CN112952168A - 一种燃料电池质子交换膜的展平方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池质子交换膜展平方法及装置。该方法主要应用于后浸渍法获得的质子交换膜，相较于传统的吸附法，控制精度更高，且可以实现质子交换膜的机械式移载，极大的提高了燃料电池膜电极组装过程中质子交换膜的处理效率，进而提高膜电极整体的组装效率。

Description

一种燃料电池质子交换膜的展平方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，提供了一种燃料电池膜电极质子交换膜电解质含量控制方法及装置。
背景技术
燃料电池是一种可以将储存在H2、O2中的化学能直接转化成电能的能量转化装置。其转化过程不受卡诺循环过程限制，因此具有很高的能量转化效率。另外，燃料电池还具有工作无噪声、无振动、排放清洁、环境友好、可模块化布置的特点，使得燃料电池技术在新能源汽车及分布式电站等领域有具有广阔的应用前景。燃料电池膜电极的质子交换膜是发生电化学反应的核心区域之一。其主要组成为高分子聚合物，其电解质作为燃料电池质子导通的主要介质，直接影响着其性能与寿命。对于后浸渍法获得的质子交换膜，其物理形态较软，难以铺展，同时表面聚集的大量电解质溶液，需要将其表面电解质溶液去除一部分，获得与膜电极气体扩散电极相匹配的电解质溶液。
目前的处理方法主要为手工铺展，同时采用多孔结构的物质进行表面吸附。存在展平不均，电解质溶液分布不均、生产效率低等问题。电解质溶液分布不均导致电极电流密度分布不均，一致性差，寿命低；生产效率低直接影响燃料电池的产业化进程；对于高效的控制方法与装置，还没有展开类似的研究。
基于此，本发明提出一种燃料电池膜电极质子交换膜展平方法及装置。该方法可实现燃料电池膜电极质子交换膜的高效快速处理，同时提高其电解质溶液均匀一致性，对推动燃料电池产业化进程具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种燃料电池膜电极质子交换膜电解质含量控制方法及装置，利用质子交换膜表面的液体张力，通过两个张力表面的相对运动，使其一端优先脱离集体表面，从而在运动后将该质子交换膜转移至另一表面。在两个张力表面相对运动的同时，通过施加的压力及相对摩擦力，使质子交换膜表面的电解质溶液均匀的分布其表面，达到展平及使其电解液均匀分布的目的。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种燃料电池质子交换膜的展平方法，采用的装置包括第一基板和第二基板，第一基板置于第二基板上方；于第一基板下表面设有第一保护膜，于第一基板和第一保护膜(2)之间设有下表面为平面的第一滑块，第一滑块可于第一基板下表面左右往复滑动；于第二基板上表面设有第二保护膜，于第二基板和第二保护膜之间设有上表面为平面的第二滑块，第二滑块可于第二基板下表面左右往复滑动；第一保护膜和第二保护膜上下相对设置，第一滑块和第二滑块相对设置；
所述质子交换膜的展平方法为：
1)将上下表面浸有液体的待展平处理的质子交换膜置于第二保护膜上，使待展平处理的质子交换膜位于第二滑块上方；
2)将第一基板向下移动，使第一保护膜与待展平处理的质子交换膜相贴接，且待展平处理的质子交换膜位于第一滑块的下方；于第一滑块和第二滑块之间施加一压力；
3)向左或向右滑动第二滑块，使其从待展平处理的质子交换膜下方脱离；待展平处理的质子交换膜移动到第一保护膜下表面，且待展平处理的质子交换膜位于第一滑块的下方；
4)将第一基板移动至上表面为平面的展平处理后质子交换膜的放置区域；于第一滑块和放置区域的上表面之间施加一压力；
5)向左或向右滑动第一滑块，使其从待展平处理的质子交换膜上方脱离；展平处理后的质子交换膜移动到放置区域上表面处。
所述质子交换膜浸润液体为质量浓度70-95％的磷酸溶液。
步骤2)和步骤4)所述压力为50-500N。
于所述步骤3)中，当待展平处理的质子交换膜位于第一滑块的下方后，通过一机械部件将第一基板连同相连的第一滑块、第一保护膜以及展平的质子交换膜移至拍照位，通过CCD识别质子交换膜处于第一保护膜的位置；
步骤4)中所述放置区域为膜电极组装位；且所述展平处理后质子交换膜于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对。
所述展平处理后质子交换膜于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对的实现方式为：通过机械部件的控制系统按照CCD识别的位置将质子交换膜置于待组装电极正上方。
所述的展平方法采用的装置，包括第一基板和第二基板，第一基板置于第二基板上方；于第一基板下表面设有第一保护膜，于第一基板和第一保护膜之间设有下表面为平面的第一滑块，第一滑块可于第一基板下表面左右往复滑动；于第二基板上表面设有第二保护膜，于第二基板和第二保护膜之间设有上表面为平面的第二滑块，第二滑块可于第二基板下表面左右往复滑动；第一保护膜和第二保护膜上下相对设置，第一滑块和第二滑块相对设置；置于第一基板一侧的上表面为平面的展平处理后质子交换膜的放置区域；
第一基板与第一驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一基板上下和左右移动，第一滑块和第二滑块分别与第二驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一滑块和第二滑块左右移动。
第一驱动装置为一电机，电机输出轴与第一基板相连。
第二驱动装置为一电机或气缸，电机输出轴或气缸的推杆与第一滑块和第二滑块相连。
所述装置还包括与CCD识别系统，所述CCD识别系统可对位于第一滑块的下方的质子交换膜进行拍照识别，识别其于第一基板下表面的相对位置；并将其转为控制信号控制第一驱动装置的将第一基板移动至放置区域的指定位置；实现对第一基板的移动位置控制，进而实现置于指定位置的待组装电极与待组装电解质膜的定位组装。
以此可实现所述电解质膜的展平及快速移动。相较于传统人工展平方法，其使用时间可从原来的1-2min缩短为10-30s，相较于传统膜电极堆叠精度，可从人工的±0.5mm提高为±0.02mm，极大的提高了质子交换膜的处理效率，为膜电极自动化、智能化制备提供方法。
附图说明
图1为发明的组装图。
其中：1第一基板；2第一保护膜；3第一滑块；4第二保护膜；5第二基板；6第二滑块；7质子交换膜。
具体实施方式
所述的展平方法采用的装置，包括第一基板1和第二基板5，第一基板1置于第二基板5上方；于第一基板1下表面设有第一保护膜2，于第一基板1和第一保护膜2之间设有下表面为平面的第一滑块3，第一滑块3可于第一基板1下表面左右往复滑动；于第二基板5上表面设有第二保护膜4，于第二基板5和第二保护膜4之间设有上表面为平面的第二滑块6，第二滑块6可于第二基板5下表面左右往复滑动；第一保护膜2和第二保护膜4上下相对设置，第一滑块3和第二滑块6相对设置；置于第一基板1一侧的上表面为平面的展平处理后质子交换膜7的放置区域；
第一基板1与第一驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一基板1上下和左右移动，第一滑块3和第二滑块6分别与第二驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一滑块3和第二滑块6左右移动。
第一驱动装置为一电机，电机输出轴与第一基板1相连。
第二驱动装置为一电机或气缸，电机输出轴或气缸的推杆与第一滑块3和第二滑块6相连。
所述装置还包括与CCD识别系统，所述CCD识别系统可对位于第一滑块3的下方的质子交换膜7进行拍照识别，识别其于第一基板1下表面的相对位置；并将其转为控制信号控制第一驱动装置的将第一基板1移动至放置区域的指定位置；实现对第一基板的移动位置控制，进而实现置于指定位置的待组装电极与待组装电解质膜的定位组装。
所述质子交换膜的展平方法为：
1)将上下表面浸有液体的待展平处理的质子交换膜7置于第二保护膜4上，使待展平处理的质子交换膜7位于第二滑块6上方(质子交换膜于第二滑块表面投影位于第二滑块表面上)；
2)将第一基板1向下移动，使第一保护膜(2)与待展平处理的质子交换膜7相贴接，且待展平处理的质子交换膜7位于第一滑块3的下方；于第一滑块3和第二滑块6之间施加一压力；
3)向左或向右滑动第二滑块6，使其从待展平处理的质子交换膜7下方脱离；待展平处理的质子交换膜7移动到第一保护膜2下表面，且待展平处理的质子交换膜7位于第一滑块3的下方(质子交换膜于第一滑块表面投影位于第一滑块表面上)；
4)将第一基板1移动至上表面为平面的展平处理后质子交换膜7的放置区域；于第一滑块3和放置区域的上表面之间施加一压力；
5)向左或向右滑动第一滑块3，使其从待展平处理的质子交换膜7上方脱离；展平处理后的质子交换膜7移动到放置区域上表面处。
所述质子交换膜浸润液体为质量浓度75％的磷酸溶液。
步骤2)和步骤4)所述压力为100N。
于所述步骤3)中，当待展平处理的质子交换膜7位于第一滑块3的下方后，通过一机械部件将第一基板1连同相连的第一滑块3、第一保护膜2以及展平的质子交换膜7移至拍照位，通过CCD识别质子交换膜7处于第一保护膜2的位置；
步骤4)中所述放置区域为膜电极组装位；且所述展平处理后质子交换膜7于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对。
所述展平处理后质子交换膜7于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对的实现方式为：通过机械部件的控制系统按照CCD识别的位置将质子交换膜7置于待组装电极正上方。
以此可实现所述电解质膜的展平及快速移动。相较于传统人工展平方法，其使用时间可从原来的1-2min缩短为10-30s，相较于传统膜电极堆叠精度，可从人工的±0.5mm提高为±0.02mm，极大的提高了质子交换膜的处理效率，为膜电极自动化、智能化制备提供方法。

Claims (9)

1.一种燃料电池质子交换膜的展平方法，其特征在于：
采用的装置包括第一基板(1)和第二基板(5)，第一基板(1)置于第二基板(5)上方；于第一基板(1)下表面设有第一保护膜(2)，于第一基板(1)和第一保护膜(2)之间设有下表面为平面的第一滑块(3)，第一滑块(3)可于第一基板(1)下表面左右往复滑动；于第二基板(5)上表面设有第二保护膜(4)，于第二基板(5)和第二保护膜(4)之间设有上表面为平面的第二滑块(6)，第二滑块(6)可于第二基板(5)下表面左右往复滑动；第一保护膜(2)和第二保护膜(4)上下相对设置，第一滑块(3)和第二滑块(6)相对设置；
质子交换膜的展平方法为：
1)将上下表面浸有液体的待展平处理的质子交换膜(7)置于第二保护膜(4)上，使待展平处理的质子交换膜(7)位于第二滑块(6)上方；
2)将第一基板(1)向下移动，使第一保护膜(2)与待展平处理的质子交换膜(7)相贴接，且待展平处理的质子交换膜(7)位于第一滑块(3)的下方；于第一滑块(3)和第二滑块(6)之间施加一压力；
3)向左或向右滑动第二滑块(6)，使其从待展平处理的质子交换膜(7)下方脱离；待展平处理的质子交换膜(7)移动到第一保护膜(2)下表面，且待展平处理的质子交换膜(7)位于第一滑块(3)的下方；
4)将第一基板(1)移动至上表面为平面的展平处理后质子交换膜(7)的放置区域；于第一滑块(3)和放置区域的上表面之间施加一压力；
5)向左或向右滑动第一滑块(3)，使其从待展平处理的质子交换膜(7)上方脱离；展平处理后的质子交换膜(7)移动到放置区域上表面处。
2.按照权利要求1所述的展平方法，其特征在于：
所述质子交换膜浸润液体为质量浓度70-95％的磷酸溶液。
3.按照权利要求1所述的展平方法，其特征在于：
步骤2)和步骤4)所述压力为50-500N。
4.按照权利要求1所述的展平方法，其特征在于：
于所述步骤3)中，当待展平处理的质子交换膜(7)位于第一滑块(3)的下方后，通过一机械部件将第一基板(1)连同相连的第一滑块(3)、第一保护膜(2)以及展平的质子交换膜(7)移至拍照位，通过CCD识别质子交换膜(7)处于第一保护膜(2)的位置；
步骤4)中所述放置区域为膜电极组装位；且所述展平处理后质子交换膜(7)于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对。
5.按照权利要求4所述的展平方法，其特征在于：
所述展平处理后质子交换膜(7)于膜电极组装位上的位置为与待组装电极的位置正相对的实现方式为：通过机械部件的控制系统按照CCD识别的位置将质子交换膜(7)置于待组装电极正上方。
6.一种权利要求1所述的展平方法采用的装置，其特征在于：
包括第一基板(1)和第二基板(5)，第一基板(1)置于第二基板(5)上方；于第一基板(1)下表面设有第一保护膜(2)，于第一基板(1)和第一保护膜(2)之间设有下表面为平面的第一滑块(3)，第一滑块(3)可于第一基板(1)下表面左右往复滑动；于第二基板(5)上表面设有第二保护膜(4)，于第二基板(5)和第二保护膜(4)之间设有上表面为平面的第二滑块(6)，第二滑块(6)可于第二基板(5)下表面左右往复滑动；第一保护膜(2)和第二保护膜(4)上下相对设置，第一滑块(3)和第二滑块(6)相对设置；置于第一基板(1)一侧的上表面为平面的展平处理后质子交换膜(7)的放置区域；
第一基板(1)与第一驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一基板(1)上下和左右移动，第一滑块(3)和第二滑块(6)分别与第二驱动装置的动力输出端相连，由驱动装置驱动第一滑块(3)和第二滑块(6)左右移动。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于：
第一驱动装置为一电机，电机输出轴与第一基板(1)相连。
8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于：第二驱动装置为一电机或气缸，电机输出轴或气缸的推杆与第一滑块(3)和第二滑块(6)相连。
9.按照权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述装置还包括与CCD识别系统，所述CCD识别系统可对位于第一滑块(3)的下方的质子交换膜(7)进行拍照识别，识别其于第一基板(1)下表面的相对位置；并将其转为控制信号控制第一驱动装置的将第一基板(1)移动至放置区域的指定位置；实现对第一基板的移动位置控制，进而实现置于指定位置的待组装电极与待组装电解质膜的定位组装。
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