用于电池空气净化的滤材结构的制作方法

1.本实用新型涉及电池空气过滤技术领域，尤其是一种用于电池空气净化的滤材结构。


背景技术：

2.氢燃料电池作为一种清洁能源与未来能源，其未来可以大量替代传统内燃机应用于重型商用车。氢燃料电池的工作原理是利用氢气和氧气发生电化学反应，产生电能。氢燃料电池所需的氧气取自大气，为了保证氢燃料电池电堆的性能和高可靠性，对进入电堆的空气有严格要求，不但要严格控制空气中的固体颗粒和气溶胶含量，还要控制空气中的有害气体含量，譬如voc（挥发性有机化合物）、硫氧化物、氮氧化物、氨气等，因此需要通过空气净化滤材对进入电堆的空气进行过滤。
3.如图1所示为目前常用的一种电池用的空气净化滤材结构，活性炭层2在空气过滤方向的上游和下游分别复合有上过滤层1和下过滤层3，上过滤层1和下过滤层3主要用于过滤固体颗粒物及气溶胶，活性炭层2主要用于吸附有害气体。上过滤层1和下过滤层3采用无纺布，无纺布可以采用静电驻极技术处理的熔喷无纺布，以提高对固体颗粒和气溶胶的过滤效率。这样的滤材结构具有如下不足：（1）上过滤层1和下过滤层3的纤维直径相对较粗，在1um-50um之间，具有较小的比表面积，气体阻力较高，可以过滤粒径相对较大的颗粒和气溶胶，对粒径较小的亚微米颗粒和气溶胶的过滤效果则不佳，过滤效率及容灰量相对较低；而且大量的亚微米颗粒和气溶胶穿透上过滤层1后，会覆盖到活性炭层2的表面，对活性炭的孔道造成堵塞，从而影响活性炭层2的气体吸附性能；（2）为了提高过滤效率、降低气体阻力，上过滤层1和下过滤层3通常进行静电驻极处理，但是静电驻极效应受环境影响较大，而商用车在实际使用中的使用环境变化较大，因此静电驻极效应在使用中会逐渐衰减，从而使得过滤效率逐渐降低，过滤可靠性逐渐降低；而且被上过滤层1和下过滤层3过滤及捕获的颗粒和气溶胶也会对静电驻极效应产生影响，从而进一步降低过滤效率和容灰量。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有空气净化滤材结构存在过滤效率及容灰量低、受环境影响大的缺点，提供一种结构合理的用于电池空气净化的滤材结构，提高过滤效率及容灰量，不受环境影响。
5.本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种用于电池空气净化的滤材结构，包括上过滤层、下过滤层，上过滤层、下过滤层之间设置有活性炭层与纳米纤维层，纳米纤维层位于活性炭层的上游或者下游；纳米纤维层的纤维直径小于上过滤层、下过滤层的纤维直径；上过滤层、下过滤层至少包含有保护层或者基材。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.上过滤层和/或下过滤层为包含保护层与基材的双层结构，保护层位于外侧，基材
位于贴近纳米纤维层或活性炭层的内侧。
9.所述保护层采用纺粘无纺布，克重在20-110g/m2之间。
10.所述基材采用熔喷无纺布，克重在20-100g/m2之间。
11.上过滤层、下过滤层之间设置两层或两层以上的多层活性炭层，相邻活性炭层之间设置有中间过滤层。
12.纳米纤维层采用高分子聚合物材料。
13.纳米纤维层采用pvdf或pa6。
14.纳米纤维层的纤维直径在100nm-500nm之间。
15.活性炭层的炭含量在100-1000g/m2之间。
16.活性炭层采用普通活性炭或改性活性炭。
17.本实用新型的有益效果如下：
18.本实用新型在上过滤层和下过滤层之间增加纤维直径更细的纳米纤维层，纳米纤维层具有更大的比表面积，气体阻力低，可以过滤粒径更小的颗粒和气溶胶，对粒径小的亚微米颗粒和气溶胶起到很好的过滤作用，过滤效率和容灰量高；有了纳米纤维层对亚微米颗粒和气溶胶的有效过滤，保证了活性炭层的孔道通畅性，保证了活性炭层的气体吸附性能；而且，纳米纤维层属于纯物理过滤，与传统的静电驻极处理的滤材相比，在使用过程中，其过滤效率不受环境影响，不随使用时间和使用环境波动，其过滤及捕获的颗粒和气溶胶对过滤效率和容灰量也不会产生影响，滤材的过滤性能更稳定、可靠。
附图说明
19.图1为现有空气净化滤材的结构示意图，图中箭头所示为空气过滤方向。
20.图2为本实用新型实施例一的结构示意图，图中箭头所示为空气过滤方向。
21.图3为本实用新型实施例二的结构示意图，图中箭头所示为空气过滤方向。
22.图4为本实用新型实施例三的结构示意图，图中箭头所示为空气过滤方向。
23.图中：1、上过滤层；11、上保护层；12、上基材；2、活性炭层；21、上活性炭层；22、下活性炭层；3、下过滤层；31、下保护层；32、下基材；4、纳米纤维层；5、中间过滤层。
具体实施方式
24.下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
25.实施例一：
26.如图2所示，本实用新型沿空气过滤方向从上游至下游依次布置上过滤层1、纳米纤维层4、活性炭层2、下过滤层3；上过滤层1、纳米纤维层4及下过滤层3作为颗粒过滤层，用于对固体颗粒和气溶胶进行过滤；活性炭层2作为气体吸附层，用于对有害气体进行吸附。
27.上过滤层1与下过滤层3位于滤材的最外侧，起过滤作用的同时，还对二者内侧的纳米纤维层4与活性炭层2起保护作用，因此上过滤层1与下过滤层3具有较高的结构强度，满足滤材复合工艺性和打褶工艺性的要求。本实施例中，上过滤层1与下过滤层3的结构相同，包括上保护层11/下保护层31与上基材12/下基材32，上保护层11/下保护层31位于外侧，上基材12/下基材32位于贴近纳米纤维层4/活性炭层2的内侧。当然，在其他实施例中，上过滤层1与下过滤层3的结构也可以不同，比如上过滤层1为同时设置上保护层11与上基
材12的双层结构，而下过滤层3为仅设置下保护层31或下基材32的单层结构；或者，上过滤层1为仅设置上保护层11或上基材12的单层结构，而下过滤层3为同时设置下保护层31与下基材32的双层结构。
28.上保护层11/下保护层31可采用纺粘无纺布，其克重在20-110g/m2之间。上基材12/下基材32可采用熔喷无纺布，其克重在20-100g/m2之间；上基材12/下基材32可以起到辅助过滤的作用，过滤部分亚微米颗粒和气溶胶过滤，增加容灰量，延长滤材的使用寿命，同时，上基材12/下基材32还可以作为纳米纤维层4的基材和活性炭层2的基材。
29.纳米纤维层4采用高分子聚合物材料，如pvdf（聚偏二氟乙烯）、pa6（尼龙6）等。纳米纤维层4的纤维直径在100nm-500nm之间，纤维直径细，具有较大的比表面积，气体阻力低，可以过滤粒径更小的颗粒和气溶胶，对粒径小的亚微米颗粒和气溶胶起到很好的过滤作用，过滤效率和容灰量高。
30.活性炭层2的炭含量在100-1000g/m2之间，可以采用普通活性炭，也可以采用改性活性炭，以提高吸附气体的选择性和吸附性能。
31.实际使用时，待过滤的空气从滤材的上游往下游流过，先经上过滤层1进行过滤大部分粒径较大的固体颗粒和气溶胶、以及部分的亚微米颗粒和气溶胶过滤掉，然后再由纳米纤维层4进一步将亚微米颗粒和气溶胶过滤，然后经由活性炭层2将有害气体吸附过滤，最后再经下过滤层3再次过滤得到干净的空气。
32.实施例二：
33.如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例将纳米纤维层4设置在活性炭层2的下游，空气经活性炭层2吸附后，再由纳米纤维层4进一步过滤。
34.实施例三：
35.如图4所示，与前两个实施例不同，本实施例将活性炭层2分为两层设置：上活性炭层21与下活性炭层22，上活性炭层21与下活性炭层22之间设有中间过滤层5；上活性炭层21与下活性炭层22可以对不同的有害气体进行针对性地吸附，吸附性能更好；而且两层活性炭之间还设置中间过滤层5进行过滤，更进一步固体颗粒和气溶胶进行过滤，防止颗粒或气溶胶对活性炭的孔道造成堵塞，保证活性炭的吸附性能。
36.在其他实施例中，也可以将活性炭层2分为两层以上的若干层，每一层针对不同的有害气体进行吸附，吸附性能更好，过滤效率更高；相邻两层活性炭之间分别设置中间过滤层5。
37.本实用新型在上过滤层1和下过滤层3之间增加纤维直径更细的纳米纤维层4，纳米纤维层4具有更大的比表面积，气体阻力低，可以过滤粒径更小的颗粒和气溶胶，对粒径小的亚微米颗粒和气溶胶起到很好的过滤作用，过滤效率和容灰量高；有了纳米纤维层4对亚微米颗粒和气溶胶的有效过滤，保证了活性炭层2的孔道通畅性，保证了活性炭层2的气体吸附性能；而且，纳米纤维层4属于纯物理过滤，与传统的静电驻极处理的滤材相比，在使用过程中，其过滤效率不受环境影响，不随使用时间和使用环境波动，其过滤及捕获的颗粒和气溶胶对过滤效率和容灰量也不会产生影响，滤材的过滤性能更稳定、可靠。
38.以上描述是对本实用新型的解释，不是对本实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。