[發明專利]燃料電池催化層連續化涂布生產設備及工藝

有效

• 申請號: 202011414968.0
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112536193B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 張洪杰;郝金凱;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B05C5/02
• 分類號: B05C5/02;B05C9/12;B05C9/14;B05C13/02;B05D3/14;B05B15/50;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張玉瑩;李馨

本發明公開一種燃料電池催化層連續化涂布生產設備及工藝，將吸附通孔直接設置在傳送帶上，節約了成本和空間，同時傳送帶采用片基帶+金屬薄片層的雙層結構，利用傳統片基帶具備較好的韌性和傳送性能的特點再結合金屬薄片層較高的硬度以及表面平整度的優點，通過風機以及封閉式管道對吸附通孔處產生的負壓作用，對質子交換膜進行動態吸附，使其平整的貼合于傳送帶上，避免質子交換膜涂布過程中出現的溶脹現象，省去了額外的昂貴支撐膜；并且，采用真空吸附與靜電吸附相結合的方式實現對質子交換膜的雙重吸附，有效解決了若有吸附通孔出現堵塞現象時，質子交換膜依舊可以較為平整的貼合吸附于傳送帶上，進一步解決溶脹問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，尤其涉及一種燃料電池催化層連續化涂布生產設備及工藝。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種能將儲存在氫燃料和氧化劑中的化學能通過電化學反應的方式直接轉換為電能的能量轉化裝置。燃料電池具有能量轉化效率高、無廢氣排放等特點，被認為是解決能源危機和環境污染的最具前景的方案之一，特別是交通運輸如汽車、船舶和備用電源等方面極具應用前景。正是由于這些突出的優越性，燃料電池技術的開發與應用備受重視，被認為是21世紀首選的潔凈高效發電方式。

其中膜電極是質子交換膜燃料電池中極為重要的組件，其由質子交換膜、催化層以及擴散層組成，普通的制備工藝是在質子交換膜的兩面均涂布上催化劑漿料，形成兩面的催化層，之后將擴散層分別與兩催化層貼合后，再通過熱壓等工藝實現“三明治”樣式的膜電極。

目前市場應用最廣的質子交換膜是Dupont公司的Nafion膜。相比其他質子交換膜，Nafion膜具有較高的化學穩定性和較高的機械強度、在高濕度的工作環境下能保持高導電率，目前商業化的全氟磺酸PEM幾乎都是以Nafion結構為基礎；催化劑漿料涂布至質子交換膜兩面的工藝大多采用靜電噴涂、狹縫涂布、流延、印刷等，但是目前膜電極的制作工藝不夠流暢，效率不高，而且膜電極在被傳送時，由于缺少約束，極易引起質子交換膜在涂布時發生溶脹變形的問題，導致膜電極的生產良率也不高。

為了解決這一問題，目前市場上已出現了真空吸附的技術來對質子交換膜涂布時進行約束，例如專利申請網站上公開的一種質子交換膜的卷對卷涂布設備(申請號：CN201920346525.9)，包括：質子交換膜放卷裝置，第一真空吸附平臺和設置在第一真空吸附平臺上的第一涂布機構，第二真空吸附平臺和設置在第二真空吸附平臺上的第二涂布機構；質子交換膜收卷裝置，第一真空吸附平臺和第二真空吸附平臺的表面都設置有布設在各自表面用于均勻各自產生的吸附力的均壓層。該設備中利用在第一真空吸附平臺和第二真空吸附平臺的表面都設置均壓層，以使均壓層的表面產生均衡的吸附力用以吸附質子交換膜，從而可以使得質子交換膜涂布過程中均勻的被約束至第一真空吸附平臺和第二真空吸附平臺上。但是該設備較為復雜，需要另外加工出真空吸附平臺區，無疑加重了成本；并且真空吸附平臺的吸附孔內很容易出現被微小雜質或灰塵等顆粒物堵塞現象，此時將會打破對質子交換膜均衡的吸附力，甚至在吸附過程中，被堵塞吸附孔處質子交換膜會出現較小的皺褶現象，嚴重影響了涂布質量，導致質子交換膜的溶脹。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池催化層連續化涂布生產設備及工藝，其優點在于，真空吸附功能可以直接應用于卷對卷連續涂布的傳送帶上，保證對質子交換膜吸附消除涂布溶脹問題的同時節約了成本，并且解決了吸附孔內出現堵塞導致質子交換膜涂布過程中有部分皺褶再次產生的涂布溶脹現象。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一方面，本發明提供了一種燃料電池催化層連續化涂布生產設備，所述設備包括用于實現連續化涂布的涂布區，所述涂布區包括傳送帶和傳動組件；所述傳動組件包括若干傳動輥，所述傳送帶卷繞于傳動輥上形成傳送回路，所述傳送回路包括載物傳送區；所述載物傳送區指的是載有質子交換膜的傳送區；所述載物傳送區內，沿傳送回路的傳送方向，依次設有質子交換膜放卷輥、涂布模頭、烘箱和催化層收卷輥，所述靠近質子交換膜放卷輥處設有保護膜收卷輥，所述靠近催化層收卷輥處設有背膜放卷輥；