专利名称：将贴花纸层压至载体薄膜的方法
技术领域：
所公开的实施方案通常涉及将贴花纸(decal)基片层压至载体薄膜的方法。
背景技术：
在燃料电池技术中，将催化剂涂敷在聚合物电解质膜上。催化剂层可直接沉积在膜上，或通过在贴花纸基片上先涂覆催化剂而间接施加在膜上。使用滚压方法以浆料形式将催化剂涂覆在贴花纸基片上。在其上涂覆了催化剂的膜叫作催化剂涂覆膜(CCM，catalyst coated membrane)。
催化剂涂覆在贴花纸基片上之后，可以在催化剂被转移到膜之前将离聚物喷涂在催化剂上。尽管催化剂和膜都包含离聚物，离聚物喷涂层在催化剂和膜之间提供较好的接触。这增大了膜和催化剂之间的质子交换，因此提高了燃料电池的性能。
贴花纸基片可以是多孔材料，例如多孔膨体聚四氟乙烯(ePTFE)贴花纸基片。然而，ePTFE基片昂贵且不能再使用。尤其是，当催化剂被转移到ePTFE基片上的膜时，一部分离聚物保留在ePTFE基片中。而且，在处理期间，ePTFE基片可以拉伸、变形并吸收溶剂，因此，ePTFE基片在使用过一次之后被抛弃。
贴花纸基片还可以是非多孔材料，例如乙烯四氟乙烯(ETFE)贴花纸基片。因为几乎全部的涂覆物和离聚物都在贴花方法中被转移了，ETFE贴花纸基片提供了催化剂和离聚物到基片的最小损失。ETFE贴花纸基片没有变形并可以再使用。
在另一个制造技术中，制备膜电极组件(MEA)作为催化剂涂覆的扩散介质(CCDM)而不是CCM。扩散介质是多孔材料，所以气体和水可以通过MEA传送。扩散介质典型的是涂覆有微孔层的碳纸基片，其中微孔层是碳和氟聚物(FEP、PVDF、HFP、PTFE等)的混合物。催化剂油墨(ink)通常涂覆在微孔层的顶部，其可以完全涂覆，例如通过离聚物溶液喷雾。一片裸全氟化的膜夹在两片CCDM之间，其中催化剂一侧朝向膜，然后热压以将CCDM与膜粘结。
在共同转让的Sompalli等人的美国专利6,524,736中可以发现一种制备耐用的MEA的方法。该方法包括通过在多孔膨体PTFE支撑物或网状物上涂覆催化剂油墨以产生具有如图1-2a所示的离聚物粘合剂的均一分布的电极的制备MEA的工艺。还描述了过量喷洒(over-spray)的想法以辅助催化剂很好的转移到膜上。Sompalli等人的美国专利6,524,736公开了以下内容。其上沉积有催化剂的非常薄的微孔基片可能是难以处理的，并且多孔载体薄膜可以粘结到薄的微孔基片上以提供强度和支撑的层。在将基片从膜电极组件上去除的过程中，多孔载体薄膜可以充分地粘结到微孔基片上。必须在整个过程中保持微孔基片和多孔载体薄膜之间的粘结，并且必须在热压步骤的温度下维持此粘结。
发明内容
本发明的一个实施方案包括一种方法，其包括在载体薄膜上沉积包含离聚物和溶剂的液体粘结层；在液体粘结层上放置贴花纸基片并干燥液体粘结层以提供包含离聚物的固体粘结层，并且固体粘结层将贴花纸基片和载体薄膜粘结在一起。
通过以下提供的详细描述，本发明的其它实施方案将变得清楚。应认识到，当指出本发明的典型实施方案时，详细描述和具体实施例意图在于仅说明而非限制本发明的范围。
根据详细描述以及附图，将对本发明示例性实施方案有更全面的理解，其中图1说明了本发明的一种实施方案，其包括在载体薄膜上沉积含有离聚物的液体粘结层的方法；图2说明了本发明的一种实施方案，其包括在液体粘结层上沉积贴花纸基片；图3说明了本发明的一种实施方案，其包括使液体粘结层固化和在贴花纸基片上沉积催化剂浆料层的方法。
具体实施例方式
以下实施方案的描述实际上仅是示范性的，其意图并不在于限制本发明、其应用或使用。
现在参照图1，本发明的一个实施方案包括在载体薄膜10上沉积液体粘结层12的方法。在本发明的一个实施方案中，载体薄膜10厚度为25至100微米。在本发明的一个实施方案中，载体薄膜可以是PET、聚酰亚胺(Kapton)、PEN、PVDF或任何可以经受高达150℃温度的聚合物薄膜。液体粘结层12包含离聚物和溶剂。在本发明的可替换的实施方案中，液体粘结层12可以沉积至厚度为5-200微米、5-100微米或其间的厚度。
现在参照图2，在本发明的一个实施方案中，在液体粘结层12中的溶剂蒸发之前，在最小的或升高的压缩下将贴花纸基片14放置于液体粘结层12上。此后，使用热量，例如来自烘箱或烘干灯的热量，使液体粘结层12中的溶剂蒸发或被驱散。在一个实施方案中，在室温至120℃的温度范围内干燥液体粘结层12，更优选在60-120℃的温度范围内进行干燥。
贴花纸基片14可以是具有2微米以下孔径的任何种类的材料，其孔径优选在0.5微米以下，最优选在0.2微米以下。多孔材料的空隙体积可以在50％至80％的范围内。优选在130-150℃的温度范围内使多孔材料温度相容达约5分钟。可以在贴花纸基片14上施加另外的表面覆盖物以促进贴花纸基片14上形成的催化剂的释放。贴花纸基片14可以是各种多孔材料，包括例如多孔聚乙烯或多孔聚丙烯。载体薄膜10比贴花纸基片14具有更大的机械强度和耐撕裂性。在本发明的一个实施方案中，贴花纸基片14可以是ePTFE，载体薄膜10可以是PET。
现在参照图3，在本发明的一个实施方案，在液体粘结层12中的溶剂蒸发后，包含离聚物的固体粘结层12’将载体薄膜10和贴花纸基片14固定在一起。在本发明的可替换实施方案中，固体粘结层12’厚度可以是0.05-10微米、0.05-2微米、0.1-1微米或其间厚度范围。催化剂浆料层16沉积在贴花纸基片14上并将其干燥以制成贴花纸组件18，贴花纸组件18包含附着在粘结到载体薄膜10上的贴花纸基片14的干燥的催化剂层16。
催化剂层优选包括一组支撑精细研碎(finely divided)催化剂颗粒(例如铂)的精细研碎的碳颗粒和与这些颗粒混杂的质子传导材料。质子传导材料可以是离聚物，比如全氟化磺酸聚合物。优选的催化剂材料包括金属例如铂、铂合金以及燃料电池领域公知的其他催化剂。
液体粘结层12包含离聚物和溶剂。溶剂可以是水、低沸点的醇或其混合物。例如，醇具有低于120℃的沸点并具有有限的干燥时间。低沸点醇的实例是甲醇、乙醇、异丙醇和正丙醇。使用包含离聚物的液体粘结层12将贴花纸基片14和载体薄膜10粘结在一起，从而不需要在高温下将贴花纸基片14和载体薄膜10层压在一起，其可能损坏比如ePTFE的多孔贴花纸基片。
当使用术语“之上”、“叠加”、“放上面”或“之下”、“下层”、“放下面”来说明第一组分或层与第二组分或层的位置关系时，应意味着第一组分或层与第二组分或层直接接触，或另外的层或组分可以夹在第一组分或层和第二组分或层之间。
本发明的描述实质上仅是示范性的，因此，其中的改变并不意味脱离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种方法，其包括在载体薄膜上沉积包含离聚物和溶剂的液体粘结层；将贴花纸基片放置在液体粘结层上并干燥液体粘结层以提供包含离聚物的固体粘结层，并且固体粘结层将贴花纸基片和载体薄膜粘结在一起。
2.根据权利要求1的方法，其中贴花纸基片包括多孔材料。
3.根据权利要求1的方法，其中贴花纸基片是多孔的并包括聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的一种。
4.根据权利要求1的方法，其中贴花纸基片包括膨体聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1的方法，其中贴花纸基片包括具有10-200微米孔径的多孔材料。
6.根据权利要求1的方法，其中载体薄膜包括非-多孔材料。
7.根据权利要求1的方法，其中载体薄膜包括多孔材料。
8.根据权利要求1的方法，其中载体薄膜具有比贴花纸基片更大的机械强度。
9.根据权利要求1的方法，其中载体薄膜包括PET。
10.根据权利要求1的方法，其中载体薄膜包括Kapton。
11.根据权利要求1的方法，其中离聚物包括磺化全氟化碳。
12.根据权利要求1的方法，其中溶剂包括水。
13.根据权利要求1的方法，其中溶剂包括低沸点醇。
14.根据权利要求1的方法，其中溶剂包括水和低沸点醇。
15.根据权利要求1的方法，其中将载体薄膜上的液体粘结层沉积至厚度为5-200微米。
16.根据权利要求1的方法，其中将载体薄膜上的液体粘结层沉积至厚度为5-100微米。
17.根据权利要求1的方法，其中固体粘结层厚度为0.05-10微米。
18.根据权利要求1的方法，其中固体粘结层厚度为0.05-2微米。
19.根据权利要求1的方法，其中固体粘结层厚度为0.1-1微米。
20.根据权利要求1的方法，其中干燥液体粘结层在室温至200℃下进行。
21.根据权利要求1的方法，其中干燥液体粘结层在60-120℃下进行。
22.根据权利要求1的方法，还包括在贴花纸基片上沉积催化剂层。
全文摘要
一种将贴花纸层压至载体薄膜的方法，包括在载体薄膜上沉积包含离聚物和溶剂的液体粘结层；将贴花纸基片放置在液体粘结层上并干燥液体粘结层以提供包括离聚物的固体粘结层，并且固体粘结层将贴花纸基片和载体薄膜粘结在一起。
文档编号B32B7/12GK101055928SQ200710100650
公开日2007年10月17日 申请日期2007年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者B·索姆帕利, 纪纯新, 甄苏珊, H·A·加斯泰格, 下田博司 申请人:通用汽车环球科技运作公司, 旭硝子株式会社