KR102386251B1 - Method for manufacturing roll-to-roll of membrane-electrode assembly for fuel cell And manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 연료전지의 막-전극 접합체 제작 시 수작업의 공정이 없고, 공정이 연속적으로 이루어진다. 또한, 양극의 집합체를 동시에 제조할 수 있어, 작업성과 생산성의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법은 이송하는 제1 전극 위에 서브 가스켓과 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시켜 제1 전극 집합체를 형성하는 단계, 이송하는 제1 전극 집합체의 GDL의 면이 제1 더미 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계 및 이송하는 제1 전극 집합체의 제1 전극의 면이 이온막 필름의 아래에 반전되어 전사되는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell, and there is no manual process in manufacturing the membrane-electrode assembly for a fuel cell, and the process is continuously performed. In addition, it is possible to simultaneously manufacture the aggregate of the positive electrode, thereby increasing the efficiency of workability and productivity.
The roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention comprises the steps of sequentially stacking and attaching a sub-gasket and GDL on a first electrode to be transported to form a first electrode assembly; GDL of the first electrode assembly to be transported It includes the step of transferring the surface of the first dummy film by inverting and transferring the surface of the first electrode of the first electrode assembly to be transferred by being inverted under the ion film film.
Description
본 발명은 연료전지의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a fuel cell, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell.
일반적으로 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.In general, a fuel cell system is a kind of power generation system that directly converts chemical energy of fuel into electric energy in a fuel cell stack without converting it into heat by combustion.
연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급 시스템, 연료전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템 및 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열, 물 관리 시스템으로 구성된다.A fuel cell system is largely composed of a fuel cell stack that generates electric energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply system that supplies oxygen in the air, which is an oxidizing agent required for electrochemical reactions, to the fuel cell stack, and It consists of a heat and water management system that removes the reaction heat of the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.
이러한 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.In such a fuel cell system, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel and oxygen in the air, and heat and water are discharged as reaction byproducts.
연료전지 스택은 단위 셀을 반복적으로 적층하여 쌓은 전기에너지 발생 장치이며, 이때 단위 셀은 수소와 산소가 반응하여 전기에너지를 발생시키기 위한 최소한의 연료전지 구성요소이다.A fuel cell stack is an electrical energy generating device in which unit cells are repeatedly stacked, and in this case, the unit cell is a minimum fuel cell component for generating electrical energy by reacting hydrogen and oxygen.
이러한 단위 셀 구조는 최외곽에서 중심까지 끝단, 집전체, 분리판, 가스확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)가 적층된 구조이고, 막-전극 접합체와 양 분리판 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며, 막-전극 접합체와 가스켓이 접착제에 의하여 연결된다.This unit cell structure is a structure in which an end, a current collector, a separator, a gas diffusion layer (GDL), and a membrane-electrode assembly (MEA) are stacked from the outermost to the center, and the membrane-electrode assembly and A gasket is provided at the edge between the two separators, and the membrane-electrode assembly and the gasket are connected by an adhesive.
막-전극 접합체는 수소이온이 이동하는 이온막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착되어 3-layer로 이루어지고, 반응가스들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 고루 전달하는 가스확산층을 포함하여 5-layer로 이루어질 수 있다.The membrane-electrode assembly consists of a three-layer structure with electrode/catalyst layers attached to both sides of the membrane, where an electrochemical reaction occurs, centering on an ionic membrane through which hydrogen ions move, and a gas diffusion layer that evenly distributes the reaction gases and evenly transmits the generated electricity. It may consist of a 5-layer including
이와 같이 연료전지 스택을 제작하기 위해서는 막-전극 접합체와 분리판 등 단위 셀의 구성요소들을 반복적으로 적층하는 공정이 필요하며, 5-layer의 막-전극 접합체를 포함한 종래 연료전지 스택의 적층 공정은 사람의 손에 의해 이루어졌다.In order to manufacture the fuel cell stack as described above, it is necessary to repeatedly stack the components of the unit cell, such as a membrane-electrode assembly and a separator, and the conventional stacking process of a fuel cell stack including a 5-layer membrane-electrode assembly is Made by human hands.
그러나 종래와 같이 수작업으로 막-전극 접합체를 제작하는 경우, 적층하는 사람에 따라 작업시간이 길어지고, 연료전지 스택의 성능까지 달라지는 문제가 있으며, 과다한 인력 낭비로 인해 생산 원가가 급증하고, 비효율적인 생산으로 대량생산의 어려움이 발생하는 등 여러 문제를 초래한다.However, in the case of manufacturing the membrane-electrode assembly manually as in the prior art, there is a problem that the working time is long depending on the person who laminates it, the performance of the fuel cell stack is also changed, the production cost is rapidly increased due to excessive manpower wastage, and the production cost is inefficient. Production causes a number of problems, such as difficulties in mass production.
또한, 막-전극 접합체를 제작하는 경우, 이온막 위에서 작업이 이루어지기 때문에, 이온막은 작업 환경에 오랫동안 노출되어 손상을 줄 수 있으며, 이는 막-전극 접합체의 성능 저하로 이어질 수 있다.In addition, in the case of manufacturing the membrane-electrode assembly, since work is performed on the ion membrane, the ion membrane may be damaged by exposure to the working environment for a long time, which may lead to deterioration of the performance of the membrane-electrode assembly.
그러므로, 본 발명은 종래 문제점을 해소하기 위한 것으로, 연료전지의 막-전극 접합체를 제조하는 과정에 있어서, 연료전지의 막-전극 접합체를 수작업 공정 없이 제작하여 생산효율과 성능을 높일 수 있는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법 및 제조장치를 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention is to solve the problems of the prior art, and in the process of manufacturing the membrane-electrode assembly of the fuel cell, the membrane-electrode assembly of the fuel cell can be manufactured without a manual process to increase production efficiency and performance. To provide a roll-to-roll manufacturing method and manufacturing apparatus of a membrane-electrode assembly.
본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법은 이송하는 제1 전극 위에 서브 가스켓과 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시켜 제1 전극 집합체를 형성하는 단계, 이송하는 상기 제1 전극 집합체의 GDL의 면이 제1 더미 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계 및 이송하는 상기 제1 전극 집합체의 제1 전극의 면이 이온막 필름의 아래에 반전되어 전사되는 단계를 포함한다.The roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention comprises the steps of sequentially stacking and attaching a sub-gasket and GDL on a first electrode to be transported to form a first electrode assembly; The step of transferring the surface of the GDL is reversed on the first dummy film, and the transfer of the surface of the first electrode of the first electrode assembly being inverted and transferred under the ion film film.
제1 전극 집합체를 형성하는 단계는 제1 롤에서 상기 제1 전극들이 일정 간격이 이격되어 형성된 전극 시트가 풀리고, 상기 제1 전극 집합체가 형성된 상기 전극 시트가 제2 롤에 감길 수 있다.In the forming of the first electrode assembly, the electrode sheet formed by the first electrodes being spaced apart from each other by a predetermined distance on a first roll may be unwound, and the electrode sheet on which the first electrode assembly is formed may be wound on a second roll.
전극 시트는 테프론 필름의 위에 일정 간격이 이격되어 복수의 상기 제1 전극이 코팅될 수 있다.The electrode sheet may be spaced apart from each other by a predetermined interval on the Teflon film so that a plurality of the first electrodes may be coated.
전사되는 단계는 핫롤러를 이용하여 상기 제1 전극 집합체를 탈착 또는 부착할 수 있다.In the transferring step, the first electrode assembly may be detached or attached using a hot roller.
전사되는 단계는 상기 제1 더미 필름을 사용하여 상기 제1 전극 집합체의 상면과 하면을 반전시키면서, 이송라인을 수평 또는 수직으로 교차시켜 상기 제1 전극 집합체를 이동시킬 수 있다.In the transferring step, the first electrode assembly may be moved by horizontally or vertically crossing a transfer line while inverting the upper and lower surfaces of the first electrode assembly using the first dummy film.
본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법은 이송하는 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓과 상기 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시켜 제2 전극 집합체를 형성하는 단계, 이송하는 상기 제2 전극 집합체의 GDL의 면이 제2 더미 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계 및 이송하는 상기 제2 전극 집합체의 제2 전극의 면이 이온막 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계를 더 포함할 수 있다.The roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention comprises the steps of sequentially stacking and attaching the sub gasket and the GDL on a second electrode to be transferred to form a second electrode assembly, and the second electrode to be transferred The step of transferring the surface of the GDL of the assembly inverted onto the second dummy film and transferring the surface of the second electrode of the second electrode assembly to be transferred may further include the step of inverting and transferring the surface of the ion film film.
이온막 필름에 반전 및 전사되는 단계는 상기 제1 더미 필름의 이송라인을 제1 축으로 하고, 상기 제2 더미 필름의 이송라인을 상기 제1 축에 수직인 제2 축으로 교차 배열하여 상기 제1 및 제2 전극 집합체를 상기 이온막 필름의 아래 및 위에 반전되어 전사될 수 있다.In the step of inverting and transferring to the ion film film, the transfer line of the first dummy film is a first axis, and the transfer line of the second dummy film is cross-arranged along a second axis perpendicular to the first axis to form the second The first and second electrode assemblies may be transferred by inverting under and above the ion film film.
그리고 본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치는 이송하는 제1 전극 위에 서브 가스켓과 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시키는 제1 전극 집합 모듈, 이송하는 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓과 상기 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시키는 제2 전극 집합 모듈 및 이송하는 제1 및 제2 전극 집합체를 이온막 필름의 아래 및 위에 부착시키는 막-전극 접합 모듈을 포함한다.And the roll-to-roll manufacturing apparatus for a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention includes a first electrode assembly module for sequentially stacking and attaching a sub-gasket and a GDL on a first electrode to be transported, the sub-gasket on a second electrode to be transported, and A second electrode assembly module for sequentially stacking and attaching the GDL, and a membrane-electrode bonding module for attaching the first and second electrode assemblies to be transported under and on the ion film film.
제1 전극 집합 모듈은 상기 제1 전극들이 일정 간격 이격되어 형성된 제1 전극 시트가 풀리는 제1 전극 공급부, 상기 제1 전극 위에 서브 가스켓을 전사하는 제1 서브 가스켓 공급부, 상기 제1 전극 위에 전사된 상기 서브 가스켓에 열 및 압착을 주는 제1 부착부, 상기 서브 가스켓 위에 펀칭 된 GDL을 전사하는 제1 GDL 공급부 및 상기 제1 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 상기 제1 전극 시트를 감는 제1 전극 집합체 회수부를 포함하며, 상기 제2 전극 집합 모듈은 상기 제2 전극들이 일정 간격 이격되어 형성된 제2 전극 시트가 풀리는 제2 전극 공급부, 상기 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓을 전사하는 제2 서브 가스켓 공급부, 상기 제2 전극 위에 전사된 상기 서브 가스켓에 열 및 압착을 주는 제2 부착부, 상기 서브 가스켓 위에 펀칭 된 상기 GDL을 전사하는 제2 GDL 공급부 및 상기 제2 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 상기 제2 전극 시트를 감는 제2 전극 집합체 회수부를 포함할 수 있다.The first electrode assembly module includes a first electrode supply unit in which a first electrode sheet formed by separating the first electrodes by a predetermined interval is unwound, a first sub gasket supply unit transferring a sub gasket on the first electrode, and a first electrode transferred on the first electrode. A first attachment part for applying heat and compression to the sub-gasket, a first GDL supply part for transferring the punched GDL on the sub-gasket, and a first electrode for winding the first electrode sheet formed with the first electrode assemblies spaced apart from each other by a predetermined distance The second electrode assembly module includes an assembly recovery unit, wherein the second electrode assembly module includes a second electrode supply unit for releasing a second electrode sheet formed by separating the second electrodes by a predetermined interval, and a second sub gasket supply unit for transferring the sub gasket onto the second electrode. , a second attachment part for applying heat and compression to the sub-gasket transferred on the second electrode, a second GDL supply part for transferring the GDL punched on the sub-gasket, and the second electrode assemblies are spaced apart It may include a second electrode assembly recovery unit for winding the second electrode sheet.
본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법 및 제조장치에 의하면, 전극 집합체를 이온막 위에서 작업하지 않고 별도로 제작함으로써, 작업 공정 시 이온막이 외부로부터 노출되는 시간을 줄여주며, 이온막의 손상을 최소로 하여 막-전극 접합체의 성능을 유지할 수 있다.According to the method and apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell, the present invention reduces the time the ion membrane is exposed to the outside during the work process by manufacturing the electrode assembly separately without working on the ion membrane, and damage to the ion membrane performance of the membrane-electrode assembly can be maintained by minimizing the
또한, 본 발명은 연료전지의 막-전극 접합체 제작 시 수작업의 공정이 없고, 공정이 연속적으로 이루어진다. 또한, 양극의 집합체를 동시에 제조할 수 있어, 작업성과 생산성의 효율을 높일 수 있다.In addition, in the present invention, there is no manual process when manufacturing the membrane-electrode assembly of the fuel cell, and the process is continuously performed. In addition, it is possible to simultaneously manufacture the aggregate of the positive electrode, thereby increasing the efficiency of workability and productivity.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 전극 집합 모듈의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 제조방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극 집합 모듈의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 제조방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 13은 도 11에서 더미 필름의 교차 배열을 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a roll-to-roll manufacturing apparatus for a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a detailed configuration of a first electrode assembly module according to a first embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
5 and 6 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG.
7 is a cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
8 is a block diagram illustrating an apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
9 is a block diagram showing a detailed configuration of a second electrode assembly module according to a second embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
11 and 12 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG. 10 .
13 is a diagram illustrating a cross arrangement of dummy films in FIG. 11 .
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that, in the following description, only the parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted in the scope not disturbing the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriate concepts of terms to describe their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.
본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
<제1 실시예><First embodiment>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치를 나타내는 블록도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 전극 집합 모듈의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 2 is a block diagram illustrating a roll-to-roll manufacturing apparatus for a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. And Figure 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the first electrode assembly module according to the first embodiment of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하면, 막-전극 접합체(310)는 본 발명에 제1 실시예에 따른 최종 제조물로써, 이온막 필름(68) 위에 제1 전극(11), 서브 가스켓(32) 및 GDL(42)이 순차적으로 적층된 4-layer 구조이다.1 to 3, the membrane-
본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치는 제1 전극 집합 모듈(100)과 막-전극 접합 모듈(300)을 포함한다.The roll-to-roll manufacturing apparatus for a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention includes a first
제1 전극 집합 모듈(100)은 이송하는 제1 전극(11) 위에 서브 가스켓(32) 과 GDL(42)을 순차적으로 적층 및 부착시킨다. 제1 전극 집합 모듈(100)은 제1 전극(11)들이 일정 간격 이격되어 형성된 제1 전극 시트가 풀리는 제1 전극 공급부(10), 제1 전극(11) 위에 서브 가스켓(32)을 연속적으로 전사하는 제1 서브 가스켓 공급부(30a), 제1 전극(11) 위에 전사된 서브 가스켓(32)에 열 및 압착을 주는 제1 부착부(80a), 서브 가스켓(32) 위에 펀칭 된 GDL(42)을 연속적으로 전사하는 제1 GDL 공급부(40a) 및 제1 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 제1 전극 시트를 감는 제1 전극 집합체 회수부(60a)를 포함한다. 이때 제1 전극 공급부(10)와 제1 전극 집합체 회수부(60a)는 롤의 형태일 수 있다. 제1 부착부(80a)는 핫롤러를 사용하여 열 및 압착을 줄 수 있다.The first
막-전극 접합 모듈(300)은 제1 전극 집합체를 이온막 필름(68)의 아래에 부착시킨다.The membrane-
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다. 그리고 도 5 및 도 6은 도 4의 제조방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.4 is a flowchart illustrating a roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. And FIGS. 5 and 6 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG. 4 .
도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법은 제1 전극 집합체를 형성하는 단계(S10), 제1 전극 집합체를 제1 더미 필름에 위에 반전 및 전사되는 단계(S20), 제1 전극 집합체를 이온막 필름의 아래에 반전 및 전사되는 단계(S30) 이온막 필름에 부착된 제1 전극 집합체를 회수하는 단계(S40), 및 이온막 필름에서 막-전극 접합체를 개별적으로 분리하는 단계(S50)를 포함한다.4 to 6 , the roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention includes the steps of forming a first electrode assembly (S10), and forming the first electrode assembly with a first dummy film Step of inverting and transferring on the (S20), the step of inverting and transferring the first electrode assembly under the ion film film (S30) Recovering the first electrode assembly attached to the ion film film (S40), and ions Separately separating the membrane-electrode assembly from the membrane film (S50).
먼저 S10단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 롤(91)에서 제1 전극 시트(12)가 풀리면서 제1 전극(11)들이 이송된다. 이때, 제1 전극 시트(12)는 테프론 필름(62)의 위에 일정 간격이 이격되어 복수의 제1 전극(11)들이 코팅되어 있다. 이송하는 제1 전극(11) 위에는 연속적으로 서브 가스켓(32)이 한 개씩 아래로 공급이 된다. 이때 제1 전극(11)과 서브 가스켓(32)은 핫롤러(81)를 사용에 의하여 열과 압력을 주어 부착이 된다. 핫롤러(81)는 열을 발생시키는 열선 또는 히팅 램프 등과 같은 열원을 내장하고 있을 수 있다.First, in step S10, as shown in FIG. 5 , the
부착 후 이송되는 제1 전극(11)과 서브 가스켓(32) 위에는 GDL(42)이 펀칭되어 연속적으로 한 개씩 아래로 공급이 된다. 제1 전극(11)에 서브 가스켓(32)과 GDL(42)을 순차적으로 적층하며 부착시켜 제1 전극 집합체(110)를 형성한다. 그리고 테프론 필름(62)에 제1 전극 집합체(110)가 일정 간격이 이격되어 형성된 제1 전극 집합체 시트(111)는 제2 롤(92a)에 감기게 된다. 여기서 이송라인은 제1 전극 시트(12)가 제1 롤(91)에서 풀리며, 제1 전극 집합체 시트(111)가 제2 롤(92a)에 감기는 롤투롤 방식이며, 테프론 필름(62)은 더미롤(83)에 의해서 장력을 받아 평평하게 유지될 수 있다.
여기서 GDL(42)을 제1 전극(11) 위에 부착시키기 위한 액상 실링제는 대표적으로 실리콘계 실링제, 부틸 고무계 (Butyl Rubber) 실링제, 폴리설파이드계(Poly sulfide) 실링제, 아크릴계 실링제, 에폭시계 실링제 및 불소고무계 실링제 등이 대표적으로 사용될 수 있으며, 그 중에서 바람직하게는 화학적 내구성을 확보하기 위해 불소를 함유한 불화 실리콘계나 불소고무계(상품명 예: 듀퐁사의 Viton) 등이 사용될 수 있다.Here, the liquid sealing agent for attaching the
다음으로 S20단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 롤(92a)에 감긴 제1 전극 집합체 시트(111)가 풀리면서 제1 전극 집합체(110)는 이송이 된다. 여기서 제1 더미 필름(64)을 사용하여 제1 전극 집합체(110)의 상면과 하면을 반전시킨다. 이때, 이송라인들은 수평 또는 수직으로 교차시키면서 교차 지점에서 제1 전극 집합체(110)를 이동시킬 수 있다. Next, in step S20 , as shown in FIG. 6 , the first
제2 롤(92a)에서 풀리면서 이송되는 제1 전극 집합체(110)는 핫롤러(81a)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 전극 집합체 시트(111)에서 탈착을 시킨다. 이때, 제1 전극 집합체(110)가 탈착되고 남겨지는 테프론 필름(62)은 제3 롤(93a)에 감기게 된다. 테프론 필름(62)은 더미롤(83a)에 의해서 장력을 받아 평평하게 유지될 수 있다.The
탈착된 제1 전극 집합체(110)는 제4 롤(94a)에서 풀리며 이송하는 제1 더미 필름(64)의 위에 제1 전극 집합체(110)의 상면인 GDL(42) 면이 반전되며 전사가 된다. 이때, 반전된 제1 전극 집합체(110)는 핫롤러(81b)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 더미 필름(64)의 위에 부착된다.The detached
이어서 S30단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 더미 필름(64)에서 반전된 상태로 이송되는 제1 전극 집합체(110)를 핫롤러(81c)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 더미 필름(64)에서 탈착을 시킨다. 이때, 제1 전극 집합체(110)가 탈착되고 남겨지는 제1 더미 필름(64)은 제5 롤(95a)에 감기게 된다. 여기서, 제1 더미 필름(64)은 더미롤(83b, 83c)에 의해서 장력을 받아 평평하게 유지될 수 있다.Subsequently, in step S30, as shown in FIG. 6 , heat and pressure are applied to the
이어서 S40단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제6 롤(96)에서 풀리면서 이송하는 이온막 필름(68)의 아래에는 탈착된 제1 전극 집합체(110)의 상면인 제1 전극(11) 면이 반전되며 전사된다. 이때, 반전된 제1 전극 집합체(110)는 핫롤러(81d)를 사용하여 열과 압력을 주어 이온막 필름(68)의 아래에 부착시킨다. 이온막 필름(68)에 붙어 있었던 보호필름(69)은 이온막 필름(68)과 분리되면서 제7 롤(97)에 감기게 되며, 이온막 필름(68)에 부착된 제1 전극 집합체(110)는 일정 간격이 이격되어 제8 롤(98)에 감기게 된다. 여기서, 보호필름(69)과 이온막 필름(68)은 더미롤(83d,e)에 의해서 장력을 받아 평평하게 유지될 수 있다.Subsequently, in step S40, as shown in FIG. 6 , the
여기서, 이온막 필름(68)으로는 이온전도성을 갖는 모든 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 대표적으로 퍼플루오르술폰산폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테 르케톤, 폴리술폰 또는 이들의 산 또는 염기가 사용될 수 있다.Here, any polymer resin having ion conductivity may be used as the
마지막으로 S50단계는, 도면에는 나타나 있지는 않지만, 추후에 이온막 필름(68)에서 제1 전극 집합체(110)를 개별적으로 분리하여 막-전극 접합체(310)를 형성할 수도 있고, 제8 롤(98)에 감기기 전에, 이온막 필름(68) 위에서 제1 전극 집합체(110)의 외곽을 펀칭하여, 개별적으로 막-전극 접합체(310)를 분리하며, 남겨진 이온막 필름(68)은 제8 롤(98)에 감길 수 있다.Lastly, step S50 is not shown in the drawing, but later, the
여기서, 제1 전극 집합체(110)를 이온막 필름(68) 위에서 작업하지 않고 별도로 제작함으로써, 작업 공정 시 이온막 필름(68)이 외부로부터 노출되는 시간을 줄일 수 있다. 이로 인해, 이온막 필름(68)은 손상을 최소화하여 막-전극 접합체(310)의 성능을 유지할 수 있다.Here, by separately manufacturing the
<제2 실시예><Second embodiment>
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치를 나타내는 블록도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극 집합 모듈의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.7 is a cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 8 is a block diagram illustrating an apparatus for manufacturing a roll-to-roll membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 9 is a block diagram showing a detailed configuration of a second electrode assembly module according to a second embodiment of the present invention.
도 7 내지 9를 참조하면, 막-전극 접합체(410)는 본 발명에 제2 실시예에 따른 최종 제조물로써, 이온막 필름(68)을 기준으로 하여 위에는 제2 전극(21), 서브 가스켓(32b) 및 GDL(42b)이 순차적으로 적층되며, 아래에는 제1 전극(11), 서브 가스켓(32a) 및 GDL(42a)이 순차적으로 적층된 7-layer 구조이다.7 to 9, the membrane-
본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체(410)는 제1 전극 집합 모듈(100), 제2 전극 집합 모듈(200) 및 막-전극 접합 모듈(400)을 포함한다. 여기서 제1 전극 집합 모듈(100)은 제1 실시예와 동일하다. 제2 전극 집합 모듈(200)은 이송하는 제2 전극(21) 위에 서브 가스켓(32b) 과 GDL(42b)을 순차적으로 적층 및 부착시킨다. The membrane-
제2 전극 집합 모듈(200)에서는, 제2 전극(21)들이 일정 간격 이격되어 형성된 전극 시트가 풀리는 전극 공급부(20), 제2 전극 위에 서브 가스켓을 연속적으로 전사하는 제2 서브 가스켓 공급부(30b), 제2 전극(21) 위에 전사된 서브 가스켓에 열 및 압착을 주는 제2 부착부(80b), 서브 가스켓 위에 펀칭 된 GDL을 전사하는 제2 GDL 공급부(40b) 및 제2 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 전극 시트를 감는 제2 전극 집합체 회수부(60b)를 포함한다. 이때 제2 전극 공급부(20)와 제2 전극 집합체 회수부(60b)는 롤의 형태일 수 있다. 제2 부착부(80b)는 핫롤러를 사용하여 열 및 압착을 줄 수 있다.In the second
막-전극 접합 모듈(400)은 제1 전극 집합체를 이온막 필름(68)의 아래에 부착시키고, 제2 전극 집합체를 이온막 필름(68)의 위에 부착시킨다.In the membrane-
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다. 도 11 및 도 12는 도 10의 제조방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다. 그리고 도 13은 도 11에서 더미 필름의 교차 배열을 나타내는 도면이다.10 is a flowchart illustrating a roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 11 and 12 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG. 10 . And FIG. 13 is a view showing a cross arrangement of the dummy films in FIG. 11 .
도 10를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체(410)의 롤투롤 제조방법은 제1 및 제2 전극 집합체를 형성하는 단계(S11), 제1 및 제2 전극 집합체를 제1 및 제2 더미 필름에 위에 각각 반전 및 전사되는 단계(S21), 제1 전극 집합체를 이온막 필름의 아래에, 제2 전극 집합체를 이온막 필름의 위에 각각 반전 및 전사되는 단계(S31) 및 이은막 필름에서 막-전극 접합체를 개별적으로 분리하는 단계(S41)를 포함한다.Referring to FIG. 10 , the roll-to-roll manufacturing method of the membrane-
먼저 S11단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 S10단계의 제1 전극 집합체(110)를 형성하는 단계와 동일하며, 제2 전극 집합체는 제1 전극 집합체(110)와 동일한 방법으로 형성된다.First, step S11 is the same as the step of forming the
도 11 및 도 12를 참조하면, 제1 전극 집합체(110)는 제2 롤(92a)에 감긴 형태로 제공되며, 제2 전극 집합체(210)는 제10 롤(92b)에 감긴 형태로 제공된다.11 and 12 , the
다음으로 S21단계는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)를 각각 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)에 반전 및 전사시키는 동작이 동시에 이루어진다. Next, in step S21, as shown in FIGS. 11 and 12 , the operation of inverting and transferring the first and
제2 롤(92a) 및 제12 롤(92b)에 감긴 제1 및 제2 전극 집합체 시트(111, 211)가 풀리면서 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)가 이송된다. 이때, 전사하는 방법은 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)을 사용하여 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)의 상면과 하면을 반전시킨다. 이송라인들은 수평 또는 수직으로 교차시키면서 교차 지점에서 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)를 이동시킬 수 있다. As the first and second
제2 롤(92a) 및 제10 롤(92b)에서 풀리면서 이송되는 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)는 핫롤러(81a, 81e)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 및 제2 전극 집합체 시트(111, 211)에서 탈착을 시킨다. 이때, 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)가 탈착되고 남겨지는 테프론 필름(62a, 62b)은 제3 롤(93a) 및 제11 롤(93b)에 감기게 된다.The first and
탈착된 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)는 제4 롤(94a) 및 제12 롤(94b)에서 풀리며 이송하는 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)의 위에 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)의 상면인 GDL 면이 반전되며 전사가 된다. 이때, 반전된 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)는 핫롤러(81b, 81f)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)의 위에 부착시킨다.The detached first and
이어서 S31단계는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)를 각각 이온막 필름(68)에 반전 및 전사시키는 동작이 동시에 이루어진다. Subsequently, in step S31, as shown in FIGS. 11 and 12, the operation of inverting and transferring the first and
제1 및 제2 더미 필름(64, 66)에서 반전된 상태로 이송되는 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)를 핫롤러(81c)를 사용하여 열과 압력을 주어 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)에서 탈착을 시킨다. 이때, 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)가 탈착되고 남겨지는 제1 및 제2 더미 필름(64, 66)은 제5(95a) 및 제13 롤(95b)에 감기게 된다.The first and
제6 롤(96)에서 풀리면서 이송하는 이온막 필름(68)의 아래에는 탈착된 제1 전극 집합체(110)의 상면인 제1 전극 면이 반전되며 전사되고, 이온막 필름(68)의 위에는 도 12에서 B가 가리키는 제2 전극 집합체(210)가 탈착되어, 도 11에서 A가 가리키는 위치에 제2 전극 집합체(210)의 제2 전극 면이 반전되면서 전사된다. 이때, 반전된 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)는 핫롤러(80d)를 사용하여 열과 압력을 주어 이온막 필름(68)에 부착된다. The first electrode surface, which is the upper surface of the detached
이때, 이온막 필름(68)에 붙어 있었던 보호필름(69)은 이온막 필름(68)과 분리되면서 제7 롤(97)에 감기게 된다.At this time, the
도 13을 참조하면, 도 11에서 C가 가리키는 위치에 있어서 더미 필름들의 교차 배열을 나타낸 것으로, 제1 더미 필름(64)의 이송라인을 제1 축으로 하고, 제2 더미 필름(66)의 이송라인을 제1 축에 수직인 제2 축으로 교차 배열한 모습이다.Referring to FIG. 13 , the cross arrangement of the dummy films is shown at the position indicated by C in FIG. 11 , with the transport line of the
제1 축의 이송라인들은 제1 전극 집합체(110)가 부착된 테프론 필름(62)의 이송라인 아래에는 테프론 필름(62)과 수평으로 교차된 제1 더미 필름(64)의 이송라인이 위치하여 제1 전극 집합체(110)를 이송한다.The transfer lines of the first axis are located below the transfer line of the
제1 더미 필름(64)의 이송라인 위에는 수평으로 교차된 이온막 필름(68)의 이송라인이 위치하여 제1 전극 집합체(110)를 이송한다.On the transfer line of the
제1 축에 수직인 제2 축의 이송라인은 제2 전극 집합체(210)가 부착된 제2 더미 필름(66)의 이송라인이다. 제2 더미 필름(66)의 이송라인은 이온막 필름(68)의 이송라인 위에 수직으로 교차되어 위치하며, 제2 전극 집합체(210)를 이송한다.The transfer line of the second axis perpendicular to the first axis is the transfer line of the
교차 지점의 이송라인들은 밑에서부터 제1 더미 필름(64)의 이송라인, 이온막 필름(68)의 이송라인, 제2 더미 필름(66)의 이송라인 순으로 되어있다.The transfer lines at the crossing point are in order from the bottom to the transfer line of the
여기서, 막-전극 접합체(410) 제작 시 수작업의 공정이 없고, 공정이 연속적으로 이루어진다. 또한, 양극의 집합체를 동시에 제조할 수 있어, 작업성과 생산성의 효율을 높일 수 있다.Here, there is no manual process in manufacturing the membrane-
마지막으로 S41단계는, 도 11에 도시된 바와 같이, 이온막 필름(68) 위에서 막-집합체들의 외곽을 펀칭하여, 개별적으로 막-전극 접합체(410)를 분리하고, 남겨진 이온막 필름(68)은 제9 롤(99)에 감기게 된다.Finally, step S41, as shown in FIG. 11, punching out the membrane-aggregates on the
또는, 이온막 필름(68) 위에서 펀칭하지 않고, 이온막 필름(68)에 일정 간격이 이격되어 제1 및 제2 전극 집합체(110, 210)가 부착된 상태로 제9 롤(99)에 감길 수 있다.Alternatively, without punching on the
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.On the other hand, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein. In addition, although specific terms have been used in the present specification and drawings, these are only used in a general sense to easily explain the technical contents of the present invention and help the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.
본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 고안의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention are interpreted as being included in the scope of the present invention. it should be
100 : 제1 전극 집합 모듈
110 : 제1 전극 집합체 111 : 제1 전극 집합체 시트
10 : 제1 전극 공급부 20 : 제2 전극 공급부
11 : 제1 전극 12 : 제1 전극 시트
200 : 제2 전극 집합 모듈
210 : 제2 전극 집합체 211 : 제2 전극 집합체 시트
21 : 제2 전극 22 : 제2 전극 시트
300, 400 : 막-전극 접합 모듈 310, 410 : 막-전극 접합체
30a : 제1 서브 가스켓 공급부 30b : 제2 서브 가스켓 공급부
32 : 서브 가스켓
40a: 제1 GDL 공급부 40b: 제2 GDL 공급부
42 : GDL
60a : 제1 전극 집합체 회수부 60b : 제2 전극 집합체 회수부
62 : 테프론 필름 64 : 제1 더미 필름
66 : 제2 더미 필름 68 : 이온막 필름
69 : 보호필름
80a : 제1 부착부 80b : 제2 부착부
81 : 핫롤러
83 : 더미롤
91 : 제1 롤
92a : 제2 롤 92b : 제10 롤
93a : 제3 롤 93b : 제11 롤
94a : 제4 롤 94b : 제12 롤
95a : 제5 롤 95b : 제13 롤
96 : 제6 롤 97 : 제7 롤
98 : 제8 롤 99 : 제9 롤 100: first electrode assembly module
110: first electrode assembly 111: first electrode assembly sheet
10: first electrode supply unit 20: second electrode supply unit
11: first electrode 12: first electrode sheet
200: second electrode assembly module
210: second electrode assembly 211: second electrode assembly sheet
21: 2nd electrode 22: 2nd electrode sheet
300, 400: membrane-
30a: first sub
32: sub gasket
40a: first
42: GDL
60a: first electrode
62: Teflon film 64: first dummy film
66: second dummy film 68: ion film film
69: protective film
80a:
81: hot roller
83: dummy roll
91: first roll
92a:
93a:
94a:
95a:
96: 6th roll 97: 7th roll
98: eighth roll 99: ninth roll
Claims (9)
이송하는 상기 제1 전극 집합체의 GDL의 면이 제1 더미 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계; 및
이송하는 상기 제1 전극 집합체의 제1 전극의 면이 이온막 필름의 아래에 반전되어 전사되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.forming a first electrode assembly by sequentially stacking and attaching a sub gasket and a GDL on the first electrode to be transferred;
transferring the surface of the GDL of the first electrode assembly to be inverted and transferred on the first dummy film; and
transferring the surface of the first electrode of the first electrode assembly to be transferred under the ion film film;
A membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising a roll-to-roll manufacturing method.
상기 제1 전극 집합체를 형성하는 단계는,
제1 롤에서 상기 제1 전극들이 일정 간격이 이격되어 형성된 전극 시트가 풀리고, 상기 제1 전극 집합체가 형성된 상기 전극 시트가 제2 롤에 감기는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.The method of claim 1,
The step of forming the first electrode assembly,
In a first roll, the electrode sheet formed by the first electrodes being spaced apart from each other is unwound, and the electrode sheet on which the first electrode assembly is formed is wound on a second roll. manufacturing method.
상기 전극 시트는 테프론 필름의 위에 일정 간격이 이격되어 복수의 상기 제1 전극이 코팅되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.3. The method of claim 2,
The electrode sheet is spaced apart from the Teflon film at a predetermined interval, and a plurality of the first electrodes are coated. A roll-to-roll manufacturing method of an electrode assembly.
상기 전사되는 단계는 핫롤러를 이용하여 상기 제1 전극 집합체를 탈착 또는 부착하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.The method of claim 1,
The transferring step is a roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that detaching or attaching the first electrode assembly using a hot roller.
상기 전사되는 단계는 상기 제1 더미 필름을 사용하여 상기 제1 전극 집합체의 상면과 하면을 반전시키면서, 이송라인을 수평 또는 수직으로 교차시켜 상기 제1 전극 집합체를 이동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.The method of claim 1,
The transferring step is a fuel cell membrane, characterized in that by using the first dummy film to move the first electrode assembly by crossing a transfer line horizontally or vertically while inverting the upper and lower surfaces of the first electrode assembly. -Roll-to-roll manufacturing method of electrode assembly.
이송하는 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓과 상기 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시켜 제2 전극 집합체를 형성하는 단계;
이송하는 상기 제2 전극 집합체의 GDL의 면이 제2 더미 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계; 및
이송하는 상기 제2 전극 집합체의 제2 전극의 면이 이온막 필름의 위에 반전되어 전사되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.The method of claim 1,
forming a second electrode assembly by sequentially stacking and attaching the sub gasket and the GDL on a second electrode to be transferred;
transferring the surface of the GDL of the second electrode assembly to be transferred inverted onto the second dummy film; and
A roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, further comprising a; the surface of the second electrode of the second electrode assembly being transferred is inverted and transferred on the ion film film.
상기 이온막 필름에 반전 및 전사되는 단계는 상기 제1 더미 필름의 이송라인을 제1 축으로 하고, 상기 제2 더미 필름의 이송라인을 상기 제1 축에 수직인 제2 축으로 교차 배열하여 상기 제1 및 제2 전극 집합체를 상기 이온막 필름의 아래 및 위에 반전되어 전사되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조방법.7. The method of claim 6,
In the step of inverting and transferring to the ion film film, the transfer line of the first dummy film is a first axis, and the transfer line of the second dummy film is arranged in a second axis perpendicular to the first axis. A roll-to-roll manufacturing method of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the first and second electrode assemblies are inverted and transferred under and above the ion film film.
이송하는 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓과 상기 GDL을 순차적으로 적층 및 부착시키는 제2 전극 집합 모듈; 및
이송하는 제1 및 제2 전극 집합체를 이온막 필름의 아래 및 위에 부착시키는 막-전극 접합 모듈;을 포함하고,
상기 막-전극 접합 모듈은,
상기 제1 전극 접합체를 제1 더미 필름 위에 반전 및 전사 후 상기 이온막 필름의 아래와 위 중 어느 한 면에 반전 및 전사하고,
상기 제2 전극 접합체를 제2 더미 필름 위에 반전 및 전사 후 상기 이온막 필름의 아래와 위 중 나머지 한 면에 반전 및 전사하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치.a first electrode assembly module for sequentially stacking and attaching a sub gasket and a GDL on the first electrode to be transferred;
a second electrode assembly module for sequentially stacking and attaching the sub gasket and the GDL on the second electrode to be transferred; and
A membrane-electrode bonding module for attaching the first and second electrode assemblies to be transported below and above the ion film film;
The membrane-electrode junction module,
After inverting and transferring the first electrode assembly on the first dummy film, inverting and transferring the ion film film on either side of the bottom and the top,
A roll-to-roll manufacturing apparatus for a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the second electrode assembly is inverted and transferred onto the second dummy film and then reversed and transferred to the other side of the bottom and top of the ion membrane film.
상기 제1 전극 집합 모듈은
상기 제1 전극들이 일정 간격 이격되어 형성된 제1 전극 시트가 풀리는 제1 전극 공급부;
상기 제1 전극 위에 서브 가스켓을 전사하는 제1 서브 가스켓 공급부;
상기 제1 전극 위에 전사된 상기 서브 가스켓에 열 및 압착을 주는 제1 부착부;
상기 서브 가스켓 위에 펀칭된 GDL을 전사하는 제1 GDL 공급부; 및
상기 제1 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 상기 제1 전극 시트를 감는 제1 전극 집합체 회수부;를 포함하며,
상기 제2 전극 집합 모듈은
상기 제2 전극들이 일정 간격 이격되어 형성된 제2 전극 시트가 풀리는 제2 전극 공급부;
상기 제2 전극 위에 상기 서브 가스켓을 전사하는 제2 서브 가스켓 공급부;
상기 제2 전극 위에 전사된 상기 서브 가스켓에 열 및 압착을 주는 제2 부착부;
상기 서브 가스켓 위에 펀칭 된 상기 GDL을 전사하는 제2 GDL 공급부; 및
상기 제2 전극 집합체들이 일정 간격 이격되어 형성된 상기 제2 전극 시트를 감는 제2 전극 집합체 회수부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 롤투롤 제조장치.9. The method of claim 8,
The first electrode assembly module is
a first electrode supply unit for releasing a first electrode sheet formed by separating the first electrodes by a predetermined interval;
a first sub gasket supply unit transferring the sub gasket onto the first electrode;
a first attachment part for applying heat and compression to the sub-gasket transferred on the first electrode;
a first GDL supply unit transferring the punched GDL on the sub gasket; and
It includes; a first electrode assembly recovery unit for winding the first electrode sheet formed with the first electrode assemblies spaced apart from each other by a predetermined interval;
The second electrode assembly module is
a second electrode supply unit for releasing a second electrode sheet formed by separating the second electrodes by a predetermined interval;
a second sub-gasket supply unit transferring the sub-gasket onto the second electrode;
a second attachment part for applying heat and compression to the sub-gasket transferred onto the second electrode;
a second GDL supply unit transferring the GDL punched on the sub gasket; and
a second electrode assembly recovery unit for winding the second electrode sheet formed with the second electrode assemblies spaced apart from each other by a predetermined interval;
A membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising a roll-to-roll manufacturing apparatus.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010514099A (en) * | 2006-12-15 | 2010-04-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Method and apparatus for fabricating a roll product type fuel cell subassembly |
JP2015041473A (en) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of membrane electrode assembly, and electrolyte membrane take-up roller |
JP2015197962A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | 大日本印刷株式会社 | Method of manufacturing laminate for fuel cell |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101315712B1 (en) | 2011-12-01 | 2013-10-10 | 기아자동차주식회사 | The sub-gasket adhesion apparatus for fuel cell membrane electrode assembly production |
KR101776720B1 (en) * | 2015-05-08 | 2017-09-08 | 현대자동차 주식회사 | Membrane-electrode assembly manufacturing device of fuel cell |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010514099A (en) * | 2006-12-15 | 2010-04-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Method and apparatus for fabricating a roll product type fuel cell subassembly |
JP2015041473A (en) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of membrane electrode assembly, and electrolyte membrane take-up roller |
JP2015197962A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | 大日本印刷株式会社 | Method of manufacturing laminate for fuel cell |
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