CN110265673A - 氢燃料电池ccm膜电极的吸附涂布设备 - Google Patents
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Abstract
一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，包括放卷机构，用于放出质子交换膜；第一涂布头，用于在质子交换膜的A面涂布第一催化层；第一烘烤箱，采用第一预定温度对第一催化层进行烘烤；保护膜收卷机构，用于收集从质子交换膜的B面被剥离出的保护膜；吸附装置，将准备涂布第二催化层的质子交换膜的A面吸住；第二涂布头，在质子交换膜的B面涂布第二催化层；第二烘烤箱，采用第二预定温度在吸附装置保持吸附状态下对第二催化层进行烘烤；第二烘烤箱烘烤结束，吸附装置解除对质子交换膜的吸附；收卷机构，对CCM膜电极进行收卷。本发明具有不用转印膜来涂布质子交换膜的A和B面的氢燃料电池质子交换膜的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢燃料电池CCM（catalyst coated membrane）膜电极的吸附涂布方法及其设备。
技术背景
在对氢燃料电池质子交换膜的双面涂布催化层时，由于大多数催化层采用的溶剂是醇类物质，如采用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丙醇或丙三醇等，但是，目前采用的质子交换膜多为全氟磺酸膜，这样，在质子交换膜上涂布催化层时，由于醇类溶剂的存在，会使质子交换膜产生溶胀，而影响质子交换膜的质量。为了解决上述溶胀问题，人们目前采用两种不同的涂布方法，一是保护膜涂布法，其做法是先在质子交换膜的一面（A面）涂上第一催化层，将第一催化层烘干，再在第一催化层上贴上保护层，揭去底膜，在质子交换膜的另一面（B面）涂上第二催化层，将第二催化层烘干，揭去保护层形成CCM膜电极，收卷完成，此类做法可见中国专利文献CN1084481139A；二是吸附涂布法，吸附涂布法又分为两种，第一种是单面吸附涂布法，具体做法是在质子交换膜的一面（A面）涂上第一催化层，同时在一离型纸上涂布第二催化层，分别将第一催化层和第二催化层烘干，再将第二催化层热转印到已揭去底膜的质子交换膜的另一面（B面）上，揭去离型纸形成CCM膜电极，收卷完成，此类做法见中国专利文献CN106784944A；第二种是双面吸附涂布法，具体做法是将第一催化层涂布在第一离型纸上，第二催化层涂布在第二离型纸上，分别将第一催化层和第二催化层干燥，然后将第一催化层和第二催化层分别复合在质子交换膜的两面上，然后，揭去第一离型纸和第二离型纸形成CCM膜电极，收卷完成，此类做法见中国专利文献CN109088073A。
上述三种方式中，无论是揭去保护膜或离型纸都会或多或少的带去部分催化层，造成催化层表面形貌不完整，催化层厚度分布不均匀的问题，这是不允许的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明向社会提供一种不用转印膜来涂布质子交换膜的A和B面的氢燃料电池质子交换膜的吸附涂布方法及其设备。
本发明的技术方案是：提供一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布方法，所采用的质子交换膜具有两面，其中一面上贴有保护膜称为B面，另一面未贴保护膜称为A面，包括如下步骤：
S1、在质子交换膜的A面涂布第一催化层；
S2、采用第一预定温度对第一催化层进行烘烤；
S3、揭去质子交换膜B面上的保护膜；
S4、用吸附装置将质子交换膜的A面吸住；
S5、在质子交换膜的B面涂布第二催化层；
S6、保持对质子交换膜A面的吸住状态，采用第二预定温度对第二催化层进行烘烤得到CCM膜电极。
作为对本发明的改进，所述吸附装置吸附质子交换膜的A面的步骤为：
S31、在对质子交换膜的B面涂布第二催层前的预定距离，吸附装置开始吸附质子交换膜的A面；
S32、保持吸附状态，在质子交换膜的B面涂布第二催层；
S33、继续保持吸状态，对第二催层进行干燥，直到干燥结束。
作为对本发明的改进，所述预定距离在5-30CM之间选择。
作为对本发明的改进，所述第一预定温度在70摄氏度-150摄氏度之间选择。
作为对本发明的改进，所述第二预定温度在70摄氏度-150摄氏度之间选择。
本发明还提供一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，适合于卷对卷的涂布，包括：
放卷机构，用于放出质子交换膜，其中质子交换膜具有两面，其中一面上贴有保护膜称为B面，另一面未贴保护膜称为A面；
第一涂布头，用于在质子交换膜的A面涂布第一催化层；
第一烘烤箱，采用第一预定温度对第一催化层进行烘烤；
保护膜收卷机构，用于收集从质子交换膜的B面被剥离出的保护膜；
吸附装置，将准备涂布第二催化层的质子交换膜的A面吸住；
第二涂布头，在质子交换膜的B面涂布第二催化层；
第二烘烤箱，采用第二预定温度在吸附装置保持吸附状态下对第二催化层进行烘烤；第二烘烤箱烘烤结束，吸附装置解除对质子交换膜的吸附；
收卷机构，对CCM膜电极进行收卷。
作为对本发明的改进，所述吸附装置包括吸附回转带，所述吸附回转带由若干块吸附板串联而成，每块吸附板上设有若干真空孔，所述吸附回转带在回转机构的驱动下做循环移动；主真空管，主真空管一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管与真空槽连接，所述吸附板设在真空槽上，当吸附板经过真空槽所在区域时，吸附板上的真空孔与真空槽相通，并吸附住质子交换膜，带着质子交换膜向第二烘烤箱内移动。
作为对本发明的改进，所述吸附板吸附的起始位置位于第二涂布头之前的预定距离。
作为对本发明的改进，所述预定距离在5-30CM之间选择。。
作为对本发明的改进，所述第一预定温度和所述第二预定温度在70摄氏度-150摄氏度之间选择。
本发明由于采用了吸附方法来吸附质子交换膜，因此，涂布质子交换膜的B面时，质子交换膜的宽度相对不动，这样，即使在质子交换膜的B面涂上第二催化层后，由于吸附装置将质子交换膜吸附不动，并保持吸附不动的状态进入第二烘烤箱烘烤，使得质子交换膜不会产生皱折的现象发生。
附图说明
图1是本发明的方法的一种实施例的方框结构示意图。
图2是图1中第三步的进一步细化的方框结构示意图。
图3是本发明设备的第一种实施例的结构示意图。
图4是图3中的吸附装置的放大结构示意图。
图5是图4的俯视结构示意图。
图6是本发明设备的第二种实施例的结构示意图。
图7是本发明设备的第三种实施例的结构示意图。
图8是图7中的吸附板的回转运动结构示意图。
具体实施方式
请参见图1，图1揭示的是一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布方法，所采用的质子交换膜具有两面，其中一面上贴有保护膜称为B面，另一面未贴保护膜称为A面，包括如下步骤：
S1、在质子交换膜的A面涂布第一催化层，第一催化层可以是以Pt/C为主要成份的，溶剂为醇类物质的催化层，所述醇类物质可以是甲醇、乙醇、丙醇及异丙醇中的一种或几种；
S2、采用第一预定温度对第一催化层进行烘烤，所述第一预定温度可以在70摄氏度至150度之间选择，具体温度的选择依据第一催化层的成份而定；
S3、揭去质子交换膜B面上的保护膜，使质子交换膜的B面露出；
S4、用吸附装置将质子交换膜的A面吸住，主要是保持质子交换膜的宽度不变；
S5、在质子交换膜的B面涂布第二催化层，第二催化层可以是以Pt/C为主要成份的，溶剂为醇类物质的催化层，所述醇类物质可以是甲醇、乙醇、丙醇及异丙醇中的一种或几种；
S6、保持对质子交换膜A面的吸住状态，采用第二预定温度对第二催化层进行烘烤，烘烤结束后，解除对质子交换膜A面的吸附，得到CCM膜电极，所述第二预定温度可以在70摄氏度至150度之间选择，具体温度的选择依据第一催化层的成份而定。
请参见图2，所述吸附装置吸附质子交换膜的A面的步骤为：
S31、在对质子交换膜的B面涂布第二催层前的预定距离，吸附装置开始吸附质子交换膜的A面，所述预定距离可在5-30CM之间选择；
S32、保持吸附状态，在质子交换膜的B面涂布第二催层；
S33、继续保持吸状态，对第二催层进行干燥，直到干燥结束。
参见图3-图5，图3-图5提示的是一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，适合于卷对卷的涂布，包括：
放卷机构1，用于放出质子交换膜11，其中质子交换膜具有两面，其中一面上贴有保护膜称为B面，另一面未贴保护膜称为A面；
第一涂布头2，用于在质子交换膜11的A面涂布第一催化层12，所述第一催化层12可以是以Pt/C为主要成份的，溶剂为醇类物质的催化层，所述醇类物质可以是甲醇、乙醇、丙醇及异丙醇中的一种或几种；
第一烘烤箱3，采用第一预定温度对第一催化层12进行烘烤，所述第一预定温度可以在70摄氏度-150摄氏度之间选择，具体温度依据第一催化层的成份而定；
保护膜收卷机构4，用于收集从质子交换膜11的B面被剥离出的保护膜13，露出质子交换膜11的B面；
吸附装置5，将准备涂布第二催化层14的质子交换膜的A面吸住；
第二涂布头6，在质子交换膜的B面涂布第二催化层14；
第二烘烤箱7，采用第二预定温度在吸附装置5保持吸附状态下对第二催化层14进行烘烤；第二烘烤箱7烘烤结束，吸附装置5解除对质子交换膜的吸附；所述第二预定温度可以在70摄氏度-150摄氏度之间选择，具体温度依据第二催化层的成份而定；
收卷机构8，对CCM膜电极进行收卷。
优选的，所述吸附装置5包括吸附回转带51，所述吸附回转带51由若干块吸附板511串联而成，每块吸附板511上设有若干真空孔512，所述吸附回转带51在回转机构52（本实施例中回转机构52由四个齿轮521构成的，前、后、左、右各一个，见图5）的驱动下做循环移动；主真空管53，主真空管53一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管531与真空槽54连接，所述吸附板511设在真空槽54上，当吸附板511经过真空槽54所在区域时，吸附板511上的真空孔512与真空槽54相通，并吸附住质子交换膜11，带着质子交换膜11向第二烘烤箱7内移动。
优选的，所述吸附板511吸附的起始位置位于第二涂布头6之前的预定距离；所述预定距离在5-30CM之间选择。这样，可以保证在涂布第二催化层14之前将质子交换膜11相对定位。
请参见图6，图6是本发明设备的第二种实施例的结构示意图。图6所示实施例与图3所示实施例相比，其大体结构相同，所不同的是所述吸附装置5结构不相同，本实施例中，所述吸附装置5包括吸附回转带51，所述吸附回转带51由若干块吸附板511串联而成，每块吸附板511上设有若干真空孔512，所述吸附回转带51在回转机构52的驱动下做循环移动，所述回转机构52由八个齿轮521构成的，上层的前、后、左、右各一个齿轮521，下层的前、后、左、右各一个齿轮521，构成一个框形回转结构；主真空管53，主真空管53一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管531与真空槽54连接，所述吸附板511设在真空槽54上，当吸附板511经过真空槽54所在区域时，吸附板511上的真空孔512与真空槽54相通，并吸附住质子交换膜11，带着质子交换膜11向第二烘烤箱7内移动。
参见图7和图8，图7和图8是本发明设备的第三种实施例的结构示意图。图7和图8所示实施例与图3所示实施例相比，其大体结构相同，所不同的是所述吸附装置5结构不相同，本实施例中，所述吸附装置5包括吸附回转带51，所述吸附回转带51由若干块吸附板511邻接而成，每块吸附板511上设有若干真空孔512，所述吸附板511在第一驱动机构5111、第二驱动机构5112、第三驱动机构5113和第四驱动机构5114的驱动下，在一个水平面上做循环移动，主真空管53，主真空管53一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管531与真空槽54连接，所述吸附板511设在真空槽54上，当吸附板511经过真空槽54所在区域时，吸附板511上的真空孔512与真空槽54相通，并吸附住质子交换膜11，带着质子交换膜11向第二烘烤箱7内移动。
所述第一驱动机构5111、第二驱动机构5112、第三驱动机构5113和第四驱动机构5114是直线驱动机构。
Claims (6)
1.一种氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，适合于卷对卷的涂布，其特征在于，包括：
放卷机构（1），用于放出质子交换膜（11），其中质子交换膜具有两面，其中一面上贴有保护膜称为B面，另一面未贴保护膜称为A面；
第一涂布头（2），用于在质子交换膜（11）的A面涂布第一催化层（12）；
第一烘烤箱（3），采用第一预定温度对第一催化层（12）进行烘烤；
保护膜收卷机构（4），用于收集从质子交换膜（11）的B面被剥离出的保护膜（13）；
吸附装置（5），将准备涂布第二催化层（14）的质子交换膜的A面吸住；
第二涂布头（6），在质子交换膜的B面涂布第二催化层（14）；
第二烘烤箱（7），采用第二预定温度在吸附装置（5）保持吸附状态下对第二催化层（14）进行烘烤；第二烘烤箱（7）烘烤结束，吸附装置（5）解除对质子交换膜的吸附；
收卷机构（8），对CCM膜电极进行收卷。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，其特征在于，所述吸附装置（5）包括吸附回转带（51），所述吸附回转带（51）由若干块吸附板（511）串联而成，每块吸附板（511）上设有若干真空孔（512），所述吸附回转带（51）在回转机构（52）的驱动下做循环移动；主真空管（53），主真空管（53）一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管（531）与真空槽（54）连接，所述吸附板（511）设在真空槽（54）上，当吸附板（511）经过真空槽（54）所在区域时，吸附板（511）上的真空孔（512）与真空槽（54）相通，并吸附住质子交换膜（11），带着质子交换膜（11）向第二烘烤箱（7）内移动。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，其特征在于，所述吸附装置（5）包括吸附回转带（51），所述吸附回转带（51）由若干块吸附板（511）串联而成，每块吸附板（511）上设有若干真空孔（512），所述吸附回转带（51）在回转机构（52）的驱动下做循环移动，所述回转机构（52）由若干齿轮（521）构成构成一个框形回转结构；主真空管（53），主真空管（53）一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管（531）与真空槽（54）连接，所述吸附板（511）设在真空槽（54）上，当吸附板（511）经过真空槽（54）所在区域时，吸附板（511）上的真空孔（512）与真空槽（54）相通，并吸附住质子交换膜（11），带着质子交换膜（11）向第二烘烤箱（7）内移动。
4.根据权利要求2所述的氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，其特征在于，所述吸附装置（5）包括吸附回转带（51），所述吸附回转带（51）由若干块吸附板（511）邻接而成，每块吸附板（511）上设有若干真空孔（512），所述吸附板（511）在第一驱动机构（5111）、第二驱动机构（5112）、第三驱动机构（5113）和第四驱动机构（5114）的驱动下，在一个水平面上做循环移动，主真空管（53），主真空管（53）一方面与外界真空源连接，另一方面通过若干分真空管（531）与真空槽（54）连接，所述吸附板（511）设在真空槽（54）上，当吸附板（511）经过真空槽（54）所在区域时，吸附板（511）上的真空孔（512）与真空槽（54）相通，并吸附住质子交换膜（11），带着质子交换膜（11）向第二烘烤箱（7）内移动。
5.根据权利要求1或2或3所述的氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，其特征在于，所述第一预定温度在70摄氏度-150摄氏度之间选择。
6.根据权利要求1或2或3所述的氢燃料电池CCM膜电极的吸附涂布设备，其特征在于，所述第二预定温度在70摄氏度-150摄氏度之间选择。
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