CCM制备方法及CCM制备装置 |
|||||||
| 申请号 | CN202311753520.5 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117747855A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 江苏氢导智能装备有限公司; | 发明人 | 请求不公布姓名; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种CCM制备方法及CCM制备装置，在转印机构将转印膜上的催化剂涂层转印至 质子交换膜 的两侧并得到CCM组件后，CCM组件能够途经加湿箱，从而进入湿润环境。质子交换膜在湿润环境中能够吸湿并发生溶胀，且在扩幅机构的作用下可将CCM组件扩幅及展平。经过扩幅的CCM组件与背膜复合后，便可进行收卷。如此，在后续膜 电极 封装、电堆组装过程中，由于质子交换膜中的 含 水 量 与环境湿度差别显著减小，故质子交换膜将不会再发生明显溶胀，CCM组件能够与背膜保持良好贴合而不发生分层。因此，上述CCM制备方法及CCM制备装置能够提升所制得的CCM组件的可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种CCM制备方法，其特征在于，包括步骤： |
||||||
| 说明书全文 | CCM制备方法及CCM制备装置技术领域背景技术[0002] 转印是制备CCM(catalyst coated membrane，催化剂/质子交换膜组件)的一个重要技术路线。转印膜及质子交换膜共同途经转印辊，在转印辊的加热加压作用下便可将转 印膜上的催化剂涂层转印至质子交换膜的表面。热转印过程及热转印之前的预热会导致质 子交换膜出现失水的现象，从而导致质子交换膜含水量过低。 [0003] 转印完成后，CCM中的质子交换膜以一个较低含水量的状态与收卷背膜复合。而在后续膜电极封装、电堆组装过程中，由于环境湿度较大，故容易导致质子交换膜与环境交换 水分后重新溶胀并导致分层，从而导致CCM失效。 发明内容[0004] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升CCM组件可靠性的CCM制备方法及CCM制备装置。 [0005] 一种CCM制备方法，包括步骤： [0006] 将转印膜上的催化剂涂层转印至质子交换膜的两侧，以得到CCM组件； [0007] 使所述CCM组件进入湿润环境，并对所述CCM组件进行扩幅及展平； [0008] 在所述CCM组件的表面覆设背膜并对所述CCM组件进行收卷。 [0009] 在其中一个实施例中，使所述CCM组件进入湿润环境，并对所述CCM组件进行扩幅及展平的步骤包括：先对所述CCM组件宽度方向的两侧边缘进行第一次扩幅；再对所述CCM 组件的中部进行第二次扩幅。 [0010] 在其中一个实施例中，先对所述CCM组件宽度方向的两侧边缘进行第一次扩幅的步骤为：采用第一扩幅辊对所述CCM组件宽度方向的两侧边缘进行辊压。 [0012] 在其中一个实施例中，再对所述CCM组件的中部进行第二次扩幅的步骤为：使所述CCM组件绕经第二扩幅辊，所述第二扩幅辊的辊面呈弧形凹面。 [0013] 上述CCM制备方法，在将转印膜上的催化剂涂层转印至质子交换膜的两侧并得到CCM组件后，CCM组件能够进入湿润环境。质子交换膜在湿润环境中能够吸湿并发生溶胀，并 可进行扩幅及展平。经过扩幅的CCM组件与背膜复合后，便可进行收卷。如此，在后续膜电极 封装、电堆组装过程中，由于质子交换膜中的含水量与环境湿度差别显著减小，故质子交换 膜将不会再发生明显溶胀，CCM组件能够与背膜保持良好贴合而不发生分层。因此，上述CCM 制备方法能够提升所制得的CCM组件的可靠性。 [0014] 一种CCM制备装置，包括： [0015] 转印机构，能够将转印膜上的催化剂涂层转印至质子交换膜的两侧，以得到CCM组件； [0016] 加湿箱，能够形成湿润环境，由所述转印机构输出的所述CCM组件能够途经所述加湿箱； [0017] 扩幅机构，设置于所述加湿箱内，所述扩幅机构能够对途经所述加湿箱的所述CCM组件进行扩幅及展平；及 [0018] 覆膜机构，能够在从所述加湿箱输出的所述CCM组件的表面覆设背膜。 [0019] 在其中一个实施例中，所述扩幅机构包括： [0020] 第一扩幅辊，所述第一扩幅辊能够对所述CCM组件宽度方向的两侧边缘进行辊压，以对所述CCM组件进行第一次扩幅； [0021] 第二扩幅辊，经所述第一扩幅辊输出的所述CCM组件能够绕经所述第二扩幅辊，所述第二扩幅辊的辊面呈弧形凹面。 [0022] 在其中一个实施例中，所述第一扩幅辊的旋转轴线相对于所述CCM组件的输送方向倾斜设置。 [0025] 上述CCM制备装置，在转印机构将转印膜上的催化剂涂层转印至质子交换膜的两侧并得到CCM组件后，CCM组件能够途经加湿箱，从而进入湿润环境。质子交换膜在湿润环境 中能够吸湿并发生溶胀，且在扩幅机构的作用下可将CCM组件扩幅及展平。经过扩幅的CCM 组件与背膜复合后，便可进行收卷。如此，在后续膜电极封装、电堆组装过程中，由于质子交 换膜中的含水量与环境湿度差别显著减小，故质子交换膜将不会再发生明显溶胀，CCM组件 能够与背膜保持良好贴合而不发生分层。因此，上述CCM制备装置能够提升所制得的CCM组 件的可靠性。 附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1为本发明较佳实施例中CCM制备装置的结构示意图； [0028] 图2为CCM组件途经第一扩幅辊的场景示意图； [0029] 图3为CCM组件途经第二扩幅辊的场景示意图； [0030] 图4为本发明一个实施例中CCM制备方法的流程示意图。 具体实施方式[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0032] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0033] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三 个等，除非另有明确具体的限定。 [0034] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员 而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0035] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0036] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以 是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平 的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施 方式。 [0037] 请参阅图1，本发明较佳实施例中的CCM制备装置100包括转印机构110、加湿箱120、扩幅机构130及覆膜机构140。 [0038] 转印机构110能够将转印膜210上的催化剂涂层(图未示)转印至质子交换膜220的两侧，以得到CCM组件200。具体的，转印膜210包括阳极涂层转印膜及阴极涂层转印膜，其上 分别涂布有阳极催化剂涂层及阴极催化剂涂层。 [0039] 在本实施例中，转印机构110包括两个相对设置的转印辊111，两个转印辊111之间形成有辊压通道。质子交换膜220及两个转印膜210能够共同进入上述辊压通道，两个转印 膜210分别位于质子交换膜220的两侧，且转印膜210上的催化剂涂层朝向质子交换膜220。 在两个转印辊111的挤压下，转印膜210上的催化剂涂层(图未示)便可转印至质子交换膜 220的两侧。 [0040] 转印辊111通常为加热辊，其内部设置有加热组件(图未示)，故能够对进入辊压通道的质子交换膜220加热，从而提升转印效率。 [0041] 此外，转印机构110一般还包括保护膜剥离辊112及转印膜剥离辊113。在进入辊压通道之前，通过保护膜剥离辊112能够将质子交换膜220一侧的保护膜221剥离，从而暴露出 质子交换膜220表面。而在CCM组件200穿过辊压通道后，通过转印膜剥离辊113能够将转印 膜210从CCM组件200的两侧剥离，从而得到两侧裸露的CCM组件200。 [0042] 显然，在其他实施例中，转印机构110也可采用其他形式，只要能够将转印膜210上的催化剂涂层转印至质子交换膜220的两侧即可。 [0043] 加湿箱120能够形成湿润环境，由转印机构110输出的CCM组件200能够途经加湿箱120。湿润环境，指的是CCM组件200后续使用过程中所处环境的模拟环境，其湿度相对于CCM 组件200中质子交换膜220的湿度较高。而且，湿润环境并不是特指某个湿度下的环境，加湿 箱120可根据实际需求调节上述湿润环境的具体湿度。 [0044] 扩幅机构130设置于加湿箱120内。而且，扩幅机构130能够对途经加湿箱120的CCM组件200进行扩幅及展平。质子交换膜220在湿润环境中能够吸湿并发生溶胀，扩幅机构130 可对CCM组件200进行扩幅及展平，从而防止CCM组件200产生拱起或褶皱。在扩幅及展平的 过程中，扩幅机构130一般通过对CCM组件200施加沿侧向及纵长方向的作用力，从而使得 CCM组件200逐渐被拉伸。 [0045] 请一并参阅图2及图3，在本实施例中，扩幅机构130包括第一扩幅辊131及第二扩幅辊132。其中，第一扩幅辊131能够对CCM组件200宽度方向的两侧边缘进行辊压，以对CCM 组件200进行第一次扩幅。 [0046] 第一扩幅辊131通常两两为一组，且CCM组件200的每一侧均设置有至少一组第一扩幅辊131。两个第一扩幅辊131能够夹持住CCM组件200的边缘，且在绕轴线旋转的过程中 便可对CCM组件200的边缘进行辊压。经过辊压后，CCM组件200的边缘便可向外拉伸，从而实 现第一次扩幅。第一扩幅辊131为平辊，在第一扩幅辊131的辊压作用下可使CCM组件200的 边缘受力比较均匀，从而能够提升扩幅及展平的均匀程度。 [0047] 经过第一次扩幅的CCM组件200能够绕经第二扩幅辊132，第二扩幅辊132的辊面呈弧形凹面。也就是说，第二扩幅辊132的直径由中部向两端逐渐增大，第二扩幅辊132辊面两 端的线速度要大于中部的线速度。如此，当CCM组件200绕经第二扩幅辊132时，其表面受第 二扩幅辊132的作用不均匀，故CCM组件200将会受到指向两侧边缘的作用力。在该作用力的 作用下，CCM组件200将逐渐由中部向两侧边缘拉伸，从而实现第二次扩幅。 [0048] 而且，由于第二扩幅辊132辊面的直径逐渐向两端增大，故CCM组件200所受的作用力也将由中部向两侧边缘逐渐增大，故针对CCM组件200向两侧边缘的拉伸过程是循序渐进 的，最终可使得CCM组件200的扩幅及展平效果得到进一步提升。 [0049] 由于CCM组件200的厚度较薄，故膜面的传输刚度较低。因此，分两次进行扩幅还能够有效地避免对CCM组件200造成损伤。而且，分两次分别从不同区域对CCM组件200进行拉 伸，可使得针对CCM组件200的拉伸更均匀，展平效果更好。 [0050] 进一步的，在本实施例中，第一扩幅辊131的旋转轴线相对于CCM组件200的输送方向倾斜设置。因此，在两个第一扩幅辊131对CCM组件200进行辊压的同时，还具有向外挤压 CCM组件200的作用，故针对CCM组件200边缘的扩幅及展平效果进一步提升。 [0051] 此外，在本实施例中，扩幅机构130还包括设置于第一扩幅辊131与第二扩幅辊132之间的转向辊133，CCM组件200能够绕经转向辊133，并在第二扩幅辊132上形成大于90度的 包络角。 [0052] 转向辊133一般采用平辊，能够改变CCM组件200输送方向，从而调节CCM组件200在第二扩幅辊132上形成的包络角的大小。具体的，包络角为第二扩幅辊132的圆心到CCM组件 200切入点及切出点连线之间的夹角，图1所示的夹角θ与包络角的大小相同，故θ需大于90 度。CCM组件200在第二扩幅辊132上的包络角越大，则CCM组件200与第二扩幅辊132的接触 面积越大，故针对CCM组件200的扩幅及展平作用也更明显。当包络角大于90度时，第二扩幅 辊132针对CCM组件200的扩幅效果较佳。 [0053] 覆膜机构140能够在从加湿箱120输出的CCM组件200的表面覆设背膜230。背膜230可以是PET等材质，能够对CCM组件200表面的催化剂涂层起到保护作用。覆膜机构140一般 包括复合辊及压辊，CCM组件200及背膜230可共同穿过复合辊与压辊之间，并在复合辊及压 辊的压合作用下实现复合。 [0054] 在经过覆膜机构140覆背膜230后，便可对CCM组件200进行收卷，以准备用于后续的工序。在后续膜电极封装、电堆组装过程中，由于质子交换膜220中的含水量与环境湿度 差别显著减小，故质子交换膜220将不会再发生明显溶胀，CCM组件200能够与背膜230保持 良好贴合而不发生分层。可见，CCM组件200的可靠性得到显著提升。 [0055] 请再次参阅图1，在本实施例中，CCM制备装置100还包括设置于扩幅机构130的下游侧的张力辊150，张力辊150能够将CCM组件200张紧。由于经过扩幅机构130的扩幅及展平 后，CCM组件200的长度也将发生变化，从而导致料带发生松弛。张力辊150将CCM组件200重 新张紧，则能够方便背膜230的覆膜及后续的收卷操作。 [0056] 上述CCM制备装置100，在转印机构110将转印膜210上的催化剂涂层转印至质子交换膜220的两侧并得到CCM组件200后，CCM组件200能够途经加湿箱120，从而进入湿润环境。 质子交换膜220在湿润环境中能够吸湿并发生溶胀，且在扩幅机构130的作用下可将CCM组 件200扩幅及展平。经过扩幅的CCM组件200与背膜230复合后，便可进行收卷。如此，在后续 膜电极封装、电堆组装过程中，由于质子交换膜220中的含水量与环境湿度差别显著减小， 故质子交换膜220将不会再发生明显溶胀，CCM组件200能够与背膜230保持良好贴合而不发 生分层。因此，上述CCM制备装置100能够提升所制得的CCM组件200的可靠性。 [0057] 此外，本发明还提供一种CCM制备方法。该CCM制备方法可借助上述CCM制备装置100实现，也可利用其它装置实现。 [0058] 请参阅图4，本发明一个实施例中的CCM制备方法包括步骤S310至步骤S330。其中： [0059] 步骤S310，将转印膜210上的催化剂涂层转印至质子交换膜220的两侧，以得到CCM组件200。 [0060] 具体的，转印膜210包括阳极涂层转印膜及阴极涂层转印膜，其上分别涂布有阳极催化剂涂层及阴极催化剂涂层。可通过热辊压的方式将阳极涂层转印膜及阴极涂层上的催 化剂涂层分别转印至质子交换膜220的两侧，从而提升转印效率。 [0061] 转印的具体操作流程可与现有的转印技术相同，故在此不再赘述。 [0062] 步骤S320，使CCM组件200进入湿润环境，并对CCM组件200进行扩幅及展平。 [0063] 湿润环境，指的是CCM组件200后续使用过程中所处环境的模拟环境，其湿度相对于CCM组件200中质子交换膜220的湿度较高。而且，湿润环境并不是特指某个湿度下的环 境，可根据实际需求调节上述湿润环境的具体湿度。 [0064] 质子交换膜220在湿润环境中能够吸湿并发生溶胀，通过对CCM组件200进行扩幅及展平，能够防止CCM组件200产生拱起或褶皱。在扩幅及展平的过程中，一般通过对CCM组 件200施加沿侧向及纵长方向的作用力，从而使得CCM组件200逐渐被拉伸。 [0065] 在本实施例中，上述步骤S320包括：先对CCM组件200宽度方向的两侧边缘进行第一次扩幅；再对CCM组件200的中部进行第二次扩幅。 [0066] 由于CCM组件200的厚度较薄，故膜面的传输刚度较低。因此，分两次进行扩幅还能够有效地避免对CCM组件200造成损伤。而且，分两次分别从不同区域对CCM组件200进行拉 伸，可使得针对CCM组件200的拉伸更均匀，展平效果更好。 [0067] 具体的，在本实施例中，先对CCM组件200宽度方向的两侧边缘进行第一次扩幅的步骤为：采用第一扩幅辊131对CCM组件200宽度方向的两侧边缘进行辊压。 [0068] 第一扩幅辊131通常两两为一组，且CCM组件200的每一侧均设置有至少一组第一扩幅辊131。两个第一扩幅辊131能够夹持住CCM组件200的边缘，且在绕轴线旋转的过程中 便可对CCM组件200的边缘进行辊压。经过辊压后，CCM组件200的边缘便可向外拉伸，从而实 现第一次扩幅。第一扩幅辊131为平辊，在第一扩幅辊131的辊压作用下可使CCM组件200的 边缘受力比较均匀，从而能够提升扩幅及展平的均匀程度。 [0069] 进一步的，在本实施例中，第一扩幅辊131的旋转轴线相对于CCM的输送方向倾斜设置。因此，在两个第一扩幅辊131对CCM组件200进行辊压的同时，还具有向外挤压CCM组件 200的作用，故针对CCM组件200边缘的扩幅及展平效果进一步提升。 [0070] 具体的，在本实施例中，再对CCM组件200的中部进行第二次扩幅的步骤为：使CCM组件200绕经第二扩幅辊132，第二扩幅辊132的辊面呈弧形凹面。 [0071] 经过第一次扩幅的CCM组件200能够绕经第二扩幅辊132，第二扩幅辊132的辊面呈弧形凹面。也就是说，第二扩幅辊132的直径由中部向两端逐渐增大，第二扩幅辊132辊面两 端的线速度要大于中部的线速度。如此，当CCM组件200绕经第二扩幅辊132时，其表面受第 二扩幅辊132的作用不均匀，故CCM组件200将会受到指向两侧边缘的作用力。在该作用力的 作用下，CCM组件200将逐渐由中部向两侧边缘拉伸，从而实现第二次扩幅。 [0072] 而且，由于第二扩幅辊132辊面的直径逐渐向两端增大，故CCM组件200所受的作用力也将由中部向两侧边缘逐渐增大，故针对CCM组件200向两侧边缘的拉伸过程是循序渐进 的，最终可使得CCM组件200的扩幅及展平效果得到进一步提升。 [0073] 优选的，CCM组件200在第二扩幅辊132上形成大于90度的包络角。CCM组件200在第二扩幅辊132上的包络角越大，则CCM组件200与第二扩幅辊132的接触面积越大，故针对CCM 组件200的扩幅及展平作用也更明显。当包络角大于90度时，第二扩幅辊132针对CCM组件 200的扩幅效果较佳。 [0074] 步骤S330，在CCM组件200的表面覆设背膜230并对CCM组件200进行收卷。背膜230可以是PET等材质，能够对CCM组件200表面的催化剂涂层起到保护作用。具体的，可采用热 压的方式实现背膜230与CCM组件200复合。 [0075] 在完成覆背膜230后，便可对CCM组件200进行收卷，以准备用于后续的工序。在后续膜电极封装、电堆组装过程中，由于质子交换膜220中的含水量与环境湿度差别显著减 小，故质子交换膜220将不会再发生明显溶胀，CCM组件200能够与背膜230保持良好贴合而 不发生分层。可见，CCM组件200的可靠性得到显著提升。 [0076] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈