CN100414749C - 一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，包括高温烘烤箱、加热控温装置、排风装置、传送带、传送带循环动力传送装置、传送带循环传送控制装置，所述的高温烘烤箱的二侧面各设一狭长的通道孔，所述的传送带周而复始的由高温烘烤箱一侧面的通道孔进，从另一侧的通道孔出，所述的传送带循环动力传送装置绷设在传送带的内侧，所述的传送带循环传送控制装置与传送带循环动力传送装置电连接，该传送带循环传送控制装置可控制传送带的运行速度。与现有技术相比，本发明具有操作方便、安全，有利于连续、大规模生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；
(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可用作移动式或固定式发电站。
质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极(MEA)。膜电极是一种具有如图1所示的五层结构，分别是气体扩散层1’、催化剂层2’、质子交换膜3’、催化剂层4’、气体扩散层5’。
其中气体扩散层一般是多孔性的碳纤维纸、碳纤维布、碳砧等材料，该材料在膜电极中充当多种角色，例如：导电，帮助气体(燃料氢气、氧化剂空气)扩散，排出产物水，以及机械支撑作用。
一般来说，为了更好地发挥气体扩散层材料的多种功效，必须将这种多孔性的碳材料进行防水(疏水)性处理，例如：用聚四氟乙烯高分子细粒悬浮液浸渍并进行高温烘烤，让聚四氟乙烯高分子细粒融化并在多孔性碳材料表面形成一种疏水性的膜，使气体扩散层材料起到防水作用，从而能够增强气体扩散、排水及机械强度等作用。
在气体扩散层材料上涂上催化剂，一般是纳米级的碳粉载贵金属(如铂等)就成为电极。
上述二种工艺过程，即将气体扩散层材料进行防水处理，以及在气体扩散层材料上涂上催化剂后进行工艺处理，都涉及到高温烘烤。高温烘烤有以下二种功效：
1.将工艺过程中的一些化学溶剂，如水、有机溶剂等进行高温挥发；
2.将某些高分子化合物在高温烘烤下使其融化，或增强与其它材料分子的粘合力。
目前可以达到上述二种功效烘烤技术是采用一种可调控的高温烘箱，如图2。将待处理的气体扩散层材料或电极放入高温烘箱中，通过一定温度、时间的烘烤后取出。
这种高温烘箱烘烤技术有以下技术缺陷：
1.每次将气体扩散层的材料或电极放入高温烘箱时的操作不方便，而且由于烘箱内部温度高，操作有危险性。若人员操作不当，容易引起烫伤。
2.不利于连续、大规模生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作方便、安全，有利于连续、大规模生产的用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，包括高温烘烤箱、加热控温装置、排风装置，其特征在于，还包括传送带、传送带循环动力传送装置、传送带循环传送控制装置，所述的高温烘烤箱的二侧面各设一狭长的通道孔，所述的传送带周而复始的由高温烘烤箱一侧面的通道孔进，从另一侧的通道孔出，所述的传送带循环动力传送装置绷设在传送带的内侧，所述的传送带循环传送控制装置与传送带循环动力传送装置电连接，该传送带循环传送控制装置可控制传送带的运行速度。
所述的高温烘烤箱二侧面各设的狭长通道孔处于同一水平位置。
所述的传送带选自不锈钢、陶瓷材料制成。
所述的传送带的运行速度为0.1～10厘米/秒。
所述的加热控温装置设在高温烘烤箱的底部或顶部。
所述的加热控温装置将高温烘烤箱的温度控制在60～500℃。
所述的加热控温装置可选自电加热、远红外加热、油或燃气加热。
与现有技术相比，本发明的技术方案为一种带高温烘烤及通风装置的流水线。该流水线如图3所示，由流水传送带、可控温的高温烘烤装置、通风装置以及传送带循环传送控制与动力组成。
将气体扩散层材料经过防水工艺处理后，或将电极经过催化剂涂布工艺后放在传送带上，传送带一般由不锈钢材料、陶磁材料等制成。该传送带经过动力马达驱动，以较慢的速度循环传送，传送速度可以是0.1厘米/秒～10厘米/秒。可控温高温烤箱与传送带垂直的二侧有二个狭长的通道孔，可以让传送带自由通过。烤箱下面是加热、控温装置，可以是电加热、远红外加热及油、燃气加热等，将烤箱内温度控制在60℃～500℃之间的某个温度点上。当载有防水处理后的气体扩散层材料或电极的传送带进入已控温的烤箱时，就可以进行自动烘烤，可以通过控制传送带的传送速度及烤箱大小来控制烘烤时间。挥发出来的溶剂通过排风装置排出室外，有利于环保、健康。
本发明提供了一种可以克服现有技术缺陷的技术方案，不但操作方便、安全，而且有利于连续、大规模生产。
附图说明
图1为膜电极结构示意图；
图2为现有烘烤装置的结构示意图；
图3为本发明的结构示意图。
图3中：1.可控温高温烘烤箱；2.排风装置；3.加热控温装置；4.传送带循环传送控制装置；5.传送带循环动力传送装置；6.传送带。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图3所示，一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，包括高温烘烤箱1、加热控温装置3、排风装置2，传送带6、传送带循环动力传送装置5、传送带循环传送控制装置4；所述的加热控温装置3设在高温烘烤箱1的底部，所述的高温烘烤箱1的二侧面各设一狭长的通道孔11，该二侧面的狭长通道孔11处于同一水平位置，所述的传送带6周而复始的由高温烘烤箱一侧面的通道孔11进，从另一侧的通道孔11出，该传送带6由不锈钢材料制成，所述的传送带循环动力传送装置5绷设在传送带的二内侧，所述的传送带循环传送控制装置4与传送带循环动力传送装置5电连接，该传送带循环传送控制装置4可控制传送带6的运行速度。
在本实施例中，高温烘烤箱1的尺寸为1米×1米×1米，左、右二侧有二条90厘米×5厘米的狭长通道孔，可以让传送带通过，传送带宽为70厘米，传送带速度为1厘米/秒。烘烤箱内设置电加热，并通过加热控温装置3将烘烤箱内控温在450℃。已经经过防水处理后的多孔性碳纸尺寸为40厘米×40厘米，可以在烘烤箱左端连续放置并经过控温烘烤后在右端可以连续收出，整个操作过程是连续化的。各种溶剂从设在烘烤箱顶部的排风装置2排出。
实施例2
其它均与实施例1相同，所不同的是，将烘烤箱温度控制在80℃，在烘烤箱左端传送带上连续放置电极，经烘烤箱控温烘烤后在右端连续收取，整个操作过程也是连续化的。
Claims (7)
1. 一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，包括高温烘烤箱、加热控温装置、排风装置，其特征在于，还包括传送带、传送带循环动力传送装置、传送带循环传送控制装置，所述的高温烘烤箱的二侧面各设一狭长的通道孔，所述的传送带周而复始的由高温烘烤箱一侧面的通道孔进，从另一侧的通道孔出，所述的传送带循环动力传送装置绷设在传送带的内侧，所述的传送带循环传送控制装置与传送带循环动力传送装置电连接，该传送带循环传送控制装置可控制传送带的运行速度。
2. 根据权利要求1所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的高温烘烤箱二侧面各设的狭长通道孔处于同一水平位置。
3. 根据权利要求1所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的传送带选自不锈钢或陶瓷材料制成。
4. 根据权利要求1所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的传送带的运行速度为0.1～10厘米/秒。
5. 根据权利要求1所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的加热控温装置设在高温烘烤箱的底部或顶部。
6. 根据权利要求1所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的加热控温装置将高温烘烤箱的温度控制在60～500℃。
7. 根据权利要求1或6所述的一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置，其特征在于，所述的加热控温装置可选自电加热、远红外加热、油或燃气加热。
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| CN2775849Y (zh) * | 2004-11-02 | 2006-04-26 | 上海神力科技有限公司 | 一种用于燃料电池气体扩散层材料或电极的高温烘烤装置 |
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2004
- 2004-11-02 CN CNB2004100677066A patent/CN100414749C/zh active Active
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