一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，包括三段流水線，具體生產(chǎn)方法包括以下步驟：(a)在第一段流水線上自動化制成MEA膜電極帶，或者單張MEA膜電極；(b)在第二段流水線上自動化制得雙極板帶，或者制成單張雙極板；(c)步驟(1)所得MEA膜電極帶與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；或者，步驟(1)所得單張MEA膜電極與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；(d)第三段流水線上完成對單電池組的收集與流轉(zhuǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)用流水線的機械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本，并且通過批量化的生產(chǎn)，得到的單電池一致性好，質(zhì)量優(yōu)良，可用于大批量的單電池生產(chǎn)。

Continuous production method of single cell for fuel cell

The invention relates to a method for producing single cell for a fuel cell, including three lines, the production method comprises the following steps: (a) in the first paragraph of the pipeline automation made of MEA film electrode with, or a single MEA membrane electrode; (b) in the second assembly line automation system with bipolar plate, or made of sheet bipolar plate; (c) step (1) of the MEA film electrode with step (2) of the bipolar plate with single or composite bipolar plate, cut into single cell size, each cell are superimposed into single batteries; or, step (1) income single MEA membrane electrode and steps (2 bipolar plates or sheets) of the composite bipolar plate, cut into single cell size, each cell are superimposed into single cell group (d); third stage pipeline to complete collection and transfer of single battery. Compared with the prior art, the invention replaces manual operation with mechanical operation line of high efficiency, greatly reduces the cost of labor, and through mass production, single cell have good consistency, excellent quality, and can be used for single cell production in large quantities.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法
本專利技術(shù)涉及燃料電池
，具體涉及一種生產(chǎn)效率高、性能一致的燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
質(zhì)子交換膜燃料電池(protonexchangemembranefuelcell)是一種燃料電池，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為傳遞H+的介質(zhì)，只允許H+通過。質(zhì)子交換膜燃料電池在發(fā)電過程中不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高；發(fā)電時不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時也沒有噪音。所以近年來對質(zhì)子交換膜燃料電池的研究越來越熱。質(zhì)子交換膜燃料電池的核心為電堆，而電堆是由多個單電池組以串聯(lián)的方式層疊組合而成，將雙極板與膜電極三合一組件(MEA)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池電堆。電堆的核心是MEA組件和雙極板。MEA組件是將兩張噴涂有Nafion溶液及Pt催化劑的碳纖維紙電極分別置于經(jīng)預(yù)處理的質(zhì)子交換膜兩側(cè)，使催化劑靠近質(zhì)子交換膜，在一定溫度和壓力下模壓制成。所述的雙極板通常以石墨作為材料，具有高密度、高強度，無穿孔性漏氣，在高壓強下無變形，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良，與電極相容性好等特點。燃料電池堆在運行過程中，雙極板執(zhí)行如下功能以維持燃料電池堆的最佳工作狀態(tài)以及使用壽命：(1)電池導(dǎo)電體，極板兩側(cè)分別形成陰極陽極，將一個個電池單元串聯(lián)以組成燃料電池堆；(2)通過流道向電極提供反應(yīng)氣(傳質(zhì))；(3)協(xié)調(diào)水與熱的管理，防止冷卻介質(zhì)及反應(yīng)氣體外漏；(4)向膜電極組件(MEA)提供結(jié)構(gòu)強度支持。現(xiàn)有的工藝都是通過手工操作，將金屬板或石墨板裁剪成需要的大小先裁剪成需要的大小后再沖壓或模壓或蝕刻等方式在其表面形成流場，或者先將金屬板或石墨板通過沖壓或模壓或蝕刻等方式在其表面形成流場后再裁剪成需要的尺寸，然后再將帶有流場的單極板黏貼或焊接在一起制成雙極板，最后將MEA組件與雙極板交替疊合，形成單電池組；各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢或捆綁帶緊固，即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池電堆。由于采用手工操作，效率低，勞動強度大，大大增加了燃料電池的人力成本；同時整個工藝對操作工的要求高，不同的操作者制成的電池堆可能性能完全不同。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，包括以下步驟：(1)在第一段流水線上自動化制成MEA膜電極帶，或者單張MEA膜電極；(2)在第二段流水線上自動化制得雙極板帶，或者制成單張雙極板；(3)步驟(1)所得MEA膜電極帶與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；或者，步驟(1)所得單張MEA膜電極與步驟(2)所得雙極板帶復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組。(4)在第三段流水線上完成對單電池組的收集與流轉(zhuǎn)。所述的第一段流水線包括整卷的MEA膜電極，放卷后即得MEA膜電極帶，進一步將MEA膜電極帶裁剪得到單張MEA膜電極。所述的整卷MEA膜電極通過以下方法制得：將成卷的質(zhì)子交換膜放卷成帶狀，在其兩側(cè)涂覆催化劑層后，與氣體擴散層熱壓復(fù)合，收卷在放卷輥a上待用；或者將兩氣體擴散層涂覆催化劑層后夾在帶狀的質(zhì)子交換膜兩側(cè)，熱壓復(fù)合后，卷在放卷輥a上待用。所述的催化劑為Pt催化劑，氣體擴散層的主要成分為碳纖維紙。所述的氣體擴散層包括碳紙，該碳紙表面已覆蓋好防水層和碳粉層。所述的第二段流水線為整卷的雙極板，放卷后即得雙極板帶；進一步將雙極板帶裁剪得到單張雙極板。所述的第二段流水線包括以下步驟：將軟石墨帶刻槽形成陰極板帶和陽極板帶，將陰極板帶纏繞在放卷輥b上，將陽極板帶纏繞在放卷輥c上，放卷后的陰極板帶和陽極板帶分別通過一對涂膠輥在其相對的一側(cè)涂膠，然后通過壓合輥壓合在一起，再經(jīng)高溫烘箱高溫粘合，得到雙極板帶；進一步將雙極板帶裁剪得到單張雙極板。所述的陰極板和陽極板的材質(zhì)為軟石墨，由于材料采用軟石墨，所以使得陰極板和陽極板可以先進行模壓流場，然后將陰極板和陽極板纏繞在卷輥上，實現(xiàn)了雙極板的流水線化生產(chǎn)。所述的壓合輥前設(shè)有引導(dǎo)輥a，陰極板和陽極板均引至同一引導(dǎo)輥a進行對準(zhǔn)后貼合在一起，進入壓合輥之間；所述的引導(dǎo)輥a由電機驅(qū)動，引導(dǎo)速度的控制系統(tǒng)與放卷輥b和放卷輥c的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)同步，受定位彈簧的反饋控制，自動調(diào)節(jié)引導(dǎo)和放卷速度，所述的陰極板與陽極板在模壓流場時，還同步完成了定位卡槽的加工，使得相臨的兩張極板臨界處都有該定位卡槽，當(dāng)陰極板帶、陽極板帶直線運動到指定位置時，定位彈簧自動彈出實現(xiàn)陰極板帶、陽極板帶的上下卡位對準(zhǔn)，所述的壓合輥的壓力≤3.0MPa，壓制時間≤10min；所述的高溫烘箱的溫度為100-500℃，烘制時間≤10min。第二段流水線上所用的雙極板帶，可以是現(xiàn)場生產(chǎn)的雙極板帶，也可以是整卷的雙極板，通過放卷得到。所述的第一段流水線位于第二段流水線上方，第一段流水線上制得MEA膜電極帶通過引導(dǎo)輥b引入第二段流水線，與第二段流水線上的雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合；或者第一段流水線上制得單張MEA膜電極通過傳動帶傳至第二段流水線，與第二段流水線上的雙極板帶復(fù)合。所述的第一段流水線上將MEA膜電極帶裁剪成單張MEA膜電極之前，通過一位置校正裝置a，使裁剪后的單張MEA膜電極與其下方的第二段流水線上的雙極板帶或者單張雙極板對齊；所述的第二段流水線上裁剪成單電池之前設(shè)有位置校正裝置b，通過該位置校正裝置b使MEA膜電極帶或MEA膜電極與雙極板帶或者單張雙極板對齊。所述的第二段流水線下方還設(shè)有第三段流水線，該第三段流水線上設(shè)有流轉(zhuǎn)載體，第二段流水線上裁剪得到的單電池依次落入流轉(zhuǎn)載體中疊加，得到單電池組。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果體現(xiàn)在以下兩個方面：(1)本專利技術(shù)用流水線的機械操作代替了手工操作，效率高，大大降低了人力成本。(2)所有電池組都由流水線操作完成，不會發(fā)生兩電池組的性能相差很大的事故，保證生產(chǎn)的單電池質(zhì)量的一致性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)單電池的第一種生產(chǎn)流水線示意圖；圖2為本專利技術(shù)單電池的第二種生產(chǎn)流水線示意圖；圖3為本專利技術(shù)單電池的第三種生產(chǎn)流水線示意圖；圖4為本專利技術(shù)單電池的第四種生產(chǎn)流水線示意圖；圖5為本專利技術(shù)單電池的第五種生產(chǎn)流水線示意圖；圖6為本專利技術(shù)單電池中雙極板與MEA或陰、陽兩極板之間的定位、校準(zhǔn)示意圖；其中，1為整卷的MEA膜電極；2為裁剪裝置c，用于雙極板帶裁剪成雙極板；3為引導(dǎo)輥b，用于將MEA膜電極帶引導(dǎo)至第二流水線；4為校正裝置b，用于MEA膜電極與雙極板的位置校對；5為裁剪裝置b，用于裁剪得到單電池；6為流轉(zhuǎn)載體；7為校正裝置a，用于MEA膜電極裁剪前的位置校對；8為裁剪裝置a，用于MEA膜電極帶裁剪成單張MEA膜電極；9為整卷的雙極板；10為放卷輥b，用于纏繞陰極板；11為原料帶工藝處理流水線；12為引導(dǎo)輥a，用于陰極板與陽極板的位置校正；13為壓合輥；14為高溫烘本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，該生產(chǎn)方法包括以下步驟：(1)在第一段流水線上自動化制成MEA膜電極帶，或者單張MEA膜電極；(2)在第二段流水線上自動化制得雙極板帶，或者制成單張雙極板；(3)步驟(1)所得MEA膜電極帶與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；或者，步驟(1)所得單張MEA膜電極與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；(4)在第三段流水線上完成對單電池組的收集與流轉(zhuǎn)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，該生產(chǎn)方法包括以下步驟：(1)在第一段流水線上自動化制成MEA膜電極帶，或者單張MEA膜電極；(2)在第二段流水線上自動化制得雙極板帶，或者制成單張雙極板；(3)步驟(1)所得MEA膜電極帶與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；或者，步驟(1)所得單張MEA膜電極與步驟(2)所得雙極板帶或者單張雙極板復(fù)合后，裁剪成單電池大小，各單電池依次疊加成單電池組；(4)在第三段流水線上完成對單電池組的收集與流轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的第一段流水線包括整卷的MEA膜電極，放卷后即得MEA膜電極帶，進一步將MEA膜電極帶裁剪得到單張MEA膜電極。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的整卷MEA膜電極通過以下方法制得：將成卷的質(zhì)子交換膜放卷成帶狀，在其兩側(cè)涂覆催化劑層后，與氣體擴散層熱壓復(fù)合，收卷在放卷輥a上待用；或者將兩氣體擴散層涂覆催化劑層后夾在帶狀的質(zhì)子交換膜兩側(cè)，熱壓復(fù)合后，卷在放卷輥a上待用。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的氣體擴散層包括碳紙，該碳紙表面已覆蓋好防水層和碳粉層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的第二段流水線為整卷的雙極板，放卷后即得雙極板帶；進一步將雙極板帶裁剪得到單張雙極板。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃料電池用單電池的連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的第二段流水線包括以下步驟：將軟石墨帶刻槽形成陰極板帶和陽極板帶，將陰極板帶纏繞在放卷輥b上，將陽極板帶纏繞在放卷輥c上，放卷后的陰極板帶和陽極板帶分別通過一對涂膠輥在其相對的一側(cè)涂膠，然后通過壓合輥壓合在一起，再經(jīng)高溫烘箱高溫粘合，得到雙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張禾，李麗，沈愛明，王立明，
申請(專利權(quán))人：上海神力科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31