CN217589024U - 一种ccm膜电极的转印涂布设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池制备技术领域，公开了一种CCM膜电极的转印涂布设备。该CCM膜电极的转印涂布设备使用涂布头将催化剂浆料以一定速度涂布于涂布辊上，涂布辊对催化剂浆料进行加热干燥，从而形成催化层，在压合辊的热压作用下，以及涂布辊和压合辊的配合作用下，涂布辊将催化层转印至质子交换膜上，涂布与转印的过程同时进行，提高了生产效率；完成质子交换膜上催化层的涂布后，清洁装置能够对涂布辊进行清洁，防止涂布辊上残留的催化剂和杂质污染后续过程中涂布头涂布的催化剂浆料，提高了CCM膜电极的生产质量。

Description

一种CCM膜电极的转印涂布设备

技术领域

本实用新型涉及燃料电池制备技术领域，尤其涉及一种CCM膜电极的转印涂布设备。

背景技术

质子交换膜燃料电池膜电极主要由质子交换膜、催化层及扩散层组成。催化层是由电催化剂及固体聚合物电解质构成。CCM(Catalyst coating membrane，催化剂涂层膜)是将阴、阳极催化层与质子交换膜组合成的三合一电极结构，其制备方法通常为转印法和直接涂布法。

转印法制备CCM是将阴阳极催化浆料首先涂布在特殊的基底膜上，烘干后制备出阴阳极催化层再与质子交换膜热压，从而制得CCM，此方法可制备出均匀无裂纹的CCM，但过程复杂，且所使用的基底膜成本很高，膜电极的制造成本较高。直接涂布法制备CCM是将阴、阳极催化剂浆料分别涂布在质子交换膜两侧，烘干后制得CCM，但此过程会出现质子交换膜溶胀而引起的催化层开裂问题。

对于转印制备CCM带来的高成本问题，传统的解决方案是采用价格相对较低的基底膜进行生产；对于直接涂布制备的CCM催化层开裂问题，传统的解决方案是优化催化剂浆料来减少裂纹。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种CCM膜电极的转印涂布设备，其结构简单，能够低成本地、快速地制备出高质量的CCM膜电极，适用于批量化生产CCM膜电极。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

该CCM膜电极的转印涂布设备包括涂布头、涂布辊、压合辊和清洁装置；涂布头用于将催化层涂布于涂布辊上；涂布有催化层的涂布辊抵接于质子交换膜的一侧面上，涂布辊能够以第一预设温度加热催化层；压合辊与涂布辊相对设置并抵接于质子交换膜的另一侧面上，压合辊能够向涂布辊施加压力并将涂布辊上的催化层转印至质子交换膜上，压合辊能够以第二预设温度加热质子交换膜；清洁装置抵接于涂布辊，能够在涂布辊将催化层涂布于质子交换膜后清洁涂布辊。

可选地，清洁装置包括清洁辊，清洁辊位于涂布辊与转印有催化层的质子交换膜之间，清洁辊抵接于涂布辊，清洁辊与涂布辊长度相等。

可选地，涂布辊外包覆有离型层。

可选地，离型层由PTFE膜、PET膜和PI膜中的任一种制成。

可选地，CCM膜电极的转印涂布设备还包括收卷装置，收卷装置用于将转印后的质子交换膜收卷，并为质子交换膜的运动提供动力。

可选地，涂布辊的直径、转速和第一预设温度满足当涂布头将催化层涂布到涂布辊上后，在涂布辊上的催化层与质子交换膜接触时，催化层已经被干燥。

可选地，涂布辊内设置有第一加热装置，第一预设温度取值范围为40℃ -150℃。

可选地，压合辊内设置有第二加热装置，第二预设温度取值范围为100℃ -160℃。

可选地，压合辊施加压力的取值范围为80kg-160kg。

可选地，涂布辊、压合辊与质子交换膜的运动速度相同。

有益效果：

该CCM膜电极的转印涂布设备使用涂布头将催化剂浆料以一定速度涂布于涂布辊上，涂布辊对催化剂浆料进行加热干燥，从而形成催化层，在压合辊的热压作用下，以及涂布辊和压合辊的配合作用下，涂布辊将催化层转印至质子交换膜上，涂布与转印的过程同时进行，提高了生产效率；完成质子交换膜上催化层的涂布后，清洁装置能够对涂布辊进行清洁，防止涂布辊上残留的催化剂和杂质污染后续过程中涂布头涂布的催化剂浆料，提高了CCM膜电极的生产质量。该CCM膜电极的转印涂布设备直接将催化剂浆料涂布在涂布辊上，过程中无需使用转印基底膜，也不用使用涂层烘干箱，生产工艺流程简单，能够低成本地、快速地制备出无裂纹的CCM膜电极，适用于批量化生产CCM膜电极。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的CCM膜电极的转印涂布设备的示意图。

图中：

10、催化层；20、质子交换膜；100、涂布头；200、涂布辊；300、压合辊； 400、清洁辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

请参考图1，在本实施例中，该CCM膜电极的转印涂布设备包括涂布头100、涂布辊200、压合辊300和清洁装置；涂布头100用于将催化层10涂布于涂布辊200上；涂布有催化层10的涂布辊200抵接于质子交换膜20的一侧面上，涂布辊200能够以第一预设温度加热催化层10；压合辊300与涂布辊200相对设置并抵接于质子交换膜20的另一侧面上，压合辊300能够向涂布辊200施加压力并将涂布辊200上的催化层10转移至质子交换膜20上，压合辊300能够以第二预设温度加热质子交换膜20；清洁装置抵接于涂布辊200，能够在涂布辊200将催化层10涂布于质子交换膜20后清洁涂布辊200。

该CCM膜电极的转印涂布设备从单侧对质子交换膜20进行转印催化层10，该催化层10为阴极催化层10或阳极催化层10中的一种，当制备CCM膜电极时，需要将质子交换膜20两侧分别涂覆阴极催化层10和阳极催化层10，则使用本实施例中CCM膜电极的转印涂布设备对一边完成涂覆后，使用另一个CCM膜电极的转印涂布设备涂覆另一侧，只需将两个CCM膜电极的转印涂布设备的涂布辊200分置于质子交换膜20两侧即可，从而获得所需的CCM膜电极。该CCM膜电极的转印涂布设备直接将催化剂浆料涂布在涂布辊200上，过程中无需使用转印基底膜，也不用使用涂层烘干箱，生产工艺流程简单，能够低成本地、快速地制备出无裂纹的CCM膜电极，适用于批量化生产CCM膜电极。

该CCM膜电极的转印涂布设备使用涂布头100将催化剂浆料以一定速度涂布于涂布辊200上，涂布辊200对催化剂浆料进行加热干燥，从而形成催化层 10，在压合辊300的热压作用下，以及涂布辊200和压合辊300的配合作用下，涂布辊200将催化层10转印至质子交换膜20上，涂布与转印的过程同时进行，提高了生产效率；完成质子交换膜20上催化层10的涂布后，清洁装置能够对涂布辊200进行清洁，防止涂布辊200上残留的催化剂和杂质污染后续过程中涂布头100涂布的催化剂浆料，提高了CCM膜电极的生产质量。

具体地，在本实施例中，该涂布头100为狭缝式涂布头；狭缝式涂布头能够在一定压力下，将催化剂浆料沿着模具缝隙压出并转移到涂布辊200上，具有涂布速度快、涂膜均匀性好、涂布窗口宽的优点。

进一步地，涂布头100与涂布辊200间隔预设距离设置，该预设距离能够使得涂布头100挤出的催化剂浆料能够均匀地涂布于涂布辊上，此预设距离的值的选取为本领域的常规技术手段，此处不再赘述。

请继续参考图1，具体地，在本实施例中，上述清洁装置包括清洁辊400，清洁辊400位于涂布辊200与转印有催化层10的质子交换膜20之间，清洁辊 400抵接于涂布辊200，清洁辊400与涂布辊200长度相等。使用清洁辊400对转印催化层10后的涂布辊200进行清洁，由于清洁辊400与涂布辊200等长度，因此清洁辊400能够完全覆盖涂布辊200的轴向长度，并与涂布辊200的表面良好适配，清洁效果更好。

作为优选的实施例，涂布辊200外包覆有离型层(图中未示出)。该离型层能够方便催化剂层从涂布辊200上脱离，还能防止催化层10残留在涂布辊200 上，使得后续涂布辊200转印催化层10的生产质量不受影响。进一步地，离型层由PTFE膜、PET膜和PI膜中的任一种制成。

在本实施例中，CCM膜电极的转印涂布设备还包括收卷装置(图中未示出)，收卷装置用于将涂布催化层10的质子交换膜20收卷，并为质子交换膜20的运动提供动力。

优选地，涂布辊200的直径、转速和第一预设温度满足当涂布头100将催化层10涂布到涂布辊200上后，在涂布辊200上的催化层10与质子交换膜20 接触时，催化层10已经被干燥。也即，涂布辊200的直径、转速和第一预设温度由催化剂浆料的干燥特性所决定，涂布辊200的直径和压合辊300的直径可以相同，也可以不相同，这样设置的CCM膜电极的转印涂布设备能够使得被转印至质子交换膜20上时恰好被干燥，由此即可制备出表面平整、厚度均匀、无裂纹的CCM膜电极。

为了实现加热功能，本实施例中，涂布辊200内设置有第一加热装置(图中未示出)，压合辊300内设置有第二加热装置(图中未示出)，第一加热装置和第二加热装置均选取为电加热棒，能够使得涂布辊200能够以第一预设温度加热催化层10、压合辊300能够以第二预设温度加热质子交换膜20。第一预设温度、第二预设温度和压合辊300施加压力的取值范围由所选用的催化剂浆料的特性决定，本领域技术人员可以根据实际情况选取，以达到将催化层10均匀、平整地转印至质子交换膜20上的技术效果。在本实施例中，第一预设温度取值范围为40℃-150℃，第二预设温度取值范围为100℃-160℃，压合辊300施加压力的取值范围为80kg-160kg。

具体地，涂布辊200、压合辊300与质子交换膜20的运动速度相同。涂布辊200和压合辊300均被电机驱动转动，使得涂布辊200和压合辊300的转动方向相反，而转动速度相同。这样设置的CCM膜电极的转印涂布设备能够使得涂布辊200转印催化层10和质子交换膜20的运动速度相同，防止质子交换膜 20运动速度过快造成的催化层10常出现开裂以及运动速度过慢导致的催化层 10出现褶皱的现象，能够提高最终制备获得的CCM膜电极的生产质量。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，包括：

涂布头(100)，所述涂布头(100)用于将催化层(10)涂布于涂布辊(200)上；

涂布辊(200)，涂布有所述催化层(10)的所述涂布辊(200)抵接于质子交换膜(20)的一侧面上，所述涂布辊(200)能够以第一预设温度加热所述催化层(10)；

压合辊(300)，所述压合辊(300)与所述涂布辊(200)相对设置并抵接于所述质子交换膜(20)的另一侧面上，所述压合辊(300)能够向所述涂布辊(200)施加压力并将所述涂布辊(200)上的所述催化层(10)转印至所述质子交换膜(20)上，所述压合辊(300)能够以第二预设温度加热所述质子交换膜(20)；

清洁装置，所述清洁装置抵接于所述涂布辊(200)，能够在所述涂布辊(200)将所述催化层(10)涂布于所述质子交换膜(20)后清洁所述涂布辊(200)。

2.根据权利要求1所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述清洁装置包括清洁辊(400)，所述清洁辊(400)位于所述涂布辊(200)与转印有所述催化层(10)的所述质子交换膜(20)之间，所述清洁辊(400)抵接于所述涂布辊(200)，所述清洁辊(400)与所述涂布辊(200)长度相等。

3.根据权利要求1所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述涂布辊(200)外包覆有离型层。

4.根据权利要求3所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述离型层由PTFE膜、PET膜和PI膜中的任一种制成。

5.根据权利要求1所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述CCM膜电极的转印涂布设备还包括收卷装置，所述收卷装置用于将转印后的所述质子交换膜(20)收卷，并为所述质子交换膜(20)的运动提供动力。

6.根据权利要求1所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述涂布辊(200)的直径、转速和所述第一预设温度满足当所述涂布头(100)将所述催化层(10)涂布到所述涂布辊(200)上后，在所述涂布辊(200)上的所述催化层(10)与所述质子交换膜(20)接触时，所述催化层(10)已经被干燥。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述涂布辊(200)内设置有第一加热装置，所述第一预设温度取值范围为40℃-150℃。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述压合辊(300)内设置有第二加热装置，所述第二预设温度取值范围为100℃-160℃。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述压合辊(300)施加压力的取值范围为80kg-160kg。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的CCM膜电极的转印涂布设备，其特征在于，所述涂布辊(200)、所述压合辊(300)与所述质子交换膜(20)的运动速度相同。

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