분자 전해질막(1)과 촉매 전극층(3, 5)에 대한 상하 접합 롤(40, 50)의 압착을 해제할 수 있다.In this case, by applying a control signal to the operating sources 41 and 51 through the controller 90, the upper bonding roll 40 is moved upward, the lower bonding roll 50 is moved downward, and the polymer The pressure bonding of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 to the electrolyte membrane 1 and the catalyst electrode layers 3 and 5 can be released.

이 때, 제1 이형 필름(21)은 제1 이형 바아(70)에 의해 벗겨지면서 제1 필름 리와인더(75)에 감기고, 제2 이형 필름(31)은 제2 이형 바아(80)에 의해 벗겨지면서 제2 필름 리와인더(85)에 감긴다.At this time, the first release film 21 is peeled off by the first release bar 70 and wound around the first film rewinder 75, and the second release film 31 is peeled off by the second release bar 80. While losing, it is wound around the second film rewinder 85.

상기와 같이 상하 접합 롤(40, 50)의 압착을 해제한 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 위치 센서(60)에 의해 감지된 감지 신호에 따라 제어기(90)를 통해 제1 및 제2 이형 필름(21, 31) 상의 촉매 전극층(3, 5) 위치를 정렬할 수 있다.In the state in which the pressing of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 is released as described above, in the embodiment of the present invention, the first and second releases through the controller 90 according to the detection signal sensed by the position sensor 60 The positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 on the films 21 and 31 may be aligned.

이러한 촉매 전극층(3, 5)의 위치 정렬은 제어기(90)를 통하여 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)의 필름 리와인딩 속도(주행 속도)를 제어함으로써 가능하다.The alignment of the catalyst electrode layers 3 and 5 is possible by controlling the film rewinding speed (running speed) of the first and second film rewinders 75 and 85 through the controller 90.

다른 한편으로, 상기한 바와 같이 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입하는 촉매 전극층(3, 5)의 위치 정렬이 완료되면, 본 발명의 실시예에서는 도 2d에서와 같이 앞서 설명한 바와 같은 일련의 과정(도 2a 내지 도 2c 참조)을 반복하며 고분자 전해질막(1)의 상하면에 촉매 전극층(3, 5)을 접합하고, 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)을 제1 및 제2 이형 바아(70, 80)을 통해 제거할 수 있다.On the other hand, as described above, when the alignment of the catalyst electrode layers 3 and 5 entering between the upper and lower bonding rolls 40 and 50 with the polymer electrolyte membrane 1 therebetween is completed, in the embodiment of the present invention, As in 2d, a series of processes (refer to FIGS. 2A to 2C) as previously described are repeated, and catalyst electrode layers 3 and 5 are bonded to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, and the first and second release films ( 21 and 31) may be removed through the first and second release bars 70 and 80.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 위치 센서(60)를 통해 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입하는 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 감지하며, 촉매 전극층(3, 5) 사이 영역이 상하 접합 롤(40, 50) 사이로 진입하는 시점에, 그 위치 센서(60)의 감지 신호에 따라 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 정렬할 수 있다.And, in the embodiment of the present invention, the position of the catalyst electrode layers 3 and 5 entering between the upper and lower bonding rolls 40 and 50 is sensed through the position sensor 60, and the area between the catalyst electrode layers 3 and 5 is When entering between the bonding rolls 40 and 50, the positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 may be aligned according to a detection signal of the position sensor 60.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법에 의하면, 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형 필름(21, 31)의 진행 위치에 따라 상하 접합 롤(40, 50)의 작동을 제어하고, 위치 센서(60)의 감지 신호에 따라 필름 리와인더(75, 85)의 작동을 제어하여 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 정렬할 수 있다. According to the apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention as described so far, the first and second release films positioned above and below the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween ( 21, 31) by controlling the operation of the upper and lower bonding rolls (40, 50) according to the progress position, and controlling the operation of the film rewinders (75, 85) according to the detection signal of the position sensor 60, the catalyst electrode layer (3, 5) can be aligned.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 데칼 방식으로 고분자 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 연속적으로 롤 라미네이팅 하며 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 자동으로 정렬할 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, the catalyst electrode layers 3 and 5 are continuously roll-laminated on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 in a decal method, and the positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 can be automatically aligned.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 데칼 방식으로 고분자 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 연속적으로 롤 라미네이팅 하는 과정에 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 자동으로 정렬할 수 있으므로, 막-전극 어셈블리(7)의 품질을 개선할 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, the positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 can be automatically aligned in the process of continuously roll laminating the catalyst electrode layers 3 and 5 on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 in a decal method. Therefore, the quality of the membrane-electrode assembly 7 can be improved.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.3 and 4 are diagrams schematically showing a modified example of an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(200)의 제1 변형 예는 서로 다른 단면 직경을 갖는 상하 접합 롤(140, 150)을 구성하되, 상측 접합 롤(140)이 대경부의 단면 직경을 갖고, 하측 접합 롤(150)이 소경부의 단면 직경을 갖도록 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3, a first modified example of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 200 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention comprises the upper and lower bonding rolls 140 and 150 having different cross-sectional diameters, It can be configured so that the roll 140 has a cross-sectional diameter of a large-diameter portion, and the lower bonding roll 150 has a cross-sectional diameter of a small-diameter portion.

여기서, 제1 및 제2 이형 바아(170, 180)는 상하 접합 롤(140, 150)의 진출 측에서 고분자 전해질막(1) 및 제1,2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 설치되는 바, 상하 접합 롤(140, 150)에 최대한 근접하게 설치된다.Here, the first and second release bars 170 and 180 are the upper and lower sides of the advancing path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 from the advancing side of the upper and lower bonding rolls 140 and 150 Each bar is installed in, and is installed as close as possible to the upper and lower bonding rolls 140 and 150.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(300)의 제2 변형 예는 위에서 언급한 바 있는 소경부의 단면 직경을 가진 상하 접합 롤(240, 250)을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 4, a second modified example of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 300 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is the upper and lower bonding rolls 240 and 250 having a cross-sectional diameter of the small-diameter portion mentioned above. Can be configured.

마찬가지로, 제1 및 제2 이형 바아(270, 280)는 상하 접합 롤(240, 250)의 진출 측에서 고분자 전해질막(1) 및 제1,2 이형 필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 설치되는 바, 상하 접합 롤(240, 250)에 최대한 근접하게 설치된다.Likewise, the first and second release bars 270 and 280 are the upper and lower sides of the advancing path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 from the advancing side of the upper and lower bonding rolls 240 and 250. Each bar is installed in, and is installed as close as possible to the upper and lower bonding rolls 240 and 250.

상기와 같은 제1 및 제2 변형 예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(200, 300)의 나머지 구성 및 작용은 앞서 설명한 바와 같으므로, 이하에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The remaining configurations and operations of the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatuses 200 and 300 according to the first and second modifications as described above are as described above, and thus a more detailed description thereof will be omitted.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the technical idea of the present invention within the scope of the same technical idea, Other embodiments may be easily proposed by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but it will be said that this is also within the scope of the present invention.

1... 고분자 전해질막 3, 5... 촉매 전극층
7... 막-전극 어셈블리 10... 멤브레인 언와인더
20... 제1 필름 언와인더 21... 제1 이형 필름
30... 제2 필름 언와인더 31... 제2 이형 필름
40... 상측 접합 롤 41, 51... 작동원
50... 하측 접합 롤 60... 위치 센서
70... 제1 이형 바아 75... 제1 필름 리와인더
80... 제2 이형 바아 85... 제2 필름 리와인더
90... 제어기1... polymer electrolyte membrane 3, 5... catalyst electrode layer
7... Membrane-electrode assembly 10... Membrane unwinder
20... 1st film unwinder 21... 1st release film
30... 2nd film unwinder 31... 2nd release film
40... upper bonding roll 41, 51... operator
50... lower bonding roll 60... position sensor
70...1st release bar 75...1st film rewinder
80... 2nd release bar 85... 2nd film rewinder
90...controller

Claims (11)

롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 공급하는 멤브레인 언와인더와, 애노드 및 캐소드의 촉매 전극층이 각각 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형 필름을 고분자 전해질막의 상,하측으로 풀어서 공급하는 필름 언와인더와, 상기 촉매 전극층이 이재된 필름을 회수하는 필름 리와인더를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 있어서,
상기 고분자 전해질막 및 이형 필름의 진행 경로 상하 측에 각각 배치되고, 적어도 어느 하나가 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막의 상면과 하면에 압착하며 전사하는 상하 접합 롤;
상기 상하 접합 롤의 진출 측에서 그 진행 경로의 상하 측에 각각 설치되며, 상기 이형 필름을 벗겨내는 이형 바아;
상기 상하 접합 롤의 진입 측에 설치되며, 상기 촉매 전극층의 위치를 감지하는 위치 센서;
상기 상하 접합 롤 중 적어도 하나를 상하 방향으로 왕복 이동시키는 작동원; 및
상기 위치 센서를 통해 감지된 감지 신호에 근거하여 상기 필름 리와인더의 작동을 제어하고, 상기 고분자 전해질막 및 이형 필름의 진행 위치를 기준으로 상기 작동원의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하며,
상기 제어기는 상기 필름 리와인더의 리와인딩 속도를 제어하되, 상기 필름 리와인더의 리와인딩 속도를 제어하여 상기 촉매 전극층의 위치를 정렬하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.A membrane unwinder that unwinds and supplies a roll-shaped polymer electrolyte membrane, and a film unwinder that unwinds and supplies a roll-shaped release film in which the catalyst electrode layers of the anode and the cathode are coated at regular intervals, respectively, to the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane, In the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing apparatus comprising a film rewinder for recovering the film transferred to the catalyst electrode layer,
A top and bottom bonding roll disposed on the upper and lower sides of the progress path of the polymer electrolyte membrane and the release film, at least one of which is installed to be movable in an up-down direction, and compressing and transferring the catalyst electrode layer to the top and bottom of the polymer electrolyte membrane;
A release bar provided on the upper and lower sides of the advancing path from the advancing side of the upper and lower bonding rolls, and peeling off the release film;
A position sensor installed on the entry side of the upper and lower bonding rolls and detecting a position of the catalyst electrode layer;
An operation source for reciprocating at least one of the vertical bonding rolls in the vertical direction; And
And a controller for controlling the operation of the film rewinder based on the detection signal sensed through the position sensor, and for controlling the operation of the operation source based on the advance positions of the polymer electrolyte membrane and the release film, and
The controller controls the rewinding speed of the film rewinder, and controls the rewinding speed of the film rewinder to align the position of the catalyst electrode layer. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 상하 접합 롤은 서로 다른 단면 직경을 가지며 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.The method of claim 1,
The upper and lower bonding rolls have different cross-sectional diameters and are rotatably provided in opposite directions to each other. An apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell. 제3 항에 있어서,
상기 상하 접합 롤 중 어느 하나는 대경부의 단면 직경을 갖고, 다른 하나는 소경부의 단면 직경을 가지며,
상기 상하 접합 롤은 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.The method of claim 3,
One of the upper and lower joining rolls has a cross-sectional diameter of the large diameter portion, the other has a cross-sectional diameter of the small diameter portion,
The apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the upper and lower bonding rolls are rotatably provided in opposite directions. 제4 항에 있어서,
상기 상하 접합 롤 중 상기 대경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아는, 상기 이형 필름의 진행 방향을 기준으로 상기 소경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아 보다 먼 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.The method of claim 4,
Of the upper and lower bonding rolls, the release bar corresponding to the bonding roll of the large-diameter portion is disposed at a position farther than the release bar corresponding to the bonding roll of the small-diameter portion based on a traveling direction of the release film. -Manufacturing device of electrode assembly. 제5 항에 있어서,
상기 소경부의 접합 롤에 대응하는 이형 바아는 그 접합 롤의 센터를 기준으로 촉매 전극층 사이의 길이 보다 짧은 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.The method of claim 5,
The release bar corresponding to the bonding roll of the small-diameter portion is disposed at a distance shorter than the length between the catalyst electrode layers based on the center of the bonding roll. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 상하 접합 롤은,
상기 제어기에 의한 작동원의 작동으로 상기 촉매 전극층 사이의 위치에서 상호 압착이 해제되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치.The method of claim 1,
The top and bottom bonding rolls,
An apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that mutual compression is released at positions between the catalyst electrode layers by the operation of the operating source by the controller. 롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 소정의 진행 경로로 공급하며;
애노드 및 캐소드의 촉매 전극층이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형 필름을 풀어서 상기 고분자 전해질막의 상,하측으로 공급하고;
상기 고분자 전해질막 및 이형 필름이 진입하는 상하 접합 롤 사이의 진입 측에서 상기 촉매 전극층의 위치를 위치 센서를 통해 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하며;
상기 고분자 전해질막을 사이에 두고 상기 이형 필름의 촉매 전극층이 상하 접합 롤 사이로 진입할 때, 제어기를 통해 작동원으로 제어 신호를 인가하여 상기 접합 롤을 상호 압착하고;
상기 고분자 전해질막을 사이에 두고 상기 이형 필름의 촉매 전극층 사이 영역이 상기 접합 롤 사이로 진입할 때, 상기 제어기를 통해 작동원으로 제어 신호를 인가하여 상기 접합 롤의 상호 압착을 해제하며;
상기 위치 센서에 의해 감지된 감지 신호에 따라 상기 제어기를 통해 상기 이형 필름의 촉매 전극층 위치를 정렬하되;
상기 제어기는 상기 이형 필름을 리와인딩 하는 필름 리와인더의 리와인딩 속도를 제어하여 상기 촉매 전극층의 위치를 정렬하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.Unwinding the roll-shaped polymer electrolyte membrane and supplying it through a predetermined path;
A roll-shaped release film in which the catalyst electrode layers of the anode and the cathode are coated at regular intervals is released and supplied to the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane;
Sensing the position of the catalyst electrode layer through a position sensor on the entry side between the upper and lower bonding rolls into which the polymer electrolyte membrane and the release film enters, and outputting a detection signal to the controller;
When the catalyst electrode layer of the release film enters between the upper and lower bonding rolls with the polymer electrolyte membrane therebetween, a control signal is applied to an operation source through a controller to mutually press the bonding rolls;
When the region between the catalyst electrode layers of the release film enters between the bonding rolls with the polymer electrolyte membrane therebetween, a control signal is applied to an operation source through the controller to release mutual compression of the bonding rolls;
Aligning the position of the catalyst electrode layer of the release film through the controller according to the detection signal sensed by the position sensor;
The controller controls the rewinding speed of the film rewinder for rewinding the release film to align the position of the catalyst electrode layer. 삭제delete 제9 항에 있어서,
상기 상하 접합 롤을 통하여 상기 고분자 전해질막의 상,하면 중 적어도 하나에 상기 촉매 전극층을 합지한 상태에서 이형 바아를 통하여 상기 이형 필름을 제거하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
The method of claim 9,
A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising removing the release film through a release bar while the catalyst electrode layer is laminated to at least one of the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane through the upper and lower bonding rolls.
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