CN114824309B - 燃料电池气体扩散层连续制备用设备及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池气体扩散层连续制备用设备及其制备方法，设备包括机架箱体，机架箱体内设有传送辊机构，传送辊机构包括起始端的放卷辊、多组传动辊、碳纸吹扫区、一体式憎水上料区、热处理区、裁切区；本发明先喷涂导电浆料以及憎水处理完成前序上料部分的连续制备后，并在最后阶段实现热处理后再进行裁剪，在热处理阶段中，由本设备的结构可以保持碳纸处于水平传送状态，则不会在此阶段对已经处于逐渐催化的碳纸造成卷绕形式的影响，便于碳纸的持续传送和后续处理，以达到气体扩散层的连续制备；同时憎水处理采用雾化的方式，可以在憎水过程中更加精确的控制雾化区域中憎水剂的含量，使碳纸以及微孔层内掺杂的疏水剂将更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池气体扩散层连续制备用设备及其制备方法。
背景技术
气体扩散层是质子交换膜燃料电池的重要核心部件之一，主要起到水气传输、支撑催化层及收集电流的作用，因此，在质子交换膜燃料电池中起着关键性作用。气体扩散层组成包括背层与微孔层。目前，气体扩散层所采用的背层多为碳纤维制备的碳纸或碳布；微孔层有柔性碳纸和非柔性碳纸两种材质。
针对柔性碳纸，现有的气体扩散层制备工艺一般为碳纸裁剪-憎水处理-焙烧-涂刷导电碳浆料-焙烧等，在此工艺中，由于碳纸被裁剪，将直接致使后续憎水工艺不能实现连续化，从而在工艺过程中加长了工作时间并耗费了人力成本；另外，针对柔性碳纸，也有本领域技术人员提出采用类似燃料电池催化层制备方法相同的方式，即采用卷对卷狭缝涂布的方式实现浆料的涂覆，但是此过程中，由于碳纸在进行憎水处理后需要经过高温焙烧处理，焙烧过程，碳纸材质逐渐呈脆性，卷绕于卷对卷狭缝涂布设备中的传送辊中明显不现实，因此上述两种情况致使气体扩散层的连续制备成为疑难杂症。
实用新型专利201820882407.5提供了一种燃料电池用碳纸处理装置，该装置设置两个舱室，在其中一个气密舱室内可以实现碳纸浸渍、真空干燥及高温烧制。但是该装置结构简单，碳纸在浸渍前需要手动夹持到夹具上，自动化程度不高且不能实现连续化制备，需要耗费大量的人力物力以及工作时间。
并且由于该专利是将碳纸或者碳布整体的浸泡于憎水剂中一段时间实现憎水处理，然而气体扩散层起着支撑催化层、稳定电极结构以及传导双极板与催化层之间的电子的作用，实现“水-气”双相流和集流，对碳基材的憎水性以及微孔层的均匀性要求比较高，该专利中直接浸泡的方式无法保证碳纸中各个区域处的含水量，因此无法控制碳纸中憎水剂的均匀性。
并且再次针对一种传统的微孔层制备方式-在浆料中直接掺杂憎水剂后再涂覆混合浆料的憎水方式，此种方式由于浆料中的乙醇容易与憎水剂团聚，导致混合浆料在涂覆前就存在均匀性较差的问题，从而涂覆后远远达不到扩散层涂层均一性的要求无法控制憎水剂在碳纸上的增量，也会导致憎水处理的不均匀，从而影响气体扩散层整体的性能。
因此针对气体扩散层连续制备以及憎水均匀性问题，从工艺以及设备上均需得到燃料电池领域发展的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池气体扩散层连续制备用设备及其制备方法，本设备可以实现气体扩散层的连续制备，具有较高的工作效率，并节省了人力，同时在制备过程中可以有效提高气体扩撒层的憎水均匀性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种气体扩散层制备用设备，包括机架箱体，所述机架箱体内设有供碳纸置入实现传送的传送辊机构，所述传送辊机构包括起始端的放卷辊、多组带动碳纸传送的传动辊，所述设备包括：
碳纸吹扫区：实现对碳纸表面多余碳粉的吹扫清除；
一体式憎水上料区：区域空间中实现碳纸涂覆导电浆料和憎水处理；
热处理区：对碳纸进行烘干和焙烧；
裁切区：对连续式的碳纸进行裁切，并实现废料与成品料的区分；
所述传送辊机构依次贯穿碳纸吹扫区、一体式憎水上料区、热处理区和裁切区，以实现碳纸的连续传送和气体扩散层的连续制备
本发明进一步设置为：所述碳纸吹扫区内设有与风机相连的出风口，位于碳纸吹扫区内的传动辊阵列设置在机架箱体的中空区域以实现碳纸的悬挂式传送，所述出风口设置在机架箱体上并位于传动辊的正上方和正下方。
本发明进一步设置为：所述碳纸在一体式憎水上料区内传送的同时，将一体式憎水上料区划分为上功能区和下雾化区，所述上功能区与碳纸的上表面相通，所述下雾化区与碳纸的下表面相通；延碳纸的传送方向，所述上功能区内阵列设有多个对碳纸喷涂浆料用的上料喷头组件，所述上料喷头组件的后工位处均设有雾化喷头机构，所述雾化喷头机构对碳纸喷射雾化后的憎水溶液，所述雾化喷头机构与上料喷头组件之间均固定设有隔离板；
所述下雾化区内并位于雾化喷头机构的正下方均固定设有带有吸附孔一的吸料板，所述碳纸在一体式憎水上料区内的传送过程中同时处于多个吸料板的正上方，所述吸料板的底部也设有雾化喷头，用以将吸料板内液化的憎水溶液再次雾化后喷射至下雾化区内，使下雾化区内雾化后的憎水剂溶液作用至碳纸的下表面。
本发明进一步设置为：所述一体式憎水上料区处的传动辊包括设置在碳纸吹扫区和一体式憎水上料区之间的始端吸附式传动辊、位于一体式憎水上料区与热处理区之间的尾端吸附式传动辊，所述始端吸附式传动辊和尾端吸附式传动辊用以实现碳纸从碳纸吹扫区出料口处持续传送、并贯穿一体式憎水上料区至一体式憎水上料区的出料口处；所述始端吸附式传动辊与尾端吸附式传动辊的切点高于吸附板的上表面，高度差为1-3cm。
本发明进一步设置为：所述始端吸附式传动辊和尾端吸附式传动辊均包括固定设置在机架箱体上的柱形套筒，所述柱形套筒内同轴设有圆柱辊体，所述圆柱辊体同时转动设置在机架箱体上，所述圆柱辊体上圆周阵列设有多个吸附孔二，所述柱形套筒上设有与圆柱辊体相通的通口槽，使圆柱辊体转动的同时使吸附孔二对碳纸的吸附式传送。
本发明进一步设置为：位于热处理区内的传动辊均转动设置在机架箱体内，以实现碳纸从一体式憎水上料区出料口处持续传送、并贯穿热处理区至热处理区的出料口处，延碳纸的传送方向，所述热处理区依次包括低温烘箱室、高温焙烧室和鼓风冷却室；位于热处理区内的传动辊均与尾端吸附式传动辊平行且等高。
本发明进一步设置为：所述裁切区包括设置在热处理区出料口处的一双同步相对转动的上辊轴和下辊轴，所述上辊轴和下辊轴之间的同步相对转动可实现碳纸的持续传送，所述上辊轴外圆周壁上，并沿其长度的两端分别固定设有一圈对碳纸裁切的端部环形刀片；所述下辊轴与位于热处理区内的传动辊平行且等高；
延碳纸的传送方向，所述上辊轴和下辊轴的后工位处设有延伸平台，所述延伸平台的尾端处设有对碳纸作用的升降式裁切刀，以及供碳纸落入并存放的集料箱。
本发明进一步设置为：所述机架箱体中设有供憎水溶液存储的上料箱，所述上料箱通过连接管道依次与主抽料泵、上功能区的雾化喷头机构连接相通；
所述下雾化区内设有抽料管，所述抽料管与上料箱连接相通；
所述主抽料泵还通过分支管分别与下雾化区内的雾化喷头机构连接相通；
所述吸料板的吸附孔通过连接管道依次与微型抽料泵、下雾化区内的雾化喷头机构连接相通；
所述连接管道、抽料管、分支管内均设有控制管路通闭的电磁开关阀。
本发明还采用所述设备制备一种气体扩散层的方法，包括以下步骤：
步骤一：碳纸在传送辊机构带动下实现在机架箱体内的传送；
步骤二：碳纸经过碳纸吹扫区实现上、下表面的吹扫去除表面多余碳粉；
步骤三：碳纸传送至一体式憎水上料区，上功能区中，碳纸的上表面依次经过上料喷涂组件、雾化喷头机构，依次在碳纸上表面进行导电碳浆料涂层的喷涂、雾化后憎水溶剂的附着上料；与此同时，下雾化区中，碳纸的下表面在一体式憎水上料区内始终处于被雾化后憎水溶剂的附着上料；
步骤四：碳纸传送至热处理区，依次经过低温烘箱室、高温焙烧室、鼓风冷却室的低温烘干、高温焙烧、鼓风冷却处理；
步骤五：碳纸传送至裁切区，并在持续传送过程中，由上辊轴中的端部环形刀片对碳纸裁切，碳纸被端部环形刀片裁切形成两部分，碳纸靠近侧边处为废料被裁切分离持续传送，供后续收集；中间的成品料持续传送至延伸平台后，再由升降式裁切刀裁切成品，落入集料箱中存储；
其中，在步骤二中，所述碳纸在碳纸吹扫区的传送过程呈悬挂式，使碳纸的上表面和下表面均能得到吹扫处理；
步骤四-步骤五中，碳纸在热处理区、裁切区的传送过程中呈水平状。
本发明进一步设置为：步骤三中，上功能区的雾化喷头机构中雾化喷嘴的喷射流量为100-200ml/min；下雾化区的雾化喷头机构中雾化喷嘴的喷射流量为100-200ml/min；
步骤四中，所述低温烘箱的低温烘干温度为150-200℃，所述高温焙烧室的高温焙烧温度为350-450℃，所述鼓风冷却室的冷却温度为15-25℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所采用的工艺以及设备可以实现柔性碳纸的连续制备；
工艺中，相较于传统的柔性碳纸先裁剪成片后，再进行上料以及憎水等处理工序，本发明先喷涂导电浆料以及憎水处理完成前序上料部分的连续制备后，并在最后阶段实现热处理后再进行裁剪，在热处理阶段中，由本设备的结构可以保持碳纸处于水平传送状态，则不会在此阶段对已经处于逐渐催化的碳纸造成卷绕形式的影响，便于碳纸的持续传送和后续处理，以达到气体扩散层的连续制备；
并且相较于传统的将碳纸依次进行憎水、煅烧、涂覆导电碳浆料、再煅烧等处理方式，本发明在碳纸未憎水的基础上，直接进行了涂覆浆料，之后再利用雾化的方式使憎水溶液均匀进入碳纸以及涂敷层中，实现憎水处理，最后再进行焙烧处理等工序，即本工序中只需采用一次焙烧处理以及焙烧后的系列处理，有效提高了气体扩散层的制备效率；
本发明气体扩散层的制备过程中，选择采用雾化的方式使疏水剂溶液附着在碳纸上所涂敷的浆料层的表面以及未涂敷由浆料层的一面，以达到碳纸、所形成微孔层整体憎水效果的同时，区别于传统的碳纸直接浸泡疏水剂溶液以及微孔层制备用浆料种掺杂疏水剂溶液这两种方式，雾化的过程即为气相的溶液自动附着于碳基材中的过程，气相的溶液中粒子分布更加均匀，流动性更高，也更容易进入碳纸内，从而使碳纸内掺杂的憎水剂将更加均匀，并且采用雾化的方式，本发明可以通过在憎水过程中通过控制雾化喷嘴处的流量、雾化区域内的湿度以及雾化时间，更加精确的控制雾化区域中憎水剂的含量以及保证碳纸表面各个区域处均至少能饱和存在有憎水剂溶液，从而使得制备的气体扩散层具有良好的水-气平衡性能；
此外，相较于碳纸依次进行浸渍式憎水、喷涂导电碳浆料、再焙烧等处理方式，由于该处理方式中，碳纸经过浸渍式憎水后其本身具有很高的湿度，在此状态下不焙烧直接喷涂导电碳浆料会导致湿度过大碳纸破裂或者导电碳浆料的大范围渗透等不良影响；而本申请选择先在干燥的碳纸上喷涂浆料形成涂层后，再使雾化的疏水剂溶液吸附在涂层上以及碳纸背面，在高效率完成上料形成涂层以及实现憎水的同时，可有效避免上述湿度过大引发的问题以及浆料渗透问题；
2、本设备设置碳纸吹扫区，并使碳纸在区域内处于悬挂状，同时区域中的出风口均处于碳纸正上方、正下方，可以准确的实现对碳纸上、下表面的吹扫，以便清楚碳纸表面的多余的碳粉、杂质颗粒物等，为后续的上料工序做好准备；
3、本设备中采用一体式憎水上料区实现对碳纸的上料以及憎水工作，即可以在同一个区域内，使碳纸的一面形成导电涂层后即可直接憎水以及碳纸的另一面非涂层面始终处于憎水状态下，在保证憎水效果的同时具有较高的工作效率；
在此区域内，在隔离板作用下，限制了上功能区中雾化区域的空间，避免雾化溶液与导电碳浆料的直接全面接触，再在吸料板的作用下，可以对上功能区中雾化区域中雾化溶液起到一定的导向作用，使雾化溶液较为集中的作用于碳纸已涂覆面上进行憎水，进一步还可以使碳纸上表面雾化过程中，过多的溶液可以透过碳纸后再液化集流于吸料板的吸附孔中，再透过吸料板上的雾化喷头机构以及微型抽料泵作用至下雾化区内，从而加大下雾化区内雾化喷头机构的流量，以加强下雾化区内的雾化效果，并且可对憎水溶液的充分利用，避免浪费现象；同样的，在下雾化区内的底部还设有抽料管，并且抽料管与上料箱连接相通，即当主抽料泵工作的同时，在抽料管作用下，对下雾化区内雾化后的憎水溶液也具有一定的气流导向作用，即使下雾化区内的憎水溶液较为集中的向抽料管处聚集，多余的憎水溶液可液化后再次收集于上料箱中以便再上料至雾化喷头机构内，实现了循环使用效果，避免浪费，同时也可以大大减少憎水溶液在不断往下雾化区内填充过程中，出现溢流至其他区域以及外部现象；
4、本设备中位于一体式憎水上料区的传动辊分设于一体式憎水上料区的进口和出口处，并且限制传动辊的切点略高于吸附板，即碳纸在一体式憎水上料区内传送时略高于吸附板，避免碳纸在吸附板上的摩擦式传送，造成碳纸的损坏；另外传动辊分别为始端吸附式传动辊和尾端吸附式传动辊，即其转动的同时，其上的吸附孔可以实现对碳纸的吸附，加强对碳纸的传送效果，使碳纸顺利传送贯穿一体式憎水上料区；
5、本设备中处于热处理区传动辊以及裁切区的下辊轴均与一体式憎水上料区等高，从而使得传送于热处理区传动辊以及裁切区中额碳纸处于水平传送状态，则不会在此阶段对已经处于逐渐催化的碳纸造成卷绕形式的影响，便于碳纸的持续传送和后续处理，以达到气体扩散层的连续制备；
6、本设备的裁切区通过上辊轴和下辊轴实现对碳纸的持续传送，并且在端部环形刀片的作用下，实现碳纸成品部分和废料部分的直接分离，结构简单，操作方便。
附图说明
图1是本设备的整体结构示意图；
图2是本设备的内部结构示意图；
图3是始端吸附式传动辊或尾端吸附式传动辊的结构示意图；
图4是一体式憎水上料区中憎水溶液的管路连接系统示意图；
图5是裁切区的示意图；
图中：1、机架箱体；1-1、上料箱；1-2、抽料管；1-3、主抽料泵；2、放卷辊；3、碳纸吹扫区；3-1、出风口；4、一体式憎水上料区；4-1、上功能区；4-2、下雾化区；4-3、上料喷头组件；4-4、雾化喷头机构；4-5、隔离板；4-6、吸料板；4-6-1、吸附孔一；5、热处理区；5-1、低温烘箱室；5-2、高温焙烧室；5-3、鼓风冷却室；6、裁切区；6-1、上辊轴；6-2、下辊轴；6-3、端部环形刀片；6-4、延伸平台；6-5、升降式裁切刀；6-6、集料箱；7、传动辊；7-1、始端吸附式传动辊；7-1-1、柱形套筒；7-1-2、圆柱辊体；7-1-3、吸附孔二；7-1-4、通口槽；7-2、尾端吸附式传动辊；8、碳纸；8-1、成品料；8-2、废品料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种气体扩散层制备用设备，包括机架箱体1，机架箱体1内设有供碳纸8置入实现传送的传送辊机构，传送辊机构由伺服电机驱动实现步进式传送，传送辊机构包括起始端的放卷辊2、多组带动碳纸8传送的传动辊7，本设备还包括：
碳纸吹扫区3，如图2所示，碳纸吹扫区3内设有与风机相连的出风口3-1，位于碳纸吹扫区3内的传动辊7阵列设置在机架箱体1的中空区域以实现碳纸8的悬挂式传送，出风口3-1设置在机架箱体1上并位于传动辊7的正上方和正下方，从而可以实现对碳纸8在其内传送的同时，在风机作用下的出风口3-1可以直接同时作用于碳纸8的上表面和下表面，对碳纸8上表面、下表面中多余的碳粉、杂质颗粒等吹扫清除。
一体式憎水上料区4，如图2所示，首先位于一体式憎水上料区4处的传动辊7包括设置在碳纸吹扫区3和一体式憎水上料区4之间的始端吸附式传动辊7-1、位于一体式憎水上料区4与热处理区5之间的尾端吸附式传动辊7-2，始端吸附式传动辊7-1和尾端吸附式传动辊7-2用以实现碳纸8从碳纸吹扫区3出料口处持续传送、并贯穿一体式憎水上料区4至一体式憎水上料区4的出料口处；如图2和3所示，始端吸附式传动辊7-1和尾端吸附式传动辊7-2均包括固定设置在机架箱体1上的柱形套筒7-1-1，柱形套筒7-1-1内同轴设有圆柱辊体7-1-2，圆柱辊体7-1-2同时转动设置在机架箱体1上，圆柱辊体7-1-2上圆周阵列设有多个吸附孔二7-1-3，柱形套筒7-1-1上设有与圆柱辊体7-1-2相通的通口槽7-1-4，使圆柱辊体7-1-2转动的同时使吸附孔二7-1-3对碳纸8的吸附，从而加强对碳纸8的传送。
如图2所示，碳纸8在一体式憎水上料区4内传送的同时，将一体式憎水上料区4划分为上功能区4-1和下雾化区4-2，上功能区4-1可与碳纸8的上表面相通，下雾化区4-2可与碳纸8的下表面相通；延碳纸8在其内的传送方向，上功能区4-1内阵列设有多个对碳纸8喷涂浆料用的上料喷头组件4-3，上料喷涂组件可以采用超声喷头或者静电喷头实现导电碳浆料喷涂于碳纸8的上表面形成导电碳层，在本实施例中，上料喷头组件4-3设置为三个，可以分批分量的对碳纸8表面导电碳浆料的喷涂，以更好地控制涂层厚度以及均匀性；延碳纸8在其内的传送方向，上料喷头组件4-3的后工位处均设有雾化喷头机构4-4，本设备的机架箱体1上设有供憎水溶液存储的上料箱1-1，上料箱1-1通过连接管道依次与主抽料泵1-3、上功能区4-1的雾化喷头机构4-4连接相通，主抽料泵1-3作为主动件实现对上料箱1-1内的憎水溶液抽料至雾化喷头机构4-4中的各个雾化喷嘴内，即雾化喷头机构4-4对碳纸8喷射雾化后的憎水溶液，实现碳纸8上表面的憎水，如图4所示。
同时雾化喷头机构4-4与上料喷头组件4-3之间均固定设有隔离板4-5，如图2所示，与此同时，下雾化区4-2内并位于雾化喷头机构4-4的正下方均固定设有吸料板4-6，隔离板4-5、吸料板4-6共同构成上功能区4-1内对碳纸8上表已涂敷面进行憎水的雾化区域，并且限制上功能区4-1中雾化区域的空间，避免雾化溶液与导电碳浆料的直接全面混合。并且碳纸8在一体式憎水上料区4内的传送过程中同时处于多个吸料板4-6的正上方，即使始端吸附式传动辊7-1与尾端吸附式传动辊7-2的切点均高于吸附板的上表面，高度差为1-3cm，在本实施例中，具体高度差为2cm，避免碳纸8传送过程中即使受重力影响也处于接近水平状，并且避免碳纸8与吸料板4-6的直接大面积接触，避免碳纸8传送摩擦损坏。
如图2和4所示，吸料板4-6的底部也设有雾化喷头机构4-4，此处雾化喷头机构4-4包括设置在吸料板4-6底部的雾化喷嘴，主抽料泵1-3还通过分支管分别与下雾化区4-2内的雾化喷头机构4-4连接相通，以便上料箱1-1内的憎水溶液顺利上料至下雾化区4-2的雾化喷嘴内并雾化后喷射至下雾化区4-2内，使下雾化区4-2内雾化后的憎水剂溶液作用至碳纸8的下表面实现碳纸8下表面的憎水。
如图2和4所示，为避免一体式憎水上料区4内憎水溶液的使用浪费，本设备中的吸料板4-6内均匀分布设有多个吸附孔一4-6-1，吸附孔一4-6-1均通过连接管道与一个微型抽料泵连通，微型抽料泵再通过连接管道与下雾化区4-2中雾化喷头机构4-4中的雾化喷嘴管路连接相通，处于吸料板4-6正上方的碳纸8雾化憎水过程中，过多的憎水溶液透过碳纸8的微孔并与吸料板4-6接触后液化被集流在吸料板4-6的各个吸附孔一4-6-1内得到收集后，并在微型抽料泵的作用下将吸料板4-6内液化的憎水溶液上料至下雾化区4-2的雾化喷嘴中，增大了该雾化喷嘴的喷射量，再次雾化后的憎水溶液喷射至下雾化区4-2内，使较大区域空间的下雾化区4-2内快速不断填充有较多量的憎水溶液，以便作用至碳纸8的下表面，实现碳纸8下表面的憎水。
如图2和4所示，作为一体式憎水上料区4内的进一步设计，在下雾化区4-2内还设有抽料管1-2，该抽料管1-2设置在下雾化区4-2的底部位置处，并且抽料管1-2与上料箱1-1连接相通，即当主抽料泵1-3工作的同时，在抽料管1-2作用下，对下雾化区4-2内雾化后的憎水溶液具有一定的气流导向作用，即使下雾化区4-2内的憎水溶液较为集中的向抽料管1-2处聚集，多余的憎水溶液可液化后再次收集于上料箱1-1中以便再上料至雾化喷头机构4-4内，实现了循环使用效果；为了保证下雾化区4-2内憎水溶液的均匀性，抽料管1-2可以设置多个并均匀阵列设置在下雾化区4-2的底部(图中未表式出)，之后同时与上料箱1-1连通。
本设备中设置有与各电器元件电路连接的plc系统以便通过总系统控制所有机构的工作顺序(由于plc系统属于电路集成以及程序设定领域的常用手段，且不为本发明的主要技术，此处不对此作详细解释和限定)，上述连接管道、抽料管1-2、分支管内均设有控制管路通闭的电磁开关阀，电磁开关阀也与plc系统连接，以便通过plc系统内的程序直接控制多个电磁开关阀的开关顺序，保证工序正常运行。
如图1和2所示，本设备内还包括热处理区5：位于热处理区5内的传动辊7均转动设置在机架箱体1内，并且位于热处理区5内的传动辊7均与尾端吸附式传动辊7-2平行且等高，以实现碳纸8保持水平状从一体式憎水上料区4出料口处持续传送、并贯穿热处理区5至热处理区5的出料口处，延碳纸8的传送方向，热处理区5依次包括低温烘箱室5-1、高温焙烧室5-2和鼓风冷却室5-3，即碳纸8在热处理区5内的传送过程中依次进行了低温烘干、高温焙烧以及鼓风冷却的工序。
如图1和2所示，本设备还包括裁切区6：裁切区6包括设置在热处理区5出料口处的一双同步相对转动的上辊轴6-1和下辊轴6-2，上辊轴6-1和下辊轴6-2之间的同步相对转动可实现碳纸8的持续传送，且下辊轴6-2也与位于热处理区5内的传动辊7平行且等高，以保证碳纸8从热处理区5内平行传送至裁切区6中；如图5所示，在上辊轴6-1外圆周壁上，并沿其长度的两端分别固定设有一圈对碳纸8裁切的端部环形刀片6-3，两个端部环形刀片6-3之间的直线距离要小于上辊轴6-1的轴长，即端部环形刀片6-3与上辊轴6-1端面之间的距离可以为1-3cm，在本实施例中，为1.5厘米，端部环形刀片6-3可以对传送至此的碳纸8进行裁切，并将整体的碳纸8裁切成三个部分，分别为中间的成品料8-1，和两边的废品料8-2，在本实施例中，废品料8-2的宽度即为1.5cm。延碳纸8的传送方向，上辊轴6-1和下辊轴6-2的后工位处还设有延伸平台6-4，以供被裁切的碳纸8成品料8-1在继续传送过程中在延伸平台6-4得以支撑，并且在延伸平台6-4的尾端处设有对碳纸8作用的升降式裁切刀6-5，以及供碳纸8落入并存放的集料箱6-6；升降式裁切刀6-5可由气缸控制实现升降，并在plc的设定程序下，控制下落速度和频率，完成对整体的碳纸8的裁切，即碳纸8被裁切成固定尺寸的块状后落入集料箱6-6中得到收集与存储。废品料8-2则在持续传送下逐渐与成品料8-1分离并等待后续统一处理。
一种采用上述设备制备气体扩散层的方法，包括以下步骤：
步骤一：碳纸8在传送辊机构带动下实现在机架箱体1内的整体传送。
步骤二：碳纸8经过碳纸吹扫区3，并在碳纸吹扫区3内呈悬挂式传送状态，碳纸吹扫区3中上、下出风口3-1均同时实现对碳纸8上、下表面的吹扫去除表面多余碳粉和杂质颗粒。
步骤三：碳纸8传送至一体式憎水上料区4，上功能区4-1中，碳纸8的上表面依次经过上料喷涂组件、雾化喷头机构4-4，依次在碳纸8上表面分批分量的进行导电碳浆料涂层的喷涂、雾化后憎水溶剂的附着上料；
上功能区4-1的雾化喷头机构4-4中雾化喷嘴的喷射流量为200ml/min；与此同时，下雾化区4-2中，碳纸8的下表面在一体式憎水上料区4内始终处于被雾化后憎水溶剂的附着上料，下雾化区4-2的雾化喷头机构4-4中雾化喷嘴的喷射流量为200ml/min；
步骤四：碳纸8水平传送至热处理区5，依次经过低温烘箱室5-1、高温焙烧室5-2、鼓风冷却室5-3的低温烘干、高温焙烧、鼓风冷却处理，低温烘箱的低温烘干温度为150℃，高温焙烧室5-2的高温焙烧温度为400℃，鼓风冷却室5-3的冷却温度为15℃。
步骤五：碳纸8水平传送至裁切区6，并在持续传送过程中，由上辊轴6-1中的端部环形刀片6-3对碳纸8裁切，碳纸8被端部环形刀片6-3裁切形成两部分，碳纸8靠近侧边处为废料被裁切分离持续传送，供后续收集；中间的成品料8-1持续传送至延伸平台6-4后，再由升降式裁切刀6-5裁切成品，落入集料箱6-6中存储。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种气体扩散层制备用设备，包括机架箱体(1)，所述机架箱体(1)内设有供碳纸(8)置入实现传送的传送辊机构，所述传送辊机构包括起始端的放卷辊(2)、多组带动碳纸(8)传送的传动辊(7)，其特征在于：所述设备包括：碳纸吹扫区(3)：实现对碳纸(8)表面多余碳粉的吹扫清除；一体式憎水上料区(4)：区域空间中实现碳纸(8)涂覆导电浆料和憎水处理；热处理区(5)：对碳纸(8)进行烘干和焙烧；裁切区(6)：对连续式的碳纸(8)进行裁切，并实现废料与成品料(8-1)的区分；所述传送辊机构依次贯穿碳纸吹扫区(3)、一体式憎水上料区(4)、热处理区(5)和裁切区(6)，以实现碳纸(8)的连续传送和气体扩散层的连续制备；
所述碳纸(8)在一体式憎水上料区(4)内传送的同时，将一体式憎水上料区(4)划分为上功能区(4-1)和下雾化区(4-2)，所述上功能区(4-1)与碳纸(8)的上表面相通，所述下雾化区(4-2)与碳纸(8)的下表面相通；沿碳纸(8)的传送方向，所述上功能区(4-1)内阵列设有多个对碳纸(8)喷涂浆料用的上料喷头组件(4-3)，所述上料喷头组件(4-3)的后工位处均设有雾化喷头机构(4-4)，所述雾化喷头机构(4-4)对碳纸(8)喷射雾化后的憎水溶液，所述雾化喷头机构(4-4)与上料喷头组件(4-3)之间均固定设有隔离板(4-5)；所述下雾化区(4-2)内并位于雾化喷头机构(4-4)的正下方均固定设有带有吸附孔一(4-6-1)的吸料板(4-6)，所述碳纸(8)在一体式憎水上料区(4)内的传送过程中同时处于多个吸料板(4-6)的正上方，所述吸料板(4-6)的底部也设有雾化喷头，用以将吸料板(4-6)内液化的憎水溶液再次雾化后喷射至下雾化区(4-2)内，使下雾化区(4-2)内雾化后的憎水剂溶液作用至碳纸(8)的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：所述碳纸吹扫区(3)内设有与风机相连的出风口(3-1)，位于碳纸吹扫区(3)内的传动辊(7)阵列设置在机架箱体(1)的中空区域以实现碳纸(8)的悬挂式传送，所述出风口(3-1)设置在机架箱体(1)上并位于传动辊(7)的正上方和正下方。
3.根据权利要求1所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：所述一体式憎水上料区(4)处的传动辊(7)包括设置在碳纸(8)吹扫区(3)和一体式憎水上料区(4)之间的始端吸附式传动辊(7-1)、位于一体式憎水上料区(4)与热处理区(5)之间的尾端吸附式传动辊(7-2)，所述始端吸附式传动辊(7-1)和尾端吸附式传动辊(7-2)用以实现碳纸(8)从碳纸吹扫区(3)出料口处持续传送、并贯穿一体式憎水上料区(4)至一体式憎水上料区(4)的出料口处；所述始端吸附式传动辊(7-1)与尾端吸附式传动辊(7-2)的切点高于吸附板的上表面，高度差为1-3cm。
4.根据权利要求3所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：所述始端吸附式传动辊(7-1)和尾端吸附式传动辊(7-2)均包括固定设置在机架箱体(1)上的柱形套筒(7-1-1)，所述柱形套筒(7-1-1)内同轴设有圆柱辊体(7-1-2)，所述圆柱辊体(7-1-2)同时转动设置在机架箱体(1)上，所述圆柱辊体(7-1-2)上圆周阵列设有多个吸附孔二(7-1-3)，所述柱形套筒(7-1-1)上设有与圆柱辊体(7-1-2)相通的通口槽(7-1-4)，使圆柱辊体(7-1-2)转动的同时使吸附孔二(7-1-3)对碳纸(8)的吸附式传送。
5.根据权利要求1所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：位于热处理区(5)内的传动辊(7)均转动设置在机架箱体(1)内，以实现碳纸(8)从一体式憎水上料区(4)出料口处持续传送、并贯穿热处理区(5)至热处理区(5)的出料口处，沿碳纸(8)的传送方向，所述热处理区(5)依次包括低温烘箱室(5-1)、高温焙烧室(5-2)和鼓风冷却室(5-3)；位于热处理区(5)内的传动辊(7)均与尾端吸附式传动辊(7-2)平行且等高。
6.根据权利要求1所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：所述裁切区(6)包括设置在热处理区(5)出料口处的一双同步相对转动的上辊轴(6-1)和下辊轴(6-2)，所述上辊轴(6-1)和下辊轴(6-2)之间的同步相对转动可实现碳纸(8)的持续传送，所述上辊轴(6-1)外圆周壁上，并沿其长度的两端分别固定设有一圈对碳纸(8)裁切的端部环形刀片(6-3)；所述下辊轴(6-2)与位于热处理区(5)内的传动辊(7)平行且等高；沿碳纸(8)的传送方向，所述上辊轴(6-1)和下辊轴(6-2)的后工位处设有延伸平台(6-4)，所述延伸平台(6-4)的尾端处设有对碳纸(8)作用的升降式裁切刀(6-5)，以及供碳纸(8)落入并存放的集料箱(6-6)。
7.根据权利要求1所述的一种气体扩散层制备用设备，其特征在于：所述机架箱体(1)中设有供憎水溶液存储的上料箱(1-1)，所述上料箱(1-1)通过连接管道依次与主抽料泵(1-3)、上功能区(4-1)的雾化喷头机构(4-4)连接相通；所述下雾化区(4-2)内设有抽料管(1-2)，所述抽料管(1-2)与上料箱(1-1)连接相通；所述主抽料泵(1-3)还通过分支管分别与下雾化区(4-2)内的雾化喷头机构(4-4)连接相通；所述吸料板(4-6)的吸附孔通过连接管道依次与微型抽料泵、下雾化区(4-2)内的雾化喷头机构(4-4)连接相通；所述连接管道、抽料管(1-2)、分支管内均设有控制管路通闭的电磁开关阀。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述设备制备气体扩散层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：碳纸(8)在传送辊机构带动下实现在机架箱体(1)内的传送；步骤二：碳纸(8)经过碳纸吹扫区(3)实现上、下表面的吹扫去除表面多余碳粉；步骤三：碳纸(8)传送至一体式憎水上料区(4)，上功能区(4-1)中，碳纸(8)的上表面依次经过上料喷涂组件、雾化喷头机构(4-4)，依次在碳纸(8)上表面进行导电碳浆料涂层的喷涂、雾化后憎水溶剂的附着上料；与此同时，下雾化区(4-2)中，碳纸(8)的下表面在一体式憎水上料区(4)内始终处于被雾化后憎水溶剂的附着上料；步骤四：碳纸(8)传送至热处理区(5)，依次经过低温烘箱室(5-1)、高温焙烧室(5-2)、鼓风冷却室(5-3)的低温烘干、高温焙烧、鼓风冷却处理；步骤五：碳纸(8)传送至裁切区(6)，并在持续传送过程中，由上辊轴(6-1)中的端部环形刀片(6-3)对碳纸(8)裁切，碳纸(8)被端部环形刀片(6-3)裁切形成两部分，碳纸(8)靠近侧边处为废料被裁切分离持续传送，供后续收集；中间的成品料(8-1)持续传送至延伸平台(6-4)后，再由升降式裁切刀(6-5)裁切成品，落入集料箱(6-6)中存储；其中，在步骤二中，所述碳纸(8)在碳纸吹扫区(3)的传送过程呈悬挂式，使碳纸(8)的上表面和下表面均能得到吹扫处理；步骤四-步骤五中，碳纸(8)在热处理区(5)、裁切区(6)的传送过程中呈水平状。
9.根据权利要求8所述的制备气体扩散层的方法，其特征在于：步骤三中，上功能区(4-1)的雾化喷头机构(4-4)中雾化喷嘴的喷射流量为100-200ml/min；下雾化区(4-2)的雾化喷头机构(4-4)中雾化喷嘴的喷射流量为100-200ml/min；步骤四中，所述低温烘箱的低温烘干温度为150-200°C，所述高温焙烧室(5-2)的高温焙烧温度为350-450°C，所述鼓风冷却室(5-3)的冷却温度为15-25°C。
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