專利名稱：將貼花紙層壓至載體薄膜的方法
技術領域：
所公開的實施方案通常涉及將貼花紙(decal)基片層壓至載體薄膜的方法。
背景技術：
在燃料電池技術中，將催化劑涂敷在聚合物電解質膜上。催化劑層可直接沉積在膜上，或通過在貼花紙基片上先涂覆催化劑而間接施加在膜上。使用滾壓方法以漿料形式將催化劑涂覆在貼花紙基片上。在其上涂覆了催化劑的膜叫作催化劑涂覆膜(CCM，catalyst coated membrane)。
催化劑涂覆在貼花紙基片上之后，可以在催化劑被轉移到膜之前將離聚物噴涂在催化劑上。盡管催化劑和膜都包含離聚物，離聚物噴涂層在催化劑和膜之間提供較好的接觸。這增大了膜和催化劑之間的質子交換，因此提高了燃料電池的性能。
貼花紙基片可以是多孔材料，例如多孔膨體聚四氟乙烯(ePTFE)貼花紙基片。然而，ePTFE基片昂貴且不能再使用。尤其是，當催化劑被轉移到ePTFE基片上的膜時，一部分離聚物保留在ePTFE基片中。而且，在處理期間，ePTFE基片可以拉伸、變形并吸收溶劑，因此，ePTFE基片在使用過一次之后被拋棄。
貼花紙基片還可以是非多孔材料，例如乙烯四氟乙烯(ETFE)貼花紙基片。因為幾乎全部的涂覆物和離聚物都在貼花方法中被轉移了，ETFE貼花紙基片提供了催化劑和離聚物到基片的最小損失。ETFE貼花紙基片沒有變形并可以再使用。
在另一個制造技術中，制備膜電極組件(MEA)作為催化劑涂覆的擴散介質(CCDM)而不是CCM。擴散介質是多孔材料，所以氣體和水可以通過MEA傳送。擴散介質典型的是涂覆有微孔層的碳紙基片，其中微孔層是碳和氟聚物(FEP、PVDF、HFP、PTFE等)的混合物。催化劑油墨(ink)通常涂覆在微孔層的頂部，其可以完全涂覆，例如通過離聚物溶液噴霧。一片裸全氟化的膜夾在兩片CCDM之間，其中催化劑一側朝向膜，然后熱壓以將CCDM與膜粘結。
在共同轉讓的Sompalli等人的美國專利6,524,736中可以發(fā)現(xiàn)一種制備耐用的MEA的方法。該方法包括通過在多孔膨體PTFE支撐物或網(wǎng)狀物上涂覆催化劑油墨以產生具有如圖1-2a所示的離聚物粘合劑的均一分布的電極的制備MEA的工藝。還描述了過量噴灑(over-spray)的想法以輔助催化劑很好的轉移到膜上。Sompalli等人的美國專利6,524,736公開了以下內容。其上沉積有催化劑的非常薄的微孔基片可能是難以處理的，并且多孔載體薄膜可以粘結到薄的微孔基片上以提供強度和支撐的層。在將基片從膜電極組件上去除的過程中，多孔載體薄膜可以充分地粘結到微孔基片上。必須在整個過程中保持微孔基片和多孔載體薄膜之間的粘結，并且必須在熱壓步驟的溫度下維持此粘結。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個實施方案包括一種方法，其包括在載體薄膜上沉積包含離聚物和溶劑的液體粘結層；在液體粘結層上放置貼花紙基片并干燥液體粘結層以提供包含離聚物的固體粘結層，并且固體粘結層將貼花紙基片和載體薄膜粘結在一起。
通過以下提供的詳細描述，本發(fā)明的其它實施方案將變得清楚。應認識到，當指出本發(fā)明的典型實施方案時，詳細描述和具體實施例意圖在于僅說明而非限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細描述以及附圖，將對本發(fā)明示例性實施方案有更全面的理解，其中圖1說明了本發(fā)明的一種實施方案，其包括在載體薄膜上沉積含有離聚物的液體粘結層的方法；圖2說明了本發(fā)明的一種實施方案，其包括在液體粘結層上沉積貼花紙基片；圖3說明了本發(fā)明的一種實施方案，其包括使液體粘結層固化和在貼花紙基片上沉積催化劑漿料層的方法。
具體實施例方式
以下實施方案的描述實際上僅是示范性的，其意圖并不在于限制本發(fā)明、其應用或使用。
現(xiàn)在參照圖1，本發(fā)明的一個實施方案包括在載體薄膜10上沉積液體粘結層12的方法。在本發(fā)明的一個實施方案中，載體薄膜10厚度為25至100微米。在本發(fā)明的一個實施方案中，載體薄膜可以是PET、聚酰亞胺(Kapton)、PEN、PVDF或任何可以經(jīng)受高達150℃溫度的聚合物薄膜。液體粘結層12包含離聚物和溶劑。在本發(fā)明的可替換的實施方案中，液體粘結層12可以沉積至厚度為5-200微米、5-100微米或其間的厚度。
現(xiàn)在參照圖2，在本發(fā)明的一個實施方案中，在液體粘結層12中的溶劑蒸發(fā)之前，在最小的或升高的壓縮下將貼花紙基片14放置于液體粘結層12上。此后，使用熱量，例如來自烘箱或烘干燈的熱量，使液體粘結層12中的溶劑蒸發(fā)或被驅散。在一個實施方案中，在室溫至120℃的溫度范圍內干燥液體粘結層12，更優(yōu)選在60-120℃的溫度范圍內進行干燥。
貼花紙基片14可以是具有2微米以下孔徑的任何種類的材料，其孔徑優(yōu)選在0.5微米以下，最優(yōu)選在0.2微米以下。多孔材料的空隙體積可以在50％至80％的范圍內。優(yōu)選在130-150℃的溫度范圍內使多孔材料溫度相容達約5分鐘。可以在貼花紙基片14上施加另外的表面覆蓋物以促進貼花紙基片14上形成的催化劑的釋放。貼花紙基片14可以是各種多孔材料，包括例如多孔聚乙烯或多孔聚丙烯。載體薄膜10比貼花紙基片14具有更大的機械強度和耐撕裂性。在本發(fā)明的一個實施方案中，貼花紙基片14可以是ePTFE，載體薄膜10可以是PET。
現(xiàn)在參照圖3，在本發(fā)明的一個實施方案，在液體粘結層12中的溶劑蒸發(fā)后，包含離聚物的固體粘結層12’將載體薄膜10和貼花紙基片14固定在一起。在本發(fā)明的可替換實施方案中，固體粘結層12’厚度可以是0.05-10微米、0.05-2微米、0.1-1微米或其間厚度范圍。催化劑漿料層16沉積在貼花紙基片14上并將其干燥以制成貼花紙組件18，貼花紙組件18包含附著在粘結到載體薄膜10上的貼花紙基片14的干燥的催化劑層16。
催化劑層優(yōu)選包括一組支撐精細研碎(finely divided)催化劑顆粒(例如鉑)的精細研碎的碳顆粒和與這些顆?；祀s的質子傳導材料。質子傳導材料可以是離聚物，比如全氟化磺酸聚合物。優(yōu)選的催化劑材料包括金屬例如鉑、鉑合金以及燃料電池領域公知的其他催化劑。
液體粘結層12包含離聚物和溶劑。溶劑可以是水、低沸點的醇或其混合物。例如，醇具有低于120℃的沸點并具有有限的干燥時間。低沸點醇的實例是甲醇、乙醇、異丙醇和正丙醇。使用包含離聚物的液體粘結層12將貼花紙基片14和載體薄膜10粘結在一起，從而不需要在高溫下將貼花紙基片14和載體薄膜10層壓在一起，其可能損壞比如ePTFE的多孔貼花紙基片。
當使用術語“之上”、“疊加”、“放上面”或“之下”、“下層”、“放下面”來說明第一組分或層與第二組分或層的位置關系時，應意味著第一組分或層與第二組分或層直接接觸，或另外的層或組分可以夾在第一組分或層和第二組分或層之間。
本發(fā)明的描述實質上僅是示范性的，因此，其中的改變并不意味脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種方法，其包括在載體薄膜上沉積包含離聚物和溶劑的液體粘結層；將貼花紙基片放置在液體粘結層上并干燥液體粘結層以提供包含離聚物的固體粘結層，并且固體粘結層將貼花紙基片和載體薄膜粘結在一起。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中貼花紙基片包括多孔材料。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中貼花紙基片是多孔的并包括聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的一種。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中貼花紙基片包括膨體聚四氟乙烯。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中貼花紙基片包括具有10-200微米孔徑的多孔材料。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中載體薄膜包括非-多孔材料。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中載體薄膜包括多孔材料。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中載體薄膜具有比貼花紙基片更大的機械強度。
9.根據(jù)權利要求1的方法，其中載體薄膜包括PET。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中載體薄膜包括Kapton。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其中離聚物包括磺化全氟化碳。
12.根據(jù)權利要求1的方法，其中溶劑包括水。
13.根據(jù)權利要求1的方法，其中溶劑包括低沸點醇。
14.根據(jù)權利要求1的方法，其中溶劑包括水和低沸點醇。
15.根據(jù)權利要求1的方法，其中將載體薄膜上的液體粘結層沉積至厚度為5-200微米。
16.根據(jù)權利要求1的方法，其中將載體薄膜上的液體粘結層沉積至厚度為5-100微米。
17.根據(jù)權利要求1的方法，其中固體粘結層厚度為0.05-10微米。
18.根據(jù)權利要求1的方法，其中固體粘結層厚度為0.05-2微米。
19.根據(jù)權利要求1的方法，其中固體粘結層厚度為0.1-1微米。
20.根據(jù)權利要求1的方法，其中干燥液體粘結層在室溫至200℃下進行。
21.根據(jù)權利要求1的方法，其中干燥液體粘結層在60-120℃下進行。
22.根據(jù)權利要求1的方法，還包括在貼花紙基片上沉積催化劑層。
全文摘要
一種將貼花紙層壓至載體薄膜的方法，包括在載體薄膜上沉積包含離聚物和溶劑的液體粘結層；將貼花紙基片放置在液體粘結層上并干燥液體粘結層以提供包括離聚物的固體粘結層，并且固體粘結層將貼花紙基片和載體薄膜粘結在一起。
文檔編號B32B7/12GK101055928SQ200710100650
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權日2006年2月27日
發(fā)明者B·索姆帕利, 紀純新, 甄蘇珊, H·A·加斯泰格, 下田博司 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司, 旭硝子株式會社