CN104300159A - 一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，包括设有多个吸气孔的吸气底盘、密封薄膜、定位销、喷涂盖板和多孔板，吸气底盘、喷涂盖板、涂覆膜和多孔板的四周均设有多个用于连接定位销的定位孔，定位销依次固定吸气底盘、多孔板、涂覆膜和喷涂盖板。所述制备治具，可根据实际需求自由添加定位销，使得一套治具可以供给多种尺寸催化剂涂覆膜的制备，有效降低催化剂涂覆膜的制备成本。吸气底盘与多孔板的相对侧胶接密封薄膜，可有效保证催化剂涂覆膜喷涂制备治具与真空吸盘的气密性，有效保证催化剂涂覆膜制备的平整性。

Description

一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具
技术领域
本发明涉及一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，属于机械技术领域。
背景技术
膜电极是燃料电池的核心部件，而其中的催化剂涂覆膜则更是膜电极的关键组件，其制备的好坏直接影响膜电极性能，而规模化制备则是影响膜电极成本及限制燃料电池发展的重要原因之一。
但是催化剂涂覆膜所使用的原材料涂覆膜，质地较薄，一般只有15-50微米，机械强度较低，且易受外界影响，如该膜在加热条件下，脱水收缩，如果治具设计不合理，极易造成膜收缩变皱，进而影响催化剂涂覆膜性能。且若治具设计不合理，在空气中操作过久，则会导致涂覆膜吸收空气中的水分导致溶胀变形；或在干燥的环境下脱水收缩变形，进而影响使用；以及过多的粘附空气中的尘埃，进而影响催化剂涂覆效果。
涂覆膜受热脱水过多将严重影响催化剂涂覆膜的性能，原因是由于涂覆膜的主要成分是nafion，超过80℃，nafion材料中的磺酸根就会脱水；温度高于100℃，磺酸根之间会发生交联或裂解，甚至导致涂覆膜出现变色等现象，进而降低膜电极性能。因此在催化剂涂覆膜制备过程中，需尽量降低制备温度，但制备温度过低，浆料涂覆在涂覆膜上导致膜表面突然降温，若温度补偿不迅速，则导致涂覆在涂覆膜表面的催化剂不能及时干燥，出现堆积现象，严重影响制备效果及膜电极性能。
涂覆膜受温度影响如此显著，若治具传热不均，则导致制备的催化剂涂覆膜性能一致性较差。
采用超声雾化喷涂的方式制备催化剂涂覆膜，若不采取外在辅助条件，所制备的催化剂涂覆膜容易变皱，因此一般制备过程中均采用真空加热的方式。但治具与真空加热底盘为固体与固体接触，密封性很难达到要求，进而导致催化剂涂覆膜变皱。
因此设计一种传热速度快、温度传热均匀、方便操作、与真空加热吸盘密封性好的治具设计相当关键。
 
专利申请号201220568933.7，从实施例可以看出，该膜电极喷涂治具采用上框和下框组合，在上框与下框之间添加有防滑缓冲垫，并需拧紧12颗螺丝对多孔膜进行固定。且12颗螺丝的拆装工作量较大，不适用于规模化生产工作，而且反复拆装容易磨损治具的螺纹。
发明内容
本发明提供一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，能够解决以上所述缺陷，使铺膜平整，且因容易拆装使更换涂覆膜方便快捷。
为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：所述制备治具包括盘面上设有多个吸气孔的吸气底盘、定位销、喷涂盖板和多孔板，吸气底盘、喷涂盖板、涂覆膜和多孔板的四周均设有多个用于连接定位销的定位孔，所述定位销依次固定吸气底盘、多孔板、涂覆膜和喷涂盖板。吸气底盘、定位销、喷涂盖板和多孔板上的定位孔沿各个部件的外径由内向外延伸设有多个，在需要喷涂涂覆膜时，根据涂覆膜的大小，对应相应位置的定位孔，再使用定位销定位，如此，多种尺寸的涂覆膜可使用同一个制备治具，节约了制造成本。另外，定位销的使用使涂覆膜翻转更换的过程更加便捷。密封薄膜的加入，可以显著提高吸气底盘与真空吸盘的气密性，保证催化剂涂覆膜制备的平整性。
进一步地，所述吸气底盘与多孔板的相对侧胶接密封薄膜。
进一步地，所述的密封薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜，在密封薄膜的一侧一侧粘附有热固性有粘性的胶膜。
进一步地，所述的密封薄膜厚度为0.2-0.6mm，胶膜耐热温度为75-110℃。 
本发明涉及的这种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，可根据催化剂涂覆膜实际需求尺寸选用、组合吸气底盘，且可根据实际需求自由添加定位销，使得一套治具可以供给多种尺寸催化剂涂覆膜的制备，有效降低催化剂涂覆膜的制备成本，吸气底盘与多孔板的相对侧胶接密封薄膜，可有效保证催化剂涂覆膜喷涂制备治具与真空吸盘的气密性，有效保证催化剂涂覆膜制备的平整性。
附图说明
图1为本发明一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具剖视图。
具体实施方式
如图1所示，正常使用时，喷涂盖板处于上部，密封薄膜处于底部，密封薄膜设置在吸气底盘与真空装置之间。制备治具包括设有多个吸气孔的吸气底盘2、多孔板3、定位销5、喷涂盖板6，吸气底盘2、多孔板3、涂覆膜4、喷涂盖板6的四周均设有多个用于连接定位销5的定位孔，所述定位销5依次固定吸气底盘2、多孔板3、涂覆膜4和喷涂盖板6。
吸气底盘2与多孔板3的相对侧胶接密封薄膜1。在吸气底盘2上安装4个定位销5，与喷涂盖板6的开孔位置对应，便于固定喷涂盖板；该治具的特点是可根据制备面积的实际需求，选择吸气底盘的组合大小，且可以根据实际需求自由添加定位销的位置，使得一套治具可以供给多种尺寸催化剂涂覆膜的制备；并且在吸气底盘2的底部粘结有一层密封薄膜1，可有效保证喷涂治具使用过程中的气密性。
密封薄膜1上与吸气底盘上吸气孔相对应处设有透气孔11。
所述吸气底盘2设有若干个，密封薄膜1为一个，胶接在吸气底盘2上与多孔板3相对一侧，所有吸气底盘2的吸气孔21均与密封薄膜的透气孔11位置相对应。其中，吸气底盘2可以为一个或多个，可根据实际尺寸需求组合吸气底盘2，在吸气底盘2的底部粘结有一层密封薄膜1，在吸气底盘的上方放置一层多孔板，并将待喷涂薄膜放置在多孔板3的上方，最后加盖喷涂盖板6。
吸气底盘2厚度为3-8mm，盘面具有多个吸气孔；其材质可以为多孔铝板、多孔石墨板，其表面具有缓压孔，孔径范围为1-4mm。
喷涂盖板6放置在所需喷涂薄膜之上，喷涂盖板边框的开孔与定位销5的位置一致，进而固定喷涂盖板6；且喷涂盖板可以为环氧树脂材料、玻璃钢或金属板，尺寸根据催化剂涂覆膜喷涂尺寸确定，且一个吸气底盘2可以根据实际需求尺寸配套有多个喷涂盖板6。
密封薄膜1的外径大于吸气底盘2的外径。
密封薄膜1的厚度是25-100微米，为一面带胶的高分子材料，可以为聚乙烯或聚丙烯。在高分子材料的表面根据吸气底盘吸气孔的孔径及位置开孔，高分子材料与吸气底盘2粘结在一起时，要保证高分子材料的透气孔与吸气底盘的吸气孔处于同一位置，保证通气性。密封薄膜1在治具中可以有效的保证吸气底盘与真空加热平台的接触，提高接触的气密性，有效提高制备催化剂涂覆膜过程中的真空度，进而提高制备质量。
其中，多孔板3可以为多孔聚四氟乙烯膜、多孔导热薄板或多孔碳纸；放置在吸气底盘2与所需喷涂的薄膜材料之间，多孔板3的表面设有多个缓压孔，缓压孔的孔径小于吸气底盘2上的吸气孔21。该多孔板在治具中不仅可以起到保证抽真空的顺利进行，还可以减少吸气底盘2的较大孔径在真空条件下对所需喷涂薄膜的影响。
其中，喷涂治具的组装步骤：
1)      根据实际需求尺寸选择一个吸气底盘或多个吸气底盘组合在一起；
2)      根据吸气底盘的尺寸、孔径、孔径间距制备好一个带胶的密封薄膜，在保证密封薄膜材料的开孔与吸气底盘的开孔相吻合的前提下，将密封薄膜带胶的一面与吸气底盘粘结在一起，密封薄膜的外径大于吸气底盘外径的2-10mm；
3)      根据实际尺寸需求在吸气底盘上安装4个定位销；
4)      将多孔板安装在多孔吸气底盘上，并由4个定位销定位；
5)      将涂覆膜根据定位销的位置，裁剪4个定位孔，并安装在多孔板的上面，由4个定位孔定位；
6)      喷涂盖板根据定位销的位置开孔；并安装在涂覆膜的的上方，由4个定位销定位；
7)      第一面喷涂完毕，将整套喷涂治具取下，将涂覆膜取下，并反转另一面后，依照5-6步骤再将喷涂过一面的涂覆膜安装在治具上。
本发明实现了一种治具可以适用于多种尺寸催化剂涂覆膜的制备，节约了制备成本；且吸气底盘底部粘有一层密封薄膜，可有效保证治具与真空吸盘的气密性。其中带胶的密封薄膜为高分子材料，材质为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜，在高分子薄膜的一侧粘附有热固性有粘性的胶膜，胶膜耐热温度为75-110摄氏度。
综上所述，本发明涉及的这种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，可根据实际喷涂尺寸需要，采用一个或多个吸气底盘组合在一起，并可调整定位销的位置，选择需要喷涂催化剂涂覆膜的尺寸；吸气底盘的下表面粘附有一层密封薄膜材料，可有效保证喷涂治具使用过程中与真空吸盘的气密性；在喷涂吸气底盘的上方、涂覆膜下方放置一层多孔板，可有效保证涂覆膜不被真空抽破，减轻真空产生的压力对涂覆膜的影响；且催化剂涂覆膜喷涂治具仅需4个定位销对涂覆膜进行定位，再加上盖板即可，涂覆膜方便取放，操作方便，节约治具的组装时间，减少了工作量。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述制备治具包括盘面上设有多个吸气孔的吸气底盘、密封薄膜、定位销、喷涂盖板和多孔板，吸气底盘、喷涂盖板、涂覆膜和多孔板的四周均设有多个用于连接定位销的定位孔，所述定位销依次固定吸气底盘、多孔板、涂覆膜和喷涂盖板。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述吸气底盘与多孔板的相对侧胶接密封薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述的密封薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜，在密封薄膜的一侧一侧粘附有热固性有粘性的胶膜。
4.根据权利要求2或3所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述的密封薄膜厚度为0.2-0.6mm，胶膜耐热温度为75-110℃。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述密封薄膜上与吸气底盘上吸气孔相对应处设有透气孔。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述多孔板的表面设有多个缓压孔，所述缓压孔的孔径小于吸气盘上的吸气孔。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述吸气底盘设有若干个，密封薄膜为一个，胶接在吸气底盘上与多孔板相对一侧，所有吸气底盘的吸气孔均与密封薄膜的透气孔位置相对应。
8.根据权利要求2、3、5中任一项所述的一种燃料电池催化剂涂覆膜喷涂制备治具，其特征在于，所述密封薄膜的外径大于吸气底盘的外径。
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