一种适用于片材GDL生产的微孔层涂敷方法及装置与流程

一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷方法及装置
技术领域
1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷方法及装置。


背景技术：

2.气体扩散层是燃料电池的关键零部件之一，起到传质、导电、支撑的重要作用。气体扩散层主要选用导电碳黑浆料均匀涂覆在经过疏水处理的碳纤维纸表面，经过高温烧结固化制成。
3.传统的涂覆方式有丝网印刷、静电纺丝、喷印刷涂和涂覆成膜方式，这些涂敷方式都有一定的缺陷：丝网印刷工艺可以得到表面平整的微孔层，但由于丝网的限制，导致单次涂敷上墨量较少，需要两次甚至三次涂敷才能达到所需的微孔层厚度，且浆料本身特性导致生产过程中，容易造成网孔堵塞，导致前后产品的一致性较差；刮涂工艺可以实现单次浆料涂敷，但由于浆料的流动特性，刮涂之后浆料容易溢出碳纸边缘，导致台面难以清洁，生产连续性差；喷涂工艺由于效率较低，不适合微孔层的生产。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷方法，解决了丝网印刷单次涂敷量不足的问题，又解决了刮涂生产连续性差的问题。
5.本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷方法，包括以下步骤：
6.步骤一，将垫片平铺在工作台的台面上，其中垫片的中部设置有第一镂空区；
7.步骤二，将碳纸平铺在垫片的第一镂空区内；
8.步骤三，在所述垫片上方铺设压板，其中压板上设置有第二镂空区，第一镂空区与第二镂空区上下对应；
9.步骤四，将浆料填放在第二镂空区单侧、刮刀前侧；
10.步骤五，将压板通过机械结构下压至与第一镂空区接触；
11.步骤六，将刮刀以设定压力和速度刮过压板表面，将浆料刮平，
12.步骤七，将压板通过机械结构向上抬起，带走多余的废料；
13.步骤八，将完成涂敷的基材经烘干、烧结，获得气体扩散层。
14.作为优选，所述垫片的厚度为150-250μm。
15.作为优选，所述的第一镂空区的面积大于碳纸的面积，保证碳纸可以放进第一镂空区，所述第二镂空区的面积小于第一镂空区的面积，且小于碳纸的的面积。
16.作为优选，所述刮刀施加在压板上的压力为5-20n，通过气缸进行调节，刮刀速度为20-50mm/s。
17.本发明的另一个目的是提供一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷装置，有效提高微孔层涂敷质量。
18.本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷装置，包括工作台、设置于所述工作台上的垫片、设置在所述垫片上的第一镂空区、设置在所述垫片上方的压板、设置在所述压板上的第二镂空区、驱动所述压板上下移动的升降机构、设置在所述压板上方的刮刀以及驱动所述刮刀移动的平移机构。
19.作为优选，所述第一镂空区与所述第二镂空区均为矩形区，所述第二镂空区的面积小于第一镂空区的面积。
20.作为优选，所述升降机构包括设置在所述工作台两侧的侧支架、活动设置在所述侧支架上的升降台、连接于所述升降台与所述压板之间连接臂以及驱动所述升降台升降的第一丝杆机构。
21.作为优选，所述平移机构包括设置在所述升降台上的安装架、设置在所述压板上方的横向支架、活动设置在所述横向支架上的活动座、连接在所述安装架与所述横向支架之间的加压气缸以及连接在所述横向支架与所述活动座之间的第二丝杆机构，所述刮刀固定在所述活动座上。
22.作为优选，所述刮刀的底部设置有挤压面，所述刮刀的前端设置有延伸至底部的导压部，所述挤压面与导压部平滑过渡。
23.本发明的有益效果：
24.1、厚度可控，通过更换压板的厚度可以控制涂敷的湿膜厚度，进而控制最终微孔层的厚度；
25.2、微孔层表面平整，涂敷过程对浆料没有破坏作用；
26.3、压板可以把残墨带走，减少片材刮涂时余墨清理的步骤，实现生产工艺的可连续性；
27.4、在低温工况条件，2000电密时，大电密区的性能较丝网印刷法可提高20mv，生产效率较刮涂法高一倍。
附图说明
28.图1是本发明实施例中微孔层涂敷装置的立体结构示意图；
29.图2是本发明实施例中微孔层涂敷装置的分解图；
30.图3是本发明实施例中刮刀的结构示意图；
31.图中：1-工作台，2-垫片，201-第一镂空区，3-压板，301-第二镂空区，4-刮刀，401-导压部，402-挤压面，5-升降机构，501-侧支架，502-升降台，503-第一丝杆机构，6-平移机构，601-安装架，602-横向支架，603-活动座，604-加压气缸，605-第二丝杆机构。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
33.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。
34.实施例：如图1和图2所示，一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷装置，包括工作台1、设置于工作台1上的垫片2、设置在垫片2上的第一镂空区201、设置在垫片2上方的压板
3、设置在压板3上的第二镂空区301、驱动压板3上下移动的升降机构5、设置在压板3上方的刮刀4以及驱动刮刀4移动的平移机构6。
35.第一镂空区201与第二镂空区301均为矩形区，第二镂空区301的面积小于第一镂空区201的面积。
36.垫片2的厚度为150-250μm，平铺在工作台1的台面上，通过常规的卡爪或卡边固定在工作台1的台面上。压板3的厚度可根据实际情况进行选择，其中压板3为钢板，压板3通过升降机构5上下移动，使压板3与垫片2上下叠合或上下分离。
37.升降机构5包括设置在工作台1两侧的侧支架501、活动设置在侧支架501上的升降台502、连接于升降台502与压板3之间连接臂以及驱动升降台502升降的第一丝杆机构503。连接臂与压板3之间采用常规的固定方式，如在连接臂的端部安装有电磁铁或者夹爪，通过电磁铁吸住压板3或通过夹爪夹持住压板3两侧边
38.第一丝杆机构503为现有技术，由丝杆、丝杆螺母和电机组成，通过电机驱动丝杆转动，丝杆转动带动丝杆螺母上下移动，丝杆螺母固定在升降台502上。
39.平移机构6包括设置在升降台502上的安装架601、设置在压板3上方的横向支架602、活动设置在横向支架602上的活动座603、连接在安装架601与横向支架602之间的加压气缸604以及连接在横向支架602与活动座603之间的第二丝杆机构605，刮刀4固定在活动座603上。加压气缸604推动横向支架602向下移动，横向支架602带动活动座603和刮刀4移动，使得刮刀4在刮涂时以一定的压力压在压板3上。第二丝杆机构605与第一丝杆机构503同为现有技术，均由丝杆、丝杆螺母和电机组成。
40.如图3所示，刮刀4的底部设置有挤压面402，刮刀4的前端设置有延伸至底部的导压部401。导压部401为弧形面，挤压面402与导压部401平滑过渡。在刮涂时，随着刮刀4的向前移动，导压部401前方的涂层浆料随着刮刀4的移动沿着弧形的导压部401被挤压到导压部401下方；随着浆料越积越多，位于第二镂空区301内的浆料逐渐被挤压面402压实，同时刮刀4沿着压板3表面刮过，将浆料刮平，从而获得厚度一致的微孔层湿膜。
41.一种适用于片材gdl生产的微孔层涂敷方法，通过微孔层涂敷装置进行涂敷，包括以下步骤：
42.步骤一，将垫片2平铺在工作台1的台面上，其中垫片2的中部设置有第一镂空区201。其中垫片2的厚度为150-250μm，在本实施例中优选为200μm。
43.步骤二，将碳纸平铺在垫片2的第一镂空区201内。
44.步骤三，在垫片2上方铺设压板3，其中压板3上设置有第二镂空区301，第一镂空区201与第二镂空区301上下对应。其中第二镂空区301的面积小于第一镂空区201的面积，且小于碳纸的的面积。
45.步骤四，将浆料将浆料填放在第二镂空区301单侧、刮刀前侧。
46.其中浆料按照c：ptfe：溶剂＝1：1：20的比例充分分散制得，溶剂为低沸点的醇类溶剂。
47.步骤五，将压板3通过机械结构下压至与第一镂空区201接触，其中机械结构为本实施例中的升降机构5。
48.步骤六，将刮刀4以设定压力和速度刮过压板3表面，将浆料刮平。其中刮刀4施加在压板3上的压力为5-20n，刮刀4速度为20-50mm/s。其中压力大小通过气缸进行调节，气缸
为本实施例中的加压气缸604。
49.步骤七，将压板3通过机械结构向上抬起，带走多余的废料；
50.步骤八，将完成涂敷的基材经烘干、烧结，最终获得微孔层厚度为40μm的气体扩散层。
51.对比例：将浆料按照c：ptfe：溶剂＝1：1：20的比例充分分散，用丝网印刷的方法进行涂敷，通过三次印刷烘干过程，得到微孔层厚度为40μm的气体扩散层。
52.通过对比实施例与对比例两种涂敷方式的性能指标，在低温工况条件、2000电流密度时，该实施例的性能提升约20mv。