膜电极双面间隙对位转印方法及系统与流程

本发明属于氢燃料电池膜电极生产，具体涉及一种膜电极双面间隙对位转印方法及系统。

背景技术：

1、燃料电池是一种直接将燃料中的化学能转换成电能的能量转换装置，又称为电化学发生器，它是继水力发电、风力发电和原子能发电之后的第四种清洁发电技术，其中，又以氢气为直接燃料的燃料电池技术最为成熟。相比于内燃机系统受到卡诺循环效应的限制，燃油热效率存在不可突破的瓶颈(最高50％)，而燃料电池则是通过阴阳极独立的电化学反应将燃料中的吉布斯自由能部分转化为电能，转换效率最高可达83％。此外，燃料电池作为燃料进行化学反应的场所，在输出电能的过程中没有机械传动部件，且氢燃料电池的运行温度低于100℃，排放物只有水，因而没有噪声污染，也不会排放有害物，符合保护生态环境和节能减排的发展理念。

2、氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，其具体反应过程为：以阳极反应为例，通过给阳极通入氢气，氢气通过气体扩散层到达催化剂表面，在催化活性物金属铂的作用下氢气分子的氢氢键断裂并释放出电子，电子经外部负载电路到达阴极，而氢原子核(质子)则透过质子交换膜到达阴极与氧原子结合生成水。在整个氢燃料电池系统中，膜电极作为核心部件和电化学反应发生的场所，其性能的好坏直接决定了燃料电池的性能，从阳极侧到阴极侧，其具体结构排布为：气体扩散层—阳极催化剂层—质子交换膜—阴极催化剂层—气体扩散层。考虑到质子交换膜结构强度较差，易变形的问题，使得先间隔或连续涂布在临时过渡的转印基材上，再通过转印工序将转印基材上的催化剂层转印至质子交换膜上的膜电极制造工艺成为主流。为了保证膜电极的性能，阴阳极催化剂层的边界线需要在质子膜两侧对齐。其中，催化剂层的间隔涂布工序中产生的误差会在催化剂双面连续转印过程中逐渐累积，造成阴阳极催化剂层错位越来越严重，进而导致双面连续转印的自动化生产过程困难重重。而催化剂层的连续涂布工序虽然不存在间隔误差，但将连续涂布的催化剂层转印至质子膜上时，需要间隔转印，以形成相间隔的转印区，但这种间隔转印方式会造成催化剂层的浪费，其中，催化剂中含有金属铂和铱，价格昂贵，导致生产成本提高。

3、因此，急需开发出一种能实现膜电极催化剂层精准双面转印的工艺方法，来实现膜电极自动化生产的同时避免催化剂层的浪费。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种膜电极双面间隙对位转印方法及系统。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种膜电极双面间隙对位转印系统，包括：

4、转印基材收放机构，用于收放转印基材，其包括上下镜像对称设置的上转印基材收放单元和下转印基材收放单元；

5、质子交换膜收放机构，用于收放质子交换膜，设置于上转印基材收放单元和下转印基材收放单元之间，其包括沿转印基材行进方向放置的前质子交换膜收放单元和后质子交换膜收放单元；

6、一段辊压机构，用于将转印基材上一半催化剂涂层转印到第一卷质子交换膜上；

7、二段辊压机构，用于将转印基材上另一半催化剂涂层转印到第二卷质子交换膜上。

8、在上述技术方案中，所述上、下转印基材收放单元均包括转印基材、用于释放全黑的转印基材的转印基材放卷机以及用于回收空白的转印基材的转印基材收卷机，转印基材放卷机和转印基材收卷机之间设置转印基材张力传感器。

9、在上述技术方案中，所述上转印基材张力传感器与二段辊压机构之间设置可上下移动的过辊，上转印基材张力与上转印基材上的可移动的过辊联锁。

10、在上述技术方案中，所述下转印基材收放单元还包括与过辊镜像对称设置的导向辊。

11、在上述技术方案中，所述前质子交换膜收放单元和后质子交换膜收放单元均包括质子交换膜、用于释放质子交换膜的质子交换膜放卷机以及用于收卷3ccm成品的质子交换膜收卷机，所述前质子交换膜收放单元的前质子交换膜放卷机靠近转印基材收放机构的放卷侧设置，所述后质子交换膜收放单元的后质子交换膜收卷机靠近转印基材收放机构的收卷侧设置。

12、在上述技术方案中，所述一段辊压机构和二段辊压机构均包括上下方向布置的凹压辊和平压辊，凹压辊和平压辊分布于转印基材收放机构的两侧。

13、在上述技术方案中，所述凹压辊的外圆周均布多个长方形的凹槽，凹槽的槽底为圆弧面，且圆弧面的弧度与凹压辊外圆周弧度相同。

14、一种膜电极双面间隙对位转印方法，包括以下步骤：

15、(ⅰ)使用两条对准带替代转印基材先穿带，通过调节上转印基材路径上的可移动过辊保证上、下转印基材从一段辊压机构到二段辊压机构的路径相等，调整完毕后收回对准带并将生产用转印基材穿带；

16、(ⅱ)以夹持的方式配置一对涂布有催化剂涂层的转印基材，并在所述转印基材的外侧配置两对压辊；

17、(ⅲ)利用所述第一凹压辊的转印动作，将所述转印基材的一半催化剂涂层转印在所述第一卷质子交换膜上，使第一卷质子交换膜上形成等距的转印区与留白区，第一卷质子膜收卷后成为3ccm成品；

18、(ⅳ)转印一半后的转印基材从第一对凹压辊经过等长的路径后到达第二对平压辊，转印基材上的剩余一半催化剂涂层将自动对齐并转印至第二卷质子交换膜上，第二卷质子膜收卷后成为3ccm成品。

19、在上述技术方案中，所述对准带为刚性材料，所述刚性材料为铝箔。

20、在上述技术方案中，所述对准带设置多个均布的转印对准区和留白对准区，转印对准区和留白对准区交错设置，且转印对准区与质子交换膜上的催化剂转印区域尺寸相同，留白对准区与质子交换膜上的留白区尺寸相同。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明提供了一种膜电极双面间隙对位转印方法及系统，装置结构简单，控制点少，转印方法便捷，实现了阴阳极催化剂间隙自动化对位转印的同时降低了生产成本。

技术特征：

1.一种膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述上、下转印基材收放单元均包括转印基材、用于释放全黑的转印基材的转印基材放卷机以及用于回收空白的转印基材的转印基材收卷机，转印基材放卷机和转印基材收卷机之间设置转印基材张力传感器；转印基材张力传感器前后均设置导向辊，经导向辊导向后，张力传感器前后的转印基材之间的夹角为直角。

3.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述上转印基材张力传感器与二段辊压机构之间设置可上下移动的过辊，上转印基材张力与上转印基材上的可移动的过辊联锁。

4.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述下转印基材收放单元还包括与过辊镜像对称设置的导向辊。

5.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述前质子交换膜收放单元和后质子交换膜收放单元均包括质子交换膜、用于释放质子交换膜的质子交换膜放卷机以及用于收卷3ccm成品的质子交换膜收卷机，所述前质子交换膜收放单元的前质子交换膜放卷机靠近转印基材收放机构的放卷侧设置，所述后质子交换膜收放单元的后质子交换膜收卷机靠近转印基材收放机构的收卷侧设置。

6.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述一段辊压机构和二段辊压机构均包括上下方向布置的凹压辊和平压辊，凹压辊和平压辊分布于转印基材收放机构的两侧。

7.根据权利要求1所述的膜电极双面间隙对位转印系统，其特征在于：所述凹压辊的外圆周均布多个长方形的凹槽，凹槽的槽底为圆弧面，且圆弧面的弧度与凹压辊外圆周弧度相同。

8.一种膜电极双面间隙对位转印方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的膜电极双面间隙对位转印方法，其特征在于：所述对准带为刚性材料，所述刚性材料为铝箔。

10.根据权利要求8所述的膜电极双面间隙对位转印方法，其特征在于：所述对准带设置多个均布的转印对准区和留白对准区，转印对准区和留白对准区交错设置，且转印对准区与质子交换膜上的催化剂转印区域尺寸相同，留白对准区与质子交换膜上的留白区尺寸相同。

技术总结
本发明公开了一种膜电极双面间隙对位转印方法及系统，系统包括转印基材收放机构，用于收放转印基材；质子交换膜收放机构，用于收放质子交换膜；一段辊压机构，用于将转印基材上一半催化剂涂层转印到第一卷质子交换膜上；二段辊压机构，用于将转印基材上另一半催化剂涂层转印到第二卷质子交换膜上。本发明装置结构简单，控制点少，转印方法便捷，实现了阴阳极催化剂间隙自动化对位转印的同时降低了生产成本。

技术研发人员：陈洋,潘牧,田明星,艾波,朱俊彦
受保护的技术使用者：武汉理工氢电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13