專利名稱：層疊式燃料電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于裝配層疊式燃料電池的方法與裝置，其中包括一個(gè)或多個(gè)沖頭(punch)的裝配頭是用來從片材料切割出部分并用來將該部分轉(zhuǎn)移至用于層疊的電極板。
背景技術(shù)：
典型地借由將許多單獨(dú)的電池層疊在一起來裝配基于質(zhì)子交換膜技術(shù)的燃料電池。每個(gè)電池均包括膜電極組件(MEA)，且在該MEA的兩側(cè)具有相關(guān)的陽極和陰極板。使用墊片以確保在該MEA周圍的流體緊密密封。圖I中示出傳統(tǒng)燃料電池10的典型布局，其中，為清楚起見，以分解形式說明不同 的層。固態(tài)高分子離子轉(zhuǎn)移膜11夾設(shè)于陽極12和陰極13之間。典型地，陽極12和陰極13皆由諸如多孔碳之類的導(dǎo)電的多孔材料形成，其中，鉬和/或其他貴金屬催化劑的小顆粒被鍵合(bond)至該材料。陽極12和陰極13通常與膜11的各相鄰表面直接鍵合。通常將這種組合合起來稱為膜電極組件。陽極流體流場板14和陰極流體流場板15將高分子膜11和多孔電極層12、13夾設(shè)于其中。中間背襯層12a、13a也稱為擴(kuò)散層或氣體擴(kuò)散層，也可用于陽極流體流場板14和陽極12之間，且類似地可用于陰極流體流場板15和陰極13之間。背襯層12a、13a是多孔的，以允許氣體擴(kuò)散至陽極和陰極表面以及允許來自陽極和陰極表面的氣體擴(kuò)散，而且協(xié)助管理電池中的水汽及液態(tài)水。流體流場板或電極板14、15皆由導(dǎo)電的非多孔材料形成，其中可借此形成分別至陽極電極12或陰極電極13的電性接觸。同時(shí)，流體流場板促進(jìn)流體燃料、氧化劑和/或反應(yīng)產(chǎn)物輸送至多孔電極12、13和/或從多孔電極12、13排出。這通常是借由在流體流場板表面形成流體流通路(例如在朝向多孔電極12、13的表面中的凹槽或通道16)來達(dá)到的。電極板14、15是相互電絕緣的，而且通過使用置于流體流板與高分子膜11之間的流場區(qū)域周圍的墊片來使得跨越板14、15的流場保持液密(fluid tight)。為了允許產(chǎn)生有用的功率量，需要將如圖I所示的單獨(dú)的電池組件為較大的電池堆。這可以通過在平面堆中將多個(gè)電池層疊、形成交錯(cuò)的陽極和陰極板連結(jié)而完成。以串聯(lián)方式連結(jié)單獨(dú)的電池允許該堆產(chǎn)生較高的電壓，而以并聯(lián)方式連結(jié)電池或電池組允許產(chǎn)生較高的電流?？梢允褂枚鄠€(gè)堆來產(chǎn)生例如氫供電車輛的電源單元中用到的電力。需裝配大量的電池以形成每個(gè)單獨(dú)的堆。因此，制造這樣的堆需要許多單獨(dú)的步驟，每個(gè)步驟均需要準(zhǔn)確定位組成每個(gè)電池的各種層。任何的不對準(zhǔn)都可能例如由于電短路或通過來自燃料或氧化劑路徑的泄露而造成整個(gè)堆的故障。因此，對于燃料電池技術(shù)應(yīng)用至量產(chǎn)而言，重要的是裝配堆的制造工藝快速、準(zhǔn)確而且可靠。關(guān)于這些燃料電池堆裝配的特殊問題涉及到諸如墊片之類的部件的準(zhǔn)確定位與對準(zhǔn)，這類部件本質(zhì)上是彈性的，因此相對于諸如金屬流體流場板之類的彈性較小的部件來說對準(zhǔn)更加困難，尤其是當(dāng)需要亞毫米級(sub-mi 11 imetre )位置精度時(shí)。墊片可以以附著性墊片材料的沖模(die)切割片的形式提供，在放置于諸如流體流場板或MEA的基材上之前，需要將墊片與背襯紙分離。很難在沒有對準(zhǔn)工具的輔助下手工完成對這種附著性材料的準(zhǔn)確定位，而且這是高度勞力密集型工作。使用針對燃料電池組件彈性部件的預(yù)切片(pre-cut sheet)也有問題，因?yàn)樵撈赡茉谔幚砗脱b配過 程中被移動(dòng)或扭曲。使用例如具有附著層(例如墊片)的背襯紙將傾向于減少扭曲，但是可能不足以維持這種墊片的可重復(fù)亞毫米級定位精度。進(jìn)一步的問題是如何以盡可能少的操作來裝配層疊式燃料電池以加速整體工藝并減少可能受定位公差(positioning tolerance)約束的變量數(shù)目。更一般性的進(jìn)一步問題是如何加速裝配層疊式燃料電池的整體工藝而不犧牲精度或可重復(fù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述提及的多個(gè)問題中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了一種裝配層疊式燃料電池的方法，該方法包括步驟如下將第一片材料提供至第一沖模；將裝配頭移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第一沖模嚙合的表面；使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分；將第一片部分附著至該第一沖頭的該表面；將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板的裝配站；以及將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，切割片材料與將切割材料轉(zhuǎn)移至用于層疊的電極板的工藝可以作為單個(gè)工藝的一部分并且使用單個(gè)裝配頭來實(shí)施。這克服了前述關(guān)于在預(yù)切片材料的處理和裝配過程中的移動(dòng)和扭曲的問題。本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)包括直接與間接裝配成本降低，這是因?yàn)樵谙嗤恼w工藝中實(shí)施沖切與層疊操作。通過施加至位于沖頭表面中多個(gè)開口的真空可以將片部分附著至該沖頭表面。使用用來將片部分緊附至沖頭的真空系統(tǒng)允許片材料在移位至裝配站的過程中被牢固地緊附至裝配頭，在層疊至電極板之后該片材料將被釋放。該裝配頭可以包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與第二沖模嚙合的表面，該方法包括將第二片材料提供至該第二沖模；將該裝配頭移位至鄰近該第二沖模的第二位置；使該第二沖頭與該第二沖模嚙合以從該第二片材料分割出一部分；將該裝配頭連同該第二片材料部分移位至裝配站；以及將該第二片材料部分施加至該電極板的該表面。在該裝配頭上具有多于一個(gè)的沖頭使該裝置執(zhí)行的操作數(shù)目減少，這加快了工藝。
如同第一片材料部分，通過施加至位于該第二沖頭表面中多個(gè)開口的真空來將該第二片部分附著至該第二沖頭的該表面。在該第一片材料部分和第二片材料部分這二者附著至該第一沖頭和第二沖頭各表面的情況下將該裝配頭從該第二位置移位至該裝配站，并且，其中在單個(gè)操作中將該第一片材料部分和第二片材料部分施加至該電極板的該表面上。由于這是受到該第一沖頭和第二沖頭的定位公差而非該裝配頭相對于該裝配站的定位公差的影響，因此這改善了第一和第二片材料的相對定位公差。在較佳的實(shí)施例中，該第二沖頭的該表面的外周邊完全地位于該第一沖頭的該表面的內(nèi)周邊之內(nèi)。當(dāng)該第一片材料包括附著性墊片材料并且該第二片材料包括多孔氣體擴(kuò)散層材料時(shí)這尤其相關(guān)，因?yàn)樵搲|片材料需要在該層疊式燃料電池中環(huán)繞該氣體擴(kuò)散層材料。這允許這兩種片部件同時(shí)被攜帶在該裝配頭上，這就從該裝配工藝中去掉了一次移位。 通過線性片饋送線將該第一片材料從第一片材料帶提供至該第一沖模?？蓮木硗蔡峁┰摋l片材料。因?yàn)槠牧系那懈钍窃谘b配裝置上實(shí)施的，因此除了與裝配工藝相容的指定寬度和厚度之外無需以特別的形式提供該片材料?？梢酝ㄟ^包括一系列相連電極板的線性片饋送線將該電極板提供至該裝配站。可以以具有已經(jīng)置于適當(dāng)位置的任何所需表面流動(dòng)通道的預(yù)切形式提供該電極板(可以為陽極板)。在將該第一片材料部分施加至該電極板的該表面的操作之后，該一系列相連電極板從該裝配站被牽弓I至第二裝配站。之后，該第二裝配站可以用于執(zhí)行其他操作，諸如進(jìn)一步的電極板(例如陰極板)的施加，同時(shí)向該第一裝配站提供了新的電極板，以將進(jìn)一步的片材料施加至該新的電極板。因此，在該第二裝配站實(shí)施的操作可與在該第一裝配站實(shí)施的后續(xù)操作并行進(jìn)行，因而使工藝更進(jìn)一步加快。其中，該裝配頭為第一裝配頭，該方法可以進(jìn)一步包括將第三片材料提供至第三沖模；將第二裝配頭移位至鄰近第三沖模的第三位置，該第二裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第三沖模嚙合的表面；使該第二裝配頭的第一沖頭與該第三沖模嚙合以從該第三片材料分割出一部分；將該第三片部分附著至該第二裝配頭的第一沖頭的表面；將該第二裝配頭連同該第三片材料部分移位至該裝配站；以及將該第一片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。使用可能與該第一裝配頭基本上相同的第二裝配頭使一些操作能被并行地實(shí)施。舉例而言，該第一和第二裝配頭可被操作以移位至不同的切割位置并且同時(shí)獲得片材料部分，之后將該片材料部分依序施加至該電極板上。這進(jìn)一步使整體工藝加快。如同該第一及第二片部分，通過施加至位于該第二裝配頭的第一沖頭表面中多個(gè)開口的真空來將該第三片部分附著至該第二裝配頭的第一沖頭的表面。如同該第一裝配頭，該第二裝配頭包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與第四沖模哨合的表面，該方法可以進(jìn)一步包括將第四片材料提供至該第四沖模；
將該第二裝配頭移位至鄰近該第四沖模的第四位置；使該第二裝配頭的第二沖頭與該第四沖模嚙合以從該第四片材料分割出一部分；將該第二裝配頭連同該第四片材料部分移位至該裝配站；以及將該第四片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。例如，該第三和第四片材料部分可以是用于該燃料電池陰極側(cè)的墊片和氣體擴(kuò)散層，其中該第一和第二片材料部分是用于該燃料電池陽極側(cè)的墊片和氣體擴(kuò)散層。在可替代的實(shí)施例中，該第一裝配頭可以用于切割以及使第一、第二、第三和第四片材料部分中的每一個(gè)移位。如同其他片部分，通過施加至位于該第二裝配頭的第二沖頭表面內(nèi)多個(gè)開口的真·空來將該第四片部分附著至該第二裝配頭的第二沖頭的表面。在該第三片材料部分和該第四片材料部分這二者皆附著至該第二裝配頭的第一沖頭和第二沖頭的各表面的情況下，將該第二裝配頭從該第四位置移位至該裝配站，并且在單個(gè)操作中將該第三片材料部分和該第四片材料部分施加至該第一片材料部分和該第二片材料部分上。該第一裝配頭可以包括第三沖頭，該第三沖頭配置為與第五位置處的第五沖模嚙合，該方法可以進(jìn)一步包括將第五片材料提供至該第五沖模；將該第一裝配頭移位至該第五位置；使該第三沖頭與該第五沖模嚙合以從該第五片材料分割出一部分；將該第一裝配頭連同該第五片材料部分移位至該裝配站；以及將該第五片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。在可替代的實(shí)施例中，第二裝配頭可以包括配置為與第五位置處的第五沖模嚙合的沖頭，該方法包括將第五片材料提供至該第五沖模；將該第二裝配頭移位至該第五位置；使該第二裝配頭的該沖頭嚙合以從該第五片材料分割出一部分；將該第二裝配頭連同該第五片材料部分移位至該裝配站；以及將該第五片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。該第五片材料部分較佳地形成用于該燃料電池裝的的膜電極裝配。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供了一種用于裝配層疊式燃料電池的裝置，該裝置包括多個(gè)片饋送線，每個(gè)所述饋送線均配置為接收用于該燃料電池的層的片材料；裝配站，由配置為將一系列相連電極板牽引至該裝配站的所述多個(gè)片饋送線中的一個(gè)饋送；多個(gè)切割站，由所述多個(gè)片饋送線中的其他多個(gè)片饋送線饋送，每個(gè)切割站均包括用于定義待從多個(gè)片材料的各片材料分割出的部分的沖模；裝配頭，配置為在該裝配站和所述多個(gè)切割站中的每一個(gè)之間可移位，并且該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與所述多個(gè)切割站中第一切割站處的對應(yīng)沖模哨合的表面，其中，該裝置配置為使該裝配頭在所述多個(gè)切割站與該裝配站之間移位；致動(dòng)該裝配頭以在所述多個(gè)切割站處從該片材料中的每一個(gè)分割出一部分片材料；以及將分割出的部分從所述多個(gè)切割站轉(zhuǎn)移至該裝配站。該裝配頭可以包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與所述多個(gè)切割站中第二切割站處的對應(yīng)沖模哨合的表面，該第二沖頭表面的外周邊完全地位于該第一沖頭表面的內(nèi)周邊之內(nèi)。該第一沖頭與該第二沖頭的表面可以包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口用于施加真空以使被各沖頭分割出的片材料被附著至該裝配頭。其他與本發(fā)明第一方案相關(guān)聯(lián)的可選且優(yōu)選的特征也可以應(yīng)用于第二方案。


以下通過示例并參照所包含的附圖來進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的方案及實(shí)施例，其中圖I為高分子電解質(zhì)膜燃料電池的示意性分解剖視圖；圖2為用于裝配層疊式燃料電池的示例性裝置的透視圖；圖3為圖2中裝置的平面圖；圖4為圖2和圖3中裝置的正側(cè)視圖；圖5和圖6包括用于圖2-圖4的裝置的示例性裝配頭的一系列剖面透視圖；以及圖7包括用于示出裝配層疊式燃料電池組件的過程中一系列處理步驟的一系列示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖I中所示的傳統(tǒng)燃料電池的配置已作為本發(fā)明背景技術(shù)的一部分于上文描述過。根據(jù)本發(fā)明第二方面的示例性裝置200的透視圖于圖2中示出。該裝置200還以平面圖方式示于圖3中并以正側(cè)視圖方式示于圖4中。提供了多個(gè)片饋送線201a-g以饋送對應(yīng)數(shù)量的片材料202a-g。如該實(shí)施例中所示提供了總共7條饋送線，配置為饋送相連的多個(gè)MEA 202a,2個(gè)附著性墊片片材料202b、202f、2個(gè)氣體擴(kuò)散層材料202c、202e、一系列相連的陽極電極板202d和一系列相連的陰極電極板202g。以原材料形式提供用于該墊片及氣體擴(kuò)散層線201b、201C、201e、201f的材料，即僅具有確定的片厚度與寬度，而以預(yù)制備形式提供用于該陽極和陰極電極板202d、202g的材料，該預(yù)制備形式具有這樣的表面特征，例如，已經(jīng)位于合適位置的流體流通道，這可以例如通過沖印(stamping)和/或蝕刻形成。為了使得該陽極和陰極板通過組件200被牽引(index)，連續(xù)的板相互連接，當(dāng)然，可替代地，這些板也可從包括這些零件堆的料斗饋送。該墊片和氣體擴(kuò)散材料可以從卷筒或片饋送托盤(sheet fed stock)供應(yīng)。該墊片材料可以以在其一側(cè)或兩側(cè)有背襯紙的附著片形式供應(yīng)，同時(shí)可以以沒有任何附著層的方式應(yīng)用該氣體擴(kuò)散層材料。向該MEA線201a提供制成的膜電極組件，在示出的實(shí)施例中這些膜電極部件連結(jié)在一起以用于牽引，且在裝配前僅需要最終切割來修邊及分割單獨(dú)的MEA部件。該MEA也可以以卷筒饋送片或來自片饋送器的單獨(dú)零件的形式提供。對于每個(gè)饋送線而言，向組件200提供片狀或一系列相連部件形式的材料是有利的，因?yàn)檫@降低了裝配復(fù)雜性。
饋送線201d朝向第一中間層疊或裝配站203牽引該陽極板202d，在那里將該墊片、氣體擴(kuò)散層及膜電極組件部件層疊至每個(gè)陽極板。為此目的，設(shè)置了多功能裝配頭204。裝配頭204可通過取放機(jī)制(pick-and-place mechanism)(為清楚起見,未示出)沿一個(gè)或多個(gè)軸跨越該饋送線。在較佳的實(shí)施例中，裝配頭204可沿X軸(如圖2所示)移位，該X軸為沿著該饋送線的平面并且橫貫于(transverse to )配置為提供片材料的饋送線方向的方向，且該裝配頭204可在z軸(即在與該饋送線的平面正交(orthogonal to)的方向)上升降。以下繼續(xù)描述用來實(shí)現(xiàn)組件的示例性操作系列，該組件包括具有氣體擴(kuò)散層和附著性墊片的陽極板。
首先將陽極板推送(advanced to)至裝配站203。通過以一個(gè)或多個(gè)在該裝配站中的針與該陽極板的對應(yīng)孔嚙合來定位該陽極板，使該陽極板可準(zhǔn)確地定位在裝配站203處。將裝配頭204移位至在該墊片饋送線201b上的位置處的第一沖模205。之后，該裝配頭中的沖頭與橫跨該墊片材料202b的沖模嚙合，從該片切割出墊片形狀的片(piece)。該沖頭設(shè)置有一系列開口，通過該一系列開口施加真空，從而使得該墊片緊附于裝配頭204。之后，該裝配頭從沖模205收回且移位至第二沖模206，氣體擴(kuò)散層材料設(shè)置在第二沖模206上。在該墊片材料仍然處于該裝配頭上適當(dāng)位置的情況下，在該裝配頭中的第二沖頭與橫跨該氣體擴(kuò)散層材料的第二沖模嚙合，切割出一部分材料，該部分材料被已存在的墊片材料所環(huán)繞。之后，該裝配頭204從第二沖模206收回且?guī)е搲|片以及該氣體擴(kuò)散層部分移位橫跨至裝配站203。在單個(gè)操作步驟中，該裝配頭隨后將該墊片及氣體擴(kuò)散層施加至已經(jīng)布置在該裝配站203的陽極板。因?yàn)樵摎怏w擴(kuò)散層完全適配于該墊片層內(nèi)，因而該氣體擴(kuò)散層一旦被施加至該陽極板，則該氣體擴(kuò)散層就橫向地保持于適當(dāng)位置。因此在該氣體擴(kuò)散層上無需附著劑，當(dāng)然，也可以提供至少部分附著層以確保該層在后續(xù)步驟中不移動(dòng)。一旦施加了該墊片和氣體擴(kuò)散層，則將MEA層施加至該陽極板上。這可以通過移位裝配頭204來完成，該裝配頭204可以包括用來切割及緊緊保持住MEA部件的第三沖頭，或者可替代地，這可以通過使用專門為了切割及移位該MEA部件至裝配站203目的的第二裝配頭207來實(shí)現(xiàn)。在上面提及的第一可選方案(first alternative)中，可提供第二裝配頭208 (名義上與第一裝配頭204相同)以從由片饋送線201g、201f饋送的各沖模209、210獲得墊片及氣體擴(kuò)散層部分。該第二裝配頭208可因此用來通過在該第一裝配頭從MEA站211收回該MEA的同時(shí)并行地實(shí)施其他操作而使整體工藝加快。在該第二可選方案中，在第二裝配頭207被用來獲得MEA的同時(shí)，第一裝配頭204可被用來從沖模209、210獲得墊片及氣體擴(kuò)散層部分。在該選擇中，MEA站211較佳地是從裝配站203開始偏移，從而避免任何第二裝配頭207和第一裝配頭204的移動(dòng)之間的沖突。第二裝配頭207配置為在MEA裝配站211以及第一裝配站203之間移位以將MEA部件轉(zhuǎn)移至該陽極板。在第一和第二可選方案的每一種可選方案中，并行地實(shí)施某些操作，因而整體裝配工藝可較僅使用一個(gè)裝配頭的工藝更快。使用專門用于轉(zhuǎn)移MEA層的單獨(dú)的裝配頭也減小了裝配頭204的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，因?yàn)檫@僅需要實(shí)施兩次切割工藝而非三次。一旦向該陽極板提供了所需的墊片、氣體擴(kuò)散層以及MEA，則陽極板饋送線201d被牽引以將該陽極板移動(dòng)至第二裝配站212。之后，在由陰極板饋送線201g饋送的陰極板上位置處的第三裝配頭213將陰極板從陰極片材料202g提起并將該陰極板移位至第二裝配站212。操作切割刀片致動(dòng)器(cropping blade actuator) 214以從該片饋送線分割出陰極板。
一旦在第二裝配站212施加了該陰極板，則該陽極饋送線將該已完成的燃料電池裝配牽引至第三裝配站217，并且在連續(xù)的牽引步驟中操作另一個(gè)切割刀片致動(dòng)器215兩次，以從陽極饋送線202d分割出經(jīng)裝配的燃料電池。之后，將該經(jīng)裝配的燃料電池傳遞至裝配滑道216以進(jìn)行進(jìn)一步裝配。第三裝配站217較佳地設(shè)置有用于使燃料電池組件在截除操作期間呆在適當(dāng)位置的真空床。對于上述裝配頭中的每一個(gè)，較佳地使用真空系統(tǒng)以在裝配站203、212的沖切步驟及層疊步驟之間保持部件。以下描述裝配頭204進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。圖I還示出了各種廢料滑道218-223，在用來從片饋送線分割各種部件的切割操作之后，沿著廢料滑道218-223饋送來自饋送線201a-c、201e-g的廢棄材料?？梢栽谄佀徒M件201下方設(shè)置一個(gè)或多個(gè)攝像頭401 (圖4)以允許在裝配過程中監(jiān)控部件的相對位置。例如，攝像頭401可用來確保該墊片和氣體擴(kuò)散層材料的邊緣在各沖模的正確位置上。如果需要，也可以使用照相機(jī)來監(jiān)控或調(diào)整該陽極線或陰極線的位置。圖5和圖6示出了用于切割并使墊片和氣體擴(kuò)散層片材料移位的不同配置中的示例性裝配頭204的不同剖面透視圖。圖5a及6a的A和B部分中，該裝配頭處于鄰近墊片沖模205的配置中，且第一沖頭包括外邊緣502、內(nèi)邊緣503及配置為在與墊片沖模205嚙合的墊片材料中提供流體流通道的進(jìn)一步的特征504。當(dāng)該第一沖頭接觸沖模205時(shí),通過內(nèi)邊緣503、外邊緣502以及進(jìn)一步的特征504同步地形成墊片的外部和內(nèi)部輪廓，并導(dǎo)致廢材的吐出。在內(nèi)邊緣504以及外邊緣502之間設(shè)置有真空支架501以使該墊片在該沖切操作后保持在該沖頭表面507上。在與墊片沖模205嚙合后，收回該第一沖頭且使包括與第一沖頭501的內(nèi)邊緣共邊的外邊緣503的第二沖頭505延伸且與氣體擴(kuò)散層膜206 (C部分)嚙合。在這兩種片材料皆被分割后，使第一及第二沖頭501、505的各表面507、508彼此對齊且將保持在表面507、508上適當(dāng)位置的該片材料(未示出)施加至該在裝配站203 (圖2)處的陽極板，如圖5和圖6的D部分所示。圖5和圖6還示出了設(shè)置在裝配頭204上的真空管線509、510，其向位于第一及第二沖頭501、505的表面507、508上的開口提供吸力，以使該片材料在移位至裝配站203的過程中保持在適當(dāng)位置。第一真空管線509為第一沖頭501的表面507提供吸力，而第二真空線510為第二沖頭505的表面508提供吸力。圖7示意性示出將墊片及氣體擴(kuò)散層從各沖模205、206轉(zhuǎn)移至其上設(shè)置有陽極板701的裝配站203的示例性工藝中的一系列步驟。在步驟A中，使得裝配頭處于墊片沖模上方適當(dāng)位置。將墊片材料設(shè)置在該沖模上，且該裝配頭使第一沖頭501 (圖5、6)與墊片沖模205嚙合(步驟B)。在該工藝中，由墊片沖模205吐出且丟棄該墊片材料的部分702。之后，裝配頭204從該墊片沖模205收回(步驟C)且移位至氣體擴(kuò)散層沖模206上(步驟D)。之后，裝配頭204使該第二沖頭與氣體擴(kuò)散層沖模206嚙合(步驟E)，并從氣體擴(kuò)散層沖模206收回，該墊片及氣體擴(kuò)散層部分均附至該第一及第二沖頭的各表面。裝配頭204之后移位至裝配站203上方(步驟G)，并將該墊片及氣體擴(kuò)散層部分施加至陽極板701 (步驟H)。裝配頭204之后從該裝配站收回(步驟I)，從該墊片材料的上表面取走背襯紙。之后，通過將裝配頭204移位至廢材滑道或料斗并解除施加 至該第一沖頭表面的真空，并且可選地施加正向壓力以確保清除背襯紙并吐出任何殘留材料，這樣就丟棄了該背襯紙。在后續(xù)處理步驟中，將該MEA應(yīng)用于陽極板701之上。在圖7所示的步驟之后施加進(jìn)一步的墊片及氣體擴(kuò)散層。之后施加陰極板以完成該燃料電池組件。較佳地，裝配頭204被配置為能夠使用可以沿著至少兩個(gè)線性軸來移動(dòng)該頭的取放臂來實(shí)現(xiàn)上述操作。該頭可進(jìn)一步地配置為包括額外的旋轉(zhuǎn)軸從而適應(yīng)額外的工藝。在上述示例性實(shí)施例中，針對兩種墊片材料202b、202f提供了單獨(dú)的饋送線201b、201f以適應(yīng)陽極側(cè)和陰極側(cè)上墊片的不同形狀和配置。類似地，針對兩種氣體擴(kuò)散層材料202c、202e提供了單獨(dú)的饋送線201c、201e從而使得針對陽極側(cè)和陰極側(cè)能夠使用不同的形狀和材料。可通過將該多條墊片線合并至一共用線和/或?qū)⑺龆鄠€(gè)氣體擴(kuò)散線合并至一共用線來簡化這些線，這將進(jìn)一步簡化工藝及相關(guān)的發(fā)明需要。其他實(shí)施例意圖落入如所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝配層疊式燃料電池的方法，該方法包括步驟如下 將第一片材料提供至第一沖模； 將裝配頭移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第一沖模嚙合的表面； 使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分； 將第一片部分附著至該第一沖頭的該表面； 將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板的裝配站；以及 將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，通過施加至位于該第一沖頭的該表面中的多個(gè)開口的真空來將該第一片部分附著至該第一沖頭的該表面。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，該裝配頭包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與第二沖模嚙合的表面，該方法包括 將第二片材料提供至該第二沖模； 將該裝配頭移位至鄰近該第二沖模的第二位置； 使該第二沖頭與該第二沖模嚙合以從該第二片材料分割出一部分； 將該裝配頭連同該第二片材料部分移位至所述裝配站；以及 將該第二片材料部分施加至該電極板的該表面。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過施加至位于該第二沖頭的該表面中多個(gè)開口的真空來將該第二片部分附著至該第二沖頭的該表面。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，在該第一片材料部分和第二片材料部分這二者附著至該第一沖頭和第二沖頭各表面的情況下將該裝配頭從該第二位置移位至該裝配站，并且，其中在單個(gè)操作中將該第一片材料部分和第二片材料部分施加至該電極板的該表面上。
6.如權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該第二沖頭的該表面的外周邊完全地位于該第一沖頭的該表面的內(nèi)周邊之內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，該第一片材料包括附著性墊片材料，且該第二片材料包括多孔氣體擴(kuò)散層材料。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，通過線性片饋送線將該第一片材料從第一片材料帶提供至該第一沖模。
9.如權(quán)利要求I或8所述的方法，其中，通過包括一系列相連電極板的線性片饋送線將該電極板提供至該裝配站。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，該裝配站為第一裝配站且在將該第一片材料部分施加至該電極板的該表面的操作之后，該一系列相連電極板從該裝配站被牽引至第二裝配站。
11.如權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該裝配頭為第一裝配頭，該方法包括 將第三片材料提供至第三沖模； 將第二裝配頭移位至鄰近第三沖模的第三位置，該第二裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與該第三沖模嚙合的表面；使該第二裝配頭的第一沖頭與該第三沖模嚙合以從該第三片材料分割出一部分； 將該第三片部分附著至該第二裝配頭的第一沖頭的表面； 將該第二裝配頭連同該第三片材料部分移位至該裝配站；以及 將該第三片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過施加至位于該第二裝配頭的第一沖頭表面中的多個(gè)開口的真空來將該第三片部分附著至該第二裝配頭的第一沖頭的表面。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，該第二裝配頭包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與第四沖模嚙合的表面，該方法包括 將第四片材料提供至該第四沖模； 將該第二裝配頭移位至鄰近該第四沖模的第四位置； 使該第二裝配頭的第二沖頭與該第四沖模嚙合以從該第四片材料分割出一部分； 將該第二裝配頭連同該第四片材料部分移位至該裝配站；以及 將該第四片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過施加至位于該第二裝配頭的第二沖頭表面中的多個(gè)開口的真空來將該第四片部分附著至該第二裝配頭的第二沖頭的表面。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，在該第三片材料部分和該第四片材料部分這二者皆附著至該第二裝配頭的第一沖頭和第二沖頭的各表面的情況下，將該第二裝配頭從該第四位置移位至該裝配站，并且，其中在單個(gè)操作中將該第三片材料部分和該第四片材料部分施加至該第一片材料部分和該第二片材料部分上。
16.如權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該第一裝配頭包括第三沖頭，該第三沖頭配置為與第五位置處的第五沖模嚙合，該方法包括 將第五片材料提供至該第五沖模； 將該第一裝配頭移位至該第五位置； 使該第三沖頭與該第五沖模嚙合以從該第五片材料分割出一部分； 將該第一裝配頭連同該第五片材料部分移位至該裝配站；以及 將該第五片材料部分施加至該第一片材料部分與該第二片材料部分上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，該第五片材料部分形成用于該燃料電池組件的膜電極組件。
18.一種用于裝配層疊式燃料電池的裝置，該裝置包括 多個(gè)片饋送線，每個(gè)所述饋送線均配置為接收用于該燃料電池的層的片材料； 裝配站，由配置為將一系列相連電極板牽引至該裝配站的所述多個(gè)片饋送線中的一個(gè)饋送； 多個(gè)切割站，由所述多個(gè)片饋送線中的其他多個(gè)片饋送線饋送，每個(gè)切割站均包括用于限定待從多個(gè)片材料的各片材料分割出的部分的沖模； 裝配頭，配置為在該裝配站和所述多個(gè)切割站中的每一個(gè)之間可移位，并且該裝配頭包括第一沖頭，該第一沖頭具有配置為與所述多個(gè)切割站中第一切割站處的對應(yīng)沖模嚙合的表面， 其中，該裝置配置為 使該裝配頭在所述多個(gè)切割站與該裝配站之間移位；致動(dòng)該裝配頭以在所述多個(gè)切割站處從所述多個(gè)片材料中的每一個(gè)分割出一部分片材料；以及 將分割出的部分從所述多個(gè)切割站轉(zhuǎn)移至該裝配站。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，該裝配頭包括第二沖頭，該第二沖頭具有配置為與所述多個(gè)切割站中第二切割站處的對應(yīng)沖模哨合的表面，該第一沖頭表面的外周邊完全地位于該第二沖頭表面的內(nèi)周邊之內(nèi)。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，該第一沖頭與該第二沖頭的表面包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口用于施加真空以使被各沖頭分割出的片材料被附著至該裝配頭。
21.—種基本上如本文參照所附的圖2到圖7描述的裝配層疊式燃料電池的方法。
22.—種基本上如本文參照所附的圖2到圖7描述的裝配層疊式燃料電池的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于裝配層疊式燃料電池的方法與裝置,其中包括一個(gè)或多個(gè)沖頭的裝配頭用來從片材料分割出部分且用來將該部分轉(zhuǎn)移至用于層疊的電極板。所公開的實(shí)施例包括一種裝配層疊式燃料電池的方法,該方法包括下列步驟將第一片材料(202b)提供至第一沖模(205)；將裝配頭(204)移位至鄰近該第一沖模的第一位置，該裝配頭包括第一沖頭(501)，該第一沖頭(501)具有配置為與第一沖模嚙合的表面(507)；使該第一沖頭與該第一沖模嚙合以從該第一片材料分割出一部分；將該第一片部分附著至該第一沖頭的表面；將該裝配頭連同該第一片材料部分移位至包括電極板(701)的裝配站(203)；以及將該第一片材料部分施加至該電極板的表面。
文檔編號H01M8/02GK102906918SQ201180010930
公開日2013年1月30日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者彼得·戴維·胡德 申請人:智慧能量有限公司