CN103418530B - 异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法及电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，该涂覆方法包括以下步骤：给浆料盒内注入浆料；开启传动装置，使所述传动装置带动所述电极旋转；然后使所述电极浸入浆料里，从浆料盒一端进入浆料里，另一端旋转出浆料，在浆料里运行一段距离。该带有涂覆层的电极，按照上述的涂覆方法涂覆得到的电极。本发明采用旋转涂覆的方法，使得电极拥有良好的表面精度。

Description

异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法及电极

技术领域

本发明涉及电池制作领域，具体涉及一种异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法及电极。

背景技术

异型结构的直接甲醇燃料电池，无需采用具有复杂流场的双极板，不仅可以降低成本，减小重量和体积，还可以解决燃料的充填以及存储难题，并易解决燃料电池水和热的管理问题。因此，异型结构的直接甲醇燃料电池在应用时具有独特的优势，并已逐步为研究者所重视，异型指非平板型和无流场双极板。

经常见的干电池及锂电池虽然外形也是管状，但这些管状结构都是通过将前期处理过的电极片裁剪、绕卷得到的卷状结构，管状锂电池的制备是将电极片卷绕成卷状结构的，而异型直接醇类燃料电池常使用烧结或加工出来的管状石墨作为电极支撑体的，再使用手工涂覆扩散层及催化层的方法制备管状电极，不能通过卷绕这种方式进行批量加工。

现有的电极涂覆精度不高，得到大量表面精度高的电极是具有一定难度。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种能够使电极拥有良好表面精度的异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，包括以下步骤：

给浆料盒内注入浆料；

开启传动装置，使所述传动装置带动所述电极旋转；

然后使所述电极浸入浆料里，从浆料盒一端进入浆料里，另一端旋转出浆料，在浆料里运行一段距离。

本发明还提供一种电极，按照上述的涂覆方法涂覆得到的电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用旋转涂覆的方法，使得电极拥有良好的表面精度，缩短电极制备时间，降低劳动重复强度，提高电极制备效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的涂覆方法可选的流程图；

图2为本发明实施例提供的异型直接醇类燃料电池管状电极涂覆装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的传动装置的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明实施例提供的烘干装置与外壳的结构示意图；

图6为图5的侧视图。

附图标记：

1-涂覆机，

10-传动装置，100-传动连接板，101-电机轴，102-传动主轴，103-主动轮，104-从动轮，105-第一传动齿轮，106-第二传动齿轮，

11-电极支撑架，110-支撑架中轴，111-支撑杆；

2-浆料盒；

3-烘干装置；

4-外壳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，包括以下步骤：

给浆料盒内注入浆料；

开启传动装置，使所述传动装置带动所述电极旋转；

然后使所述电极浸入浆料里，从浆料盒一端进入浆料里，另一端旋转出浆料，在浆料里运行一段距离。

本发明针对异型直接醇类燃料电池的管状电极特殊结构，采用旋转涂覆使得电极拥有良好的表面精度。

本实施例在上述实施例的基础上，开启传动装置之前包括将电极固定到支撑杆上；所述传动轴带动所述支撑杆旋转，使所述电极围绕传动轴公转的同时，并产生自转运动。

通过电极在涂覆过程中的自转，使得涂覆在电极外表的浆料得到充分的运动，防止由于静止涂覆引起的浆料聚集成股等现象，涂覆更均匀。

优选的，还包括干燥步骤，当所述电极旋转时，开启烘干器对涂覆有浆料的电极进行烘干；或/和，旋转出浆料的电极再浸入浆料里进行涂覆或更换浆料盒里的浆料后再进行涂覆。

在传动过程中要对电极同时进行烘干，实现电极的短时间内烘干，缩短电极制备时间。

优选的，还包括将传动装置、电极及浆料盒放入外壳内，给所述外壳内通入惰性气体。

在外壳内充入惰性气体，如氮气等保护气体，保证烘干的效果。

具体地，为保证烘干效果，所述干燥步骤还包括：将烘干器安装在外壳上，使所述电极的运动路线在烘干器的烘干范围内。

优选的，还包括，调整所述烘干器的出风方向，使出风方向对着旋转出浆料的电极。

在传动装置下方预置浆料盒，可将烘干器的出风方向调至向上，使出风方向对着旋转出浆料的电极，避免将涂覆浆料烘干、产生板结，影响涂覆效果。

所述电极的表面涂覆催化层载量为1-5mg/cm²、扩散层载量为1-5mg/cm²；或/和，所述电极浸入浆料的时间为1-60min。

通过上述工艺参数的控制，易于控制电极单次涂覆担载量及表面质量，从而控制整个涂覆进程，缩短涂覆时间。

本发明电极浸入浆料盒的时间通过调整电机的转数，或/和，齿轮的传动比，或/和，所述电极在浆料内的运行距离来控制。

通过控制电机的转速及传动比使得过程控制的精度得到提高。

通过控制其加热时间，配合电机转动速度，实现电极涂覆的同时完成烘干，缩短电极制备所需时间。所述干燥的时间为整个涂覆时间或30-60min，或/和，所述干燥的温度为5-150℃。

本发明优选的涂覆方法：

参见图1：

步骤S101：将电极固定到支撑杆上:

给浆料盒内注入浆料，将电极固定到支撑杆上；

步骤S102：电极自转的同时，进行围绕装置的传动轴公转:

开启传动装置，使所述电极围绕传动轴公转的同时，并产生自转运动；

步骤S103：电极涂覆：

传动装置转动，使电极浸入在浆料中，电极从浆料盒一端进入浆料里，另一端旋转出浆料，在浆料里运行一段距离，进行涂覆；在装置下方预置浆料盒；

步骤S104：烘干：

开启烘干装置，对旋转出浆料的电极进行烘干；进行烘干的电极直接再次涂覆或更换浆料再次涂覆。

本发明还提供一种电极，按照上述的涂覆方法涂覆得到的电极。

采用本发明的方法得到的带有涂覆层的电极，

本发明通过旋转涂覆的方法，更直接的实现了电极涂覆过程中电极表面精度的控制，利用涂覆浆料的离心运动及其围绕支撑杆表面的流动性，使电极的表面精度得到提高。

本发明的涂覆方法具体可采用以下的装置实现:

参见图2，一种异型直接醇类燃料电池管状电极涂覆装置，包括涂覆机1和浆料盒2，涂覆机1包括传动装置10和至少一个电极支撑架11，电极支撑架11连接传动装置10，电极支撑架11用于安装电极，浆料盒2用于放置浆料，所述电极通过传动装置10能够将浆料涂覆在表面。

本发明通过传动装置带动电极旋转，从而使浆料盒内的浆料涂覆在电极表面，具有自动化生产，生产效率高，自动涂覆，速度均匀可控，因此电极表面浆料涂覆均匀。

优选的，为了时电极表面尽快干燥，还包括烘干装置3，烘干装置3用于将涂覆浆料后的电极表面烘干。

参见图2、图5和图6，优选的，还包括外壳4，外壳4内设有涂覆机1和浆料盒2，烘干装置3设置在外壳4上。

为了保证烘干时，电极支撑体处于一个密闭环境，在传动装置外侧加一个烘干用外壳，外壳内可通入氮气，保证更好的烘干效果。

参见图5和图6，优选的，烘干装置4包括至少一个烘干器。

本发明的外壳上可以按照多个烘干器，保证电极的运动路线在烘干器的有效烘干范围内，通过控制烘干温度及电极的转速，实现电极的短时间内烘干，缩短电极制备时间。

参见图2、图3和图4，本实施例在上述实施例的基础上，传动装置10包括与电机轴101相连的第一传动齿轮105及与第二传动齿轮106相连的传动主轴102，传动主轴102连接主动轮103，主动轮103连接至少一个从动轮104，从动轮104连接电极支撑架11。

本发明的从动轮可以为多个，每个从动轮连接一个电极支撑架。本发明的传动装置采用齿轮传动中行星轮系的一般结构。参见图4，可以通过第一齿轮105连接电机轴，第一传动齿轮105连接传动主轴102上的第二传动齿轮106，从而带动传动主轴102旋转。

参见图3和图4，本实施例在上述实施例的基础上，电极支撑架11包括至少一个支撑架中轴110，支撑架中轴110沿着从动轮104径向设置，支撑架中轴110的两端部均位于从动轮104的外径以外。

支撑架中轴为控制电极伸出半径的轴，支撑架中轴的长度要比从动轮的齿顶圆半径长，即支撑架中轴伸出从动轮的齿顶圆以外，保证需要涂覆的电极可以在浆料盒中充分浸涂，而从动轮的外缘不与浆料接触。

参见图2和图3，优选的，支撑架中轴110的至少一个端部设有支撑杆111，支撑杆111用于放置电极。

放置电极的支撑杆设置在支撑架中轴的端部，保证了从动轮不与浆料接触，支撑架中轴可以以中心为交叉设有多个，每个支撑架中轴的两个端部均设有支撑杆，这样每个电极支撑架上可以安放多个电极，支撑杆可以绕同一圆心布置，只要不影响到支撑杆上电极的涂覆厚度即可，从而达到批量化生产的目的。

参见图3，优选的，为了便于制作及电极的放置，支撑杆111垂直于支撑架中轴110。

参见图2，本发明的从动轮104为两个以上，两个以上从动轮104分别连接传动连接板100；或/和，浆料盒2设置在传动主轴102的下方。

传动连接板起到保证传动时齿轮的相对位置的作用，传动连接板不与传动轴相连。

传动连接板可根据需要制作成所需形状，例如，传动连接板100上设有开孔，传动轴102穿过所述开孔。

发明的传动装置采用齿轮传动中行星轮系的一般结构，传动轴102与动力源相连，动力源可以是电动机等，传动主轴102带动其上主动轮103转动，主动轮103带动与之配合的从动轮104，传动连接板100按一定传动比运动，带动与其连接的电极支撑架11，同时带动电极支撑架11上的电极围绕传动轴102进行公转、围绕齿轮4中心线自转，其中，从动轮2数量可视具体需要确定，如图3和图4所示，为三个从动轮的行星轮系。

本发明在传动装置下方放置装有一定量浆料的容器，可以是浆料盒，当电极转动至浆料盒一端时，通过控制主动轮的转速来间接控制浆料浸涂时间，通过控制齿轮传动比来控制小齿轮的转速，从而保证电极在浆料中得到充分的浸泡。本发明的电机使用步进电机或其它便于直接、间接控制位移量的电机带动传动轴旋转。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (4)

1.一种异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

给浆料盒内注入浆料；

开启传动装置，使所述传动装置带动所述电极旋转；

然后使所述电极浸入浆料里，从浆料盒一端进入浆料里，另一端旋转出浆料，在浆料里运行一段距离；

所述开启传动装置之前包括将电极固定到支撑杆上；所述传动轴带动所述支撑杆旋转，使所述电极围绕传动轴公转的同时，并产生自转运动；

还包括：

干燥步骤：当所述电极旋转时，开启烘干器对涂覆有浆料的电极进行烘干；或/和，

旋转出浆料的电极再浸入浆料里进行涂覆或更换浆料盒里的浆料后再进行涂覆；

所述干燥步骤还包括：将烘干器安装在外壳上，使所述电极的运动路线在烘干器的烘干范围内；并调整所述烘干器的出风方向，使出风方向对着旋转出浆料的电极；

所述电极的表面涂覆催化层载量为1-5mg/cm²、扩散层载量为1-5mg/cm²；所述电极浸入浆料的时间为1-60min。

2.根据权利要求1所述的异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，其特征在于，还包括将传动装置、电极及浆料盒放入外壳内，给所述外壳内通入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，其特征在于，所述电极浸入浆料盒的时间通过调整电机的转数，或/和，齿轮的传动比，或/和，所述电极在浆料内的运行距离来控制。

4.根据权利要求1-3任一项所述的异型直接醇类燃料电池管状电极的涂覆方法，其特征在于，所述干燥的时间为30-60min或整个涂覆的时间，或/和，所述干燥的温度为5-150℃。