CN211829054U - 一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，包括：磁性上框架，磁性下框架，垫片，吸气底盘；上、下框架通过磁性进行固定，两框架中部均为镂空部分，其形状及尺寸与制备的膜电极活性区域相同；垫片设置于上、下框架之间，垫片中部为镂空部分，其形状及尺寸与磁性上框架及磁性下框架的镂空部分相同；吸气底盘可设置于上、下框架内镂空部分，其形状及尺寸与上、下框架的镂空部分相同。本实用新型以磁性材料为框架，利用磁力进行质子交换膜的固定，避免了夹具受力不均导致的质子交换膜褶皱及定位偏移、组装时过量冗余操作，从而提高了夹具反复使用寿命、节约了夹具组装时间和工作效率。各组件易于加工、可模块化组合，适合大规模制备。

Description

一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具

技术领域

本实用新型涉及一种夹具，具体涉及一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具。

背景技术

膜电极是燃料电池的关键器件之一，直接影响燃料电池性能。目前膜电极制备主要以催化剂直接涂覆方式为主，其制备的膜电极称为CCM(catalysts coated membrane)型膜电极，该类膜电极具有催化层薄，催化剂效率明显提高，贵金属载量有效降低等特点。但是，目前常用的全氟磺酸质子交换膜存在如下问题。首先，为了降低质子传导阻抗，该类膜制备的很薄，通常在十几到几百微米之间，机械强度不高；其次，该类质子交换膜对温度，湿度较为敏感，高温时，易脱水收缩；湿度较大时，易吸水溶胀，导致膜发生褶皱，不平整。

在膜电极制备工艺中，要求质子交换膜应始终处于平整状态，否则将导致制备的膜电极具有较大的接触电阻以及密封性较差等问题。但是在膜电极制备过程中，质子交换膜可能较长时间暴露在高温，局部高湿度等情况。因此，膜电极制备过程中所用夹具具有重要作用，需要依靠它来实现质子交换膜的固定，支撑等作用，直至膜电极制备完成。目前，多数喷涂夹具设计成用螺栓或定位销来定位，用上下两个平板或平整的外框来夹住中间的质子交换膜。但是高温或吸水导致质子交换膜发生的褶皱或者溶胀会导致其尺寸发生较大变化，定位孔间距会随之发生偏移，靠螺孔来定位其重复性很差。且螺栓夹持的受力不均匀，膜受热收缩时容易造成褶皱。另外，操作繁琐，喷涂完一面需拆卸及将质子交换膜翻转以便喷涂另外一面。夹具中螺栓设计过多还会造成拆装螺丝的工作量过大。

如现有技术中专利号为201220568933.7的专利公开的一种带有防滑缓冲垫的制备质子交换膜或膜电极用夹具，该夹具加入了防滑缓冲垫来提高夹具与质子交换膜之间的摩擦力来提高对质子交换膜施加的紧固力，防止质子交换膜在制备过程中出现收缩和偏移等现象。但是仍然采用的螺栓为其固定方式，无法从根本上解决质子交换膜发生形变导致的定位孔尺寸偏移，铺膜无法平整的问题。且规模化生产中，较多的螺栓反复拆卸导致拆装工作量大，以及夹具磨损过快等问题。专利号201420033241.1的专利公开的燃料电池膜电极制备夹具，其利用长尾夹和定位销来替代螺栓的定位及固定作用，避免了螺栓的磨损，但是仍然存在夹具上受力不均匀，质子交换膜易产生皱褶等形变的发生。

实用新型内容

本实用新型要解决现有技术中的技术问题，提供一种操作简单、重复性好的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具。本实用新型的夹具，在有效减少质子交换膜的形变，提高膜电极产品的成品率的同时，可以免除拆卸，重新组装过程，直接翻转即可喷涂另一面，节约了夹具组装时间、工作量，能够有效提高制备效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案具体如下：

本实用新型提供一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，包括：磁性上框架，磁性下框架，垫片，吸气底盘；

所述磁性上框架、及磁性下框架通过磁性进行固定，两框架中部均为镂空部分，该镂空部分的形状及尺寸与制备的膜电极活性区域相同；

所述垫片设置于所述磁性上框架和磁性下框架之间，垫片中部为镂空部分，该镂空部分形状及尺寸与磁性上框架及磁性下框架的镂空部分相同；

所述吸气底盘可设置于所述磁性上框架、或磁性下框架内镂空部分，其形状及尺寸与磁性上框架及磁性下框架的镂空部分相同。

在上述技术方案中，所述磁性上框架及磁性下框架均为橡胶磁条框架。

在上述技术方案中，所述垫片材料为硬质塑料或者金属材料。

在上述技术方案中，所述吸气底盘的上、下表面及内部均为多孔透气结构。

在上述技术方案中，所述吸气底盘为多孔金属或者多孔石墨材料。

在上述技术方案中，所述吸气底盘为多孔铝板、多孔不锈钢板、泡沫铝、或者泡沫镍。

在上述技术方案中，所述吸气底盘为碳纸。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的夹具，以磁性材料为上下框架，利用磁力替代了螺栓，长尾夹等器件来进行质子交换膜的固定，喷涂完质子交换膜的一面后直接翻转即可喷涂其另一面，避免了夹具受力不均导致的质子交换膜褶皱及定位偏移、组装时过量冗余操作，从而提高了夹具反复使用寿命、节约了夹具组装时间和工作效率。

本实用新型的夹具组装快速、各组件外形简单，材料质地易于加工、重复使用，寿命高、可进行模块化组合，适合大规模相同及不同形状的膜电极的批量制备。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具整体结构示意图。

图2为本实用新型的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具组装后的结构示意图。

图中的附图标记表示为：

1-磁性上框架，2-磁性下框架，3-垫片，4-吸气底盘。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做以详细说明。

本实用新型提供一种操作简单、重复性好的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，包括：磁性上框架1，磁性下框架2，垫片3，吸气底盘4；

磁性上框架1及磁性下框架2采用磁性材料，两框架可以通过磁性来进行固定，磁性上框架1及磁性下框架2中部均为镂空部分，该镂空部分的形状及尺寸与制备的膜电极活性区域相同。

垫片3设置于所述磁性上框架1和磁性下框架2之间，其材料为硬质塑料或者金属材料，对于磁性上框架1及磁性下框架2起支撑作用，垫片3中部也为镂空部分，该镂空部分形状、尺寸与磁性上框架1及磁性下框架2的镂空部分相同。

吸气底盘4可设置于磁性上框架1、或磁性下框架2内镂空部分，其材料主要为多孔金属(如多孔铝板、多孔不锈钢板、泡沫铝、泡沫镍等)或者多孔石墨材料(碳纸等)，上下表面及内部均为多孔透气结构，形状及尺寸与磁性上框架1、磁性下框架2、及垫片3的镂空部分相同，厚度与磁性上框架1及磁性下框架2相同。

本实用新型的燃料电池膜电极制备夹具，所用框架具有磁性，能够不需使用外加螺栓，燕尾夹等器件而实现质子交换膜的固定，且框架上各部分施加的紧固力为均匀的，有效防止了质子交换膜的褶皱发生。且结构简单，无外加器件，上、下两面是相同的，可以随意翻转，简化了双面喷涂的操作工序。

本实用新型的燃料电池膜电极制备夹具的制备及使用方法，包括以下步骤：

1、将磁性材料及硬质塑料(金属片)按照所需膜电极形状、尺寸镂空成所需磁性上框架1，磁性下框架2，及垫片3。

2、将吸气底盘4按磁性上框架1镂空部分形状，尺寸进行切割或裁剪。

3、将磁性上框架1，质子交换膜，垫片3，磁性下框架2，吸气底盘4按顺序组装成框膜组件。

4、将上述组装好的框膜组件至于喷涂仪的加热吸气底盘上即可进行喷涂。

5、第一面喷涂完毕，将吸气底盘4取出，将框膜组件翻转，将吸气底盘4安置于已喷涂完一侧，并将框膜组件至于喷涂仪的加热吸气底盘上即可进行另一面的喷涂。

下面结合附图1-2对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，包含以下组件，橡胶磁片磁性上框架1，橡胶磁片磁性下框架2，硬质塑料垫片3，吸气底盘4，按橡胶磁片磁性上框架1，质子交换膜，硬质塑料垫片3，橡胶磁片磁性下框架2，吸气底盘4顺序组装(组装后的结构示意图参见图2)后即可进行喷涂。喷涂完毕，将吸气底盘4取出，将框膜组件翻转，将吸气底盘4安置于已喷涂完一侧，并将框膜组件至于喷涂仪的加热吸气底盘上即可进行另一面的喷涂。

在其他的具体实施方式中，还可以将磁性上框架1、磁性下框架2、及垫片3的镂空部分根据实际需要设计成网格状分布的夹具，镂空部分的尺寸按照生产需要设计，尺寸可以一致，也可以设计成不同尺寸，这样能够一次性喷涂多片电极，进而实现适合大规模相同及不同形状的膜电极的批量制备。

本实用新型的夹具以磁性材料为框架，利用磁力替代了螺栓，长尾夹等器件来进行质子交换膜的固定，喷涂完质子交换膜的一面后直接翻转即可喷涂其另一面，避免了夹具受力不均导致的质子交换膜褶皱及定位偏移、组装时过量冗余操作，从而提高了夹具反复使用寿命、节约了夹具组装时间和工作效率。

本实用新型的夹具组装快速、各组件外形简单，材料质地易于加工、重复使用，寿命高、可进行模块化组合，适合大规模相同及不同形状的膜电极的批量制备。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，包括：磁性上框架(1)，磁性下框架(2)，垫片(3)，吸气底盘(4)；

所述磁性上框架(1)、及磁性下框架(2)通过磁性进行固定，两框架中部均为镂空部分，该镂空部分的形状及尺寸与制备的膜电极活性区域相同；

所述垫片(3)设置于所述磁性上框架(1)和磁性下框架(2)之间，垫片(3)中部为镂空部分，该镂空部分形状及尺寸与磁性上框架(1)及磁性下框架(2)的镂空部分相同；

所述吸气底盘(4)可设置于所述磁性上框架(1)、或磁性下框架(2)内镂空部分，其形状及尺寸与磁性上框架(1)及磁性下框架(2)的镂空部分相同。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述磁性上框架(1)及磁性下框架(2)均为橡胶磁条框架。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述垫片(3)材料为硬质塑料或者金属材料。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述吸气底盘(4)的上、下表面及内部均为多孔透气结构。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述吸气底盘(4)为多孔金属或者多孔石墨材料。

6.根据权利要求5所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述吸气底盘(4)为多孔铝板、多孔不锈钢板、泡沫铝、或者泡沫镍。

7.根据权利要求5所述的用于燃料电池膜电极制备的新型夹具，其特征在于，所述吸气底盘(4)为碳纸。

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