CN113549944B - 一种微量氧气发生模块的制备方法及其治具组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微量氧气发生模块的制备方法及治具组件，其能解决聚合物电解质膜的凹陷空间结构的成型、阳极气体扩散电极的定位和封装的技术问题。一种微量氧气发生模块的治具组件，其特征在于：包括成型工装、热压模具、集电板工装、底座工装和封装工装；成型工装包括上板和下板，上板设有成型头，下板设有下板网格，预制胶层的中心开有预制胶层通孔，上板和下板能够上下定位拼合，使得成型头和下板网格同轴设置；热压模具包括阳极模板和阴极模板，阳极模板设有定位并容纳阳极气体扩散电极的阳极网格，阴极模板设有定位并至少容纳预制胶层和聚合物电解质膜的阴极网格，阳极模板和阴极模板能够上下定位拼合，使得阳极网格和阴极网格同轴设置。

Description

一种微量氧气发生模块的制备方法及其治具组件

技术领域

本发明涉及通过电化学方法制造微流量纯氧的技术领域，具体涉及一种微量氧气发生模块的制备方法及其治具组件。

背景技术

制造微流量纯氧的主要方法是电化学方法，通过对膜电极组件施加直流电，在其阴极处使空气中的氧气发生电催化反应生成水，水通过聚合物电解质膜扩散至膜电极组件的阳极并在阳极发生电催化氧化反应生成纯氧，从宏观上看，这一过程是对空气中的氧气的浓缩提纯过程。

一种制造微流量纯氧的核心部件——微量氧气发生模块，其结构如图11d、11e所示，包括自上而下层叠设置并且外周通过绝缘胶带401/绝缘收缩管捆绑固定的阴极集电板36、膜电极组件19、阳极集电板25、片状半透层39和底座28，膜电极组件19包括自上而下层叠设置的阴极气体扩散电极8、聚合物电解质膜6和阳极气体扩散电极17。其中，聚合物电解质膜6的中间部位压制形成有朝向阴极气体扩散电极8一侧的凹陷空间（用于定位阳极气体扩散电极17），聚合物电解质膜6的外沿一圈（即凹陷空间以外的部位）与阴极气体扩散电极8之间设有用于两者粘连、封装的预制胶层11；聚合物电解质膜6的外沿一圈与阳极集电板25之间设有用于两者粘连、封装的极板框型密封件26，极板框型密封件26还嵌入凹陷空间与阳极气体扩散电极17之间的间隙；底座28位于片状半透层29外周一圈与阳极集电板25之间设有用于两者粘连、封装的底座框型密封件32。该结构的微量氧气发生模块相较于传统结构，其主要区别在于聚合物电解质膜的凹陷空间结构，凹陷空间与阳极气体扩散电极17的定位配合，以及相应封装结构的调整，如预制胶层11和极板框型密封件26。因此，有必要针对该新型结构，研发相应的治具组件以提高微量氧气发生模块的生产效率以及产品的合格率。

发明内容

本发明提供了一种微量氧气发生模块的制备方法及其治具组件，其能解决聚合物电解质膜的凹陷空间结构的成型、阳极气体扩散电极的定位和封装的技术问题。

其技术方案是这样的，一种微量氧气发生模块的治具组件，其特征在于：包括成型工装、热压模具、集电板工装、底座工装和封装工装；

所述成型工装包括上板和下板，所述上板设有与凹陷空间的凹槽内型面匹配的成型头，所述下板设有定位并至少容纳预制胶层和聚合物电解质膜的下板网格，预制胶层的中心开设有与凹陷空间的凹槽外型面匹配的预制胶层通孔，所述上板和所述下板能够上下定位拼合，使得所述成型头和所述下板网格同轴设置；

所述热压模具包括阳极模板和阴极模板，所述阳极模板设有定位并容纳阳极气体扩散电极的阳极网格，所述阴极模板设有定位并至少容纳预制胶层和聚合物电解质膜的阴极网格，所述阳极模板和所述阴极模板能够上下定位拼合，使得所述阳极网格和所述阴极网格同轴设置；

所述集电板工装设有定位并容纳膜电极组件和阳极集电板的集电板网格；

所述治具组件包括底座工装，所述底座工装设有定位并容纳膜电极组件、阳极集电板、片状半透层和底座的底座网格；

所述封装工装包括一对夹头，所述夹头的前侧下部向前延伸形成下颚、前侧上部铰接有上颚，所述夹头的后侧连接连轴，所述夹头的左右两侧下部对称的设有滑槽，所述滑槽前侧延伸至所述下颚，所述夹头的上方安装有倒U形的锁紧框，所述锁紧框的两侧下部形成有与所述滑槽滑动配合的滑块，所述锁紧框的上部螺纹连接有螺丝，所述螺丝穿过锁紧框的端部连接有压头；

所述下板网格定位并容纳阴极气体扩散电极、预制胶层和聚合物电解质膜，所述阴极网格容纳阴极气体扩散电极、预制胶层和聚合物电解质膜。

进一步的，所述上板和所述下板通过铰链连接，当所述上板翻转至所述下板上时，所述上板与所述下板定位拼合；所述阳极模板和所述阴极模板通过铰链连接，当所述阳极模板翻转至所述阴极模板上时，所述阳极模板翻转至所述阴极模板定位拼合。

进一步的，当所述阳极模板和所述阴极模板上下定位拼合后，所述阳极气体扩散电极的下端容纳于聚合物电解质膜的凹陷空间内、其上端高于所述阳极模板的上表面。

进一步的，所述治具组件包括吸附底板和吸附头，所述吸附底板的一侧端面开设有第一吸附孔，第一吸附孔连通真空泵，所述吸附底板的外沿安装有定位架，所述吸附头的一侧端面开设有第二吸附孔，第二吸附孔连通真空泵，所述吸附头的外沿安装有可拆卸式的导向框，所述吸附头的一侧端面和所述吸附底板的一侧端面的尺寸相同。

一种微量氧气发生模块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，平铺的聚合物电解质膜和阴极气体扩散电极通过预制胶层粘连，预制胶层开设有预制胶层通孔，通过成型头将聚物和电解质膜的中间部位向阴极气体扩散电极一侧压制形成凹陷空间，所述凹陷空间的凹槽外型面的侧部与预制胶层通孔的内侧面贴合、其顶部与阴极气体扩散电极贴合；将阳极气体扩散电极定位粘合于凹陷空间的中间部位，形成膜电极组件，阳极气体扩散电极周向与凹陷空间之间形成有一圈密封件嵌入槽；

S2，阳极集电板的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件，将膜电极组件与带有极板框型密封件的阳极集电板压合，阳极集电板与阳极气体扩散电极贴合，极板框型密封件粘合、封装聚合物电解质膜和阳极集电板，极板框型密封件的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体；

S3，底座的凸台上连接片状半透层，形成第二中间体；

S4，底座围绕其凸台外侧涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件，将第一中间体与第二中间体压合，片状半透层与阳极集电板贴合，底座框型密封件粘合、封装阳极集电板和底座，形成第三中间体；

S5，第三中间体的阴极侧连接阴极集电板，并通过绝缘胶带/绝缘收缩管将第三中间体、阴极集电板捆绑固定，形成微量氧气发生模块。

进一步的，步骤S1包括以下步骤，

第一步，功能层置于吸附底板的上表面之上并通过定位架定位，开启真空泵抽吸气流，使得所述功能层被吸附固定在所述吸附底板上，所述功能层由预制胶层和离型层组成，所述离型层与所述吸附底板的上表面贴合；

第二步，双层膜置于吸附头的吸附面上并通过导向框定位，所述导向框与所述吸附头可拆卸连接，开启真空泵抽吸气流，使得所述双层膜被吸附固定在所述吸附头上，所述双层膜由聚合物电解质膜和保护层组成，所述保护层与所述吸附头的吸附面吸附贴合；

第三步，从所述吸附头上取下所述导向框，吸附所述双层膜的所述吸附头在所述定位架的导向作用下与吸附有功能层的吸附底板定位压合，使得所述双层膜的所述聚合物电解质膜与所述功能层的所述预制胶层粘合，形成第一粘合体；

第四步，将所述第一粘合体的所述离型层面朝上放置，所述第一粘合体置于吸附底板的上表面之上并通过定位架定位，所述保护层接触覆盖所述吸附底板的上表面，开启真空泵抽吸气流，使得所述第一粘合体被吸附固定在所述吸附底板上，从所述第一粘合体上剥去所述离型层，露出所述预制胶层，阴极气体扩散电极在所述定位架的导向作用下置于所述预制胶层之上，形成第二粘合体；

第五步，将所述保护层从所述第二粘合体上剥离，露出所述聚合物电解质膜，对去除了所述保护层的所述第二粘合体进行切割，形成若干小粘合体；

第六步：将所述小粘合体置于成型工装的下板网格中，盖上所述成型工装的上板，将所述成型工装置于热压机中热压，在所述上板背部的成型头的压制下，各所述小粘合体的所述聚合物电解质膜延展进入各所述预制胶层通孔中，形成凹陷粘合体，所述聚合物电解质膜上形成凹陷空间；

第七步：将所述凹陷粘合体置于热压模具的阴极模板的阴极网格中，盖上阳极模板，将阳极气体扩散电极插入所述阳极模板的阳极网格中，阳极气体扩散电极的头部高于阳极网格，将热压膜覆盖在所述阳极模板和所述阳极气体扩散电极之上，将所述热压模具置于热压机中热压，从而形成膜电极组件。

进一步的，步骤S2包括以下步骤，

将转移板置于工作台上，将集电板工装置于转移板之上，将阳极集电板置于集电板工装的集电板网格中，将阳极集电板的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件，将所述膜电极组件置于所述集电板工装的所述集电板网格中、覆盖于各所述阳极集电板之上，将覆盖所述膜电极组件的所述阳极集电板置于压机中压制粘合，极板框型密封件粘合、封装聚合物电解质膜和阳极集电板，极板框型密封件的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体。

进一步的，步骤S3包括以下步骤，

将片状半透层置于底座的凸台之上，将两者粘合在一起，形成第二中间体。

进一步的，步骤S4包括以下步骤，

将转移板置于工作台上，将底座工装置于转移板之上，将第二中间体置于底座工装的底座网格中，底座围绕其凸台外侧涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件，将所述第一中间体置于所述底座工装的所述底座网格中、覆盖在各所述第二中间体之上，将覆盖所述第一中间体的所述第二中间体置于压机中压制粘合，形成第三中间体。

进一步的，步骤S5包括以下步骤，

打开封装机的前夹头的前上颚和后夹头的后上颚，将阴极集电板和所述第三中间体置于所述前夹头的前下颚和所述后夹头的后下颚上，关闭所述前上颚和所述后上颚，旋转所述前夹头和所述后夹头上的锁紧机构的螺丝，将所述前夹头和所述后夹头锁紧，从而对所述阴极集电板和所述第三中间体施加预紧力；对封装机通电，前夹头连轴和后夹头连轴的同时转动，带动所述阴极集电板和所述第三中间体转动，将绝缘胶带缠绕在所述前夹头和所述后夹头之间的所述阴极集电板和所述第三中间体的外表面上，形成微量氧气发生模块，松开所述前夹头和所述后夹头上的所述锁紧机构的螺丝，打开所述前夹头的所述前上颚和所述后夹头的所述后上颚，取出微量氧气发生模块，完成整个制备流程。

进一步的，步骤S5包括以下步骤，

将所述阴极集电板和所述第三中间体堆叠在一起，外套绝缘收缩管，打开封装机的前夹头的前上颚和后夹头的后上颚，将所述阴极集电板和所述第三中间体置于所述前夹头的前下颚和所述后夹头的后下颚上，关闭所述前上颚和所述后上颚，旋转所述前夹头和所述后夹头上的锁紧机构的螺丝，将所述前夹头和所述后夹头锁紧，从而对所述阴极集电板和所述第三中间体施加预紧力。对封装机通电，前夹头连轴和后夹头连轴转动，带动所述阴极集电板和所述第三中间体转动，施加热空气于所述绝缘收缩管上，所述绝缘收缩管收缩紧密外套贴合在所述前夹头和所述后夹头之间的所述阴极集电板和所述第三中间体的外表面上，形成微量氧气发生模块，松开所述前夹头和所述后夹头上的所述锁紧机构的螺丝，打开所述前夹头的所述前上颚和所述后夹头的所述后上颚，取出微量氧气发生模块，完成整个制备流程。

本发明的制备方法及治具组件，通过将平铺的聚合物电解质膜与带有预制胶层通孔的预制胶层粘合、封装，然后通过成型头压制聚合物电解质膜，使得聚合物电解质膜延展进入各预制胶层通孔中，在聚合物电解质膜上形成凹陷空间；形成凹陷空间结构后，阳极气体扩散电极定位安装于聚合物电解质膜的凹陷空间的中间部位，形成膜电极组件；通过先于预制胶层上开设有预制胶层通孔，然后将平铺的聚合物电解质膜与预制胶层粘合，再压制形成凹陷空间，完成阴极气体扩散电极与聚合物电解质膜的封装，通过涂布有极板框型密封件的阳极集电板与膜电极组件压合，完成膜电极组件和阳极集电板之间的封装；制备过程简单，并辅以使用便捷、定位精确的治具组件，确保了提高微量氧气发生模块的生产效率以及产品的合格率。

附图说明

图1a为吸附底板的结构示意图。

图1b为功能层的结构示意图。

图1c为功能层吸附于吸附底板的上表面的状态示意图。

图2a为吸附头连接导向框的结构示意图。

图2b为吸附头未连接导向框的结构示意图。

图2c为双层膜的结构示意图。

图3a为吸附头、双层膜、功能层和吸附底板定位压合的状态示意图。

图3b为第一粘合体的结构示意图。

图4a为剥去离型层的第一粘合体的结构示意图。

图4b为阴极气体扩散电极、剥去离型层的第一粘合体和吸附底板配合的结构示意图。

图4c为第二粘合体的结构示意图。

图5a为第二粘合体切割形成小粘合体的状态示意图。

图5b为小粘合体的分解结构示意图。

图6a为小粘合体与上、下板打开状态的成型工装配合的结构示意图。

图6b为上、下板阖上状态的成型工装的结构示意图。

图6c为凹陷粘合体的结构示意图。

图7a为凹陷粘合体与阳极、阴极模板打开状态的热压模具配合的结构示意图。

图7b为阳极气体扩散电极与阳极、阴极模板阖上状态的热压模具配合的结构示意图。

图7c为热压膜与安装凹陷粘合体、阳极气体扩散电极的热压模具配合的结构示意图。

图7d为膜电极组件的剖视结构示意图。

图8a为阳极集电板的结构示意图。

图8b为阳极集电板、集电板工装、转移板和工作台配合的结构示意图。

图8c为形成极板框型密封件的阳极集电板的结构示意图。

图8d为膜电极组件、阳极集电板、集电板工装和转移板配合的结构示意图。

图8e为第一中间体的结构示意图。

图8f为第一中间体的剖视结构示意图。

图9a为底座的结构示意图。

图9b为第二中间体，即片状半透层与底座配合的结构示意图。

图10a为第二中间体、底座工装、转移板和工作台配合的结构示意图。

图10b为形成底座框型密封件的第二中间体的结构示意图。

图10c为第一中间体、形成底座框型密封件的第二中间体、底座工装、转移板配合的结构示意图。

图10d为第三中间体的结构示意图。

图10e为第三中间体剖视结构示意图。

图11a为前夹头、后夹头、阴极集电板和第三中间体未装配的状态示意图。

图11b为前夹头、后夹头、阴极集电板和第三中间体装配后的状态示意图。

图11c为前夹头、后夹头的结构示意图。

图11d为微量氧气发生模块的结构示意图。

图11e为微量氧气发生模块的剖视结构示意图。

具体实施方式

一种微量氧气发生模块的治具组件，如图1a、图2a、图6a~6b、图7a~7c、图8b、图10a、图10c、图11a~11c所示，包括吸附工装、成型工装14、热压模具16、集电板工装24、底座工装31和封装工装。

吸附工装包括吸附底板2和吸附头4，吸附底板2的上表面22开设有第一吸附孔23，第一吸附孔23连通真空泵，吸附底板2的外沿安装有定位架21，吸附头4的一侧端面开设有第二吸附孔43，第二吸附孔43连通真空泵，吸附头4的外沿安装有可拆卸式的导向框5，导向框5的四个内侧面51与吸附头4的四个外侧面滑动贴合，导向框5的四个内侧面51与吸附头4的吸附面41形成薄膜容纳空间541，吸附头4的一侧端面和吸附底板2的一侧端面的尺寸相同。

成型工装14包括上板142和下板144，上板142设有与凹陷空间611的凹槽内型面匹配的成型头143，下板144设有定位并至少容纳预制胶层11和聚合物电解质膜61的下板网格141，预制胶层11的中心开设有与凹陷空间611的凹槽外型面匹配的预制胶层通孔131，上板142和下板能够上下定位拼合，使得成型头143和下板网格141同轴设置。上板142和下板144通过铰链连接，当上板142翻转至下板上时，上板142与下板144定位拼合。

热压模具16包括阳极模板162和阴极模板164，阳极模板162设有定位并容纳阳极气体扩散电极17的阳极网格163，阴极模板164设有定位并至少容纳预制胶层11和聚合物电解质膜61的阴极网格161，阳极模板162和阴极模板164能够上下定位拼合，使得阳极网格163和阴极网格161同轴设置。阳极模板162和阴极模板164通过铰链连接，当阳极模板162翻转至阴极模板上时，阳极模板162和阴极模板164定位拼合。

下板网格141定位并容纳阴极气体扩散电极8、预制胶层11和聚合物电解质膜61，阴极网格161容纳阴极气体扩散电极8、预制胶层11和聚合物电解质膜61。当阳极模板162和阴极模板上下定位拼合后，阳极气体扩散电极17的下端容纳于聚合物电解质膜61的凹陷空间611内、其上端高于阳极模板162的上表面。

集电板工装24设有定位并容纳膜电极组件19和阳极集电板25的集电板网格241。

底座工装31设有定位并容纳膜电极组件19、阳极集电板25、片状半透层29和底座28的底座网格311。

封装工装包括一对夹头，分别为前夹头34、后夹头35，前夹头34、后夹头35的后侧连接有连轴38、左右两侧下部对称的设有滑槽353/343、上方安装有倒U形的锁紧框37，锁紧框37的两侧下部形成有与滑槽滑动配合的滑块，锁紧框37的上部螺纹连接有螺丝371，螺丝穿过锁紧框37的端部连接有压头，其中，锁紧框37、螺丝371和压头构成锁紧机构，用于将上颚下压后与下颚配合以夹紧第三中间体33和阴极集电板36，前夹头34的前侧下部向前延伸形成前下颚342、前侧上部铰接有前上颚341，前上颚341、前下颚342拼合后形成有与第三中间体33和阴极集电板36前侧部位（包括氧气接管282）配合的前侧内轮廓型面；后夹头35对应后下颚352、后上颚351，后上颚351、后下颚352拼合后形成有与第三中间体33和阴极集电板36后侧部位（包括氧气尾管283、阴极接电头361、阳极接电头251）配合的内轮廓型面。滑槽均延伸至相应的前下颚342、后下颚352。

一种微量氧气发生模块的制备方法，包括以下步骤，

S1，平铺的聚合物电解质膜61和阴极气体扩散电极8通过预制胶层11粘连，预制胶层11开设有预制胶层通孔131，通过成型头143将聚物和电解质膜的中间部位向阴极气体扩散电极8一侧压制形成凹陷空间611，凹陷空间611的凹槽外型面的侧部与预制胶层通孔131的内侧面贴合、其顶部与阴极气体扩散电极8贴合；将阳极气体扩散电极17定位粘合于凹陷空间611的中间部位，形成膜电极组件19，阳极气体扩散电极17周向与凹陷空间611之间形成有一圈密封件嵌入槽；

S2，阳极集电板25的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件26，将膜电极组件19与带有极板框型密封件26的阳极集电板25压合，阳极集电板25与阳极气体扩散电极17贴合，极板框型密封件26粘合、封装聚合物电解质膜61和阳极集电板25，极板框型密封件26的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体27；

S3，底座28的凸台281上连接片状半透层29，形成第二中间体30；

S4，底座28围绕其凸台281外侧涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件32，将第一中间体27与第二中间体30压合，片状半透层29与阳极集电板25贴合，底座框型密封件32粘合、封装阳极集电板25和底座28，形成第三中间体33；

S5，第三中间体33的阴极侧连接阴极集电板36，并通过绝缘胶带/绝缘收缩管将第三中间体33、阴极集电板36捆绑固定，形成微量氧气发生模块。

以下，结合上述工装组件、相应设备（压机、封装机）以及附图1a~11e对制备方法进行详细阐述。

步骤S1包括以下步骤：

第一步，如图1a~图1c所示，功能层1置于吸附底板2的上表面之上并通过定位架21定位，开启真空泵抽吸气流，使得功能层1被吸附固定在吸附底板2上，功能层1的长度和宽度的尺寸与吸附底板2的上表面22的长度和宽度尺寸一致，功能层1由预制胶层11和离型层12组成，功能层开设有贯穿预制胶层11和离型层12的预制通孔13，预制通孔13于预制胶层11的孔位部分即预制胶层通孔131，离型层12与吸附底板2的上表面22贴合；

第二步，如图2a~2c所示，双层膜6置于吸附头4的吸附面41上并通过导向框5定位，即放置于薄膜容纳空间541内，开启真空泵抽吸气流，使得双层膜6被吸附固定在吸附头4上，双层膜6的长度和宽度的尺寸分布与吸附头4的吸附面41的长度和宽度尺寸一致，双层膜6由聚合物电解质膜61和保护层62组成，保护层62与吸附头4的吸附面41吸附贴合；

第三步，如图3a、3b所示，从吸附头4上取下导向框5，吸附双层膜6的吸附头4在定位架21的导向作用下与吸附有功能层1的吸附底板2定位压合，使得双层膜6的聚合物电解质膜61与功能层1的预制胶层11粘合，形成第一粘合体7；

关闭与吸附底板2连通的真空泵，关闭与吸附头4连通的真空泵，从吸附底板2的上表面上取下第一粘合体7，将第一粘合体7置于压机中，通过压机对第一粘合体7施加一定的压力，增加聚合物电解质膜61与预制胶层11之间的粘合力；

第四步，如图4a~4c所示，将第一粘合体7的离型层12面朝上放置，第一粘合体7置于吸附底板2的上表面22之上并通过定位架21定位，保护层62接触覆盖吸附底板2的上表面22，开启真空泵抽吸气流，使得第一粘合体7被吸附固定在吸附底板2上，从第一粘合体7上剥去离型层12，露出预制胶层11，阴极气体扩散电极8在定位架21的导向作用下置于预制胶层11之上并与预制胶层11粘合，形成第二粘合体9；

将吸附头4置于第二粘合体9的阴极气体扩散电极8之上，对吸附头4施加压力，使得阴极气体扩散电极8与预制胶层11初步粘合；

关闭与吸附底板2连通的真空泵，从吸附底板2的上表面上取下第二粘合体9，将第二粘合体9置于压机中，通过压机对第二粘合体9施加一定的压力，增加阴极气体扩散电极8与预制胶层11之间的粘合力；对第二粘合体9进行干燥，从而进一步增加预制胶层11粘合力；

第五步，将保护层62从第二粘合体9上剥离，露出聚合物电解质膜61，对去除了保护层62的第二粘合体9进行切割，形成若干小粘合体10，即小粘合体10是由小片聚合物电解质膜61、开有一个预制胶层11通孔的小片预制胶层11和小片阴极气体扩散电极8依次粘合而成，小片聚合物电解质膜61、开有一个预制胶层11通孔的小片预制胶层11和小片阴极气体扩散电极8即对应单个微量氧气发生模块40；

第六步：将小粘合体10置于成型工装14的下板网格141中，盖上成型工装14的上板142，将成型工装14置于热压机中热压，在上板142背部的成型头143的压制下，各小粘合体10的聚合物电解质膜61延展进入各预制胶层11通孔中，形成凹陷粘合体15，聚合物电解质膜61上形成凹陷空间611，成型头143均与与其对应的下板网格141和内置的各小粘合体10处于同一轴线上；

第七步：将凹陷粘合体15置于热压模具16的阴极模板164的阴极网格161中，盖上阳极模板162，将阳极气体扩散电极17插入阳极模板162的阳极网格163中，阳极气体扩散电极17的头部高于阳极网格163，将热压膜18覆盖在阳极模板162和阳极气体扩散电极17之上，将热压模具16置于热压机中热压，从而形成膜电极组件19。热压模具16的阴极网格161的尺寸比凹陷粘合体15略大，凹陷粘合体15的阴极气体扩散电极8与热压模具16的阴极模板164的模具阴极面直接接触。各阳极网格163的长和宽均比与其对应的各凹陷空间611的长和宽略小，各阳极气体扩散电极17的长和宽均与与其对应的各阳极网格163的长和宽相当；各凹陷空间611以及与其对应的各阴极网格161、各阳极网格163和各阳极气体扩散层四者大致处于同一轴线上。阳极气体扩散电极17的阳极催化层与凹陷粘合体15的聚合物电解质膜61接触。阳极气体扩散电极17外露于阳极模板162，即阳极气体扩散电极17的厚度大于阳极模板162的厚度和凹陷空间611的厚度之和。

步骤S2包括以下步骤：

将转移板20置于工作台23上，将集电板工装24置于转移板20之上，将阳极集电板25置于集电板工装24的集电板网格241中，将阳极集电板25的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件26，平移转移板20将置于其上的集电板工装24和各阳极集电板25从工作台23上移动至存放区，在存放区暂时存放，存放的时间范围为0.5分钟至5小时，存放区的温度范围为室温至100℃，存放区的相对湿度范围为0%至100%。之后，将膜电极组件19置于集电板工装24的集电板网格241中、覆盖于各阳极集电板25之上，将覆盖膜电极组件19的阳极集电板25置于压机中压制粘合，极板框型密封件26粘合、封装聚合物电解质膜61和阳极集电板25，极板框型密封件26的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体27。将第一中间体27存放，存放的时间范围为0.5小时至48小时，存放的温度范围为室温至100℃，存放的相对湿度范围为0%至100%，确保极板框型密封件26固化。

集电板网格241的长和宽平面的轮廓形状与阳极集电板25的长和宽平面的轮廓形状相同，集电板网格241的长和宽平面的轮廓形状包含了膜电极组件19的阴极气体扩散电极8的长和宽平面的轮廓形状。阳极集电板25的长度和宽度尺寸比集电板网格241的长度和宽度尺寸略小，阳极集电板25的厚度尺寸加上膜电极组件19的厚度尺寸的总和小于或等于集电板工装24的厚度。在第一中间体27中，膜电极组件19的阳极气体扩散电极17与阳极集电板25的氧气活性面相互贴合，极板框型密封件26与聚合物电解质膜61和氧气活性面封装粘合，极板框型密封件26包围阳极气体扩散电极17。膜电极组件19的阴极气体扩散电极8的长度和宽度尺寸与阳极集电板25的氧气活性面的长度和宽度尺寸相当，阴极气体扩散电极8的各边与氧气活性面各对应边分别对齐，膜电极组件19与氧气活性面大致处于同一轴线上。

步骤S3包括以下步骤：

将片状半透层29置于底座的凸台281之上，将两者粘合在一起，形成第二中间体30。

片状半透层29的长度和宽度尺寸与底座的凸台281的长度和宽度尺寸相当，片状半透层29的四边与凸台281的四边对齐，片状半透层29与凸台281处于同一轴线上。

步骤S4包括以下步骤：

将转移板20置于工作台23上，将底座工装31置于转移板20之上，将第二中间体30置于底座工装31的底座网格311中，底座28围绕其凸台281外侧的密封边284上涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件32，平移转移板20将置于其上的底座工装31和各第二中间体30从工作台23上移动至存放区，在存放区暂时存放，存放的时间范围为0.5分钟至5小时，存放区的温度范围为室温至100℃，存放区的相对湿度范围为0%至100%，之后，将第一中间体27置于底座工装31的底座网格311中、覆盖在各第二中间体30之上，将覆盖第一中间体27的第二中间体30置于压机中压制粘合，形成第三中间体33，将第三中间体33存放，存放的时间范围为0.5小时至48小时，存放的温度范围为室温至100℃，存放的相对湿度范围为0%至100%，确保底座框型密封件固化。

底座网格311的长和宽平面的轮廓形状与底座的长和宽平面的轮廓形状相同，底座网格311的长和宽平面的轮廓形状包含了阳极集电板25的长和宽平面的轮廓形状。底座的长度和宽度尺寸比底座网格311的长度和宽度尺寸略小。第一中间体27的阳极集电板25与第二中间体30的片状半透层贴合，底座框型密封件32将阳极集电板25与底座28粘合封装在一起。阳极集电板25的氧气活性面的长度和宽度的尺寸与底座28的密封边284外沿轮廓的长度和宽度的尺寸相当，阳极集电板25的氧气活性面的各边与底座28的密封边284外沿轮廓的各对应边分别对齐。阳极集电板25的氧气活性面与片状半透层29大致处于同一轴线上。

步骤S5包括以下步骤：

打开封装机的前夹头34的前上颚341和后夹头35的后上颚351，将阴极集电板36和第三中间体33置于前夹头34的前下颚342和后夹头35的后下颚352上，关闭前上颚341和后上颚351，旋转前夹头34和后夹头35上的锁紧机构的螺丝371，将前夹头34和后夹头35锁紧，从而对阴极集电板36和第三中间体33施加预紧力；对封装机通电，前夹头34连轴38和后夹头35的连轴38同时转动，带动阴极集电板36和第三中间体33转动，将绝缘胶带401缠绕在前夹头34和后夹头35之间的阴极集电板36和第三中间体33的外表面上，形成微量氧气发生模块，松开前夹头34和后夹头35上的锁紧机构的螺丝371，打开前夹头34的前上颚341和后夹头35的后上颚351，取出微量氧气发生模块40，完成整个制备流程。

第三中间体33的阴极气体扩散电极8与阴极集电板36的空气活性面相互贴合，阴极气体扩散电极8的长度和宽度的尺寸与空气活性面的长度和宽度的尺寸相当，阴极气体扩散电极8的外沿与空气活性面的外沿对齐。阴极集电板36的阴极接电头361、阳极集电板25的阳极接电头251以及底座28的氧气尾管283处于微量氧气发生模块40的同一侧。后夹头35的后上颚351的内表面和后下颚352的内表面组合在一起形成了与阳极集电板25的阳极接电头251的外表面、阴极集电板36的阴极接电头361的外表面、氧气尾管283的外表面和微量氧气发生模块40的后部方形区的外表面相同的后夹头35内部轮廓空间，阳极接电头251、阴极接电头361、氧气尾管283和后部方形区嵌入后夹头35内部轮廓空间中。前夹头34的前上颚341的内表面和前下颚342的内表面组合在一起形成了与氧气接头282的外表面和微量氧气发生模块40的前部方形区的外表面的相同的前夹头34内部轮廓空间，氧气接头282和前部方形区嵌入前夹头34内部轮廓空间中。前夹头34连轴的轴心线和后夹头35连轴的轴心线重合。

其它实施例中，步骤S5还可以通过以下步骤实现：

将阴极集电板36和第三中间体33堆叠在一起，外套绝缘收缩管，打开封装机的前夹头34的前上颚341和后夹头35的后上颚351，将阴极集电板36和第三中间体33置于前夹头34的前下颚342和后夹头35的后下颚352上，关闭前上颚341和后上颚351，旋转前夹头34和后夹头35上的锁紧机构的螺丝371，将前夹头34和后夹头35锁紧，从而对阴极集电板36和第三中间体33施加预紧力。对封装机通电，前夹头34连轴和后夹头35连轴转动，带动阴极集电板36和第三中间体33转动，施加热空气于绝缘收缩管上，绝缘收缩管收缩紧密外套贴合在前夹头34和后夹头35之间的阴极集电板36和第三中间体33的外表面上，形成微量氧气发生模块40，松开前夹头34和后夹头35上的锁紧机构的螺丝371，打开前夹头34的前上颚341和后夹头35的后上颚351，取出微量氧气发生模块40，完成整个制备流程。

Claims (2)

1.一种微量氧气发生模块的治具组件，其特征在于：包括成型工装、热压模具、集电板工装、底座工装和封装工装；

所述成型工装包括上板和下板，所述上板设有与凹陷空间的凹槽内型面匹配的成型头，所述下板设有定位并至少容纳预制胶层和聚合物电解质膜的下板网格，预制胶层的中心开设有与凹陷空间的凹槽外型面匹配的预制胶层通孔，所述上板和所述下板能够上下定位拼合，使得所述成型头和所述下板网格同轴设置；

所述热压模具包括阳极模板和阴极模板，所述阳极模板设有定位并容纳阳极气体扩散电极的阳极网格，所述阴极模板设有定位并至少容纳预制胶层和聚合物电解质膜的阴极网格，所述阳极模板和所述阴极模板能够上下定位拼合，使得所述阳极网格和所述阴极网格同轴设置；

所述集电板工装设有定位并容纳膜电极组件和阳极集电板的集电板网格；

所述治具组件包括底座工装，所述底座工装设有定位并容纳膜电极组件、阳极集电板、片状半透层和底座的底座网格；

所述封装工装包括一对夹头，分别为前夹头、后夹头，前夹头、后夹头的后侧连接有连轴、左右两侧下部对称的设有滑槽、上方安装有倒U形的锁紧框，锁紧框的两侧下部形成有与滑槽滑动配合的滑块，锁紧框的上部螺纹连接有螺丝，螺丝穿过锁紧框的端部连接有压头，其中，锁紧框、螺丝和压头构成锁紧机构，用于将上颚下压后与下颚配合以夹紧第三中间体和阴极集电板，前夹头的前侧下部向前延伸形成前下颚、前侧上部铰接有前上颚，前上颚、前下颚拼合后形成有与第三中间体和阴极集电板前侧部位配合的前侧内轮廓型面；后夹头对应后下颚、后上颚，后上颚、后下颚拼合后形成有与第三中间体和阴极集电板后侧部位配合的内轮廓型面；滑槽均延伸至相应的前下颚、后下颚；

所述下板网格定位并容纳阴极气体扩散电极、预制胶层和聚合物电解质膜，所述阴极网格容纳阴极气体扩散电极、预制胶层和聚合物电解质膜；

所述上板和所述下板通过铰链连接，当所述上板翻转至所述下板上时，所述上板与所述下板定位拼合；所述阳极模板和所述阴极模板通过铰链连接，当所述阳极模板翻转至所述阴极模板上时，所述阳极模板翻转至所述阴极模板定位拼合；

当所述阳极模板和所述阴极模板上下定位拼合后，所述阳极气体扩散电极的下端容纳于聚合物电解质膜的凹陷空间内、其上端高于所述阳极模板的上表面；

所述治具组件包括吸附底板和吸附头，所述吸附底板的一侧端面开设有第一吸附孔，第一吸附孔连通真空泵，所述吸附底板的外沿安装有定位架，所述吸附头的一侧端面开设有第二吸附孔，第二吸附孔连通真空泵，所述吸附头的外沿安装有可拆卸式的导向框，所述吸附头的一侧端面和所述吸附底板的一侧端面的尺寸相同。

2.基于权利要求1所述治具组件的一种微量氧气发生模块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，平铺的聚合物电解质膜和阴极气体扩散电极通过预制胶层粘连，预制胶层开设有预制胶层通孔，通过成型头将聚物和电解质膜的中间部位向阴极气体扩散电极一侧压制形成凹陷空间，所述凹陷空间的凹槽外型面的侧部与预制胶层通孔的内侧面贴合、其顶部与阴极气体扩散电极贴合；将阳极气体扩散电极定位粘合于凹陷空间的中间部位，形成膜电极组件，阳极气体扩散电极周向与凹陷空间之间形成有一圈密封件嵌入槽；

S2，阳极集电板的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件，将膜电极组件与带有极板框型密封件的阳极集电板压合，阳极集电板与阳极气体扩散电极贴合，极板框型密封件粘合、封装聚合物电解质膜和阳极集电板，极板框型密封件的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体；

S3，底座的凸台上连接片状半透层，形成第二中间体；

S4，底座围绕其凸台外侧涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件，将第一中间体与第二中间体压合，片状半透层与阳极集电板贴合，底座框型密封件粘合、封装阳极集电板和底座，形成第三中间体；

S5，第三中间体的阴极侧连接阴极集电板，并通过绝缘胶带/绝缘收缩管将第三中间体、阴极集电板捆绑固定，形成微量氧气发生模块；

步骤S1包括以下步骤，

第一步，功能层置于吸附底板的上表面之上并通过定位架定位，开启真空泵抽吸气流，使得所述功能层被吸附固定在所述吸附底板上，所述功能层由预制胶层和离型层组成，所述离型层与所述吸附底板的上表面贴合；

第二步，双层膜置于吸附头的吸附面上并通过导向框定位，所述导向框与所述吸附头可拆卸连接，开启真空泵抽吸气流，使得所述双层膜被吸附固定在所述吸附头上，所述双层膜由聚合物电解质膜和保护层组成，所述保护层与所述吸附头的吸附面吸附贴合；

第三步，从所述吸附头上取下所述导向框，吸附所述双层膜的所述吸附头在所述定位架的导向作用下与吸附有功能层的吸附底板定位压合，使得所述双层膜的所述聚合物电解质膜与所述功能层的所述预制胶层粘合，形成第一粘合体；

第四步，将所述第一粘合体的所述离型层面朝上放置，所述第一粘合体置于吸附底板的上表面之上并通过定位架定位，所述保护层接触覆盖所述吸附底板的上表面，开启真空泵抽吸气流，使得所述第一粘合体被吸附固定在所述吸附底板上，从所述第一粘合体上剥去所述离型层，露出所述预制胶层，阴极气体扩散电极在所述定位架的导向作用下置于所述预制胶层之上，形成第二粘合体；

第五步，将所述保护层从所述第二粘合体上剥离，露出所述聚合物电解质膜，对去除了所述保护层的所述第二粘合体进行切割，形成若干小粘合体；

第六步：将所述小粘合体置于成型工装的下板网格中，盖上所述成型工装的上板，将所述成型工装置于热压机中热压，在所述上板背部的成型头的压制下，各所述小粘合体的所述聚合物电解质膜延展进入各所述预制胶层通孔中，形成凹陷粘合体，所述聚合物电解质膜上形成凹陷空间；

第七步：将所述凹陷粘合体置于热压模具的阴极模板的阴极网格中，盖上阳极模板，将阳极气体扩散电极插入所述阳极模板的阳极网格中，阳极气体扩散电极的头部高于阳极网格，将热压膜覆盖在所述阳极模板和所述阳极气体扩散电极之上，将所述热压模具置于热压机中热压，从而形成膜电极组件；

步骤S2包括以下步骤，

将转移板置于工作台上，将集电板工装置于转移板之上，将阳极集电板置于集电板工装的集电板网格中，将阳极集电板的一侧端面围绕其外沿涂布一圈密封剂，形成极板框型密封件，将所述膜电极组件置于所述集电板工装的所述集电板网格中、覆盖于各所述阳极集电板之上，将覆盖所述膜电极组件的所述阳极集电板置于压机中压制粘合，极板框型密封件粘合、封装聚合物电解质膜和阳极集电板，极板框型密封件的端部内侧嵌入并充满密封件嵌入槽，形成第一中间体；

步骤S3包括以下步骤，

将片状半透层置于底座的凸台之上，将两者粘合在一起，形成第二中间体；

步骤S4包括以下步骤，

将转移板置于工作台上，将底座工装置于转移板之上，将第二中间体置于底座工装的底座网格中，底座围绕其凸台外侧涂布一圈密封剂，形成底座框型密封件，将所述第一中间体置于所述底座工装的所述底座网格中、覆盖在各所述第二中间体之上，将覆盖所述第一中间体的所述第二中间体置于压机中压制粘合，形成第三中间体；

步骤S5包括以下步骤，

打开封装工装的前夹头的前上颚和后夹头的后上颚，将阴极集电板和所述第三中间体置于所述前夹头的前下颚和所述后夹头的后下颚上，关闭所述前上颚和所述后上颚，旋转所述前夹头和所述后夹头上的锁紧机构的螺丝，将所述前夹头和所述后夹头锁紧，从而对所述阴极集电板和所述第三中间体施加预紧力；对封装工装通电，前夹头连轴和后夹头连轴的同时转动，带动所述阴极集电板和所述第三中间体转动，将绝缘胶带缠绕在所述前夹头和所述后夹头之间的所述阴极集电板和所述第三中间体的外表面上，形成微量氧气发生模块，松开所述前夹头和所述后夹头上的所述锁紧机构的螺丝，打开所述前夹头的所述前上颚和所述后夹头的所述后上颚，取出微量氧气发生模块，完成整个制备流程；

或者步骤S5包括以下步骤，

将所述阴极集电板和所述第三中间体堆叠在一起，外套绝缘收缩管，打开封装工装的前夹头的前上颚和后夹头的后上颚，将所述阴极集电板和所述第三中间体置于所述前夹头的前下颚和所述后夹头的后下颚上，关闭所述前上颚和所述后上颚，旋转所述前夹头和所述后夹头上的锁紧机构的螺丝，将所述前夹头和所述后夹头锁紧，从而对所述阴极集电板和所述第三中间体施加预紧力，对封装工装通电，前夹头连轴和后夹头连轴转动，带动所述阴极集电板和所述第三中间体转动，施加热空气于所述绝缘收缩管上，所述绝缘收缩管收缩紧密外套贴合在所述前夹头和所述后夹头之间的所述阴极集电板和所述第三中间体的外表面上，形成微量氧气发生模块，松开所述前夹头和所述后夹头上的所述锁紧机构的螺丝，打开所述前夹头的所述前上颚和所述后夹头的所述后上颚，取出微量氧气发生模块，完成整个制备流程。

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