專利名稱：制備燃料電池膜電極用的噴涂機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及噴涂裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種能夠直接將燃料的化學(xué)能高效、清潔地轉(zhuǎn)化成為電能的裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池更以其快速啟動、可室溫運行、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率高等獨特優(yōu)勢，成為適應(yīng)性最廣的燃料電池類型。膜電極作為質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，由質(zhì)子交換膜、電極催化劑層和擴散層材料組成的三明治式結(jié)構(gòu)組件構(gòu)成。為使電化學(xué)反應(yīng)順利進行，膜電極必須具備連續(xù)的質(zhì)子、電子、反應(yīng)氣體和水的通道，因此，膜電極必須具備較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性、導(dǎo)電性及傳質(zhì)能力等特點，而這些性質(zhì)與膜電極的制備方法密切相關(guān)，其中催化劑層的制備方法顯得尤為重要。 目前,人們一般采用CCM (Catalyst Coated Membrane)技術(shù)制備燃料電池膜電極的催化劑層，即通過直接把催化劑涂在質(zhì)子交換膜上干燥后形成電極催化劑層，最常用的是利用噴涂機直接將催化劑溶液均勻涂覆于質(zhì)子交換膜表面，如圖I所示，將質(zhì)子交換膜4’置于膜固定裝置上展開，利用加熱裝置將該質(zhì)子交換膜4’加熱到一定溫度，利用噴涂機將催化劑溶液噴涂在質(zhì)子交換膜4’上，現(xiàn)有技術(shù)中一般將膜固定裝置和加熱裝置合為一體形成電加熱板5’，當催化劑溶液經(jīng)噴頭I’噴涂于質(zhì)子交換膜4’表面上時在電加熱板5’的作用下使溶劑揮發(fā)，獲得和膜緊密結(jié)合的催化層。但是由于質(zhì)子交換膜4’的吸濕性強，電加熱板5’位于質(zhì)子交換膜4’的下方，不能使催化劑溶液中的溶劑快速揮發(fā)，致使催化劑溶液中的溶劑滲入質(zhì)子交換膜4’中，使其快速溶脹，造成質(zhì)子交換膜4’已噴涂區(qū)域膨脹變形，進而導(dǎo)致所制備的催化層表面發(fā)皺，平整性差，進一步導(dǎo)致對膜電極的性能和壽命產(chǎn)生影響。由此可見，噴涂催化劑時依靠底部的加熱難以滿足使催化劑溶液中的溶劑快速揮發(fā)的要求，以至使溶劑滲透到質(zhì)子交換膜中使其膨脹變形進而導(dǎo)致催化劑層的平整性差的問題，因此，亟需一種使溶劑快速揮發(fā)的設(shè)備來解決這一問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機，用于解決現(xiàn)有技術(shù)催化劑溶液的溶劑揮發(fā)速度慢引起質(zhì)子交換膜膨脹變形的問題。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機，包括平行設(shè)置的噴頭和輻射熱源，噴頭的噴射方向和輻射熱源的輻射方向相同，且輻射熱源沿著噴頭的運動軌跡運動。進一步地，上述噴頭的噴射面積和輻射熱源的輻射面積相同。進一步地，上述輻射熱源和噴頭的間距為噴頭在質(zhì)子交換膜上形成的最大噴涂半徑的I 5倍。[0010]進一步地，上述噴涂機還包括用以支撐并加熱質(zhì)子交換膜的電加熱平臺，噴頭的噴射方向和輻射熱源的輻射方向設(shè)置為朝向電加熱平臺的方向，且噴頭和輻射熱源相對電加熱平臺可移動。進一步地，上述噴涂機還包括驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置驅(qū)動噴頭和輻射熱源相對電加熱平臺移動。進一步地，上述噴頭和輻射熱源連接在同一支撐桿上，驅(qū)動裝置驅(qū)動支撐桿相對電加熱平臺移動。進一步地，上述噴頭和輻射熱源連接在支撐桿上，且噴頭和輻射熱源相對位置關(guān)系可調(diào)。進一步地，上述噴頭和輻射熱源分別相對支撐桿位置可調(diào)地連接在支撐桿上。進一步地，上述輻射熱源為輻射強度可調(diào)的輻射熱源。 進一步地，上述輻射熱源和噴頭的控制開關(guān)相同或不同。本實用新型的噴涂機的輻射熱源與噴頭平行地設(shè)置，在進行噴涂時，使輻射熱源跟隨噴頭運動，利用輻射熱源及時地對噴涂到質(zhì)子交換膜的催化劑溶液集中加熱，使其中的溶劑快速揮發(fā)，盡可能減少溶劑向質(zhì)子交換膜中滲入，有效地避免了質(zhì)子交換膜由于溶劑的滲入引起的膨脹進而導(dǎo)致質(zhì)子交換膜褶皺變形的問題，獲得了表面平整的催化劑層，進而提高了膜電極的性能及使用壽命。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。

附圖構(gòu)成本說明書的一部分、用于進一步理解本實用新型，附圖示出了本實用新型的優(yōu)選實施例，并與說明書一起用來說明本實用新型的原理。圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中噴涂催化劑的示意圖；以及圖2示出了根據(jù)本實用新型的噴涂機噴涂催化劑的示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型的實施例中的技術(shù)方案進行詳細的說明，但如下實施例以及附圖僅是用以理解本實用新型，而不能限制本實用新型，本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。在本實用新型一種典型的實施例中，提供了一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機，如圖2所示，該噴涂機包括平行設(shè)置的噴頭I和輻射熱源3，噴頭I的噴射方向和輻射熱源3的輻射方向均朝向質(zhì)子交換膜4，輻射熱源3沿著噴頭I的運動軌跡運動。本實用新型的噴涂機的輻射熱源3與噴頭I平行地設(shè)置，并使輻射熱源3跟隨噴頭I運動，利用輻射熱源3及時地對噴涂到質(zhì)子交換膜4的催化劑溶液集中加熱，使其中的溶劑快速揮發(fā)，盡可能減少溶劑向質(zhì)子交換膜中滲入，有效地避免了質(zhì)子交換膜由于溶劑的滲入引起的膨脹進而導(dǎo)致質(zhì)子交換膜褶皺變形的問題，獲得了表面平整的催化劑層，進而提高了膜電極的性能及使用壽命。優(yōu)選地，本實用新型的噴頭I的噴射面積和輻射熱源3的輻射面積相同。在這種結(jié)構(gòu)中輻射熱源3的輻射面積與噴頭I的噴射面積相同，可以使得噴涂到質(zhì)子交換膜4上的催化劑溶液都能及時的得到集中加熱，促進整個噴涂面積的均勻快速干燥。在上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機中輻射熱源3與噴頭2只需平行地設(shè)置，使得輻射熱源3沿著噴頭I的運動軌跡運動即可，對于輻射熱源3與噴頭2之間的距離沒有嚴格的要求，但是為了更好地實現(xiàn)干燥效果。優(yōu)選地，輻射熱源3與噴頭I的距離為噴頭I在質(zhì)子交換膜4上形成的最大噴涂半徑的I 5倍。當輻射熱源3與噴頭I的距離小于噴頭最大噴涂半徑時，噴涂時容易對輻射熱源3造成污染；當輻射熱源3與噴頭I的距離大于5倍的最大噴涂半徑時，兩者距離較遠，可能會導(dǎo)致不能及時地對剛剛噴涂的區(qū)域進行加熱，進而降低催化劑溶液中的溶劑揮發(fā)速度。在本實用新型的一種優(yōu)選的實施例中，上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機還包括一個電加熱平臺5，噴頭I的噴射方向和輻射熱源3的輻射方向設(shè)置為朝向電加熱平臺5的方向，且噴頭I和輻射熱源3相對電加熱平臺5可移動。該電加熱平臺5可以從底部對質(zhì)子交換膜進行均勻加熱。將電加熱平臺5與輻射熱源同時用于加熱噴涂到質(zhì)子交換膜上表面的催化劑溶液，底部加熱與表面集中加熱同時進行，進一步加快了催化劑溶液中溶劑 的揮發(fā)速度，從而可以獲得表面更加平整的催化劑層。在本實用新型中電加熱平臺5可以是單獨設(shè)置，與上述輻射熱源3和噴頭2配合使用，也可以將電加熱平臺5與輻射熱源3和噴頭2設(shè)置為具有連接關(guān)系的一體機，這種一體機，不但可以節(jié)約設(shè)備投資，還可以簡化操作流程、便于控制。在本實用新型的一種優(yōu)選的實施例中，上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機還包括驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置可用以驅(qū)動噴頭I和輻射熱源3相對電加熱平臺5移動。在這種結(jié)構(gòu)中利用驅(qū)動裝置控制噴頭I和輻射熱源3的運動，可以增強機械的自動化設(shè)置，簡化操作流程，便于兩者的相對運動速度的控制。為了進一步增加上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機中噴頭I和輻射熱源3的運動的一致性，優(yōu)選將噴頭I和輻射熱源3連接在同一支撐桿2上。并使驅(qū)動裝置驅(qū)動支撐桿2相對電加熱平臺5移動。在這種連接方式中，輻射熱源3與噴頭I同時設(shè)置在支撐桿2上，在驅(qū)動裝置驅(qū)動支撐桿2移動的過程中，噴頭I和輻射熱源3進行同步運動，其有利于輻射熱源3對經(jīng)噴頭I剛剛噴涂的區(qū)域進行加熱，以保證在不影響其他區(qū)域的質(zhì)子交換膜的狀態(tài)的同時促進溶劑的快速揮發(fā)。優(yōu)選地，將上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機中連接在支撐桿2上的噴頭I和輻射熱源3，設(shè)置為相對位置關(guān)系可調(diào)的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)的設(shè)置，有利于隨時調(diào)節(jié)噴頭I的噴涂面積和輻射熱源3的輻射面積，以增加該噴涂機噴涂的靈活性，減少因改變噴涂速度，所引起的輻射面積與噴涂面積不相對應(yīng)，無法實現(xiàn)相應(yīng)效果的不足。在實際操作過程中，可根據(jù)噴頭I噴涂量的大小，調(diào)整噴頭I和輻射熱源3之間的距離。當噴涂量減小時，使噴頭I和輻射熱源3靠近減小兩者的間距；當噴涂量增大時,使噴頭I和輻射熱源3遠離擴大兩者的間距。這種結(jié)構(gòu)的改進既可以保證對全部噴涂面積的完整干燥，又避免了因催化劑溶液噴涂在輻射熱源3上所造成污染。優(yōu)選地，在上述制備燃料電池膜電極用的噴涂機中噴頭I和輻射熱源3分別相對支撐桿2位置可調(diào)地連接在支撐桿2上。將噴頭I和輻射源3設(shè)置為相對于支撐桿2的位置可調(diào)的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)實際噴涂過程中操作的靈活性，通過改變噴頭I和輻射熱源3相對于支撐桿2距離，變相的改變噴頭I和輻射熱源3相對于所噴涂的質(zhì)子交換膜的距離，從而可以滿足不同質(zhì)子交換膜和不同催化劑溶液對該距離的要求，以實現(xiàn)更好的噴涂效果和及時干燥的效果。在制作膜電極時，所使用的催化劑溶液的濃度因膜電極性能的要求不同，而且，所使用的噴頭I的噴涂能力也有所不同，為了滿足使催化劑溶液中的溶劑快速揮發(fā)的要求，輻射熱源3的輻射強度也會有所改變。因此，優(yōu)選地，本實用新型的輻射熱源3的輻射強度可調(diào)。當催化劑的濃度較低時，噴涂量較大時，將輻射熱源3的輻射強度適當調(diào)高；當催化劑的濃度較高，噴涂量較小時，將輻射熱源3的輻射強度適當調(diào)低，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過簡單的試驗即可將輻射熱源3調(diào)節(jié)到合適的輻射強度值。在本實用新型一種具體的實施例中，輻射熱源3和噴頭I的控制開關(guān)相同或不同。輻射熱源3和噴頭I由同一個控制開關(guān)控制時，同時開啟，剛剛噴涂的區(qū)域得到及時加熱，使溶劑快速揮發(fā)；兩者同時關(guān)閉，避免了輻射熱源3對其他未噴涂區(qū)域造成影響。輻射熱源3和噴頭I由不同的控制開關(guān)控制時，根據(jù)實際需要控制噴涂時輻射熱源3是否需要開啟， 而且，當催化劑溶液的濃度較低時，其中的溶劑含量較高，需要較多的熱源輻射才能揮發(fā)完全，因此，當噴涂完成后，適當延長輻射時間使溶劑及時地揮發(fā)完全。以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機，其特征在于，包括平行設(shè)置的噴頭(I)和輻射熱源(3)，所述噴頭⑴的噴射方向和所述輻射熱源(3)的輻射方向相同，且所述輻射熱源(3)沿著所述噴頭(I)的運動軌跡運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴涂機，其特征在于，所述噴頭(I)的噴射面積和所述輻射熱源(3)的輻射面積相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴涂機，其特征在于，所述輻射熱源(3)和所述噴頭(I)的間距為所述噴頭(I)在質(zhì)子交換膜(4)上形成的最大噴涂半徑的I 5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的噴涂機，其特征在于，還包括用以支撐并加熱質(zhì)子交換膜(4)的電加熱平臺(5)，所述噴頭(I)的噴射方向和所述輻射熱源(3)的輻射方向設(shè)置為朝向所述電加熱平臺(5)的方向，且所述噴頭(I)和輻射熱源(3)相對所述電加熱平臺(5)可移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴涂機，其特征在于，還包括驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述噴頭⑴和輻射熱源⑶相對所述電加熱平臺(5)移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴涂機，其特征在于，所述噴頭(I)和輻射熱源(3)連接在同一支撐桿(2)上，所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述支撐桿(2)相對所述電加熱平臺(5)移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴涂機，其特征在于，所述噴頭(I)和輻射熱源(3)連接在所述支撐桿(2)上，且所述噴頭(I)和輻射熱源(3)相對位置關(guān)系可調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴涂機，其特征在于，所述噴頭⑴和輻射熱源(3)分別相對所述支撐桿(2)位置可調(diào)地連接在所述支撐桿(2)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴涂機，其特征在于，所述輻射熱源(3)為輻射強度可調(diào)的輻射熱源。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴涂機，其特征在于，所述輻射熱源(3)和所述噴頭(I)的控制開關(guān)相同或不同。
專利摘要本實用新型公開了一種制備燃料電池膜電極用的噴涂機。該噴涂機包括平行設(shè)置的噴頭(1)和輻射熱源(3)，噴頭(1)的噴射方向和輻射熱源(3)的輻射方向相同，且輻射熱源(3)沿著噴頭(1)的運動軌跡運動。本實用新型的噴涂機的輻射熱源與噴頭平行地設(shè)置，在進行噴涂時，使輻射熱源跟隨噴頭運動，利用輻射熱源及時地對噴涂到質(zhì)子交換膜的催化劑溶液集中加熱，使其中的溶劑快速揮發(fā)，盡可能減少溶劑向質(zhì)子交換膜中滲入，有效地避免了質(zhì)子交換膜由于溶劑的滲入引起的膨脹進而導(dǎo)致質(zhì)子交換膜褶皺變形的問題，獲得了表面平整的催化劑層，進而提高了膜電極的性能及使用壽命。
文檔編號B05B15/00GK202516731SQ20122015710
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者劉紅麗, 張占奎, 徐進峰, 房紅琳, 李婷, 湯浩, 謝光有 申請人:中國東方電氣集團有限公司