CN214687946U - 一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，涉及三维打印技术领域。该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，包括控温式真空吸台基座，所述控温式真空吸台基座顶部的右侧设置有控制***，所述控温式真空吸台基座顶部的左侧设置有喷料机构。该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，通过采用3D打印装置，可以采用层层堆积的方式分层制作催化层，从而能够进一步控制催化层内的多孔特性和相对组分，3D打印装置内部采用分料盒结构，并使用伺服电机程控进料，通过外部设置真空吸台和控温板，可以准确、高效的完成膜电极上催化层浆料的3D打印，可以有效提高催化层的制备效率和多孔特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及三维打印技术领域，具体为一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置。
背景技术
燃料电池的膜电极是发生电化学反应的核心区域，其主要由质子交换膜层，催化层和气体扩散层组成，在质子交换膜层上制备一层超薄，均一的催化层是整个膜电极生产过程的难点之一。
目前，膜电极上催化层的主流制备方法之一为超声喷涂法，使用的主要设备是带有超声分散功能的墨水/浆料喷涂机。
其优势是催化剂墨水均一化程度高，形成的催化层多孔特性好，更容易提高催化层整体的性能，但是缺点是整个制备过程耗时较长，生产效率低，而且对于催化层层内组分的调节较为困难，无法制备图形化、梯度化组分结构或有其他要求的功能化催化层。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，解决了现有技术中主要使用带有超声分散功能的墨水/浆料喷涂机进行三维打印操作，整个制备过程耗时较长，生产效率低，而且对于催化层层内组分的调节较为困难，无法制备图形化、梯度化组分结构或有其他要求的功能化催化层的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，包括控温式真空吸台基座，所述控温式真空吸台基座顶部的右侧设置有控制***，所述控温式真空吸台基座顶部的左侧设置有喷料机构，喷料机构由X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台、分离式供料仓、压电陶瓷和程控伺服电机喷头组成，所述X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台可以带动喷料机构相对于控温式真空吸台基座移动，所述分离式供料仓用于存储浆料，其中浆料分为三种，一种为催化剂用有机溶剂配置成的墨水，一种是高分子添加剂浆料，一种为造孔添加剂浆料，所述压电陶瓷和程控伺服电机喷头用于提供负压并将分离式供料仓内的浆料喷出。
优选的，所述X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台上均设置有对应的导轨，且采用链轮链条结合伺服电机作为传动结构，同时，根据控制***的电流信号来精确控制程控伺服电机喷头所在的相对位置。
优选的，所述控温式真空吸台基座具备PID控制的温度加热***和温度探头反馈***，可以将基座温度控制在室温至150℃之间。
优选的，所述控温式真空吸台基座上的平板为不锈钢材质，表面开有小孔，与外设的真空泵相连接，负压最低可以达到-0.1MPa，从而可以将质子交换膜紧密吸附在基座上，铺开形成平整平面。
优选的，所述程控伺服电机喷头为压电式，使用伺服电机控制打印墨水的进料速度和流量，而在喷头狭缝处的压电陶瓷则在两端电压变化作用下进行弯曲形变，将超微量的墨水液滴喷出成型。
优选的，所述分离式供料仓将喷涂墨水的按照不同组分分开收纳，预设为三组，或通过后期扩展增加更多的附加供料仓。
(三)有益效果
本实用新型提供了一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置。具备以下有益效果：该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，通过采用3D打印装置，可以采用层层堆积的方式分层制作催化层，从而能够进一步控制催化层内的多孔特性和相对组分，3D打印装置内部采用分料盒结构，并使用伺服电机程控进料，通过外部设置真空吸台和控温板，可以准确、高效的完成膜电极上催化层浆料的3D打印，可以有效提高催化层的制备效率和多孔特性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图中：01、控制***；02、X轴运动平台；03、Y轴运动平台；04、Z轴运动平台；05、控温式真空吸台基座；06、分离式供料仓；07、压电陶瓷； 08、程控伺服电机喷头。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，包括控温式真空吸台基座，控温式真空吸台基座上的平板为不锈钢材质，表面开有小孔，与外设的真空泵相连接，负压最低可以达到 -0.1MPa，从而可以将质子交换膜紧密吸附在基座上，铺开形成平整平面，控温式真空吸台基座具备PID控制的温度加热***和温度探头反馈***，可以将基座温度控制在室温至150℃之间，所述控温式真空吸台基座顶部的右侧设置有控制***，所述控温式真空吸台基座顶部的左侧设置有喷料机构，喷料机构由X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台、分离式供料仓、压电陶瓷和程控伺服电机喷头组成，X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台上均设置有对应的导轨，且采用链轮链条结合伺服电机作为传动结构，同时，根据控制***的电流信号来精确控制程控伺服电机喷头所在的相对位置，所述X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台可以带动喷料机构相对于控温式真空吸台基座移动，所述分离式供料仓用于存储浆料，分离式供料仓将喷涂墨水的按照不同组分分开收纳，预设为三组，或通过后期扩展增加更多的附加供料仓，其中浆料分为三种，一种为催化剂用有机溶剂配置成的墨水，一种是高分子添加剂浆料，一种为造孔添加剂浆料，所述压电陶瓷和程控伺服电机喷头用于提供负压并将分离式供料仓内的浆料喷出，程控伺服电机喷头为压电式，使用伺服电机控制打印墨水的进料速度和流量，而在喷头狭缝处的压电陶瓷则在两端电压变化作用下进行弯曲形变，将超微量的墨水液滴喷出成型。
进行膜电极中催化层的喷涂时，首先将质子交换膜平铺在控温式真空吸台基座上，调整其温度为80℃，打开真空泵以调节负压为-0.05MPa，从而让质子交换膜牢牢吸附在基底上，并能够快速蒸发掉墨水打印时产生的溶剂，从而最大限度的避免质子交换膜在制备催化层的过程中产生的溶胀。
将催化剂用有机溶剂(乙醇，乙二醇，异丙醇)配置成浓度合适的墨水，加入供料仓中，并在其它供料仓中加入高分子添加剂(Nafion)浆料，和造孔添加剂浆料。
在打印开始时，从控制电脑中输入平行直线型的打印图案，并随着厚度 (Z方向)催化剂浓度不断降低。
将该打印图案通过控制***转化为电信号控制三维打印装置开始工作，通过电流脉冲信号，X，Y，Z三轴运动平台凭借X轴导轨，Y轴导轨以及Z轴导轨采用链轮链条结合伺服电机进行传动，精确控制喷头所在的相对位置和高度，将喷头移动至指定打印位置。
然后分别控制三个分离的料仓按程序进行出料，料液通过伺服电机提供进料压力，结合喷口处压电陶瓷的弯曲形变最终喷出，打印到质子交换膜上，并快速干燥为多孔催化层。
该过程在整个三维打印过程中不断重复，通过本三维打印装置，可以不断调控该打印过程，从而使得制备得到的催化层随打印时间，位置和喷墨量的变化而具备各种特殊结构。
综上所述，该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，通过采用3D打印装置，可以采用层层堆积的方式分层制作催化层，从而能够进一步控制催化层内的多孔特性和相对组分，3D打印装置内部采用分料盒结构，并使用伺服电机程控进料，通过外部设置真空吸台和控温板，可以准确、高效的完成膜电极上催化层浆料的3D打印，可以有效提高催化层的制备效率和多孔特性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：包括控温式真空吸台基座(05)，所述控温式真空吸台基座(05)顶部的右侧设置有控制***(01)，所述控温式真空吸台基座(05)顶部的左侧设置有喷料机构，喷料机构由X轴运动平台(02)、Y轴运动平台(03)、Z轴运动平台(04)、分离式供料仓(06)、压电陶瓷(07)和程控伺服电机喷头(08)组成，所述X轴运动平台(02)、Y轴运动平台(03)、Z轴运动平台(04)可以带动喷料机构相对于控温式真空吸台基座(05)移动，所述分离式供料仓(06)用于存储浆料，其中浆料分为三种，一种为催化剂用有机溶剂配置成的墨水，一种是高分子添加剂浆料，一种为造孔添加剂浆料，所述压电陶瓷(07)和程控伺服电机喷头(08)用于提供负压并将分离式供料仓(06)内的浆料喷出。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：所述X轴运动平台(02)、Y轴运动平台(03)、Z轴运动平台(04)上均设置有对应的导轨，且采用链轮链条结合伺服电机作为传动结构，同时，根据控制***(01)的电流信号来精确控制程控伺服电机喷头(08)所在的相对位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：所述控温式真空吸台基座(05)具备PID控制的温度加热***和温度探头反馈***，可以将基座温度控制在室温至150℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：所述控温式真空吸台基座(05)上的平板为不锈钢材质，表面开有小孔，与外设的真空泵相连接，负压最低可以达到-0.1MPa，从而可以将质子交换膜紧密吸附在基座上，铺开形成平整平面。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：所述程控伺服电机喷头(08)为压电式，使用伺服电机控制打印墨水的进料速度和流量，而在喷头狭缝处的压电陶瓷(07)则在两端电压变化作用下进行弯曲形变，将超微量的墨水液滴喷出成型。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，其特征在于：所述分离式供料仓(06)将喷涂墨水的按照不同组分分开收纳，预设为三组，或通过后期扩展增加更多的附加供料仓。
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| CN114583227A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-06-03 | 同济大学 | 一种基于喷墨打印的多层复杂结构膜电极的制备方法 |
| CN115012051A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-06 | 中钢集团南京新材料研究院有限公司 | 磁性纺丝自动化制备装置、自动化制备方法及磁性纺丝 |
| CN117568835A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-20 | 株洲国创轨道科技有限公司 | 一种高性能多孔自支撑电解水析氢电极的制备方法及快速印刷装置 |
| CN117601417A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-27 | 杭州云栖交叉技术研究院 | 一种基于旋转打印平台的喷头喷射结构 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114583227A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-06-03 | 同济大学 | 一种基于喷墨打印的多层复杂结构膜电极的制备方法 |
| CN115012051A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-06 | 中钢集团南京新材料研究院有限公司 | 磁性纺丝自动化制备装置、自动化制备方法及磁性纺丝 |
| CN117568835A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-20 | 株洲国创轨道科技有限公司 | 一种高性能多孔自支撑电解水析氢电极的制备方法及快速印刷装置 |
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