KR102598546B1 - Manufacturing device of membrane electrode assembly restraining deformation of both membrane electrode assembly and electrolyte membrane, and manufacturing method of membrane electrode assembly using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해질막 및 막-전극 접합체의 변형을 억제한 막-전극 접합체 제조장치 및 이것을 이용한 막-전극 접합체 제조방법에 관한 것으로, 롤투롤(roll to roll)공정에서 고정부를 이용하여 전해질막 및 막-전극 접합체의 변형없이 연속적으로 막-전극 접합체를 제조하는 장치 및 제조방법을 제공하는 것이 특징이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly manufacturing device that suppresses deformation of the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly manufacturing method using the same, which uses a fixing part in a roll to roll process to produce an electrolyte membrane And it is characterized by providing a device and a manufacturing method for continuously manufacturing a membrane-electrode assembly without deformation of the membrane-electrode assembly.
Description
본 발명은 롤투롤(roll to roll)공정에서 전해질막 및 막-전극 접합체의 변형없이 연속적으로 막-전극 접합체를 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 막-전극 접합체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for continuously manufacturing a membrane-electrode assembly without deformation of the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly in a roll-to-roll process and a method for manufacturing a membrane-electrode assembly using the device.
연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기를 생산한다. 이러한 연료전지는 별도의 충전 과정 없이 외부에서 화학 반응물을 공급받아 지속적인 발전이 가능하다.Fuel cells produce electricity through electrochemical reactions between hydrogen and oxygen. These fuel cells are capable of continuous power generation by receiving chemical reactants from outside without a separate charging process.
연료전지는 막-전극 접합체(Membrane-Electrode Assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(분리판)를 배치하여 구성될 수 있다. 이러한 연료전지는 연속적으로 배열되며 연료전기 스택으로 구성될 수 있다.A fuel cell can be constructed by placing a separator (separation plate) on both sides of a membrane-electrode assembly. These fuel cells are arranged in series and can be configured as a fuel cell stack.
연료전지의 핵심부품인 막-전극 접합체는 수소이온이 이동하는 전해질막(membrane)을 중심으로 양쪽에 전극층(electrode)으로서의 수소극과 공기극을 형성한다. 그리고 막-전극 접합체는 전극층 및 전해질막을 보호하고, 연료전지의 조립성을 확보하기 위한 서브 가스켓을 구비하고 있다.The membrane-electrode assembly, a core component of a fuel cell, forms a hydrogen electrode and an air electrode as electrode layers on both sides of the electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Additionally, the membrane-electrode assembly is provided with a sub-gasket to protect the electrode layer and electrolyte membrane and ensure assembly of the fuel cell.
상기 막-전극 접합체는 롤 형태로 감긴 전해질막을 풀고, 그 전해질막의 양면에 전극층을 전사키시는 데칼(decal) 방식으로 전극시트를 제조하였다.The membrane-electrode assembly was manufactured by unwinding the electrolyte membrane wound into a roll and using a decal method to transfer the electrode layer to both sides of the electrolyte membrane.
아울러, 막-전극 접합체와 가스확산시트(GDL: gas diffusion layer)를 서로 높은 온도로 접합하고, 이와 같이 접합된 접합체를 분리판과 교대로 적층하여 연료전지 셀을 제조하게 된다.In addition, a membrane-electrode assembly and a gas diffusion layer (GDL) are bonded to each other at a high temperature, and the bonded assembly is alternately stacked with a separator plate to manufacture a fuel cell.
도 1은 roll-to-roll 방식에서 한 쌍의 가압롤러를 통한 막-전극 접합체 제조방법을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면 전해질막 공급롤러(10)를 통해 공급된 전해질막(1)의 상부면 및 하부면으로 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')가 적층되고 한 쌍의 가압롤러(20)를 통해 전해질막(1)의 양면에 적층된 전극이 접합되어 막-전극 접합체(3)를 형성하고 회수롤러(30)에 의해 회수되게 된다.Figure 1 shows a method of manufacturing a membrane-electrode assembly using a pair of pressure rollers in a roll-to-roll method. Referring to FIG. 1, a first release paper (2) coated with an anode and a second release paper (2') coated with a cathode are formed on the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane (1) supplied through the electrolyte membrane supply roller (10). are stacked, and the electrodes stacked on both sides of the electrolyte membrane 1 are joined through a pair of pressure rollers 20 to form a membrane-electrode assembly 3, which is recovered by the recovery roller 30.
상기와 같은 방식은 낮은 인장강도를 갖는 전해질막의 특성으로 인해 공정속도를 높일 수 없으며, 전해질막의 두께를 박막으로 형성하는데 한계가 있다는 단점이 있다. The above method has the disadvantage that the process speed cannot be increased due to the characteristics of the electrolyte membrane having a low tensile strength, and there is a limitation in forming the thickness of the electrolyte membrane into a thin film.
또다른 방식으로 전해질막의 양면에 전극을 형성하고 핫프레스판에 열압착할 수도 있는데, 이경우 핫프레스로 인해 150 내지 600초 가량의 추가 공정시간을 요하게 되고, 연속 공정, 대량 생산 및 자동화 공정이 어렵다는 문제가 있다.Another method is to form electrodes on both sides of the electrolyte membrane and heat-press them on a hot press plate. In this case, additional processing time of about 150 to 600 seconds is required due to hot pressing, and continuous processing, mass production, and automated processing are difficult. there is a problem.
또한 일반적으로 상기 회수롤러 및 전해질막 공급롤러의 장력에 차이를 발생키며 전해질막을 동일한 이송속도를 유지한 채 막-전극 접합체를 제조하는 것이 중요한데, 공정이 진행될수록 상기 전해질막 공급롤러와 회수롤러에 감겨있는 전해질막의 두께의 변화 때문에 상기 전해질막의 이송속도에 변화가 생기게 되어 결과적으로 균일한 두께, 폭 및 품질의 막-전극 접합체를 얻기가 어려워진다.In addition, it is generally important to manufacture the membrane-electrode assembly while maintaining the same transfer speed of the electrolyte membrane, creating a difference in the tension of the recovery roller and the electrolyte membrane supply roller. As the process progresses, the electrolyte membrane supply roller and the recovery roller Due to changes in the thickness of the wound electrolyte membrane, the transfer speed of the electrolyte membrane changes, and as a result, it becomes difficult to obtain a membrane-electrode assembly of uniform thickness, width, and quality.
한국공개특허 제10-2017-0133715호는 연료전지용 전극막 접합체의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로 전해질막 공급롤러를 통해 공급되는 전해질막의 양면에 전극을 구비시키고 열압착롤러에 의해 합지하는 제조방법에 개시되어 있습니다. 하지만 전해질막 공급롤러에서 공급되는 전해질막의 이송속도와 권취롤러에 의해 회수되는 막-전극 접합체의 이송속도의 차이 및 열압착롤러에 의한 부분적인 전해질막 및 막-전극 접합체의 신장으로 인한 두께의 변화를 원천적으로 차단하는 방법을 제공하고 있지 않다.Korean Patent Publication No. 10-2017-0133715 relates to a manufacturing apparatus and method of an electrode membrane assembly for fuel cells, which involves equipping electrodes on both sides of an electrolyte membrane supplied through an electrolyte membrane supply roller and laminating them with a thermocompression roller. The method is disclosed. However, there is a difference in the transfer speed of the electrolyte membrane supplied from the electrolyte membrane supply roller and the transfer speed of the membrane-electrode assembly recovered by the winding roller, and changes in thickness due to partial elongation of the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly by the thermocompression roller. There is no way to fundamentally block it.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 아래와 같다.The present invention is intended to solve the above problems, and its specific purpose is as follows.
본 발명은 막-전극 접합체를 제조할 시 약한 강도의 전해질막의 변형을 최소화하여 전해질막의 치수안정성을 확보할 목적을 가지고 있다.The purpose of the present invention is to ensure dimensional stability of the electrolyte membrane by minimizing deformation of the weak electrolyte membrane when manufacturing a membrane-electrode assembly.
본 발명은 박막 또는 낮은 인장강도의 전해질막을 사용해도 고품질의 막-전극 접합체를 제조할 목적을 가지고 있다.The purpose of the present invention is to manufacture a high-quality membrane-electrode assembly even when using a thin film or an electrolyte membrane with low tensile strength.
본 발명은 막-전극 접합체를 끊김없이 연속적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공할 목적을 가지고 있다.The purpose of the present invention is to provide a manufacturing method that can continuously manufacture a membrane-electrode assembly without interruption.
본 발명은 막-전극 접합체를 제조하는 공정의 속도를 향상시킬 목적을 가지고 있다.The purpose of the present invention is to improve the speed of the process of manufacturing a membrane-electrode assembly.
본 발명에 따르면, 공급부, 가압부, 회수부 및 고정부를 포함하고, 상기 공급부는 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 공급하고, 상기 가압부는 상기 공급부에서 이송된 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 가압하여 막-전극 접합체를 제조하는 한 쌍의 가압롤러를 포함하고, 상기 회수부는 상기 제조된 막-전극 접합체를 감는 회수롤러, 양극이 제거된 제1 이형지를 감는 제1 이형지 회수롤러 및 음극이 제거된 제2 이형지를 감는 제2 이형지 회수롤러를 포함하고, 상기 고정부는 상기 가압부의 전단 및 후단에서 상기 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부에 구비되는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치를 제공한다.According to the present invention, it includes a supply part, a pressurizing part, a recovery part, and a fixing part, wherein the supply part supplies an electrolyte membrane, a first release paper coated with an anode, and a second release paper coated with a cathode, and the pressurizing part is supplied from the supply part. It includes a pair of pressure rollers for producing a membrane-electrode assembly by pressing the transferred electrolyte membrane, the first release paper coated with the anode, and the second release paper coated with the cathode, wherein the recovery unit produces the membrane-electrode assembly. It includes a winding recovery roller, a first release paper recovery roller for winding the first release paper from which the positive electrode has been removed, and a second release paper recovery roller for winding the second release paper from which the negative electrode has been removed, wherein the fixing part is configured to separate the electrolyte membrane from the front and rear ends of the pressing unit. and a tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, which is provided on both sides of the membrane-electrode assembly.
상기 고정부는 이송되는 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 고정하는 집게를 포함하는 클립부; 및 상기 클립부를 체결한 몸체부;를 포함할 수 있다.The fixing part includes a clip part including tongs that apply pressure to the upper and lower surfaces of both sides of the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly to be transported; And it may include a body part fastened to the clip part.
상기 클립부의 전면에는 집게가 장착되어 있고, 상기 클립부의 후면은 상기 몸체부에 체결되어 있고, 상기 몸체부에는 다수의 클립부가 몸체부의 외부면을 따라 일정한 간격으로 체결되어 있고, 상기 클립부는 상기 몸체부의 외부면을 따라 이동할 수 있다.Clamps are mounted on the front of the clip, the rear of the clip is fastened to the body, and a plurality of clips are fastened to the body at regular intervals along the outer surface of the body, and the clips are fastened to the body. It can move along the outer surface of the unit.
상기 몸체부에 체결된 다수의 클립부는 상기 몸체부를 따라 일정 속도로 이동을 하며, 상기 클립부는 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체의 이송방향(MD방향)과 수평이 형성되는 시작점에서 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체을 집게로 집어서 전해질막 또는 막-전극 접합체을 견인하게 되고, 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체의 이송방향(MD방향)과 수평이 끝나는 끝점에서 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체을 집고있는 집게를 해체할 수 있다.A plurality of clip parts fastened to the body part move at a constant speed along the body part, and the clip part is formed at a starting point parallel to the transfer direction (MD direction) of the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly. The electrolyte membrane or membrane-electrode assembly is pulled by picking the membrane-electrode assembly with tongs, and the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly is held at an end point that is horizontal to the transfer direction (MD direction) of the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly. The tongs can be dismantled.
상기 클립부의 이동속도 및 견인속도는 서로 동일할 수 있다.The moving speed and traction speed of the clip unit may be the same.
상기 공급부는 전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러를 포함할 수 있다.The supply unit may include an electrolyte membrane supply roller that supplies the electrolyte membrane.
상기 전해질막은 확장형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 지지체로 하고 불소계 이오노머가 함침될 수 있다.The electrolyte membrane may be made of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) as a support and impregnated with a fluorine-based ionomer.
가압부의 전단에서 상기 전해질막의 양 측부에 구비된 고정부 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 가압부의 가압롤러 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제2 영역을 포함할 수 있다.It includes a first area between a fixing part provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressing part and a fixing part provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing part, wherein the first area is of the pressing part. It may include a second area between a pressing roller and a fixing part provided on both sides of the membrane-electrode assembly at a rear end of the pressing part.
상기 제1 영역은 회수롤러로부터 전달되는 장력을 받지 않을 수 있다.The first area may not receive tension transmitted from the recovery roller.
상기 제2 영역이 MD방향 및 TD방향으로 연신되지 않고, MD방향 및 TD방향으로 일정한 장력을 유지할 수 있다.The second region is not stretched in the MD and TD directions and can maintain constant tension in the MD and TD directions.
상기 가압부의 한 쌍의 가압롤러는 열 및 압력을 가할 수 있다.A pair of press rollers in the press unit can apply heat and pressure.
본 발명에 따르면, 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 공급하는 공급단계; 상기 전해질막, 제1 이형지 및 제2 이형지를 이송하는 이송단계; 막-전극 접합체를 회수롤러로 감고, 양극이 제거된 제1 이형지를 제1 이형지 회수롤러로 감고, 음극이 제거된 제2 이형지를 제2 이형지 회수롤러로 감는 회수 단계;를 포함하고, 상기 이송단계는 고정부의 장력으로 전해질막을 이송하는 제1 이송단계; 고정부를 통해 전해질막 및 막-전극 접합체를 견인하는 제2 이송단계; 및 회수롤러의 장력으로 막-전극 접합체를 이송하는 제3 이송단계;를 포함하고, 상기 제2 이송단계에서 고정부는 이송되는 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 상기 전해질막 및 막-전극 접합체를 각각 고정부에 고정시키는 집게를 포함하는 클립부; 및 상기 클립부를 체결한 몸체부;를 포함하고, 상기 고정부의 클립부는 상기 전해질막 및 막-전극 접합체를 각각 고정시켜서 견인하고, 상기 제2 이송단계는 한 쌍의 가압롤러로 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 가압하여 막-전극 접합체를 제조하는 가압단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법을 제공 한다.According to the present invention, a supply step of supplying an electrolyte membrane, a first release paper coated with an anode, and a second release paper coated with a cathode; A transfer step of transferring the electrolyte membrane, the first release paper, and the second release paper; A recovery step of winding the membrane-electrode assembly with a recovery roller, winding the first release paper from which the positive electrode has been removed with the first release paper recovery roller, and winding the second release paper from which the cathode has been removed with the second release paper recovery roller; and the transfer. The step includes a first transfer step of transferring the electrolyte membrane by the tension of the fixing part; A second transfer step of pulling the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly through the fixing unit; And a third transfer step of transferring the membrane-electrode assembly by the tension of the recovery roller; In the second transfer step, the fixing unit exerts pressure on the upper and lower surfaces of both sides of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly to be transferred. a clip portion including tongs that secure the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly to each fixing portion; and a body part fastening the clip part; wherein the clip part of the fixing part secures and tows the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly, respectively, and the second transfer step is performed by using a pair of pressure rollers to form the electrolyte membrane and the anode. A method of manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly is provided, further comprising a pressurizing step of manufacturing a membrane-electrode assembly by pressing the coated first release paper and the cathode-coated second release paper.
상기 제2 이송단계에서 전해질막 및 막-전극 접합체를 고정한 고정부의 견인속도(w4)는 제1 이송단계에서 전해질막 이송속도 및 제3 이송단계에서 막-전극 접합체 이송속도와 동일할 수 있다.The traction speed (w4) of the fixing part that fixes the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly in the second transfer step may be the same as the electrolyte membrane transfer speed in the first transfer step and the membrane-electrode assembly transfer speed in the third transfer step. .
제2 이송단계에서 상기 고정부는 상기 가압롤러의 전단에서 전해질막의 양 측부 및 상기 가압롤러의 후단에서 막-전극 접합체의 양 측부에 구비될 수 있다.In the second transfer step, the fixing part may be provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressure roller and on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressure roller.
상기 가압롤러의 후단에서 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부는 상기 견인되는 막-전극 접합체의 변형이 최소가 되는 지점에 위치할 수 있다.Fixing parts provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressure roller may be located at a point where deformation of the towed membrane-electrode assembly is minimal.
가압부의 전단에서 상기 전해질막의 양 측부에 구비된 고정부 및 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양측부에 구비된 고정부 사이의 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 가압부의 가압롤러 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제2 영역을 포함할 수 있다.It includes a first area between fixing parts provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressing part and fixing parts provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing part, wherein the first area is pressed by the pressing part. It may include a second area between the roller and the fixing part provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing part.
상기 제1 영역은 회수롤러로부터 전달되는 장력을 받지 않을 수 있다.The first area may not receive tension transmitted from the recovery roller.
상기 제2 영역에 포함되는 전해질막 및 막-전극 접합체는 MD방향 및 TD방향으로 연신되지 않고, MD방향 및 TD방향으로 일정한 장력을 유지할 수 있다.The electrolyte membrane and membrane-electrode assembly included in the second region are not stretched in the MD and TD directions and can maintain a constant tension in the MD and TD directions.
상기 제1 이송단계, 제2 이송단계 및 제3 이송단계에서 전해질막 및 막-전극 접합체의 이송속도는 모두 동일하고, 시간이 지나도 상기 전해질막 및 막-전극 접합체의 이송속도에 변화가 없을 수 있다.The transfer speed of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly in the first transfer step, the second transfer step, and the third transfer step are all the same, and there may be no change in the transfer speed of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly over time. there is.
가압단계에서 상기 한 쌍의 가압롤러는 공급되는 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지에 열 및 압력을 가할 수 있다.In the pressing step, the pair of pressure rollers may apply heat and pressure to the supplied electrolyte membrane, the first release paper coated with the anode, and the second release paper coated with the cathode.
본 발명에 따르면 막-전극 접합체를 제조할 시 전해질막 및 막-전극 접합체의 변형을 최소화 할 수 있다.According to the present invention, when manufacturing a membrane-electrode assembly, deformation of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly can be minimized.
본 발명에 따르면 박막 또는 낮은 인장강도의 전해질막을 사용해도 고품질의 막-전극 접합체를 제조할 수 있다.According to the present invention, a high-quality membrane-electrode assembly can be manufactured even when a thin film or an electrolyte membrane with low tensile strength is used.
본 발명에 따르면 박막 및 저인장강도의 전해질막을 이용하여 막-전극 접합체를 연속공정으로 만들 수 있다.According to the present invention, a membrane-electrode assembly can be made in a continuous process using a thin film and a low tensile strength electrolyte membrane.
본 발명에 따르면 막-전극 접합체를 제조하는 공정의 속도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the speed of the process of manufacturing a membrane-electrode assembly can be improved.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. The effects of the present invention should be understood to include all effects that can be inferred from the following description.
도 1은 종래의 roll-to-roll 방식으로 막-전극 접합체를 제조하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 막-전극 접합체 제조장치의 공정도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 일정간격으로 형성된 막-전극 접합체의 형성과정을 간략히 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 고정부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 전해질막을 견인하는 고정부 및 클립부의 구동방식을 나타낸 것이다.
도 6는 고정부에 의해 견인되는 전해질막의 영역을 표현한 것이다.
도 7은 전해질막의 이송단계를 구역별로 나눠서 나타낸 것이다.
도 8은 비교예1 및 실시예1에서 제조된 전해질막을 관찰한 사진이다.Figure 1 shows a method of manufacturing a membrane-electrode assembly using a conventional roll-to-roll method.
Figure 2 schematically shows the process diagram of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus of the present invention.
Figure 3 briefly shows the formation process of a membrane-electrode assembly formed at regular intervals.
Figure 4 schematically shows the fixing part of the present invention.
Figure 5 shows the driving method of the fixing part and the clip part that pull the electrolyte membrane.
Figure 6 represents the area of the electrolyte membrane pulled by the fixing part.
Figure 7 shows the transfer steps of the electrolyte membrane divided by zone.
Figure 8 is a photograph observing the electrolyte membrane prepared in Comparative Example 1 and Example 1.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "underneath" another part, this includes not only being "immediately below" the other part, but also cases where there is another part in between.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions used herein expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions, and formulations are intended to represent, among other things, how such numbers inherently occur in obtaining such values. Since they are approximations reflecting the various uncertainties of measurement, they should be understood in all cases as being qualified by the term "approximately". Additionally, where a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and, unless otherwise indicated, includes all values from the minimum to the maximum of such range inclusively. Furthermore, when such range refers to an integer, all integers from the minimum value up to and including the maximum value are included, unless otherwise indicated.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In this specification, when a range is stated for a variable, the variable will be understood to include all values within the stated range, including the stated endpoints of the range. For example, the range "5 to 10" includes the values 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. It will be understood that it also includes any values between integers that fall within the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5, and 6.5 to 9, etc. Also, for example, the range "10% to 30%" includes values such as 10%, 11%, 12%, 13%, etc. and all integers up to and including 30%, as well as 10% to 15%, 12% to 12%, etc. It will be understood that it includes any subranges, such as 18%, 20% to 30%, etc., and any value between reasonable integers within the range of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, etc.
본 발명은 전해질막(1)의 변형을 억제한 막-전극 접합체 제조장치 및 이것을 이용한 막-전극 접합체 제조방법에 관한 것으로, 롤투롤(roll to roll)공정에서 고정부(A4)를 이용하여 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 변형없이 연속적으로 막-전극 접합체를 제조하는 장치 및 제조방법을 제공하는 것이 특징이다. 하기 본 발명의 도면을 이용하여 막-전극 접합체 제조장치 및 제조방법에 관해 설명하겠다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly that suppresses deformation of the electrolyte membrane (1) and a method for manufacturing a membrane-electrode assembly using the same. It is characterized by providing an apparatus and manufacturing method for continuously manufacturing a membrane-electrode assembly without deformation of the membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3. The membrane-electrode assembly manufacturing apparatus and manufacturing method will be described below using the drawings of the present invention.
막-전극 접합체 제조장치Membrane-electrode conjugate manufacturing device
본 발명에 따르면, 공급부(A1), 가압부(A2), 회수부(A3) 및 고정부(A4)를 포함하고, 상기 공급부(A1)는 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')를 공급하고, 상기 가압부(A2)는 상기 공급부(A1)에서 이송된 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')를 가압하여 막-전극 접합체(3)를 제조하는 한 쌍의 가압롤러(20)를 포함하고, 상기 회수부(A3)는 상기 제조된 막-전극 접합체(3)를 감는 회수롤러(30), 양극이 제거된 제1 이형지(4)를 감는 제1 이형지 회수롤러 및 음극이 제거된 제2 이형지(4')를 감는 제2 이형지 회수롤러를 포함하고, 상기 고정부(A4)는 상기 가압부(A2)의 전단 및 후단에서 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 양 측부에 구비되는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치를 제공한다.According to the present invention, it includes a supply part (A1), a pressurizing part (A2), a recovery part (A3), and a fixing part (A4), and the supply part (A1) includes an electrolyte membrane (1) and a first release paper coated with an anode. (2) and the second release paper (2') coated with the cathode is supplied, and the pressurizing part (A2) supplies the electrolyte membrane (1) transferred from the supply part (A1) and the first release paper (2') coated with the anode. And a pair of pressure rollers (20) that pressurize the second release paper (2') coated with the cathode to produce the membrane-electrode assembly (3), and the recovery unit (A3) is configured to press the second release paper (2') coated with the cathode. It includes a recovery roller 30 for winding the bonded body 3, a first release paper recovery roller for winding the first release paper 4 from which the positive electrode has been removed, and a second release paper recovery roller for winding the second release paper 4' from which the negative electrode has been removed. And the fixing part (A4) is a tension-blocking membrane-electrode assembly, characterized in that it is provided on both sides of the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) at the front and rear ends of the pressing portion (A2). Manufacturing equipment is provided.
도 2는 본 발명의 막-전극 접합체 제조장치에 대한 구성 및 구동 방식을 평면도로 간략히 나타낸 것이다. 상기 도 1을 기본 베이스로 하고 도 2를 참조하여 본 발명의 막-전극 접합체 제조장치의 각 부 및 구성들을 설명하겠다.Figure 2 briefly shows in plan view the configuration and driving method of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus of the present invention. Each part and configuration of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 2 with FIG. 1 as the basic base.
본 발명의 막-전극 접합체 제조장치는 크게 공급부(A1), 가압부(A2) 및 회수부(A3)를 포함하고 있다. 여기에 추가로 고정부(A4)를 더 포함하는 것이 특징인데, 상기 고정부(A4)는 상기 가압부(A2)의 전단 및 후단에서 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 양 측부에 구비되게 된다. 구체적으로 상기 전단에 위치한 고정부(A4)는 상기 공급부(A1)와 상기 가압부(A2) 사이에 구비되고, 상기 후단에 위치한 고정부(A4)는 상기 가압부(A2)와 상기 회수부(A3)의 사이에 구비된다.The membrane-electrode assembly manufacturing apparatus of the present invention largely includes a supply part (A1), a pressurizing part (A2), and a recovery part (A3). It is characterized in that it further includes a fixing part (A4), wherein the fixing part (A4) controls the amount of the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) at the front and rear ends of the pressing part (A2). It is provided on the side. Specifically, the fixing part (A4) located at the front end is provided between the supply part (A1) and the pressing part (A2), and the fixing part (A4) located at the rear end is provided between the pressing part (A2) and the recovery part ( It is provided between A3).
공급부(A1)는 전해질막(1)을 공급하는 전해질막 공급롤러(10)를 포함한다. 통상적으로 전해질막 공급롤러(10)는 회수부(A3)의 회수롤러(30)와의 장력차이를 발생시켜 전해질막(1)이 온전히 이송되어 회수롤러(30)에 감기게 하는 역할을 한다. 통상적으로 고정부(A4)가 배제될 경우, 공급부(A1)와 가압부(A2)의 장력은 통상 10N 이상이며, 가압부(A2)와 회수부(A3)의 장력은 12N 이상이며, 상기 장력의 차이는 전해질막(1)을 통해 전달되게 된다. 하지만 본 발명에서는 상기 회수롤러(30)의 장력은 상기 가압롤러(20)의 후단에 위치한 고정부(A4)를 통과한 전해질막(1)까지 전달되고 전해질막 공급롤러(10)의 장력은 전단에 위치한 고정부(A4)까지만 전달되며, 고정부 전단(A4)과 가압부(A2)에서 전해질막(1)의 장력이 전달되지 않고, 가압부(A2)와 고정부 후단(A4)에서는 막-전극 접합체(3)의 장력은 전달되지 않는다. 상기 전해질막 공급롤러(10)는 가압롤러(20)의 전단에 위치한 고정부(A4)와의 장력차이로 전해질막(1)을 공급 및 이송시키게 된다. 상기 전해질막(1) 이송속도는 상기 장력의 차이를 일정하게 유지하며 조절할 수 있다.The supply unit A1 includes an electrolyte membrane supply roller 10 that supplies the electrolyte membrane 1. Typically, the electrolyte membrane supply roller 10 creates a tension difference with the recovery roller 30 of the recovery unit A3, thereby allowing the electrolyte membrane 1 to be completely transferred and wound around the recovery roller 30. Typically, when the fixing part (A4) is excluded, the tension of the supply part (A1) and the pressing part (A2) is usually 10N or more, and the tension of the pressing part (A2) and the recovery part (A3) is 12N or more, and the tension The difference is transmitted through the electrolyte membrane (1). However, in the present invention, the tension of the recovery roller 30 is transmitted to the electrolyte membrane 1 passing through the fixing part A4 located at the rear end of the pressure roller 20, and the tension of the electrolyte membrane supply roller 10 is transmitted to the front end of the pressure roller 20. It is transmitted only up to the fixing part (A4) located at, and the tension of the electrolyte membrane (1) is not transmitted at the front end (A4) of the fixing part and the pressurizing part (A2), and the tension of the electrolyte membrane (1) is not transmitted at the pressurizing part (A2) and the rear end of the fixing part (A4). -The tension of the electrode assembly (3) is not transmitted. The electrolyte membrane supply roller 10 supplies and transports the electrolyte membrane 1 due to a tension difference with the fixing part A4 located at the front of the pressure roller 20. The transfer speed of the electrolyte membrane 1 can be adjusted while maintaining the difference in tension constant.
본 발명에 사용될 수 있는 전해질막(1)은 연료전지에 사용될 수 있는 전해질막 소재이면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 특성상 두께 20㎛ 이하 및 인장강도 100MPa 이하의 소재를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 전해질막(1)으로 확장형 폴리테트라플루오로에틸렌(expanded polytetrafluoroethylene, ePTFE)를 지지체로 사용하는 불소계 이오노머가 함침된 전해질막을 사용하였다. 통상적으로 상기 전해질막(1)은 상온의 상태로 공급된다.The electrolyte membrane 1 that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is an electrolyte membrane material that can be used in a fuel cell. Due to the nature of the present invention, materials with a thickness of 20 μm or less and a tensile strength of 100 MPa or less can be used. In the present invention, an electrolyte membrane impregnated with a fluorine-based ionomer using expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) as a support was used as the electrolyte membrane (1). Typically, the electrolyte membrane 1 is supplied at room temperature.
상기 공급부(A1)는 상기 전해질막(1)의 상부 및 하부에 전극을 공급할 수 있도록 양극이 코팅된 제1 이형지(2)를 공급하는 양극공급롤러(도면 생략) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')를 공급하는 음극공급롤러(도면 생략)를 더 포함한다. 상기 양극공급롤러 및 음극공급롤러 사이에 상기 전해질막 공급롤러(10)를 개재하는 것이 통상적이다. 이때 상기 양극공급롤러 및 음극공급롤러는 필요에 따라 상하의 위치를 바꿀 수 있다. 때문에 양극은 상기 전해질막(1)의 상부에 부착되거나 하부에 부착될 수 있으며, 음극도 이와 동일하다.The supply unit (A1) includes an anode supply roller (not shown) that supplies the anode-coated first release paper 2 so as to supply electrodes to the upper and lower parts of the electrolyte membrane 1, and a cathode-coated second release paper. It further includes a cathode supply roller (not shown) that supplies (2'). It is common to interpose the electrolyte membrane supply roller 10 between the anode supply roller and the cathode supply roller. At this time, the anode supply roller and the cathode supply roller can change their up and down positions as needed. Therefore, the anode can be attached to the top or the bottom of the electrolyte membrane 1, and the same applies to the cathode.
본 발명의 설명 및 도면에서는 편의상 상기 양극 및 음극이 제1 이형지(2) 및 제2 이형지(2') 상에 연속적으로 형성되어 있고, 상기 전해질막(1)의 상부 및 하부에도 이와 같이 연속적으로 부착된 형상으로 묘사하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일례로 도 3에는 양극 및 음극이 불연속적인 일정간격을 유지하며 형성되어 있는 막-전극 접합체가 나타나 있다.In the description and drawings of the present invention, for convenience, the anode and the cathode are formed continuously on the first release paper 2 and the second release paper 2', and are continuously formed on the top and bottom of the electrolyte membrane 1 like this. Although it is depicted as an attached shape, it is not limited to this. For example, Figure 3 shows a membrane-electrode assembly in which the anode and cathode are formed at regular, discontinuous intervals.
상기 양극공급롤러 및 음극공급롤러는 상기 전해질막(1)의 상부 및 하부에 양극 및 음극을 부착시킬 목적으로 구동되기 때문에 상기 전해질막 공급롤러(10)와 동일한 회전 속도로 작동되는 것이 일반적이다.Since the anode supply roller and the cathode supply roller are driven for the purpose of attaching the anode and cathode to the upper and lower parts of the electrolyte membrane 1, they are generally operated at the same rotational speed as the electrolyte membrane supply roller 10.
상기 양극공급롤러에서 공급되는 양극이 코팅된 이형지(2)의 양극물질은 상기 양극이 코팅된 이형지(2)에서 전해질막(1)을 마주보는 면에 형성되어 있고, 상기 음극공급롤러에서 공급되는 음극이 코팅된 이형지(2')의 음극물질은 상기 음극이 코팅된 이형지(2')에서 전해질막(1)을 마주보는 면에 형성되어 있다.The anode material of the anode-coated release paper (2) supplied from the anode supply roller is formed on the surface of the anode-coated release paper (2) facing the electrolyte membrane (1), and the anode material supplied from the cathode supply roller is formed on the surface of the anode-coated release paper (2) facing the electrolyte membrane (1). The negative electrode material of the negative electrode-coated release paper 2' is formed on the side of the negative electrode-coated release paper 2' facing the electrolyte membrane 1.
가압부(A2)는 상기 공급부(A1) 및 상기 회수부(A3)의 사이에 위치하는데, 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')에 열 및 압력을 가할 수 있는 가압롤러(20)를 포함한다. 구체적으로 상기 공급부(A1)에서 공급된 전해질막(1)의 상부면 및 하부면에 이형지를 통해 각각 적층된 양극 및 음극 과 전해질막(1)을 열 및 일정 압력으로 회전하며 가압할 수 있다. 이때 상기 열 및 압력은 사용하는 전해질막(1)의 소재 및 적층 환경에 따라 달라지며, 통상적으로 80 내지 200℃의 온도 및 5 내지 100MPa의 압력을 가하게 된다. 상기 가압롤러(20)의 회전에 의해 막-전극 접합체(3)를 연속적으로 제조하는 것이 가능하게 된다.(상기 양극 및 음극의 적층 방식을 선택하는 것은 본 발명의 특징에서 벗어나기 때문에 구체적으로 명시하지는 않지만, 이는 한 쌍의 가압롤러(20)를 통해 상기 양극, 전해질막(1) 및 음극이 가압되어 접합되는 것을 배제하는 것이 아닙니다.)The pressing part (A2) is located between the supply part (A1) and the recovery part (A3), and includes an electrolyte membrane (1), a first release paper (2) coated with the anode, and a second release paper (2) coated with the cathode. ') and a pressure roller 20 capable of applying heat and pressure. Specifically, the anode and cathode and the electrolyte membrane 1 respectively laminated on the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane 1 supplied from the supply unit A1 through release paper can be rotated and pressed with heat and constant pressure. At this time, the heat and pressure vary depending on the material and stacking environment of the electrolyte membrane 1 used, and are typically applied at a temperature of 80 to 200°C and a pressure of 5 to 100 MPa. It is possible to continuously manufacture the membrane-electrode assembly 3 by rotating the pressure roller 20. (The method of stacking the anode and cathode is not specifically specified because it deviates from the characteristics of the present invention to select the method of stacking the anode and the cathode. However, this does not exclude that the anode, electrolyte membrane 1, and cathode are pressed and joined through a pair of pressure rollers 20.)
회수부(A3)는 상기 가압부(A2)에서 제조된 막-전극 접합체(3)를 감아서 회수하는 회수롤러(30), 양극이 제거된 제1 이형지(4)를 감는 제1 이형지 회수롤러 및 음극이 제거된 제2 이형지(4')를 감는 제2 이형지 회수롤러(도면 생략)를 포함한다.The recovery unit (A3) includes a recovery roller (30) that winds and recovers the membrane-electrode assembly (3) manufactured in the pressing unit (A2), and a first release paper recovery roller that winds the first release paper (4) from which the positive electrode has been removed. and a second release paper recovery roller (not shown) that winds the second release paper 4' from which the cathode has been removed.
상기 회수롤러(30)는 회전운동을 통해 막-전극 접합체(3)에 일정한 장력을 전달하게 되고, 상기 막-전극 접합체(3)을 통해 전달된 회수롤러(30)의 장력으로 가압롤러(20) 후단의 고정부(A4)를 통과한 막-전극 접합체(3)가 온전히 이송되어 공정을 거치게 된다. 상기 장력의 차이는 일반적으로 2N 이상이다.The recovery roller 30 transmits a certain tension to the membrane-electrode assembly 3 through rotational movement, and the pressure roller 20 is moved by the tension of the recovery roller 30 transmitted through the membrane-electrode assembly 3. ) The membrane-electrode assembly (3) that has passed through the fixing part (A4) at the rear end is completely transferred and goes through the process. The difference in tension is generally 2N or more.
상기 제1 이형지 회수롤러 및 제2 이형지 회수롤러는 상기 막-전극 접합체(3)를 회수하는 회수롤러(30)의 상부 및 하부에 구비되게 된다. 상기 제1 이형지 회수롤러 및 제2 이형지 회수롤러는 상기 가압롤러(20)에 의해 전극물질을 전해질막(1)에 부착시키고 양극 및 음극이 제거된 제1 이형지 및 제2 이형지를 감게된다.The first release paper recovery roller and the second release paper recovery roller are provided above and below the recovery roller 30 for recovering the membrane-electrode assembly 3. The first release paper recovery roller and the second release paper recovery roller attach the electrode material to the electrolyte membrane 1 by the pressure roller 20 and wind the first release paper and the second release paper from which the anode and cathode have been removed.
도 4에는 본 발명의 고정부(A4)의 구성이 간략히 나타나있다. 상기 고정부(A4)는 이송되는 전해질막(1)의 양 측부(도 4에는 편의상 한쪽 측부만 나타내었다)의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 고정하는 집게를 포함하는 클립부(41); 및 상기 클립부(41)를 체결한 몸체부(몸체부의 구체적인 도면은 생략하였으며, 도 4에는 몸체부의 일부인 레일(42)만 나타내었다);를 포함한다. 이때 상기 집게는 집게의 끝단에서 회전축 역할을 하는 회전핀(도면 생략)을 중심 기점으로하여 열리거나 닫히게 된다. 하지만 집게의 형상이 이에 의해 특별히 한정되는 것은 아니다.Figure 4 briefly shows the configuration of the fixing part A4 of the present invention. The fixing part (A4) includes a clip part (41) including clamps that apply pressure to the upper and lower surfaces of both sides of the electrolyte membrane (1) to be transferred (only one side is shown in FIG. 4 for convenience). and a body part to which the clip part 41 is fastened (the specific drawing of the body part is omitted, and only the rail 42, which is a part of the body part, is shown in FIG. 4). At this time, the tongs are opened or closed with a rotating pin (not shown) serving as a rotation axis at the end of the tongs as the central point. However, the shape of the tongs is not particularly limited by this.
본 발명의 집게는 일반적인 평면의 시트를 원하는 시기에 고정할 수 있을 만큼의 압력을 상기 시트의 상부 및 하부에서 줄 수 있는 한 쌍의 가압부재를 포함한다. 이는 통상적인 집게의 형상이거나, 집게의 역할을 수행할 수 있는 형상이면 충분하고, 더불어 원하는 시기에 상기 시트의 고정을 풀거나 시트를 놓을 수 있도록 상기 한 쌍의 가압부재를 일정 간격으로 이격시키거나 해체시킬 수 있으면 충분하다.The tongs of the present invention include a pair of pressing members that can apply enough pressure to fix a generally flat sheet at a desired time at the top and bottom of the sheet. This is sufficient to have the shape of a normal tongs or a shape that can perform the role of tongs, and in addition, the pair of pressure members are spaced at a certain interval so that the sheet can be unfastened or placed at a desired time. It is enough to be able to dismantle it.
상기 몸체부는 기본적으로 구비된 위치에서 움직임 없이 고정되어 있다.The body portion is basically fixed without movement in its provided position.
상기 집게는 클립부(41)의 전면에 장착되어 있고, 상기 집게를 장착한 클립부(41)는 상기 몸체부에 체결되게 된다. 몸체부의 측면은 벨트모양 또는 띠모양의 레일(42)이 장착될 수 있는데 상기 클립부(41)의 후면에 장착된 베어링이 상기 레일(42) 상에 접촉되어 베어링의 회전으로 상기 클립부(41)가 몸체부의 측면을 따라 이동할 수 있게 된다. 필요에 따라 상기 레일(42)은 체인형상으로 선택될 수 있는데, 상기 클립부(41)가 몸체부의 측면을 따라 이동할 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않는다.The tongs are mounted on the front of the clip part 41, and the clip part 41 on which the tongs are mounted is fastened to the body part. The side of the body part may be equipped with a belt-shaped or strip-shaped rail 42. A bearing mounted on the rear side of the clip part 41 contacts the rail 42 and rotates the bearing to form the clip part 41. ) can move along the side of the body. If necessary, the rail 42 may be selected in a chain shape, but there is no particular limitation as long as the clip portion 41 has a shape that can move along the side of the body.
상기 몸체부의 외부면을 따라 다수의 클립부(41)가 일정한 간격으로 체결되어 있고, 상기 다수의 클립부(41)는 상기 몸체부의 외부면, 즉 측면을 따라 차례로 이동하게 된다. 이때 상기 다수의 클립부(41)는 일정한 속도(w4)를 유지하며 이동하는 것이 가능하며, 상기 클립부(41)를 이동시키는 동력원은 별도의 외부전원에서 공급된다.A plurality of clip parts 41 are fastened at regular intervals along the outer surface of the body, and the plurality of clip parts 41 move sequentially along the outer surface, that is, the side, of the body. At this time, the plurality of clip parts 41 can move while maintaining a constant speed (w4), and the power source for moving the clip parts 41 is supplied from a separate external power source.
도 5에는 고정부(A4)의 구동방식이 개략적으로 나타나 있다. 이를 참조하면, 상기 클립부(41)는 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 이송방향(machine direction, MD방향)과 수평이 형성되는 시작점(B1)에서 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 집게로 집어서 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)을 견인하게 되고, 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 이송방향(MD방향)과 수평이 끝나는 끝점(B2)에서 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 집고있는 집게를 해체 및 놓게 된다. 이때 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 집고있지 않은 클립부(41)의 이동속도(w4) 또는 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 집고있는 클립부(41)의 견인속도(w4)는 전 구간에서 전해질막(1) 또는 막-전극 접합체(3)의 이송속도와 동일하다.Figure 5 schematically shows the driving method of the fixing part A4. Referring to this, the clip portion 41 is formed at a starting point B1 that is horizontal to the transport direction (machine direction, MD direction) of the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3. ) and the membrane-electrode assembly 3 are picked up with tongs to pull the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3, and the transfer direction of the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 ( The tongs holding the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 are dismantled and placed at the end point B2 (MD direction) and horizontal end point. At this time, the moving speed (w4) of the clip portion 41 that does not hold the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) or the clip portion (41) that holds the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) ) of the traction speed (w4) is the same as the transfer speed of the electrolyte membrane (1) or membrane-electrode assembly (3) in all sections.
몸체부에 체결된 다수의 클립부(41)는 상기 몸체부가 공급부(A1)에서 회수부(A3)를 향했을 때 이송되는 전해질막(1)(이해의 편의상 전해질막을 중심으로 설명하겠다)의 좌측부에 구비되어 있다면 시계반대방향으로 몸체부의 외부면을 따라 이동하고, 우측부에 구비되어 있다면 시계방향으로 몸체부의 외부면을 따라 이동하게 된다.The plurality of clip parts 41 fastened to the body are located on the left side of the electrolyte membrane 1 (for convenience of understanding, the explanation will be centered on the electrolyte membrane) that is transferred when the body moves from the supply part A1 to the recovery part A3. If it is provided on the right side, it moves counterclockwise along the outer surface of the body, and if it is provided on the right side, it moves clockwise along the outer surface of the body.
전해질막(1)의 양 측부의 시작점(B1) 및 끝점(B2)은 다수의 클립부(41)의 집게로 고정이 되어 있는 상태로 상기 클립부(41)의 집게는 상기 구간 내에 포함된 전해질막(1)이 MD방향 및 TD방향으로 수축되는 것을 계속적으로 억제하는 역할도 수행한다.The starting point (B1) and the ending point (B2) of both sides of the electrolyte membrane (1) are fixed with the clamps of a plurality of clip portions (41), and the clip portions (41) clamp the electrolyte contained in the section. It also plays a role in continuously suppressing the membrane 1 from shrinking in the MD and TD directions.
도 6에는 고정부(A4)에 의해 견인되는 전해질막(1)의 영역을 나타내었다. 이를 참조하면 전해질막(1)은 가압부(A2)의 전단에서 상기 전해질막(1)의 양 측부에 구비된 고정부(A4) 및 상기 가압부(A2)의 후단에서 상기 막-전극 접합체(3)(정확히 한 쌍의 가압롤러(20)에 의해 양극 및 음극(2)이 접합되거나 또는 서브가스켓이 추가로 접합된 막-전극 접합체(3))의 양 측부에 구비된 고정부(A4) 사이의 제1 영역(P1)을 포함하고, 상기 제1 영역(P1)은 상기 가압부(A2)의 가압롤러(20) 및 상기 가압부(A2)의 후단에서 상기 막-전극 접합체(3)의 양 측부에 구비된 고정부(A4) 사이의 제2 영역(P2)을 포함한다. 이때 상기 제1 영역(P1)의 기준이 되는 가압부(A2)의 가압롤러(20) 전단에 위치한 고정부(A4)의 위치는 공정의 목적 및 편의에 따라 조절할 수 있으나, 가압롤러(20) 후단에 위치한 고정부(A4)의 위치는 막-전극 접합체(3)의 변형이 최소가 되는 지점에 위치하여야 한다. 구체적으로 가압롤러(20)로부터 열 및 압력을 받아 인장강도가 저하된 막-전극 접합체(3)가 고정부(A4)를 통과하여 회수롤러(30)의 장력을 직접적으로 받아도 막-전극 접합체(3)의 변형이 이루어지지 않는 범위에 마지막의 고정부(A4)가 구비되는 것이 바람직하다. 이는 막-전극 접합체(3)의 저하된 인장강도가 이송되면서 회복되는 시간을 주기 위함으로, 막-전극 접합체(3)에 포함되는 전해질막(1) 소재의 종류, 가압롤러(20)를 통해 전달되는 열, 압력 및 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 이송속도에 따라 달라질 수 있다.Figure 6 shows the area of the electrolyte membrane 1 pulled by the fixing part A4. Referring to this, the electrolyte membrane 1 is formed by a fixing part A4 provided on both sides of the electrolyte membrane 1 at the front end of the pressing part A2 and the membrane-electrode assembly ( 3) Fixing parts (A4) provided on both sides of the membrane-electrode assembly (3) where the anode and cathode (2) are joined by exactly a pair of pressure rollers (20) or a sub-gasket is additionally joined. It includes a first area (P1) between the pressing roller (20) of the pressing part (A2) and the membrane-electrode assembly (3) at the rear end of the pressing part (A2). It includes a second area (P2) between the fixing parts (A4) provided on both sides. At this time, the position of the fixing part A4 located at the front of the pressure roller 20 of the pressure part A2, which is the reference of the first area P1, can be adjusted according to the purpose and convenience of the process, but the pressure roller 20 The position of the fixing part (A4) located at the rear end must be located at a point where the deformation of the membrane-electrode assembly (3) is minimal. Specifically, even if the membrane-electrode assembly 3, whose tensile strength has decreased due to heat and pressure from the pressurizing roller 20, passes through the fixing part A4 and directly receives the tension of the recovery roller 30, the membrane-electrode assembly ( It is desirable that the last fixing part (A4) is provided in a range where the deformation of 3) does not occur. This is to provide time for the reduced tensile strength of the membrane-electrode assembly (3) to recover while being transported, and the type of electrolyte membrane (1) material included in the membrane-electrode assembly (3) is transferred through the pressure roller (20). It may vary depending on the transferred heat, pressure, and transfer speed of the electrolyte membrane (1) and membrane-electrode assembly (3).
상기 제1 영역(P1)은 회수롤러(30)로부터 전달되는 장력을 받지 않는 것이 특징이다. 구체적으로 상기 제1 영역(P1)의 구획을 형성하는 기준인 고정부(A4)에 포함되는 집게를 통해 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)가 고정되게 되는데, 이때 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)는 클립부(41)에 부착된 집게로 고정되게 되어 제1 영역(P1)이 외부의 힘으로부터 영향을 받지 않는 상태가 된다. 상기 집게로 고정된 전해질막(1)의 이송은 상기 클립부(41)의 이동을 바탕으로 진행되게 된다.The first area P1 is characterized in that it does not receive tension transmitted from the recovery roller 30. Specifically, the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 are fixed through the tongs included in the fixing part A4, which is the standard for forming the partition of the first area P1. At this time, the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 are fixed. (1) and the membrane-electrode assembly 3 are fixed with tongs attached to the clip portion 41, so that the first region P1 is not affected by external forces. The transfer of the electrolyte membrane 1 fixed with the tongs proceeds based on the movement of the clip portion 41.
상기 제1 영역(P1)은 가압부(A2)의 가압롤러(20)를 포함하게 되는데, 제1 영역(P1)을 이동하는 전해질막(1)은 상기 가압롤러(20)에 의해 열 및 압력을 받게되어 인장강도가 저하된 상태가 되나 외부로부터 장력의 영향을 받지 않게 되어 MD방향 및 TD방향으로 연신되지 않고, 상기 가압롤러(20)에 진입하기 전의 전해질막(1)의 형상을 유지하게 된다. 도 6에서 제2 영역(P2)을 통과하는 막-전극 접합체(3)는 일정한 장력을 유지하며, 클립부(41)에의해 견인되게 된다.The first area (P1) includes a pressure roller 20 of the pressure part (A2), and the electrolyte membrane 1 moving in the first area (P1) is applied by heat and pressure by the pressure roller 20. Although the tensile strength is lowered due to pressure, it is not affected by external tension, so it is not stretched in the MD and TD directions, and maintains the shape of the electrolyte membrane 1 before entering the pressure roller 20. do. In FIG. 6, the membrane-electrode assembly 3 passing through the second region P2 maintains a constant tension and is pulled by the clip portion 41.
막-전극 접합체 제조방법Membrane-electrode assembly manufacturing method
본 발명에 따르면, 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')를 공급하는 공급단계; 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2), 음극이 코팅된 제2 이형지(2') 및 막-전극 접합체(3)를 이송하는 이송단계; 상기 막-전극 접합체를 회수롤러로 감고, 양극이 제거된 제1 이형지를 제1 이형지 회수롤러로 감고, 음극이 제거된 제2 이형지를 제2 이형지 회수롤러로 감는 회수 단계;를 포함하고, 상기 이송단계는 고정부(A4)의 장력으로 전해질막(1)을 이송하는 제1 이송단계; 고정부(A4)를 통해 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 견인하는 제2 이송단계(S2); 및 회수롤러(30)의 장력으로 막-전극 접합체(3)를 이송하는 제3 이송단계(S3);를 포함하고, 상기 제2 이송단계(S2)에서 고정부(A4)는 이송되는 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 양 측부의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 각각 고정부(A4)에 고정시키는 집게를 포함하는 클립부(41); 및 상기 클립부(41)를 체결한 몸체부;를 포함하고, 상기 고정부(A4)의 클립부(41)는 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 각각 고정시켜서 견인하고, 상기 제2 이송단계(S2)는 한 쌍의 가압롤러(20)로 전해질막(1), 양극이 코팅된 제1 이형지(2) 및 음극이 코팅된 제2 이형지(2')를 가압하는 가압단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법을 제공한다.According to the present invention, a supply step of supplying an electrolyte membrane (1), a first release paper (2) coated with an anode, and a second release paper (2') coated with a cathode; A transfer step of transferring the electrolyte membrane (1), the first release paper (2) coated with the anode, the second release paper (2') coated with the cathode, and the membrane-electrode assembly (3); A recovery step of winding the membrane-electrode assembly with a recovery roller, winding the first release paper from which the positive electrode has been removed with the first release paper recovery roller, and winding the second release paper from which the negative electrode has been removed with the second release paper recovery roller; The transfer step includes a first transfer step of transferring the electrolyte membrane (1) by the tension of the fixing part (A4); A second transfer step (S2) of pulling the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) through the fixing part (A4); And a third transfer step (S3) of transferring the membrane-electrode assembly 3 by the tension of the recovery roller 30; In the second transfer step (S2), the fixing part A4 is the electrolyte membrane to be transferred. (1) and the clamps that secure the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) to the fixing portion (A4) by applying pressure to the upper and lower surfaces of both sides of the membrane-electrode assembly (3). A clip portion (41) including; and a body part fastening the clip part 41, wherein the clip part 41 of the fixing part A4 secures and pulls the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3, respectively. , the second transfer step (S2) presses the electrolyte membrane 1, the anode-coated first release paper 2, and the cathode-coated second release paper 2' with a pair of pressure rollers 20. A method for manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly is provided, further comprising a pressurizing step.
상기 막-전극 접합체 제조방법에 있어서, 상기 막-전극 접합체 제조장치에서 설명한 본 발명의 특징부와 겹치는 부분은 생략하여 설명하겠다.In the membrane-electrode assembly manufacturing method, parts that overlap with the features of the present invention described in the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus will be omitted.
본 발명의 이송단계는 고정부(A4)의 장력으로 전해질막(1)을 이송하는 제1 이송단계(S1); 고정부(A4)를 통해 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 견인하는 제2 이송단계(S2); 및 회수롤러(30)의 장력으로 막-전극 접합체(3)를 이송하는 제3 이송단계(S3);를 포함한다. 상기와 같이 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 이송하는 단계를 3단계로 구분한 것은 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 이송시키는 주체의 변경에서 기인한다.The transfer step of the present invention includes a first transfer step (S1) of transferring the electrolyte membrane (1) by the tension of the fixing part (A4); A second transfer step (S2) of pulling the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) through the fixing part (A4); and a third transfer step (S3) of transferring the membrane-electrode assembly 3 by the tension of the recovery roller 30. The division of the step of transferring the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 into three stages as described above is due to a change in the subject transporting the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3. .
도 7에는 전해질막(1)의 이송단계에 대한 것이 구획별로 나타나있다. 제1 이송단계(S1)는 고정부(A4)의 집게에 고정되어 견인되는 전해질막(1)을 통해 전달된 장력으로 전해질막(1)이 이송되는 단계입니다. 제2 이송단계(S2)는 외부 동력원을 통해 작동하는 클립부(41)의 견인으로 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)가 이송되는 단계입니다. 제3 이송단계(S3)는 회수롤러(30)로부터 발생된 장력이 클립부(41)를 통과한 막-전극 접합체(3)에 전달되어 막-전극 접합체(3)가 이송되는 단계이다.In Figure 7, the transfer steps of the electrolyte membrane 1 are shown for each section. The first transfer step (S1) is a step in which the electrolyte membrane (1) is transferred by tension transmitted through the electrolyte membrane (1), which is fixed and towed by the tongs of the fixing part (A4). The second transfer step (S2) is a step in which the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) are transferred by pulling the clip unit (41) operated through an external power source. The third transfer step (S3) is a step in which the tension generated from the recovery roller 30 is transferred to the membrane-electrode assembly 3 that has passed through the clip portion 41, and the membrane-electrode assembly 3 is transferred.
통상적으로 공정이 진행될수록 전해질막 공급롤러에 감겨있는 전해질막의 양(정확히는 공급롤러에 감겨있는 전해질막의 전체 두께)이 줄어들고 회수롤러에 감기는 막-전극 접합체의 양(정확히는 회수롤러에 감겨있는 막-전극 접합체의 전체 두께)이 증가하게 되는데, 상기와 같은 두께의 변화로 인해 전해질막 공급롤러와 회수롤러의 회전속도에 차이가 발생하게 된다. 상기와 같은 미세한 차이로 인해 제1 이송단계(S1), 제2 이송단계(S2) 및 제3 이송단계(S3)에서 전해질막 또는 막-전극 접합체에 불균일한 장력이 발생하거나 이송 속도의 차이가 발생하게되고, 이로 인해 연속적으로 막-전극 접합체를 제조하는데 있어서 품질에 악영향(구체적으로 전해질막 또는 막-전극 접합체에 주름이 발생하거나 신장되는 영향)을 미치게 된다. 하지만 본 발명의 경우, 상기 제1 이송단계(S1)에서 전해질막(1)의 속도(v1), 상기 제2 이송단계(S2)에서 견인되는 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 속도(v2) 및 상기 제3 이송단계(S3)에서 이송되는 막-전극 접합체(3)의 속도(v3)는 모두 동일하다는 것이 특징이다.Typically, as the process progresses, the amount of electrolyte membrane wound around the electrolyte membrane supply roller (exactly the total thickness of the electrolyte membrane wound around the supply roller) decreases, and the amount of membrane-electrode assembly wound around the recovery roller (exactly the membrane wound around the recovery roller) decreases. The total thickness of the electrode assembly increases, and due to the above change in thickness, a difference occurs in the rotation speed of the electrolyte membrane supply roller and the recovery roller. Due to the above subtle differences, uneven tension occurs in the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly or differences in transfer speed occur in the first transfer step (S1), the second transfer step (S2), and the third transfer step (S3). This occurs, and as a result, it has a negative impact on the quality (specifically, the effect of wrinkles occurring or elongation in the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly) in continuously manufacturing the membrane-electrode assembly. However, in the case of the present invention, the speed (v1) of the electrolyte membrane (1) in the first transfer step (S1), the electrolyte membrane (1) and the membrane-electrode assembly (3) pulled in the second transfer step (S2) It is characteristic that the speed (v2) and the speed (v3) of the membrane-electrode assembly (3) transferred in the third transfer step (S3) are all the same.
즉, 통상적으로 공정이 진행될수록 회수롤러(30)에 감기는 막-전극 접합체(3)의 두께 및 전해질막 공급롤러(10)에 감겨있는 전해질막(1)의 두께의 변화로 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 이송속도가 변할 수 있으나, 본 발명에서는 상기 회수롤러(30) 및 전해질막 공급롤러(10) 사이에서 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 견인하는 고정부(A4)의 존재로 상기 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)의 이송속도의 변화를 통제할 수 있다.That is, as the process progresses, the thickness of the membrane-electrode assembly 3 wound around the recovery roller 30 and the thickness of the electrolyte membrane 1 wound around the electrolyte membrane supply roller 10 change. ) and the transfer speed of the membrane-electrode assembly 3 may vary, but in the present invention, the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 are connected between the recovery roller 30 and the electrolyte membrane supply roller 10. The presence of the pulling fixing part A4 can control the change in transfer speed of the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3.
상기 내용을 도 7을 통해 추가로 설명하면, 통상적으로 공정 초반은 회수롤러(30)의 회전속도(w2)가 전해질막 공급롤러(10)의 회전속도(w1) 보다 크나, 상기 회수롤로(30)에 감겨있는 막-전극 접합체(3)의 두께가 상기 전해질막 공급롤러(10)에 감겨있는 전해질막(1)의 두께보다 두꺼워진 후 부터는 상기 회수롤러(30)의 회전속도(w2)가 상기 전해질막 공급롤러(10)의 회전속도(w1) 보다 작게된다.If the above is further explained with reference to FIG. 7, the rotational speed (w2) of the recovery roller 30 is usually greater than the rotational speed (w1) of the electrolyte membrane supply roller 10 at the beginning of the process, but the recovery roller 30 ) After the thickness of the membrane-electrode assembly (3) wound on the electrolyte membrane supply roller (10) becomes thicker than the thickness of the electrolyte membrane (1) wound on the electrolyte membrane supply roller (10), the rotational speed (w2) of the recovery roller (30) increases. It becomes smaller than the rotational speed (w1) of the electrolyte membrane supply roller (10).
하지만 본 발명에 의하면, 상기 제2 이송단계(S2)에서 전해질막(1) 및 막-전극 접합체(3)를 고정한 고정부(A4)(정확히 고정부(A4)에 포함된 클립부(41))의 견인속도(w4)는 상기 제1 이송단계(S1)에서 전해질막(1)의 이송속도(V1)와 동일하고, 제3 이송단계(S3)에서 막-전극 접합체(3)의 이송속도(V3)와 동일한 것이 특징입니다. 즉, 막-전극 접합체를 제조하는 공정은 일정한 속도를 유지하며 진행될 수 있다. However, according to the present invention, the fixing part A4 (exactly the clip part 41 included in the fixing part A4) fixed the electrolyte membrane 1 and the membrane-electrode assembly 3 in the second transfer step (S2). ) of the traction speed (w4) is the same as the transfer speed (V1) of the electrolyte membrane (1) in the first transfer step (S1), and the transfer speed of the membrane-electrode assembly (3) in the third transfer step (S3) It has the same features as (V3). In other words, the process of manufacturing the membrane-electrode assembly can proceed at a constant speed.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
비교예 1Comparative Example 1
한 쌍의 가압롤러는 0.1m/min 속도로 회전하며 이송되는 전해질막을 온도 100℃, 압력 13MPa으로 가압하였다. 이때 사용된 전해질막은 두께 20㎛, 폭 160㎜인 PFSA계 이다. 전해질막 공급롤러 부위에서 10N, 회수롤러 부위에서 12N의 장력이 되도록 제어하면서 전해질막을 이송시켰다.A pair of pressure rollers rotated at a speed of 0.1 m/min and pressed the transported electrolyte membrane at a temperature of 100°C and a pressure of 13 MPa. The electrolyte membrane used at this time is PFSA-based with a thickness of 20㎛ and a width of 160㎜. The electrolyte membrane was transferred while controlling the tension to be 10N at the electrolyte membrane supply roller and 12N at the recovery roller.
도 8에서 좌측의 전해질막이 비교예1의 전해질막이다. 이를 보면 비 접합부의 주름이 많이 발생한 것을 볼 수 있다. 전체적으로 전해질막 폭은 160㎜ 에서 157㎜로 줄어 들었다. 이는 가압롤러에 의한 열 및 압력을 받아 인장강도가 저하된 전해질막의 비접합부가 회수롤러의 장력으로 인해 MD방향으로 연신이 되고, 그로 인해 TD방향 수축이 발생된 결과로 볼 수 있다. 또한 가압롤러에 의해 접합된 접합부와 가압롤러에 의해 접합되지 않은 비접합부의 불균등한 인장강도 형성으로 전해질막 전체적으로 변형이 일어나서 실질적인 막-전극 접합체의 품질 저하를 야기할 것으로 예상된다. 즉, 상기와 같은 비교예1의 전해질막의 주름 및 치수의 변화는 회수롤러로부터 발생된 장력 중 일부가 가압롤러에 의해 인장강도가 저하된 전해질막을 연신시키는 에너지에 사용되었기 때문으로 보인다.In Figure 8, the electrolyte membrane on the left is the electrolyte membrane of Comparative Example 1. Looking at this, you can see that many wrinkles have occurred in the non-joint area. Overall, the electrolyte membrane width was reduced from 160 mm to 157 mm. This can be seen as a result of the non-bonded portion of the electrolyte membrane, whose tensile strength has decreased due to heat and pressure from the pressurizing roller, being stretched in the MD direction due to the tension of the recovery roller, resulting in shrinkage in the TD direction. In addition, it is expected that the formation of unequal tensile strength between the joints joined by the pressure roller and the non-joint parts not joined by the pressure roller will cause deformation of the entire electrolyte membrane, causing a substantial deterioration in the quality of the membrane-electrode assembly. In other words, the changes in the wrinkles and dimensions of the electrolyte membrane of Comparative Example 1 as described above appear to be because some of the tension generated from the recovery roller was used as energy to stretch the electrolyte membrane whose tensile strength was lowered by the pressure roller.
실시예 1Example 1
비교예1과 동일한 조건에서 전해질막을 이송시키되, 상기 가압롤러의 전/후의 전해질막 양 측부에 본 발명의 고정부를 구비하여 이송되는 전해질막을 고정하여 견인하였다. 이때 고정부의 견인속도(w4)는 0.1m/min이다.The electrolyte membrane was transferred under the same conditions as in Comparative Example 1, but the electrolyte membrane was fixed and pulled by using fixing parts of the present invention on both sides of the electrolyte membrane before and after the pressure roller. At this time, the traction speed (w4) of the fixed part is 0.1 m/min.
도 8의 우측은 실시예1의 전해질막이다. 비교예1과 비교하여 비접합부의 주름이 거의 발생하지 않은 것을 육안으로 확인할 수 있는데, 실시예1의 전해질막의 폭은 159.5㎜이다. 폭 변형률을 보면 비교예1이 약 6% 인데 반해 실시예1은 약 0.3%로 0.1m/min 속도의 공정에서도 매우 고품질의 막-전극 접합체을 제조할 수 있을 것으로 기대된다. 상기와 같이 비교예1에 비해 치수의 변화없이 안정적으로 전해질막이 제조된 것은 가압롤러에 의해 인장강도가 낮아진 전해질막에 회수롤러로부터 발생된 장력의 전달을 효과적으로 배제하였기 때문으로 보인다.The right side of Figure 8 is the electrolyte membrane of Example 1. Compared to Comparative Example 1, it can be confirmed with the naked eye that almost no wrinkles occur in the non-bonded portion. The width of the electrolyte membrane in Example 1 is 159.5 mm. Looking at the width strain rate, Comparative Example 1 is about 6%, while Example 1 is about 0.3%, which is expected to produce a very high quality membrane-electrode assembly even in a process at a speed of 0.1 m/min. As described above, the reason that the electrolyte membrane was produced stably without change in dimensions compared to Comparative Example 1 appears to be because the transfer of tension generated from the recovery roller to the electrolyte membrane, whose tensile strength was lowered by the pressure roller, was effectively excluded.
1: 전해질막 w1: 전해질막 공급롤러의 회전속도
2: 양극이 코팅된 제1 이형지 w2: 회수롤러의 회전속도
2': 음극이 코팅된 제2 이형지 w3: 가압롤러의 회전속도
3: 막-전극 접합체 w4: 클립부 이동속도(=전해질막 견인속도)
4: 양극이 제거된 제1 이형지 v1: 제1 이송단계에서 전해질막 이동속도
4': 음극이 제거된 제2 이형지 v2: 제2 이송단계에서 전해질막 이동속도
10: 전해질막 공급롤러 v3: 제3 이송단계에서 전해질막 이동속도
20: 가압롤러 P1: 제1 영역
30: 회수롤러 P2: 제2 영역
40: 클립부, 몸체부
41: 클립부
42: 몸체부의 레일
A1: 공급부
A2: 가압부
A3: 회수부
A4: 고정부
B1: 시작점
B2: 끝점1: Electrolyte membrane w1: Rotation speed of electrolyte membrane supply roller
2: First release paper coated with anode w2: Rotation speed of recovery roller
2': Second release paper coated with cathode w3: Rotation speed of pressure roller
3: Membrane-electrode assembly w4: Clip part movement speed (=electrolyte membrane traction speed)
4: First release paper with anode removed v1: Electrolyte membrane movement speed in the first transfer step
4': Second release paper v2 with the cathode removed: Electrolyte membrane movement speed in the second transfer step
10: Electrolyte membrane supply roller v3: Electrolyte membrane moving speed in the third transfer step
20: Pressure roller P1: First area
30: Recovery roller P2: Second area
40: Clip part, body part
41: Clip part
42: Rail of body part
A1: Supply Department
A2: Pressurizing part
A3: Recovery Department
A4: Fixed part
B1: starting point
B2: Endpoint
Claims (20)
상기 공급부는 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 공급하고,
상기 가압부는 상기 공급부에서 이송된 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 가압하여 막-전극 접합체를 제조하는 한 쌍의 가압롤러를 포함하고,
상기 회수부는 상기 제조된 막-전극 접합체를 감는 회수롤러,
양극이 제거된 제1 이형지를 감는 제1 이형지 회수롤러 및
음극이 제거된 제2 이형지를 감는 제2 이형지 회수롤러를 포함하고,
상기 고정부는 상기 가압부의 전단 및 후단에서 상기 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부에 구비되고,
가압부의 전단에서 상기 전해질막의 양 측부에 구비된 고정부 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제1 영역을 포함하고,
상기 제1 영역은 상기 가압부의 가압롤러 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.It includes a supply part, a pressurizing part, a recovery part, and a fixing part,
The supply unit supplies an electrolyte membrane, a first release paper coated with an anode, and a second release paper coated with a cathode,
The pressing unit includes a pair of press rollers that press the electrolyte membrane, the anode-coated first release paper, and the cathode-coated second release paper transferred from the supply unit to produce a membrane-electrode assembly,
The recovery unit includes a recovery roller that winds the manufactured membrane-electrode assembly,
A first release paper recovery roller that winds the first release paper from which the anode has been removed, and
It includes a second release paper recovery roller that winds the second release paper from which the cathode has been removed,
The fixing portion is provided on both sides of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly at the front and rear ends of the pressurizing portion,
Comprising a first area between a fixing part provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressing part and a fixing part provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing part,
The first area is a tension-blocking membrane-electrode characterized in that it includes a second area between the pressing roller of the pressing unit and the fixing parts provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing unit. Conjugate manufacturing device.
상기 고정부는 이송되는 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 고정하는 집게를 포함하는 클립부; 및
상기 클립부를 체결한 몸체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
The fixing part includes a clip part including tongs that apply pressure to the upper and lower surfaces of both sides of the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly to be transported; and
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing apparatus comprising a body part fastened to the clip part.
상기 클립부의 전면에는 집게가 장착되어 있고,
상기 클립부의 후면은 상기 몸체부에 체결되어 있고,
상기 몸체부에는 다수의 클립부가 몸체부의 외부면을 따라 일정한 간격으로 체결되어 있고,
상기 클립부는 상기 몸체부의 외부면을 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 2,
A clamp is mounted on the front of the clip portion,
The rear of the clip portion is fastened to the body portion,
A plurality of clip parts are fastened to the body at regular intervals along the outer surface of the body,
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that the clip portion can move along the outer surface of the body portion.
상기 몸체부에 체결된 다수의 클립부는 상기 몸체부를 따라 일정 속도로 이동을 하며,
상기 클립부는 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체의 이송방향(MD방향)과 수평이 형성되는 시작점에서 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체를 집게로 집어서 전해질막 또는 막-전극 접합체를 견인하게 되고,
상기 전해질막 또는 막-전극 접합체의 이송방향(MD방향)과 수평이 끝나는 끝점에서 상기 전해질막 또는 막-전극 접합체를 집고있는 집게를 해체하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 3,
A plurality of clip parts fastened to the body move at a constant speed along the body,
The clip portion picks up the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly with tongs at a starting point that is horizontal to the transfer direction (MD direction) of the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly and pulls the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly,
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that dismantling the tongs holding the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly at an end point that is horizontal to the transfer direction (MD direction) of the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly.
상기 클립부의 이동속도 및 견인속도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 4,
Tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that the moving speed and traction speed of the clip part are the same.
상기 공급부는 전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
The supply unit is a tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that it includes an electrolyte membrane supply roller for supplying the electrolyte membrane.
상기 전해질막은 확장형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 지지체로 하고 불소계 이오노머가 함침된 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
The electrolyte membrane is a tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) is used as a support and impregnated with a fluorine-based ionomer.
상기 제1 영역은 회수롤러로부터 전달되는 장력을 받지 않는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that the first region does not receive tension transmitted from the recovery roller.
상기 제2 영역이 MD방향 및 TD방향으로 연신되지 않고, MD방향 및 TD방향으로 일정한 장력을 유지하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing apparatus, characterized in that the second region is not stretched in the MD and TD directions and maintains a constant tension in the MD and TD directions.
상기 가압부의 한 쌍의 가압롤러는 열 및 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조장치.According to paragraph 1,
A tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing device, characterized in that a pair of press rollers in the press unit applies heat and pressure.
상기 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지, 음극이 코팅된 제2 이형지 및 막-전극 접합체를 이송하는 이송단계;
막-전극 접합체를 회수롤러로 감고, 양극이 제거된 제1 이형지를 제1 이형지 회수롤러로 감고, 음극이 제거된 제2 이형지를 제2 이형지 회수롤러로 감는 회수 단계;를 포함하고,
상기 이송단계는 고정부의 장력으로 전해질막을 이송하는 제1 이송단계;
고정부를 통해 전해질막 및 막-전극 접합체를 견인하는 제2 이송단계; 및
회수롤러의 장력으로 막-전극 접합체를 이송하는 제3 이송단계;를 포함하고,
상기 제2 이송단계에서 고정부는 이송되는 전해질막 및 막-전극 접합체의 양 측부의 상부면 및 하부면에 압력을 가하여 상기 전해질막 및 막-전극 접합체를 각각 고정부에 고정시키는 집게를 포함하는 클립부; 및
상기 클립부를 체결한 몸체부;를 포함하고,
상기 고정부의 클립부는 상기 전해질막 및 막-전극 접합체를 각각 고정시켜서 견인하고,
상기 제2 이송단계는 한 쌍의 가압롤러로 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지를 가압하여 막-전극 접합체를 제조하는 가압단계를 더 포함하고,
제2 이송단계에서 상기 고정부는 상기 가압롤러의 전단에서 전해질막의 양 측부, 및 상기 가압롤러의 후단에서 막-전극 접합체의 양 측부에 구비되며,
가압부의 전단에서 상기 전해질막의 양 측부에 구비된 고정부 및 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양측부에 구비된 고정부 사이의 제1 영역을 포함하고,
상기 제1 영역은 상기 가압부의 가압롤러 및 상기 가압부의 후단에서 상기 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부 사이의 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.A supply step of supplying an electrolyte membrane, a first release paper coated with an anode, and a second release paper coated with a cathode;
A transfer step of transferring the electrolyte membrane, the first release paper coated with the anode, the second release paper coated with the cathode, and the membrane-electrode assembly;
A recovery step of winding the membrane-electrode assembly with a recovery roller, winding the first release paper from which the positive electrode has been removed with the first release paper recovery roller, and winding the second release paper from which the negative electrode has been removed with the second release paper recovery roller;
The transfer step includes a first transfer step of transferring the electrolyte membrane by tension of the fixing part;
A second transfer step of pulling the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly through the fixing part; and
A third transfer step of transferring the membrane-electrode assembly using the tension of the recovery roller,
In the second transfer step, the fixing part applies pressure to the upper and lower surfaces of both sides of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly to be transferred, and the clip includes a tong for fixing the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly to the fixing part, respectively. wealth; and
It includes a body part fastened to the clip part,
The clip portion of the fixing unit secures and pulls the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly, respectively,
The second transfer step further includes a pressing step of manufacturing a membrane-electrode assembly by pressing the electrolyte membrane, the anode-coated first release paper, and the cathode-coated second release paper with a pair of pressure rollers,
In the second transfer step, the fixing part is provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressure roller and on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressure roller,
Comprising a first area between a fixing part provided on both sides of the electrolyte membrane at the front end of the pressing part and a fixing part provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing part,
The first area is a tension-blocking membrane-electrode assembly manufacturing method, characterized in that it includes a second area between the pressing roller of the pressing unit and the fixing parts provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressing unit.
상기 제2 이송단계에서 전해질막 및 막-전극 접합체를 고정한 고정부의 견인속도(w4)는 제1 이송단계에서 전해질막 이송속도 및 제3 이송단계에서 막-전극 접합체 이송속도와 동일한 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
The traction speed (w4) of the fixing part that fixes the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly in the second transfer step is the same as the electrolyte membrane transfer speed in the first transfer step and the membrane-electrode assembly transfer speed in the third transfer step. Method for manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly.
상기 가압롤러의 후단에서 막-전극 접합체의 양 측부에 구비된 고정부는 상기 견인되는 막-전극 접합체의 변형이 최소가 되는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
A method of manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly, characterized in that the fixing portions provided on both sides of the membrane-electrode assembly at the rear end of the pressure roller are located at a point where deformation of the towed membrane-electrode assembly is minimized.
상기 제1 영역은 회수롤러로부터 전달되는 장력을 받지 않는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
A method of manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly, characterized in that the first region does not receive tension transmitted from the recovery roller.
상기 제2 영역에 포함되는 전해질막 및 막-전극 접합체는 MD방향 및 TD방향으로 연신되지 않고, MD방향 및 TD방향으로 일정한 장력을 유지하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
A method of manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly, characterized in that the electrolyte membrane and membrane-electrode assembly included in the second region are not stretched in the MD and TD directions and maintain a constant tension in the MD and TD directions.
상기 제1 이송단계, 제2 이송단계 및 제3 이송단계에서 전해질막 및 막-전극 접합체의 이송속도는 모두 동일하고,
시간이 지나도 상기 전해질막 및 막-전극 접합체의 이송속도에 변화가 없는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
In the first transfer step, second transfer step, and third transfer step, the transfer speeds of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly are all the same,
A method of manufacturing a tension-blocking membrane-electrode assembly, characterized in that there is no change in the transfer speed of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly over time.
가압단계에서 상기 한 쌍의 가압롤러는 공급되는 전해질막, 양극이 코팅된 제1 이형지 및 음극이 코팅된 제2 이형지에 열 및 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 장력차단 막-전극 접합체 제조방법.According to clause 12,
In the pressing step, the pair of pressure rollers applies heat and pressure to the supplied electrolyte membrane, the anode-coated first release paper, and the cathode-coated second release paper.
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