一种燃料电池膜电极的喷涂夹具及喷涂方法与流程

1.本发明涉及质子交换膜燃料电池制造技术领域，具体涉及一种燃料电池膜电极的喷涂夹具及喷涂方法。


背景技术：

2.氢能作为一种清洁、高效、可持续的新能源，被视为最具潜力的下一代能源，在质子交换膜燃料电池作为氢能的一种理想方式，具有高效、清洁、工作温度低、能量密度高等优点，是一种理想的清洁能源，膜电极是决定燃料电池性能的关键零部件，起到至关重要的作用。
3.专利公开号cn201811406890的专利中，叙述了一种燃料电池膜电极喷涂夹具及这杯方法，所涉及磁铁、螺栓、脚垫等配套，夹具相对复杂，造成操作工艺相对困难，影响膜电极的制备效率。同时，该专利中并未涉及到碳纸的保护层，在制备第二层催化层时，有褶皱或者气泡的风险。
4.现有技术中大多都是在具有保护膜一侧催化层制备完成后，直接除去保护膜，将ccm未制备催化层一侧反转，将ccm吸附在吸附托盘上，这种方式很难对ccm进行定位，且由于ccm本身的易形变性，导致吸附时会有气泡出现，只能通过拉伸、撕扯ccm的方式进行去气泡及褶皱处理，这样很容易造成ccm的不可逆形变及已制备催化层一侧的催化剂层发生破坏。


技术实现要素：

5.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池膜电极的喷涂夹具及喷涂方法，可以避免因膜电极另一侧吸附出现褶皱、气泡现象对膜电极进行撕扯，造成膜电极不可逆的损伤，同时所设计的具有倾斜角度的喷涂夹具，可以提高浆料的利用率，提高生产效率。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种燃料电池膜电极的喷涂夹具包括喷涂夹具本体，喷涂夹具本体中部开设有喷涂框口，喷涂框口内侧四周设置有下槽口，且下槽口呈倾斜设置，倾斜角度为0
°‑
60
°
。
8.作为本发明进一步的方案：喷涂夹具本体的厚度为3-10mm。
9.一种燃料电池膜电极的喷涂方法，包括以下步骤：
10.步骤一、裁切：根据需要裁切所需尺寸的质子膜，所述质子膜一侧具有保护层；
11.步骤二、第一次定位：将裁切好的质子膜放置在喷涂机的吸附托盘上进行吸附定位；
12.步骤三、第一面喷涂：将喷涂夹具定位在质子膜上侧，启动喷涂机进行喷涂，在第一面喷涂催化浆料形成催化层，得到ccm；
13.步骤四、吸附：完成第一面喷涂之后，准备碳纸，人工拉动ccm，去除ccm上的保护层，将ccm具有催化层的一侧附在碳纸的一侧，之后将具有ccm的碳纸吸附在喷涂机的吸附
托盘上；
14.步骤五、第二次定位：将喷涂夹具的下槽口与ccm背面的催化层区域进行重合定位，定位过程中关闭吸附托盘的吸力，人工移动喷涂夹具和碳纸进行重合定位，之后开启吸附托盘的吸力，观察ccm的位置和吸附平整度，如果有褶皱、气泡现象，关闭吸附托盘的吸力，取下喷涂夹具，将ccm拉起重新附着在碳纸上，之后重复上述操作进行定位；
15.步骤六、第二面喷涂：启动喷涂机对着喷涂夹具内侧的ccm区域进行喷涂，在第二面喷涂催化浆料形成催化层，得到燃料电池膜电极。
16.作为本发明进一步的方案：步骤一中所述保护层包括但不限于pet保护层。
17.作为本发明进一步的方案：步骤二中质子膜具有保护层的一面与吸附托盘接触。
18.作为本发明进一步的方案：步骤四中吸附托盘的吸力由中部向两侧吸附，保证ccm的平整度。
19.作为本发明进一步的方案：所述吸附托盘的真空度为0-－0.2kpa，喷涂吸附托盘温度80-100℃。
20.本发明的有益效果：
21.本发明通过在喷涂方法中增加吸附工艺，即完成第一面喷涂之后，准备碳纸，在无吸附力的条件下去除ccm上的保护层(避免吸附导致膜电极不可逆的形变)，将ccm具有催化层的一侧附在碳纸的一侧，之后将具有ccm的碳纸吸附在喷涂机的吸附托盘上，其中放置具有碳纸的质子膜时，使得中间区域首先接触吸附托盘。在吸附时，使得吸附托盘的吸力能够由中部向两侧吸附，这种操作方法，可以赶出质子膜与碳纸之间的气泡，保证ccm的平整度，可以有效避免因膜电极另一侧吸附出现褶皱、气泡现象对膜电极进行撕扯，造成膜电极不可逆的损伤，同时所设计的具有倾斜角度的喷涂夹具，可以提高浆料的利用率，提高生产效率。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
23.图1是本发明整体喷涂方法工艺示意图；
24.图2是本发明中喷涂夹具结构示意图一；
25.图3是本发明中喷涂夹具结构示意图二；
26.图4是现有技术中喷涂方法工艺示意图。
27.图中：10、喷涂夹具本体；11、下槽口。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1-图4所示，一种燃料电池膜电极的喷涂方法，包括以下步骤：
30.步骤一、裁切：根据需要裁切所需尺寸的质子膜，该质子膜一侧具有一层保护层，其中保护层包括但不限于pet保护层；
31.步骤二、第一次定位：将裁切好的质子膜放置在喷涂机的吸附托盘上进行吸附定位，其中质子膜具有保护层的一面与吸附托盘接触；
32.步骤三、第一面喷涂：将喷涂夹具定位在质子膜上侧，启动喷涂机进行喷涂，在第一面(无保护层的面)喷涂催化浆料形成催化层，得到ccm；
33.步骤四、吸附：完成第一面喷涂之后，准备碳纸，人工拉动ccm，去除ccm上的保护层，将ccm具有催化层的一侧附在碳纸的一侧，之后将具有ccm的碳纸吸附在喷涂机的吸附托盘上，其中吸附时吸附托盘的吸力由中部向两侧吸附，保证ccm的平整度；
34.步骤五、第二次定位：将喷涂夹具的下槽口11与ccm背面的催化层区域进行重合定位，定位过程中关闭吸附托盘的吸力，人工移动喷涂夹具和碳纸进行重合定位，之后开启吸附托盘的吸力，观察ccm的位置和吸附平整度，如果有褶皱、气泡现象，关闭吸附托盘的吸力，取下喷涂夹具，将ccm拉起重新附着在碳纸上，之后重复上述操作进行定位；
35.步骤六、第二面喷涂：启动喷涂机对着喷涂夹具内侧的ccm区域进行喷涂，在第二面(原具有保护层的一面)喷涂催化浆料也形成催化层，完成整个喷涂，得到该燃料电池膜电极。
36.进一步该燃料电池膜电极的喷涂夹具包括喷涂夹具本体10，喷涂夹具本体10中部开设有喷涂框口，喷涂框口内侧四周设置有下槽口11，且下槽口11呈倾斜设置，倾斜角度为0
°‑
60
°
，其中喷涂夹具本体10一侧面两个对角对称设置有把手，便于夹具的移动。
37.进一步的进行喷涂时，喷涂夹具的下槽口11所围成的区域与膜电极喷涂的有效区域重合，保证喷涂的准确性。
38.更进一步的吸附托盘吸附区域的各边长度大于碳纸各边长度1mm-3mm，喷涂夹具本体10外侧边各边长度大于吸附托盘吸附区域的各边长度1mm-3mm，保证喷涂的完善，并且喷涂夹具本体10的厚度为3-10mm。
39.进一步的碳纸的多空层与ccm具有催化层的一侧接触，且开启吸附托盘，放置附有ccm的碳纸时，应该放置在中间区域，使ccm的吸附从中间开始，依次赶出气泡，避免ccm的褶皱和气泡现象出现。
40.其中吸附托盘的真空度为0-－0.2kpa，喷涂吸附托盘温度80-100℃。
41.更进一步的操作，在质子膜一侧喷涂结束后，进行ccm去保护层时，在碳纸上进行，使得ccm与碳纸之间具有附着力，同时当ccm出现褶皱或者边缘气泡现象的话，关闭吸附托盘，在喷涂平台外进行后续操作。
42.实施例一：
43.喷涂夹具本体10厚度为1mm，且使用上述喷涂方法喷涂；
44.实施例二：
45.喷涂夹具本体10厚度为10mm，下槽口11无倾斜角度，且使用上述喷涂方法喷涂；
46.实施例三：
47.喷涂夹具本体10厚度为10mm，下槽口11倾斜角度设为45
°
，且使用上述喷涂方法喷涂；
48.实施例四：
49.喷涂夹具本体10厚度为10mm，下槽口11倾斜角度设为45
°
，且使用现有技术的喷涂方法喷涂；
[0050][0051]
根据上述数据可知，当使用现有技术的喷涂方法时膜电极存在褶皱及气泡现象，且膜电极催化层制备时需要对ccm撕扯去除气泡或褶皱，容易造成ccm损坏，使用本发明的喷涂方法时，膜电极不存在褶皱及气泡现象，且膜电极催化层制备时不需要对ccm撕扯去除气泡或褶皱，不会对ccm造成损坏，进一步的当喷涂夹具本体10厚度为10mm，下槽口11倾斜角度设为45
°
时，催化浆料利用率和ccm厚度均一性更佳。
[0052]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，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多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0053]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。