CN110336060A - 氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法及装置，其中装置包括机架、直线驱动源、热压板系统和真空吸板，所述机架包括支柱和安装板，所述直线驱动源设置在所述安装板上，所述热压板系统设在直线驱动源的驱动轴的下端，真空吸板设在所述热压板系统的下方，所述真空吸板被分成位于中央的膜电极组件固定区域和围绕所述膜电极组件固定区域四周设置的真空抽气区域，所述真空抽气区域与负压源连通。本发明具有可防止膜电极组件热压时的气泡和褶皱的产生，使热压后的膜电极组件保证平整且无气泡的优点。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池领域，尤其是一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法及装置。
背景技术
氢燃料电池是一种把氢燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。由于氢燃料电池是通过电化学反应把氢燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，氢燃料电池用氢燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的水对环境没有污染。从保护生态环境的角度来看，氢燃料电池是最有发展前途的发电技术。
膜电极组件，即MEA（Membrane Electrode Assembl ies）是氢燃料电池的核心组件，它是由氢燃料电池的CCM膜电极，以及位于CCM膜电极两侧的气体扩散层组合而成的。
现有技术中，氢燃料电池膜电极组件是将CCM膜电极与位于CCM膜电极两侧的气体扩散层热压而成的，而热压的效果直接影响着膜电极组件的良品率，其中属膜电极组件在热压时，产生的气泡跟褶皱对膜电极组件的影响最为严重。目前，膜电极组件的热压大多采用在膜电极组后的上下面上覆盖铁氟龙高温布后，人工送入热辊压装置进行辊热压，此方法不仅生产效率低，而且很容易产生气泡和褶皱现象；另外，也有人采用上下压板贴白卡纸方式，对膜电极组件进行平热压的，也不能很好地保证彻底除尽膜电极组件内气泡和平热压时膜电极组件的形态。
发明内容
为了解决上述问题，本发明向社会提供一种可防止膜电极组件热压时的气泡和褶皱的产生，使热压后的膜电极组件保证平整且无气泡的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法及装置。
本发明的技术方案是：提供一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，采用具有下述结构的真空吸板，所述真空吸板被分成位于中央的膜电极组件固定区域和围绕所述膜电极组件固定区域四周设置的真空抽气区域，所述真空抽气区域与负压源连通；包括如下步骤，
S1、在所述膜电极组件固定区域内放置膜电极组件的第一扩散层，使第一扩散层的中心点与所述膜电极组件固定区域的中心点重合，并固定在所述膜电极组件固定区域内；
S2、在所述第一扩散层的四周相对于CCM膜电极的留白处点上若干第一粘点；
S3、将面积小于所述第一扩散层的CCM膜电极设置在所述第一扩散层上，并使所述CCM膜电极的中心点与所述膜电极组件固定区域的中心点重合；
S4、在所述CCM膜电极四周的留白处点上若干第二粘点；
S5、将面积大于所述CCM膜电极的第二扩散层设在所述CCM膜电极上；
S6、将不透气的布或膜覆盖在第二扩散层上，并使不透气的布或膜将真空抽气区域全部覆盖；
S7、打开所述真空抽气区域的负压，将不透气的布或膜吸附在真空吸板上，并抽真空，直到膜电极组件之间的气泡排完；
S8、利用平压将置的热压板系统将所述膜电极组件压住，并进行热压，保持所述真空抽气区域的负压和热压板压住状态，直到膜电极组件被压平和粘接。
作为对本发明的改进，在真空吸板上相对于所述膜电极组件固定区域设有若干吸气孔，所述吸气孔与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域的负压，将第一扩散层吸附在真空吸板上。
作为对本发明的改进，在所述膜电极组件固定区域的相对于CCM膜电极的留白处的四周位置设有若干定位柱，在所述第一扩散层、CCM膜电极和第二扩散层上，相对于所述定位柱设有相应的定位孔，通过所述定位柱和定位孔将第一扩散层、CCM膜电极和第二扩散层定位。
作为对本发明的改进，所述CCM膜电极中的质子交换膜是全氟磺酸质子交换膜。
作为对本发明的改进，所述不透气的布或膜是铁氟龙高温布或膜。
本发明还提供一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置，包括机架、直线驱动源、热压板系统和真空吸板，所述机架包括支柱和安装板，所述直线驱动源设置在所述安装板上，所述热压板系统设在直线驱动源的驱动轴的下端，真空吸板设在所述热压板系统的下方，所述真空吸板被分成位于中央的膜电极组件固定区域和围绕所述膜电极组件固定区域四周设置的真空抽气区域，所述真空抽气区域与负压源连通。
作为对本发明的改进，在真空吸板上相对于所述膜电极组件固定区域设有若干吸气孔，所述吸气孔与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域的负压，将第一扩散层吸附在真空吸板上。
作为对本发明的改进，所述热压板系统包括第一压板和第二压板，所述第一压板与所述直线驱动源的驱动轴的下端连接，所述第一压板和第二压板之间通过弹性件连接，在第二压板的上设有加热板。
作为对本发明的改进，本发明还包括不透气的布或膜，所述不透气的布或膜通过与负压源连接的真空吸盘悬挂在所述第二压板上。
作为对本发明的改进，所述热压板系统包括第一压板和加热板，所述加热板设在第一压板上。
作为对本发明的改进，在所述加热板的下底面上设有软性垫片。
作为对本发明的改进，所述真空吸板是静止的设在所述热压板系统下方的。
作为对本发明的改进，所述真空吸板是可移动的设在所述热压板系统下方的，当所述真空吸板到达所述热压板系统下方的预定位置后，负压快接机构将所述真空吸板与负压源连接。
作为对本发明的改进，所述直线驱动源包括驱动电机和丝杆螺母结构，所述驱动电机通过丝杆螺母结构驱动所述热压板系统。
作为对本发明的改进，所述加热板是电热板或油热板。
本发明由于采用了特制的真空吸板，并所述真空吸板被分成位于中央的膜电极组件固定区域和围绕所述膜电极组件固定区域四周设置的真空抽气区域，所述真空抽气区域与负压源连通，使用时，只需将膜电极组件设在所述膜电极组件固定区域内，再在所述膜电极组件上覆盖不透气的布或膜，对真空抽气区域抽真空，透过不透气的布或膜所形成的密封空间，将所述膜电极组件内的气体完全排出，然后，再热压，使所述膜电极组件平整，这样，就达到可防止膜电极组件热压时的气泡和褶皱的产生，使热压后的膜电极组件保证平整且无气泡的目的。
附图说明
图1是本发明方法的流程方框示意图。
图2是本发明系统的真空吸板的平面结构示意图。
图3是图2装上膜电极组件后的平面结构示意图。
图4是图3盖上不透气的布或膜后的平面结构示意图。
图5是图4的A-A剖面结构示意图（分解）。
图6是本发明装置的立体结构示意图。
具体实施方式
请参见图1至图5，图1至图5揭示的是一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，采用具有下述结构的真空吸板1，所述真空吸板1被分成位于中央的膜电极组件固定区域11和围绕所述膜电极组件固定区域11四周设置的真空抽气区域12，所述真空抽气区域12通过真空孔121与负压源连通（参见图2-图5）；包括如下步骤，
S1、在所述膜电极组件固定区域11内放置膜电极组件2的第一扩散层21，使第一扩散层21的中心点与所述膜电极组件固定区域11的中心点重合，并固定在所述膜电极组件固定区域11内；
S2、在所述第一扩散层21的四周相对于CCM膜电极22的留白处点上若干第一粘点211；
S3、将面积小于所述第一扩散层21的CCM膜电极22设置在所述第一扩散层21上，并使所述CCM膜电极22的中心点与所述膜电极组件固定区域11的中心点重合；
S4、在所述CCM膜电极22四周的留白处点上若干第二粘点；
S5、将面积大于所述CCM膜电极22的第二扩散层23设在所述CCM膜电极22上；
S6、将不透气的布或膜覆盖在第二扩散层23上，并使不透气的布或膜24将真空抽气区域12全部覆盖；
S7、打开所述真空抽气区域12的负压，将不透气的布或膜吸附在真空吸板1上，并抽真空，直到膜电极组件2之间的气泡排完,排气完成的标准是不透气的布或膜全部平整地贴在膜电极组件2上，而无鼓泡点；
S8、利用平压将置3的热压板系统33将所述膜电极组件压住，并进行热压，保持所述真空抽气区域12的负压和热压板压住状态，直到膜电极组件被压平和粘接。
优选的，在真空吸板1上相对于所述膜电极组件固定区域11设有若干吸气孔111，所述吸气孔111与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域11的负压，将第一扩散层21吸附在真空吸板1上，这是其中的一种将所述膜电极组件定位的方式。
另一种将所述膜电极组件定位的方式可以是：在所述膜电极组件固定区域11的相对于CCM膜电极的留白处的四周位置设有若干定位柱，在所述第一扩散层21、CCM膜电极22和第二扩散层23上，相对于所述定位柱设有相应的定位孔，通过所述定位柱和定位孔将第一扩散层21、CCM膜电极22和第二扩散层23定位（未画图）。
本发明中，所述CCM膜电极22中的质子交换膜是全氟磺酸质子交换膜。所述不透气的布或膜24是铁氟龙高温布或膜。
请见图2至图6，图2至图6揭示的是一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置3，包括机架31、直线驱动源32、热压板系统33和真空吸板1，所述机架31包括支柱311和安装板312，所述直线驱动源32设置在所述安装板312上，所述热压板系统33设在直线驱动源32的驱动轴的下端，真空吸板1设在所述热压板系统33的下方，所述真空吸板1被分成位于中央的膜电极组件固定区域11和围绕所述膜电极组件固定区域11四周设置的真空抽气区域12，所述真空抽气区域12与负压源连通。
优选的，在真空吸板1上相对于所述膜电极组件固定区域11设有若干吸气孔111，所述吸气孔111与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域11的负压，将第一扩散层21吸附在真空吸板1上（见图2）。
优选的，所述热压板系统33包括第一压板331和第二压板332，所述第一压板331与所述直线驱动源32的驱动轴的下端连接，所述第一压板331和第二压板332之间通过弹性件333连接（本实施例中的弹性件333是弹簧，弹簧也可以用其它的具有弹性的器件代替），在第二压板332的上设有加热板335，所述加热板335可以电加热板，也可以是油加热板，采用所述第一压板331和第二压板332之间通过弹性件333连接的结构，可以保证在下压时，第二压板332比较平整地压在膜电极组件2上。
优选的，本发明还包括不透气的布或膜24，所述不透气的布或膜24通过与负压源连接的真空吸盘334悬挂在所述第二压板332上，当需要将不透气的布或膜24放到膜电极组件2上时，可以将真空吸盘334与大气相通，解除负压即可。
优选的，所述热压板系统33包括第一压板331和加热板335，所述加热板335设在第一压板331上（不需要第二压板的情况，未画图）。优选的，在所述加热板335的下底面上设有软性垫片。
优选的，所述真空吸板1是静止的设在所述热压板系统33下方的，这时，所述真空吸板1的负压可以直接与负压源连接。
优选的，所述真空吸板1是可移动的设在所述热压板系统33下方的，当所述真空吸板1到达所述热压板系统33下方的预定位置后，负压快接机构（为现有技术，这里不再赘述）将所述真空吸板1与负压源连接。
优选的，所述直线驱动源32包括驱动电机321和丝杆螺母结构322，所述驱动电机321通过丝杆螺母结构322驱动所述热压板系统33。当然，所述直线驱动源32也可以采用气缸来实现。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，其特征在于：采用具有下述结构的真空吸板（1），所述真空吸板（1）被分成位于中央的膜电极组件固定区域（11）和围绕所述膜电极组件固定区域（11）四周设置的真空抽气区域（12），所述真空抽气区域（12）与负压源连通；包括如下步骤，
S1、在所述膜电极组件固定区域（11）内放置膜电极组件（2）的第一扩散层（21），使第一扩散层（21）的中心点与所述膜电极组件固定区域（11）的中心点重合，并固定在所述膜电极组件固定区域（11）内；
S2、在所述第一扩散层（21）的四周相对于CCM膜电极（22）的留白处点上若干第一粘点；
S3、将面积小于所述第一扩散层（21）的CCM膜电极（22）设置在所述第一扩散层（21）上，并使所述CCM膜电极（22）的中心点与所述膜电极组件固定区域（11）的中心点重合；
S4、在所述CCM膜电极（22）四周的留白处点上若干第二粘点；
S5、将面积大于所述CCM膜电极（22）的第二扩散层（23）设在所述CCM膜电极（22）上；
S6、将不透气的布或膜覆盖在第二扩散层（23）上，并使不透气的布或膜（24）将真空抽气区域（12）全部覆盖；
S7、打开所述真空抽气区域（12）的负压，将不透气的布或膜吸附在真空吸板（1）上，并抽真空，直到膜电极组件之间的气泡排完；
S8、利用平压将置（3）的热压板系统（33）将所述膜电极组件压住，并进行热压，保持所述真空抽气区域（12）的负压和热压板压住状态，直到膜电极组件被压平和粘接。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，其特征在于：在真空吸板（1）上相对于所述膜电极组件固定区域（11）设有若干吸气孔（111），所述吸气孔（111）与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域（11）的负压，将第一扩散层（21）吸附在真空吸板（1）上。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，其特征在于：在所述膜电极组件固定区域（11）的相对于CCM膜电极的留白处的四周位置设有若干定位柱，在所述第一扩散层（21）、CCM膜电极（22）和第二扩散层（23）上，相对于所述定位柱设有相应的定位孔，通过所述定位柱和定位孔将第一扩散层（21）、CCM膜电极（22）和第二扩散层（23）定位。
4.根据权利要求1或2或3所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，其特征在于：所述CCM膜电极（22）中的质子交换膜是全氟磺酸质子交换膜。
5.根据权利要求1或2或3所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱方法，其特征在于：所述不透气的布或膜（24）是铁氟龙高温布或膜。
6.一种氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置（3），其特征在于：包括机架（31）、直线驱动源（32）、热压板系统（33）和真空吸板（1），所述机架（31）包括支柱（311）和安装板（312），所述直线驱动源（32）设置在所述安装板（312）上，所述热压板系统（33）设在直线驱动源（32）的驱动轴的下端，真空吸板（1）设在所述热压板系统（33）的下方，所述真空吸板（1）被分成位于中央的膜电极组件固定区域（11）和围绕所述膜电极组件固定区域（11）四周设置的真空抽气区域（12），所述真空抽气区域（12）与负压源连通。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置，其特征在于：在真空吸板（1）上相对于所述膜电极组件固定区域（11）设有若干吸气孔（111），所述吸气孔（111）与所述负压源连通，并受单独控制通或断；打开所述膜电极组件固定区域（11）的负压，将第一扩散层（21）吸附在真空吸板（1）上。
8.根据权利要求6或7所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置，其特征在于：所述热压板系统（33）包括第一压板（331）和第二压板（332），所述第一压板（331）与所述直线驱动源（32）的驱动轴的下端连接，所述第一压板（331）和第二压板（332）之间通过弹性件（333）连接，在第二压板（332）的上设有加热板（334）。
9.根据权利要求8所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置，其特征在于：还包括不透气的布或膜（24），所述不透气的布或膜（24）通过与负压源连接的真空吸盘（334）悬挂在所述第二压板（332）上。
10.根据权利要求6或7所述的氢燃料电池膜电极组件热压除气防皱的平压装置，其特征在于：所述热压板系统（33）包括第一压板（331）和加热板（334），所述加热板（334）设在第一压板（331）上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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