CN109876961A - 直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备及涂装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备及涂装方法，包括操作箱、送料箱，送料箱固定设于操作箱侧壁上，操作箱内自上而下依次设有上料腔、涂装腔、气腔，上料腔底部连通设有多个喷枪系统，上料腔侧壁通过送料管与送料箱底部侧壁相连通，涂装腔中部转动设有固定框，固定框上对应于喷枪系统下方设有夹持机构，气腔上表面贯穿设有多个通管，通管下端与气腔内相连通，通管内配设有活塞柱，活塞柱上端固定连有平台板，本发明涂装设备操作简便，对原料具有良好的预处理性，可同时对多个产品进行涂装，且正反面切换便捷，大大提高了喷涂的效率和质量。

Description

直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备及涂装方法

技术领域

本发明涉及甲醇燃料电池生产加工技术领域，具体涉及一种直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备及涂装方法。

背景技术

随着电子和信息工业的快速发展，无线通讯设备和各类便携式消费类电子产品不断涌现并迅猛增长，功能不断强大，用户对所配置的电池性能提出了更高的要求，而且市场需求巨大。如何制造高比能、续航时间更长、更安全的新型移动电源一直是近年来全球研究的热点，也是我国积极应对国际竞争、占领具有巨大市场前景的移动电子产品产业链制高点的迫切要求，必将为我国经济发展带来新的增长点和可观的经济效益。以近期应用为目标的直接甲醇燃料电池(DMFC)代表了高比能化学电源的发展方向，但其能量转换效率、功率密度、成本和寿命尚难满足实用化要求，还有待进一步的深入研究，攻克制约其发展的技术瓶颈。

DMFC是用甲醇为燃料，在电催化剂的作用下，将储存在燃料中的化学能转变成电能，对外做功的发电装置。它具有理论比能量密度高，结构紧凑、系统简单，微型化潜力大；燃料来源丰富，价格低廉，环境友好等特点。与氢氧燃料电池相比，直接醇类燃料电池不存在氢储存和运输时的安全性问题，能更有效地实现燃料电池的微型化设计和应用。所以，DMFC是微小型电子设备供电的优选便携式电源，具有广阔的商业化前景。

在直接甲醇燃料电池生产过程中，催化剂的使用是至关重要的，当下，膜电极催化层的制备一般采用的方法有刮刀涂覆、丝网印刷、喷镀、溅射、超声喷涂等方式。刮刀涂覆和丝网印刷很难保证薄层催化层的均匀性。喷镀、溅射可以实现薄层催化层涂覆，但难以规模化生产。超声喷涂是一种新型制备燃料电池膜电极的方法，可制备薄且均匀性好的催化层，有效降低膜电极成本，但目前超声喷涂技术应用于膜电极的制备仅限于实验室内，而燃料电池的商业化必须要以实现膜电极产品的批量化、自动化生产为基础，因此也无法满足需求。因此，需要对现有技术做出改进。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备及涂装方法，该涂装设备操作简便，对原料具有良好的预处理性，可同时对多个产品进行涂装，且正反面切换便捷，大大提高了喷涂的效率和质量。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，包括操作箱、送料箱，所述操作箱底部设有支撑腿，所述送料箱固定设于所述操作箱侧壁上，所述操作箱内自上而下依次设有上料腔、涂装腔、气腔，所述上料腔底部连通设有多个喷枪系统，所述上料腔侧壁通过送料管与所述送料箱底部侧壁相连通，所述涂装腔中部设有固定框，所述固定框一端通过轴承座转动插接连于所述操作箱内壁，另一端通过滚珠轴承转动贯穿所述操作箱侧壁并连有摇杆，所述固定框上对应于所述喷枪系统下方设有夹持机构，所述气腔上表面贯穿设有多个通管，所述通管下端与所述气腔内相连通，所述通管内配设有活塞柱，所述活塞柱上端固定连有平台板。

优选的，所述送料箱上部侧壁连通设有进料管，所述送料箱内转动设有螺旋搅拌轴杆，所述螺旋搅拌轴杆上端转动贯穿延伸至送料箱外并连有电机。

优选的，所述送料箱下部侧壁设有透明窗口，所述透明窗口上设有刻度线；所述送料管上设有压力泵、流量控制阀。

优选的，所述喷枪系统、固定框、通管均至少设有3个。

优选的，所述固定框为“口”字形设置，所述固定框包括两侧中空管以及前后侧活动套接在中空管内的横杆，所述横杆两端固定设有与中空管内壁贴合适配的活塞块，所述中空管侧壁上固定设有气泵一，所述气泵一通过波纹管连通于所述中空管中部侧壁上。

优选的，所述夹持机构包括前后对称设置的夹持板，所述夹持板通过伸缩套杆固定连于所述横杆上，所述夹持板相对侧设有防护垫。

优选的，所述平台板为中空结构设置，所述平台板上表面开设有若干开孔，所述平台板侧壁上开设有出液口，所述操作箱侧壁上对应于所述涂装腔底部开设有回收口。

优选的，所述操作箱下部侧壁固定设有气泵二，所述气泵二通过管道与所述气腔相连通。

优选的，采用该涂装设备的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装方法，操作如下：

1)将催化剂原料由进料管输送至送料箱内，启动电机，搅拌均匀备用；

2)将待涂装膜电极放置于夹持机构下方的平台板上；

3)启动气泵二，调节平台板上升至与夹持机构地面平齐；

4)启动气泵一，调节固定框横杆相向运动收紧，将膜电极进行夹持固定；

5)启动压力泵、喷枪系统，进行催化剂喷涂；

6)待膜电极一面喷涂结束后，关闭压力泵、喷枪系统，并通过摇杆转动180°至反面，启动压力泵、喷枪系统，重复催化剂喷涂；

7)完成后，关闭各电器件，取出，烘干即可。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明涂装设备操作简便，送料箱中设有螺旋搅拌轴杆，对原料具有良好的预处理性，避免了催化剂浓度不均、沉底堆积的问题；设有多个喷枪系统、夹持机构，可同时对多个产品进行涂装，且夹持机构的两个夹持板间距可调，可适用于不同规格大小膜电极的固定夹持，适用范围广；通过摇杆转动即可实现批量翻转，正反面切换便捷，大大提高了喷涂的效率和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明结构示意图；

图2为本发明操作箱A-A截面图；

图3为本发明涂装工艺流程图；

图中：1操作箱、101支撑腿、102回收口、2送料箱、201进料管、202螺旋搅拌轴杆、203电机、204透明窗口、3送料腔、301喷枪系统、302送料管、4涂装腔、5气腔、501通管、502活塞柱、6固定框、601摇杆、602中空管、603横杆、604活塞块、605气泵一、7夹持机构、701夹持板、702伸缩套杆、8平台板、801开孔、802出液口、9气泵二。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，如图1、2所示，包括操作箱1、送料箱2，所述操作箱1底部设有支撑腿101，所述送料箱2固定设于所述操作箱1侧壁上，所述操作箱1内自上而下依次设有上料腔3、涂装腔4、气腔5(三个独立腔体)，所述上料腔3底部连通设有多个喷枪系统301，可根据需要设置数目，喷枪系统采用现有技术安装即可(如静电喷涂系统，包括喷枪、静电发生器、输送管道、压力泵等等)，所述上料腔3侧壁通过送料管302与所述送料箱2底部侧壁相连通，所述涂装腔4中部设有固定框6，所述固定框6一端通过轴承座转动插接连于所述操作箱1内壁，另一端通过滚珠轴承转动贯穿所述操作箱1侧壁并连有摇杆601，摇杆也可更换为电机转动控制，避免人力操作，所述固定框6上对应于所述喷枪系统301下方设有夹持机构7，所述气腔5上表面贯穿设有多个通管501，所述通管501下端与所述气腔5内相连通，所述通管501内配设有活塞柱502，所述活塞柱502上端固定连有平台板8。

优选的，所述送料箱2上部侧壁连通设有进料管201，所述送料箱2内转动设有螺旋搅拌轴杆202，所述螺旋搅拌轴杆202上端转动贯穿延伸至送料箱2外并连有电机203。

优选的，所述送料箱2下部侧壁设有透明窗口204，所述透明窗口204上设有刻度线；所述送料管302上设有压力泵、流量控制阀。

优选的，所述喷枪系统301、固定框6、通管501均至少设有3个。

优选的，所述固定框6为“口”字形设置，所述固定框6包括两侧中空管602以及前后侧活动套接在中空管602内的横杆603，所述横杆603两端固定设有与中空管602内壁贴合适配的活塞块604，所述中空管602侧壁上固定设有气泵一605，所述气泵一605通过波纹管连通于所述中空管602中部侧壁上。中空管相背侧通过轴杆转动或贯穿转动连于操作箱侧壁上(参见图2)。

优选的，所述夹持机构7包括前后对称设置的夹持板701，所述夹持板701通过伸缩套杆702固定连于所述横杆603上，所述夹持板701相对侧设有防护垫。伸缩套杆采用现有常规伸缩套杆结构，如套筒、滑动套设于套筒内的内杆，套筒外壁上开设有螺纹孔，两者间通过定位螺栓抵紧固定。夹持板的夹持面可为适应膜电极外壁的不同形状，具体的可将伸缩套杆的内杆拆离更换合适的夹持板，适用性强。夹持板的夹持面可设置压力传感器，用于及时反映夹持压力，避免气泵一施力过渡对膜电极造成损害。

优选的，所述平台板8为中空结构设置，所述平台板8上表面开设有若干开孔801，所述平台板8底部开设有出液口802，所述操作箱1侧壁上对应于所述涂装腔4底部开设有回收口102。在喷涂过程中，平台板可一直处于膜电极下方(需要转向时，先将平台板下降一定高度，保证足够旋转空间，待转至反面后，再升起平台板承托即可)，用于提供上托力，避免夹持机构出现意外，导致掉落。

优选的，所述操作箱1下部侧壁固定设有气泵二9，所述气泵二9通过管道与所述气腔5相连通。气泵二根据需要抽气或注气，调节气腔内气压。

采用该涂装设备的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装方法，操作如下：

1)将催化剂原料由进料管输送至送料箱内，启动电机，搅拌均匀备用；

2)将待涂装膜电极放置于夹持机构下方的平台板上；

3)启动气泵二，调节平台板上升至与夹持机构地面平齐；

4)启动气泵一，调节固定框横杆相向运动收紧，将膜电极进行夹持固定；

5)启动压力泵、喷枪系统，进行催化剂喷涂；

6)待膜电极一面喷涂结束后，关闭压力泵、喷枪系统，并通过摇杆转动180°至反面，启动压力泵、喷枪系统，重复催化剂喷涂；

7)完成后，关闭各电器件，取出，烘干即可。

本发明涂装设备操作简便，送料箱中设有螺旋搅拌轴杆，对原料具有良好的预处理性，避免了催化剂浓度不均、沉底堆积的问题；设有多个喷枪系统、夹持机构，可同时对多个产品进行涂装，且夹持机构的两个夹持板间距可调，可适用于不同规格大小膜电极的固定夹持，适用范围广；通过摇杆转动即可实现批量翻转，正反面切换便捷，大大提高了喷涂的效率和质量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：包括操作箱(1)、送料箱(2)，所述操作箱(1)底部设有支撑腿(101)，所述送料箱(2)固定设于所述操作箱(1)侧壁上，所述操作箱(1)内自上而下依次设有上料腔(3)、涂装腔(4)、气腔(5)，所述上料腔(3)底部连通设有多个喷枪系统(301)，所述上料腔(3)侧壁通过送料管(302)与所述送料箱(2)底部侧壁相连通，所述涂装腔(4)中部设有固定框(6)，所述固定框(6)一端通过轴承座转动插接连于所述操作箱(1)内壁，另一端通过滚珠轴承转动贯穿所述操作箱(1)侧壁并连有摇杆(601)，所述固定框(6)上对应于所述喷枪系统(301)下方设有夹持机构(7)，所述气腔(5)上表面贯穿设有多个通管(501)，所述通管(501)下端与所述气腔(5)内相连通，所述通管(501)内配设有活塞柱(502)，所述活塞柱(502)上端固定连有平台板(8)。

2.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述送料箱(2)上部侧壁连通设有进料管(201)，所述送料箱(2)内转动设有螺旋搅拌轴杆(202)，所述螺旋搅拌轴杆(202)上端转动贯穿延伸至送料箱(2)外并连有电机(203)。

3.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述送料箱(2)下部侧壁设有透明窗口(204)，所述透明窗口(204)上设有刻度线；所述送料管(302)上设有压力泵、流量控制阀。

4.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述喷枪系统(301)、固定框(6)、通管(501)均至少设有3个。

5.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述固定框(6)为“口”字形设置，所述固定框(6)包括两侧中空管(602)以及前后侧活动套接在中空管(602)内的横杆(603)，所述横杆(603)两端固定设有与中空管(602)内壁贴合适配的活塞块(604)，所述中空管(602)侧壁上固定设有气泵一(605)，所述气泵一(605)通过波纹管连通于所述中空管(602)中部侧壁上。

6.根据权利要求5所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述夹持机构(7)包括前后对称设置的夹持板(701)，所述夹持板(701)通过伸缩套杆(702)固定连于所述横杆(603)上，所述夹持板(701)相对侧设有防护垫。

7.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述平台板(8)为中空结构设置，所述平台板(8)上表面开设有若干开孔(801)，所述平台板(8)底部开设有出液口(802)，所述操作箱(1)侧壁上对应于所述涂装腔(4)底部开设有回收口(102)。

8.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装设备，其特征在于：所述操作箱(1)下部侧壁固定设有气泵二(9)，所述气泵二(9)通过管道与所述气腔(5)相连通。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的涂装设备的直接甲醇燃料电池质子交换膜催化剂涂装方法，其特征在于，操作如下：

1)将催化剂原料由进料管输送至送料箱内，启动电机，搅拌均匀备用；

2)将待涂装膜电极放置于夹持机构下方的平台板上；

3)启动气泵二，调节平台板上升至与夹持机构地面平齐；

4)启动气泵一，调节固定框横杆相向运动收紧，将膜电极进行夹持固定；

5)启动压力泵、喷枪系统，进行催化剂喷涂；

6)待膜电极一面喷涂结束后，关闭压力泵、喷枪系统，并通过摇杆转动180°至反面，启动压力泵、喷枪系统，重复催化剂喷涂；

7)完成后，关闭各电器件，取出，烘干即可。