[實用新型]燃料電池膜電極制備夾具

有效

• 申請號: 201420033241.1
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN203674317U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 黃林;顧軍;陳佳;張峰;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學昆山創新研究院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;B25B11/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

技術領域

本實用新型涉及燃料電池技術領域，尤其是一種燃料電池膜電極制備夾具。

背景技術

膜電極制備技術是直接影響燃料電池性能的技術，然而膜電極規模化制造的難度較大，主要是因為膜電極中的質子交換膜非常特殊，首先它很薄，通常只有十幾微米到幾十微米之間，機械強度不高；其次質子交換膜對環境濕度、溫度非常敏感，暴露在空氣中會快速吸水，導致膜的尺寸顯著脹大、褶皺，溫度升高會快速脫水，導致膜尺寸大幅收縮、厚度變化。質子交換膜對水、醇也很敏感，接觸水或醇，會導致膜尺寸的顯著脹大、褶皺。

然而，在整個膜電極制造工藝中，對質子交換膜的平整度、厚度均一的要求很高，要求自始至終都是平整的。但在膜電極制造過程中，在質子交換膜的正反兩面均勻涂覆催化劑溶液、用高溫蒸發催化劑溶劑、熱壓擴散層或陰陽極和邊框材料等制造工藝中，不可避免地需要與空氣、水、醇接觸，且多次受到90℃～150℃高溫和常溫之間的變換，還要經受熱壓機中溫度和壓力的雙重考驗。

因此，膜電極制備中所用的夾具相當關鍵，完全依靠它來支撐質子交換膜，直至完成膜電極的制備。在現有技術中，通常會針對各個工序分別設計專用的夾具來夾裝，如噴涂催化劑時用噴涂夾具，到了熱壓膜電極工藝時則換用熱壓夾具。各個工序的夾具則一般會被設計成用螺栓或定位銷來定位，用上下兩個平板或平整的外框來夾住中間的質子交換膜。然而，質子交換膜很薄，在空氣中拆裝時還會吸水、會褶皺，尺寸變化會很大，定位孔間距會偏移，靠螺孔來定位的重復性很差。螺栓夾持的受力不均，在膜受熱收縮時容易造成褶皺。另外，夾具中螺栓設計過多，還會造成制造中拆裝螺絲的工作量太大。另外，膜的機械強度又不高，反復拆裝時易損壞，在空氣中吸水變形后也非常難以鋪平，還很容易沾塵受污染。

如現有技術中的專利申請號201210490779.0，僅設計了膜電極的熱壓夾具，即用熱壓夾具中的上下蓋框及螺栓重新定位好質子交換膜、陰陽極和邊框材料，再放入熱壓機進行熱壓。

專利申請號201220568933.7，從實施例可以看出，僅設計了膜電極的噴涂夾具，雖然在膜電極夾具中加入了防滑緩沖墊，但仍然使用了螺孔來定位，無法解決質子交換膜膜暴露在空氣中吸水或受熱，導致的定位孔尺寸偏移、鋪膜無法平整的問題。且規模化生產中，12顆螺絲的拆裝工作量較大，而且反復拆裝容易磨損夾具的螺紋。

專利申請號2010557659.9，設計了膜電極的熱壓夾具，該設計必須涂覆脫模劑，否則無法脫模，但這會污染膜電極。而且膜電極在熱壓時容易掉落碳纖維渣，每次熱壓都需要仔細清理凹槽，否則影響熱壓平整度。該設計僅利用膜電極外框來定位，沒有考慮在膜電極的三明治結構中，質子交換膜、擴散層或陰陽極通常尺寸會比邊框材料尺寸略小，這種情況下該設計非常難以定位。僅適用于小規模制備，在大批量生產中無法應用。

專利申請號201310067915.X及申請號201110427036.4，各設計了一種熱壓夾具，此夾具靠螺絲施壓，僅需加熱即可完成熱壓。但為了保證平整度，必須將夾具設計得很厚，加熱時傳熱很困難，對擰螺絲的力度要求也很高，反復使用螺桿或螺紋易磨損，僅適用于小規模制備，在大批量生產中無法應用。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術的不足，提出一種燃料電池膜電極制備夾具，提高了膜電極產品的成品率，節約了夾具組裝時間、工作量。

為了實現上述實用新型目的，本實用新型提供以下技術方案：一種燃料電池膜電極制備夾具，包含噴涂夾具和熱壓夾具，所述噴涂夾具由第一金屬上框、第一金屬下框、第一長尾夾、吸氣底盤和噴涂掩板構成，所述第一金屬上框與所述第一金屬下框重疊設置，所述第一長尾夾夾持在兩者邊緣；所述噴涂掩板設在所述第一金屬上框上方，所述吸氣底盤設在所述第一金屬下框的下方；

所述熱壓夾具由第二金屬上框、第二金屬下框、第二長尾夾、偶數個熱壓墊塊、兩個熱壓定位板、熱壓上蓋板、熱壓下蓋板和熱壓限厚塊構成；所述第二金屬上框與所述第二金屬下框重疊設置，所述第二長尾夾夾持在兩者邊緣；所述熱壓下蓋板經一個所述熱壓定位板設在所述第二金屬上框上方，所述熱壓上蓋板經另一所述熱壓定位板設在所述第二金屬下框的下方；所述熱壓墊塊設在所述熱壓定位板四周；所述熱壓限厚塊設在下方的所述熱壓定位板的外圍。

進一步地，所述金屬上框和所述金屬下框的厚度一致，在兩者的對應位置上各設有8～16個凹槽，該凹槽用于相應的長尾夾來夾持，長尾夾的兩把手間距小于兩者的總厚度。

進一步地，所述吸氣底盤的長寬小于金屬上框或金屬下框的內框尺寸，厚度與金屬上框或金屬下框的厚度相同。