CN210576250U - 燃料电池膜电极生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池膜电极生产装置，包括：一放卷机组，包括传动阳极转印膜放卷滚动的第一转印膜放卷机构、传动质子交换膜放卷滚的质子交换膜放卷机构以及传动阴极转印膜放卷滚动的第二转印膜放卷机构；两个预加热辊组，分别对阳极转印膜和阴极转印膜分别进行预加热，每一预加热辊组由多个加热辊组成；一第一贴合胶辊组，包括两个第一胶辊，分别将阳极转印膜和阴极转印膜压合至质子交换膜的两侧表面；两个转印膜收卷机构，分别将阳极转印膜和阴极转印膜从行进的质子交换膜上分离并收卷；以及一成品收卷机构，成品收卷机构传动质子交换膜收卷滚动；本实用新型提高了催化剂转印率以及转印效率。

Description

燃料电池膜电极生产装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体地说，涉及一种燃料电池膜电极生产装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFC)即氢燃料电池作为一种新型的清洁能源，由于其低污染甚至是无污染性受到广泛关注。而PEMFC的核心部件膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)为PEMFC的电化学反应提供了质子、电子、反应气体和水的连续通道，是研究者们研究的重点，特别是对其制作工艺的研究。转印法是将预先配好的催化剂浆料涂布、印刷或者喷涂到某种转印介质即转印膜上，经过干燥后将其催化剂层再转印到质子交换膜上，得到覆盖有催化剂层的质子交换膜(CatalystCoated Membrane，CCM)。由于转印法在转印前已经去除了溶剂，质子交换膜也就不会出现溶胀的现象，而且催化剂层与质子交换膜的结合力较强，因此转印法被认为是适合工业连续化生产膜电极的可靠方法。

现有的利用平板热压转印制备膜电极的装置中，仅仅利用一对加热辊和加热胶辊对压合后的阳极转印膜、质子交换膜和阴极转印膜进行加热，由于加热胶辊和加热辊的传热效率差别很大，使得采用加热胶辊加热一侧的转印膜受热效果较差，导致转印膜不能充分受热，直接影响催化剂从转印膜上转印至质子交换膜上的转印效果。另一方面，现有技术只采用单一加热辊对转印膜进行加热，由于如果加热辊温度设置过高，存在损坏转印膜的风险。所以加热辊温度一般较低，导致转印膜不能快速受热，直接影响了转印效率，降低了工业生产速度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种燃料电池膜电极生产装置，既使得转印膜能够充分受热，提高催化剂的转印率；又使得转印膜能够安全地快速受热，提高转印效率，进而提高工业生产速度。

根据本实用新型的一个方面，提供一种燃料电池膜电极生产装置，用于将转印膜上的催化剂转印至质子交换膜上制作膜电极，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置依次包括：

一放卷机组，包括第一转印膜放卷机构、质子交换膜放卷机构以及第二转印膜放卷机构；所述第一转印膜放卷机构传动阳极转印膜放卷滚动；所述质子交换膜放卷机构传动质子交换膜放卷滚动，所述第二转印膜放卷机构传动阴极转印膜放卷滚动；

两个预加热辊组，分别对所述阳极转印膜和所述阴极转印膜进行预加热，每一所述预加热辊组由多个加热辊组成；

一第一贴合胶辊组，包括两个第一胶辊，分别将所述阳极转印膜和所述阴极转印膜压合至所述质子交换膜的两侧表面；

两个转印膜收卷机构，分别将所述阳极转印膜和所述阴极转印膜从行进的所述质子交换膜上分离并收卷；以及

一成品收卷机构，所述成品收卷机构传动所述质子交换膜收卷滚动。

优选地，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置还包括两个保护膜放卷机构，所述保护膜放卷机构传动保护膜放卷滚动，所述保护膜放卷机构位于所述转印膜收卷机构和所述成品收卷机构之间。

优选地，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置还包括一第二贴合胶辊组，所述第二贴合胶辊组包括两个第二胶辊，所述第二胶辊将保护膜压合至所述质子交换膜的两侧表面，所述第二贴合胶辊组位于所述保护膜放卷机构和所述成品收卷机构之间。

优选地，所述第二贴合胶辊组中的一所述第二胶辊为活动辊，另一所述第二胶辊为固定辊，所述活动辊和气缸连接，所述气缸传动所述活动辊实现打开和关闭。

优选地，每一所述预加热辊组中的加热辊等间距分布于所述阳极转印膜或者所述阴极转印膜的表面。

优选地，所述第一贴合胶辊组中的一所述第一胶辊为活动辊，另一所述第一胶辊为固定辊，所述活动辊和气缸连接，所述气缸传动所述活动辊实现打开和关闭。

优选地，所述质子交换膜沿行进方向形成一行进轨迹，所述第一转印膜放卷机构和所述第二转印膜放卷机构位于所述行进轨迹的两侧，两所述预加热辊组位于所述行进轨迹的两侧，两所述转印膜收卷机构位于所述行进轨迹的两侧。

优选地，所述放卷机组以及所述成品收卷机构均包含有纠偏机构，所述纠偏机构用于防止阳极转印膜、质子交换膜以及阴极转印膜行进过程中发生偏离。

优选地，所述加热辊为加热钢辊。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

本实用新型提供的燃料电池膜电极生产装置通过在转印膜的行进轨迹上采用由多个加热辊组成的预加热辊组，分别对阳极转印膜和阴极转印膜进行预加热，既使得转印膜能够充分受热，提高催化剂的转印率，进而提高膜电极产品的成品率，降低膜电极产品的生产成本；又使得转印膜能够快速受热，提高催化剂的转印效率，进而提高了工业生产速度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例公开的燃料电池膜电极生产装置的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、材料、装置等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“具有”以及“设有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1所示，本实用新型公开了一种燃料电池膜电极生产装置，用于通过转印法将预先涂布、印刷或者喷涂在转印膜上的催化剂转印至质子交换膜上制作膜电极，质子交换膜沿行进方向形成一行进轨迹110，沿着质子交换膜的行进方向，本实施例中的燃料电池膜电极生产装置依次包括：

一放卷机组，包括第一转印膜放卷机构101、质子交换膜放卷机构102以及第二转印膜放卷机构103。上述第一转印膜放卷机构101传动阳极转印膜放卷滚动，控制阳极转印膜的放卷张力和速度。上述质子交换膜放卷机构102传动质子交换膜放卷滚动，控制质子交换膜的放卷张力和速度。上述第二转印膜放卷机构103传动阴极转印膜放卷滚动，控制阴极转印膜的放卷张力和速度。本实施例中第一转印膜放卷机构101和第二转印膜放卷机构103分别位于所述行进轨迹110的两侧，也位于上述质子交换膜放卷机构102的两侧。

两个预加热辊组，分布于上述行进轨迹110的两侧，且分别对阳极转印膜和阴极转印膜进行预加热，每一上述预加热辊组由多个加热辊104组成。本实施例中，加热辊104为加热钢辊，但本申请对加热辊104的材质不作限制。每一预加热辊组由4个加热辊104组成，且4个加热辊104的温度是不同的。由于如果转印膜直接接触较高温度的加热辊104，比如150度的加热辊104，存在损坏转印膜的风险。所以本实施例中沿着阳极转印膜或者阴极转印膜的行进方向，加热辊104的温度呈预设梯度逐渐升高，这样可以防止转印膜接触高温被损坏。而且，由于阳极转印膜和阴极转印膜各自需要的最佳加热温度是不同的，所以本实施例中用于预加热阳极转印膜和阴极转印膜的两组预加热辊组中，至少部分加热辊104的温度不同。

本实施例中，图1中的每一所述预加热辊组中的加热辊104等间距分布于所述阳极转印膜或者所述阴极转印膜的表面。用于预加热阳极转印膜的4个加热辊104的温度从左至右分别为80°、110°、140°和170°，用于预加热阳极转印膜的4个加热辊104的温度从左至右分别为70°、100°、130°和160°。行进轨迹两侧的预加热辊组温度梯度均为30°。需要说明的是，本申请对上述加热辊104的间距、数量、温度以及温度梯度均不作限制。

一第一贴合胶辊组，包括两个第一胶辊105，两个第一胶辊105分布于上述行进轨迹110的两侧，分别将上述阳极转印膜和上述阴极转印膜压合至质子交换膜的两侧表面。

两个转印膜收卷机构106，分布于上述行进轨迹110的两侧，且分别将上述阳极转印膜和阴极转印膜从行进的质子交换膜上分离并收卷。转印膜收卷机构106位于第一胶辊105和成品收卷机构107之间；

一成品收卷机构107，上述成品收卷机构107传动上述质子交换膜收卷滚动，控制表面涂设有催化剂的质子交换膜的收卷张力和速度；将已经制备完成的质子交换膜收卷。

其中，上述用于传动阳极转印膜放卷滚动的第一转印膜放卷机构101、用于对阳极转印膜进行预加热的预加热辊组以及用于收卷阳极转印膜的转印膜收卷机构106依次有序地位于行进轨迹110的同一侧。用于控制阴极转印膜的上述机构依次有序地位于行进轨迹110的同一侧。

通过上述设有温度梯度的加热辊104组分别对阳极转印膜和阴极转印膜进行加热，在避免损坏转印膜的前提下，使得阳极转印膜和阴极转印膜快速受热，提高受热速度，加快生产速度；并且由于转印膜能够充分受热，所以提高了转印膜上的催化剂转印至质子交换膜上的转印率，进而提高膜电极产品的成品率，降低膜电极产品的生产成本。

作为本申请的一个优选实施例，沿着上述质子交换膜的行进方向，上述燃料电池膜电极生产装置还包括两个保护膜放卷机构108，分别位于上述行进轨迹110的两侧，上述保护膜放卷机构108传动保护膜放卷滚动，控制保护膜的放卷张力和速度。上述保护膜放卷机构108位于上述转印膜收卷机构106和上述成品收卷机构107之间。

作为本申请的一个优选实施例，沿着上述质子交换膜的行进方向，上述燃料电池膜电极生产装置还包括一第二贴合胶辊组，上述第二贴合胶辊组包括两个第二胶辊109，第二胶辊109分别位于上述行进轨迹110的两侧，上述第二胶辊109将保护膜压合至已经涂敷好催化剂的上述质子交换膜的两侧表面，上述第二贴合胶辊组位于上述保护膜放卷机构108和上述成品收卷机构107之间。

其中，上述第一贴合胶辊组的一第一胶辊105为活动辊，另一第一胶辊105为固定辊。第二贴合胶辊组中的一第二胶辊109为活动辊，另一第二胶辊109为固定辊。本实施例中，上述第一贴合胶辊组的一第一胶辊105和与该第一胶辊105位于同一侧的第二贴合胶辊组中的一第二胶辊109为活动辊，另一侧的第一胶辊105和第二胶辊109为固定辊，上述活动辊和气缸连接，上述气缸传动上述活动辊实现打开和关闭。具体来说，在膜电极制备的转印过程中，气缸控制上述第一胶辊105和第二胶辊109打开；制备完成后，气缸控制第一胶辊105和第二胶辊109关闭。本申请中的第一胶辊105和第二胶辊109均为耐高温硅胶辊，上述耐高温硅胶辊的耐高温范围为150°至300°。

作为本申请的一个优选实施例，上述放卷机组以及成品收卷机构107均包含有纠偏机构，上述纠偏机构用于防止阳极转印膜、质子交换膜以及阴极转印膜行进过程中发生偏离。该纠偏机构采用现有技术即可实现，本实施例不再赘述。需要说明的是，本实施例中所提到的转印膜均为阳极转印膜或者阴极转印膜。

综上，本实用新型的燃料电池膜电极生产装置至少具有如下优势：

本实施例公开的燃料电池膜电极生产装置通过在转印膜的行进轨迹上采用由多个加热辊组成的预加热辊组，分别对阳极转印膜和阴极转印膜进行预加热，既使得转印膜能够充分受热，提高催化剂的转印率，进而提高膜电极产品的成品率，降低膜电极产品的生产成本；又使得转印膜能够快速受热，提高催化剂的转印效率，进而提高了工业生产速度。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或一个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或者示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或者示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或者示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池膜电极生产装置，用于将转印膜上的催化剂转印至质子交换膜上制作膜电极，其特征在于，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置依次包括：

一放卷机组，包括第一转印膜放卷机构(101)、质子交换膜放卷机构(102)以及第二转印膜放卷机构(103)；所述第一转印膜放卷机构(101)传动阳极转印膜放卷滚动；所述质子交换膜放卷机构(102)传动质子交换膜放卷滚动，所述第二转印膜放卷机构(103)传动阴极转印膜放卷滚动；

两个预加热辊组，分别对所述阳极转印膜和所述阴极转印膜进行预加热，每一所述预加热辊组由多个加热辊(104)组成；

一第一贴合胶辊组，包括两个第一胶辊(105)，分别将所述阳极转印膜和所述阴极转印膜压合至所述质子交换膜的两侧表面；

两个转印膜收卷机构(106)，分别将所述阳极转印膜和所述阴极转印膜从行进的所述质子交换膜上分离并收卷；以及

一成品收卷机构(107)，所述成品收卷机构(107)传动所述质子交换膜收卷滚动。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置还包括两个保护膜放卷机构(108)，所述保护膜放卷机构(108)传动保护膜放卷滚动，所述保护膜放卷机构(108)位于所述转印膜收卷机构(106)和所述成品收卷机构(107)之间。

3.如权利要求2所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，沿着所述质子交换膜的行进方向，所述燃料电池膜电极生产装置还包括一第二贴合胶辊组，所述第二贴合胶辊组包括两个第二胶辊(109)，所述第二胶辊(109)将保护膜压合至所述质子交换膜的两侧表面，所述第二贴合胶辊组位于所述保护膜放卷机构(108)和所述成品收卷机构(107)之间。

4.如权利要求3所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，所述第二贴合胶辊组中的一所述第二胶辊(109)为活动辊，另一所述第二胶辊(109)为固定辊，所述活动辊和气缸连接，所述气缸传动所述活动辊实现打开和关闭。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，每一所述预加热辊组中的加热辊(104)等间距分布于所述阳极转印膜或者所述阴极转印膜的表面。

6.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，所述第一贴合胶辊组中的一所述第一胶辊(105)为活动辊，另一所述第一胶辊(105)为固定辊，所述活动辊和气缸连接，所述气缸传动所述活动辊实现打开和关闭。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，所述质子交换膜沿行进方向形成一行进轨迹(110)，所述第一转印膜放卷机构(101)和所述第二转印膜放卷机构(103)位于所述行进轨迹(110)的两侧，两所述预加热辊组位于所述行进轨迹(110)的两侧，两所述转印膜收卷机构(106)位于所述行进轨迹(110)的两侧。

8.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，所述放卷机组以及所述成品收卷机构(107)均包含有纠偏机构，所述纠偏机构用于防止阳极转印膜、质子交换膜以及阴极转印膜行进过程中发生偏离。

9.如权利要求1所述的一种燃料电池膜电极生产装置，其特征在于，所述加热辊(104)为加热钢辊。

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