CN109921035A - 一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池膜电极压合与检测装置,包括压力施加装置、下压板、上压板、红外检测器;上压板主体和滑动压块分别与压力施加装置传动连接;红外检测器置于上压板主体的外部。利用该工艺和设备提高生产效率和质量,降低制造成本。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域,具体涉及一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其制备的膜电极。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高,环境友好等特点,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。
膜电极是电化学反应发生的场所,在此燃料中的化学能直接转化为电能。膜电极通常由阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层这五层结构堆叠形成。膜电极的制备方法分为催化剂涂覆于质子交换膜上(CCM工艺)和催化剂涂覆于气体扩散层上(GDE工艺)两种。形成上述两种电极结构后,仍需要热压工序将多层结构层叠热压才可以形成膜电极组件。近年来,为了降低膜电极的内阻,质子交换膜的厚度变得越来越薄,在热压过程中很容易被电极表面的凸起物刺破,造成电极内部串气。目前基于现有工艺和设备,无法在线实时的检测电极是否发生内串,这给产品质量埋下隐患,另外形成MEA后逐个检测排产也会严重影响生产效率,提高制造成本,
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,目的在于提供一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其制备的膜电极,利用该工艺和设备提高生产效率和质量,降低制造成本。
本发明采用以下技术方案来实现:
应用例1
一种燃料电池膜电极压合与检测装置,其特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、红外检测器,
下压板为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫;
上压板包括滑动压块和上压板主体,上压板主体为一上下二端开口的筒体,于筒体下开口端的四周设有与第一环形凹槽对应的第二环形凹槽,第二环形凹槽内设有密封线圈;滑动压块置于筒体内,滑动压块侧壁面与筒体内壁面贴接,滑动压块可沿筒体内上下滑动;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板主体和滑动压块分别与压力施加装置传动连接;红外检测器置于上压板主体的外部。
上述的膜电极压合与检测装置的使用方法,所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板主体下开口端的第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽膜电极组件四周边缘处,膜电极边缘与上压板主体、下压板接触位置形成密封;
(c)上压板滑动压块向下滑动接触膜电极后施加压力,完成膜电极组件压合过程;
(d)上压板滑动压块移出上压板主体,红外探测器进入膜电极上方,于下压板气体分配管路中通入检测气体,红外探测器检测膜电极表面温升情况,如有异常温升区域则表示有泄露,无异常温升区域则表示没有泄露,检测完成。
应用例2
一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其制备的膜电极,膜电极压合与检测装置特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、检测器,
下压板为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫;
上压板为一下表面是平面的板体,其下表面设有一内部放有密封线圈的第二环形凹槽,于环形凹槽内设有第二凹槽,于第二凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第二凹槽壁面上设有与载气气源相连的通孔和用于检测器检测气体的第二通孔;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板与压力施加装置传动连接;检测器置于上压板主体的外部,第二通孔与检测器样品入口相连。
上述的膜电极压合与检测装置的使用方法,所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽相对应的膜电极组件边缘,膜电极边缘与上压板、下压板接触位置形成密封,同时完成膜电极组件压合过程;
(c)下压板气体分配管路中通入检测气体,上压板气体分配管路中通入载气,利用检测器检测载气中是否有检测气体存在,如检测到检测气体则表示有泄露,检测不到检测气体则表明无泄露,检测完成。
应用例1或应用例2所述的膜电极压合与检测装置,其压力施加装置为伺服电机、气动压力装置和液压装置中的一种。
应用例1或应用例2所述的膜电极,其膜电极的气体扩散层可以通过热压、冷压或粘贴方式中的一种进行压合。
应用例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气、氦气中的一种或两种;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是质谱检测器。
应用例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是可燃气体检测器。
应用例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气、氦气中的一种或两种和氮气、氖气、氩气中的一种或几种的混合气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是质谱检测器。
应用例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气和氮气、氖气、氩气中的一种或几种的混合气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是可燃气体检测器。
本发明具有如下优点:
1.热压过程与检测装置集成与一体,可以在线的对膜电极进行全检,可以显著的提高生产效率,降低生产成本。
2.采用缓冲垫结构可以有效的避免膜电极在热压过程中的受力不均匀,保障产品的一致性。
3.采用红外检测器可以有效的判定是否发生内串,同时还可以检测出泄漏点发生的位置,这有利于前端工艺的改善,提高成品率。
4.采用可燃气体检测器或质谱检测器检测过程可以与热压过程复合在一起,还可以进一步提高生产效率,提高成品率。
附图说明
图1实施例1工序(b)示意图
图2实施例1工序(c)示意图
图3实施例1工序(d)示意图
图4检测时膜电极内串红外成像图
图5膜电极膜电极正常成像图
图6实施例2工序(b)示意图
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明的燃料电池电堆组装装置、方法。
实施例1
一种燃料电池膜电极压合与检测装置,其特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、红外检测器,
下压板(16)为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板(15),气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫(14);
上压板包括滑动压块(11)和上压板主体(12),上压板主体为一上下二端开口的筒体,于筒体下开口端的四周设有与第一环形凹槽对应的第二环形凹槽,第二环形凹槽内设有密封线圈;滑动压块置于筒体内,滑动压块侧壁面与筒体内壁面贴接,滑动压块可沿筒体内上下滑动;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板主体和滑动压块分别与压力施加装置传动连接;红外检测器置于上压板主体的外部。
上述的膜电极压合与检测装置的使用方法,所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件(13)放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板主体下开口端的第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽膜电极组件四周边缘处,膜电极边缘与上压板主体、下压板接触位置形成密封;
(c)上压板滑动压块向下滑动接触膜电极后施加压力,完成膜电极组件压合过程;
(d)上压板滑动压块移出上压板主体,红外探测器进入膜电极上方,于下压板气体分配管路中通入检测气体,红外探测器(17)检测膜电极表面温升情况,如有异常温升区域则表示有泄露,无异常温升区域则表示没有泄露,检测完成。
实施例2
一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其制备的膜电极,膜电极压合与检测装置特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、检测器,
下压板为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫;
上压板为一下表面是平面的板体,其下表面设有一内部放有密封线圈的第二环形凹槽,于环形凹槽内设有第二凹槽,于第二凹槽中部设置有气体分配板(21),气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第二凹槽壁面上设有与载气气源相连的通孔和用于检测器检测气体的第二通孔;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板与压力施加装置传动连接;检测器置于上压板主体的外部,第二通孔与检测器样品入口相连。
上述的膜电极压合与检测装置的使用方法,所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽相对应的膜电极组件边缘,膜电极边缘与上压板、下压板接触位置形成密封,同时完成膜电极组件压合过程;
(c)下压板气体分配管路中通入检测气体,上压板气体分配管路中通入载气,利用检测器检测载气中是否有检测气体存在,如检测到检测气体则表示有泄露,检测不到检测气体则表明无泄露,检测完成。
实施例3
如实施例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氦气;其中所述的载气是氖气;其中所述的检测装置是质谱检测器。
实施例4
如实施例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气;其中所述的载气是氩气;其中所述的检测装置是可燃气体检测器。
实施例5
如实施例2所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其中所述的检测气体是氢气和氮气的混合气(体积比:5%:95%),其中所述的载气是氮气,其中所述的检测装置是质谱检测器。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池膜电极压合与检测装置,其特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、红外检测器,
下压板为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫;
上压板包括滑动压块和上压板主体,上压板主体为一上下二端开口的筒体,于筒体下开口端的四周设有与第一环形凹槽对应的第二环形凹槽,第二环形凹槽内设有密封线圈;滑动压块置于筒体内,滑动压块侧壁面与筒体内壁面贴接,滑动压块可沿筒体内上下滑动;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板主体和滑动压块分别与压力施加装置传动连接;红外检测器置于上压板主体的外部。
2.一种权利要求1所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板主体下开口端的第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽膜电极组件四周边缘处,膜电极边缘与上压板主体、下压板接触位置形成密封;
(c)上压板滑动压块向下滑动接触膜电极后施加压力,完成膜电极组件压合过程;
(d)上压板滑动压块移出上压板主体,红外探测器进入膜电极上方,于下压板气体分配管路中通入检测气体,红外探测器检测膜电极表面温升情况,如有异常温升区域则表示有泄露,无异常温升区域则表示没有泄露,检测完成。
3.一种燃料电池膜电极压合与检测装置及其制备的膜电极,膜电极压合与检测装置,特征在于:包括压力施加装置、下压板、上压板、检测器,
下压板为一上表面是平面的板体,其上表面设有一内部放有密封线圈的第一环形凹槽,于环形凹槽内设有第一凹槽,于第一凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第一凹槽壁面上设有与检测气源相连的通孔;于气体分配板上设有多孔柔性缓冲垫;
上压板为一下表面是平面的板体,其下表面设有一内部放有密封线圈的第二环形凹槽,于环形凹槽内设有第二凹槽,于第二凹槽中部设置有气体分配板,气体分配板为板体上均布作为气体分配管路的通孔的平板;于气体分配板下方的第二凹槽壁面上设有与载气气源相连的通孔和用于检测器检测气体的第二通孔;
上压板置于下压板上方,第一环形凹槽与第二环形凹槽相对设置;
上压板与压力施加装置传动连接;检测器置于上压板主体的外部,第二通孔与检测器样品入口相连。
4.如权利要求3所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:所述的使用方法包含以下工序:
(a)将需要压合的膜电极组件放置于下压板上,膜电极组件四周边缘处于第一环形凹槽上方;
(b)上压板第二环形凹槽压合到与第一环形凹槽相对应的膜电极组件边缘,膜电极边缘与上压板、下压板接触位置形成密封,同时完成膜电极组件压合过程;
(c)下压板气体分配管路中通入检测气体,上压板气体分配管路中通入载气,利用检测器检测载气中是否有检测气体存在,如检测到检测气体则表示有泄露,检测不到检测气体则表明无泄露,检测完成。
5.如权利要求1或3所述的膜电极压合与检测装置,其特征在于:其压力施加装置为伺服电机、气动压力装置和液压装置中的一种。
6.如权利要求1或权利要求3所述的膜电极,其特征在于:其膜电极的气体扩散层可以通过热压、冷压或粘贴方式中的一种进行压合。
7.如权利要求4所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:其中所述的检测气体是氢气、氦气中的一种或两种;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是质谱检测器。
8.如权利要求4所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:其中所述的检测气体是氢气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是可燃气体检测器。
9.如权利要求4所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:其中所述的检测气体是氢气、氦气中的一种或两种和氮气、氖气、氩气中的一种或几种的混合气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是质谱检测器。
10.如权利要求4所述的膜电极压合与检测装置的使用方法,其特征在于:其中所述的检测气体是氢气和氮气、氖气、氩气中的一种或几种的混合气;其中所述的载气是氮气、氖气、氩气中的一种或几种;其中所述的检测装置是可燃气体检测器。
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