CN115897288B - 一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置及碳纸生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置及碳纸生产方法，所述装置包括放卷系统、涂布系统、烘干及烧结系统、厚度测试系统、厚度监测系统、厚度调控系统、厚度测试平台、收卷系统，其中相应的厚度测试系统包括厚度测试仪。其中相应的厚度调控系统包括涂布仪、刮割仪。本发明通过在线测试碳纸的厚度，在生产过程中根据计算机组件所显示的厚度波动可以及时做出调整，保证产品厚度的一致性，本发明通过接触式的方式在线测试碳纸的厚度，与非接触式测量厚度方式相比，可以精确测出具有涂层碳纸的涂层的具体厚度。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置及碳纸生产方法。
背景技术
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，质子交换膜燃料电池因其能量转化率高、启动快、清洁无污染等特点而受到越来越多研究者的关注。质子交换膜燃料电池的主要部件包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层和双极板。气体扩散层的存在一方面可以起到支撑催化剂层的作用，另一方面可以促进电池排水，提供气体传输通道。气体扩散层包括基底层和微孔层，基底层一般是由碳纸或者碳布组成，而微孔层一般是由导电炭黑、疏水物质和分散剂组成。气体扩散层所选的碳纸材料的性质，比如厚度和生产方式，都会影响到燃料电池的性能，进而间接影响燃料电池的使用寿命。为了使碳纸厚度测量更加精确，本发明提出了一种燃料电池碳纸在线厚度测量与控制装置，该测试方法所需设备简易、易于控制。本发明还提出采用卷对卷的制备工艺，该生产方式简单，有利于碳纸的批量化连续生产。
上述提到的碳纸厚度测量方法存在一些缺陷。一方面，利用激光进行测厚，对于碳纸这种弹性体来说无法准确获知其压缩后的厚度值，从而无法对其微孔层涂布效果和实际压缩厚度进行评价。另一方面，利用上下平板对碳纸厚度进行测量，难以保证上下平板的平行度，同时仅能测试接触面内整体厚度数值，对于面内厚度一致性无法进行评价。
发明内容
为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供了一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置及碳纸生产方法，能够有效克服目前技术存在的缺陷，提高碳纸厚度测量的准确性，提升碳纸的生产质量。
本发明提供了一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置，其特征在于，包括：
放卷系统；
收卷系统；
厚度测试平台，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间；
燃料电池碳纸，其中部设置于所述厚度测试平台上，其两端分别绕设在所述放卷系统和所述收卷系统上；
厚度测试系统，设置在所述厚度测试平台上，用于通过压力传感器测量所述燃料电池碳纸的多个位置上的厚度。
可选地，还包括：
涂布系统，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间，用于通过微孔层涂布浆料对所述燃料电池碳纸进行狭缝涂布。所述微孔层涂布浆料由导电碳黑(XC-72R)、聚四氟乙烯(PTFE)、异丙醇和去离子水等混合均匀得到。
可选地，还包括：
烘干及烧结系统，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间，用于对狭缝涂布后的燃料电池碳纸进行烘干和烧结成型。
可选地，所述厚度测试系统包括：
厚度测量仪，设置有压力传感器；所述厚度测量仪通过接触式测量得到所述燃料电池碳纸的多个位置的厚度。
可选地，还包括：
厚度监测系统，其设置有计算机组件，所述计算机组件与所述厚度测量仪连接；所述计算机组件获取所述压力传感器采集的数据，记录所述燃料电池碳纸的厚度变化。
可选地，还包括：
涂布仪，用于根据所述燃料电池碳纸的厚度变化与目标数值的差值来自动调控涂布量。
可选地，还包括：
刮割仪，用于根据所述燃料电池碳纸的厚度变化与目标数值的差值来调控下降的高度，进而对所述燃料电池碳纸进行刮割。
可选地，所述刮割仪可自动伸缩。
可选地，还包括：
厚度调控系统，与所述计算机组件连接，用于根据所述计算机组件的厚度变化判断是否需要启动涂布仪或者刮割仪。
可选地，所述厚度测试平台为不锈钢、铝合金、高分子复合材料中的一种或多种金属材料。
另一方面，本发明还提供了一种应用如上述燃料电池碳纸在线厚度测量装置的碳纸生产方法，包括：
将一定量的导电碳黑、聚四氟乙烯、异丙醇和去离子水混合均匀得到微孔层涂布浆料，并将混合均匀后的浆料加入到涂布系统中准备进行涂布，并将混合均匀后的浆料加入到刮涂仪中；
将碳纸置于放卷系统形成成卷的碳纸，开启涂布系统对处于放卷系统和收卷系统之间传送带上的碳纸进行狭缝涂布；
涂布完成后，接着利用烘干及烧结系统对其进行烘干、烧结成型；
成型后的碳纸通过传送带经过厚度测试系统时，使用厚度测量仪对碳纸3个不同位置的厚度进行测量，通过压力传感器接收来自样品的压力值，并将压力值转化为电信号传输到厚度监测系统中的计算机组件，计算机组件上显示的厚度与目标值一致，记录样品的厚度；
厚度合格的样品进入收卷系统，完成生产。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、通过在线测试碳纸的厚度，在生产过程中根据计算机组件所显示的厚度波动可以及时做出调整，保证产品厚度的一致性。
2、通过接触式的方式在线测试碳纸的厚度，与非接触式测量厚度方式相比，可以精确测出具有涂层碳纸的涂层的具体厚度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中燃料电池碳纸在线厚度测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。虽然附图中显示了本发明的实施方式，但是应该理解的是，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种结构，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的结构彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一结构也可以被称为第二结构，类似地，第二结构也可以被称为第一结构。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文将结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细描述。
请参阅图1，本实施例提供了一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置，正常使用时，从左到右依次包括放卷系统1、涂布系统2、烘干及烧结系统3、厚度测试系统4、厚度监测系统5、厚度调控系统6、厚度测试平台7、收卷系统8，其中相应的厚度测试系统4包括厚度测试仪4-1。其中相应的厚度调控系统6包括涂布仪6-1、刮割仪6-2。
其中，所述的厚度测量仪，其特征在于设有压力传感器，采用接触式测量，测量过程通过压力传感器接收来自样品的压力值，并将压力值转化为电信号的形式传递给计算机组件。
所述的厚度监测系统5，其特征在于设有计算机组件，所述的计算机组件与厚度测试仪相连接，以采集来自压力传感器的数据，记录厚度变化。
所述的厚度调控系统6，其特征在于与计算机组件相连，根据计算机组件显示的厚度变化自动判断是否需要启动涂布仪6-1或者刮割仪6-2。
所述的涂布仪6-1，其特征在于可根据计算机组件反映的测量厚度数值和目标数值的差值来自动调控涂布量。
所述的刮割仪6-2，其特征在于可自动伸缩，根据计算机组件反映的测量厚度数值和目标数值的差值来自动调控下降的高度来进行刮割。
所述的厚度测试平台7，其特征在于挡板材料可选用中的不锈钢、铝合金、高分子复合材料中的一种或多种金属材料。
所述的涂布系统2，其涂布方式可选用喷涂、刮涂、丝网印刷等其他方式。
所述的烘干和烧结系统，其烘干方式可采用热风干燥、远红外干燥、微波干燥、喷雾干燥、减压干燥等其他方式。
为便于理解，以下将以三个实施例进行具体说明。
实施例1：
1)将一定量的导电碳黑(XC-72R)、聚四氟乙烯(PTFE)、异丙醇和去离子水混合均匀得到微孔层涂布浆料，并将混合均匀后的浆料加入到涂布系统2中准备进行涂布，并将混合均匀后的浆料加入到刮涂仪6-1中；
2)将碳纸置于放卷系统1形成成卷的碳纸，开启涂布系统2对处于放卷系统1和收卷系统8之间传送带上的碳纸进行狭缝涂布；
3)涂布完成后，接着利用烘干及烧结系统3对其进行烘干、烧结成型；
4)成型后的碳纸通过传送带经过厚度测试系统4时，使用厚度测量仪4-1对碳纸3个不同位置的厚度进行测量，通过压力传感器接收来自样品的压力值，并将压力值转化为电信号传输到厚度监测系统5中的计算机组件，计算机组件上显示的厚度与目标值一致，记录样品的厚度。
5)厚度合格的样品进入收卷系统8，完成生产。
实施例2：
1)将一定量的导电碳黑(XC-72R)、聚四氟乙烯(PTFE)、异丙醇和去离子水混合均匀得到微孔层涂布浆料，并将混合均匀后的浆料加入到涂布系统2中准备进行涂布，并将混合均匀后的浆料加入到刮涂仪6-1中；
2)将碳纸置于放卷系统1形成成卷的碳纸，开启涂布系统2对处于放卷系统1和收卷系统8之间传送带上的碳纸进行狭缝涂布；
3)涂布完成后，接着利用烘干及烧结系统3对其进行烘干、烧结成型；
4)成型后的碳纸通过传送带经过厚度测试系统4时，使用厚度测量仪4-1对碳纸3个不同位置的厚度进行测量，通过压力传感器接收来自样品的压力值，并将压力值转化为电信号传输到厚度监测系统5中的计算机组件，计算机组件上显示的厚度数值比目标数值小。
5)厚度监控系统中的刮割仪6-2自动弹开，启动涂布仪6-1，涂布仪6-1根据计算机组件里设置厚度与涂布所需量关系的程序，进行涂布。
6)厚度合格的样品进入收卷系统8，完成生产。
实施例3：
1)将一定量的导电碳黑(XC-72R)、聚四氟乙烯(PTFE)、异丙醇和去离子水混合均匀得到微孔层涂布浆料，并将混合均匀后的浆料加入到涂布系统2中准备进行涂布，并将混合均匀后的浆料加入到刮涂仪6-1中；
2)将碳纸置于放卷系统1形成成卷的碳纸，开启涂布系统2对处于放卷系统1和收卷系统8之间传送带上的碳纸进行狭缝涂布；
3)涂布完成后，接着利用烘干及烧结系统3对其进行烘干、烧结成型；
4)成型后的碳纸通过传送带经过厚度测试系统4时，使用厚度测量仪4-1对碳纸3个不同位置的厚度进行测量，通过压力传感器接收来自样品的压力值，并将压力值转化为电信号传输到厚度监测系统5中的计算机组件，计算机组件上显示的厚度数值比目标数值大。
5)厚度监控系统中自动启动刮割仪6-2，刮割仪6-2根据计算机组件里的厚度差值，自动调整高度，进行刮割。
6)厚度合格的样品进入收卷系统8，完成生产。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内做出的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种燃料电池碳纸在线厚度测量装置，其特征在于，包括：
放卷系统；
收卷系统；
厚度测试平台，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间；
燃料电池碳纸，其中部设置于所述厚度测试平台上，其两端分别绕设在所述放卷系统和所述收卷系统上；
厚度测试系统，设置在所述厚度测试平台上，
所述厚度测试系统包括：厚度测量仪，设置有压力传感器；所述厚度测量仪通过接触式测量得到所述燃料电池碳纸的多个位置的厚度；
涂布系统，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间，用于通过微孔层涂布浆料对所述燃料电池碳纸进行狭缝涂布；
涂布仪，用于根据所述燃料电池碳纸的厚度变化与目标数值的差值来自动调控涂布量；
刮割仪，用于根据所述燃料电池碳纸的厚度变化与目标数值的差值来调控下降的高度，进而对所述燃料电池碳纸进行刮割；
所述刮割仪可自动伸缩。
2.如权利要求1所述的燃料电池碳纸在线厚度测量装置，其特征在于，还包括：
烘干及烧结系统，设置于所述放卷系统与所述收卷系统之间，用于对狭缝涂布后的燃料电池碳纸进行烘干和烧结成型。
3.如权利要求2所述的燃料电池碳纸在线厚度测量装置，其特征在于，还包括：
厚度监测系统，其设置有计算机组件，所述计算机组件与所述厚度测量仪连接；所述计算机组件获取所述压力传感器采集的数据，记录所述燃料电池碳纸的厚度变化。
4.如权利要求3所述的燃料电池碳纸在线厚度测量装置，其特征在于，还包括：
厚度调控系统，与所述计算机组件连接，用于根据所述计算机组件的厚度变化判断是否需要启动涂布仪或者刮割仪。
5.一种应用如权利要求1至4中任一项所述燃料电池碳纸在线厚度测量装置的碳纸生产方法，其特征在于，包括：
将一定量的导电碳黑、聚四氟乙烯、异丙醇和去离子水混合均匀得到微孔层涂布浆料，并将混合均匀后的浆料加入到涂布系统中准备进行涂布，并将混合均匀后的浆料加入到刮涂仪中；
将碳纸置于放卷系统形成成卷的碳纸，开启涂布系统对处于放卷系统和收卷系统之间传送带上的碳纸进行狭缝涂布；
涂布完成后，接着利用烘干及烧结系统对其进行烘干、烧结成型；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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