[发明专利]一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及使用该夹具制备膜电极的方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及其制备方法，夹具由两组双向夹紧装置、真空吸附加热平台组成。本发明利用配有磁铁、胶垫的双向夹紧装置代替螺栓、夹子和多种方框组合的固定方式，结构简单组装快速，减少加工过程中对质子交换膜的损伤，提升工作效率和质量，适合质子交换膜燃料电池膜电极的批量化制备。本发明在平面四个方向固定待喷涂质子交换膜的边缘，通过调整膜表面的张紧度，使得膜平铺于真空吸附加热板上时，不会因外力、环境而产生褶皱，同时，夹具拆卸简单，即装即用，减少正面喷涂和反面喷涂的安装、调整时间，大幅提升膜电极的喷涂效率、喷涂质量和产品一致性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及其制备方法。

背景技术

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的心脏，是氧化还原反应进行的场所，是电流输出的源头。膜电极由两侧的气体扩散层、催化层和中间的质子交换膜组成，氧气的还原和氢气的氧化分别在阴阳极催化层进行，反应过程中所需的质子传导由中间的质子交换膜实现，电子经由外电路传导，产生电流。

作为质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极组件性能的优劣除了与组成元件性能有关，其喷涂夹具和制备工艺也直接决定膜电极性能、成本和一致性。膜电极中的质子交换膜非常薄，常用厚度不超过50微米，机械强度较差，对温度和湿度非常敏感，实验室进行喷涂作业时，极易发生褶皱，严重影响喷涂质量和喷涂效率，膜电极中催化剂的粒径尺寸通常在纳米级别，通过与溶剂均匀混合形成催化剂浆料喷涂于质子交换膜上，当膜不平整时极易造成喷涂不均和催化剂团聚，影响涂层厚度一致性，减少催化剂比表面积，降低催化效率。

为此人们多通过设计各种夹具来解决该问题，如现有技术中的专利申请号201410024434.5，该专利设计了喷涂夹具和热压夹具，其中，喷涂夹具需要将第一金属下框与铺膜底盘组合为一个平板，将质子交换膜平铺于上述平板上方，盖上第一金属上框，夹持第一长尾夹，形成框膜组件，将铺膜底盘固定在喷涂仪的吸气底盘上，将喷涂掩板放置于第一金属上框的框中，形成正面喷涂夹具，操作较为繁琐，仍存在膜褶皱的风险，且易发生误操作而影响喷涂效率。

中国专利CN102101085A公开了一种制备燃料电池膜电极的自动喷涂装置，包括工作台、喷枪，所述工作台为抽真空热台，其为空心箱体，箱体内设置有电加热元件，箱体通过管路与抽真空系统相连，上表面呈平板状，在平板状的上表面开设有能入箱体内腔的孔；所述喷枪通过管路与喷涂机储液料斗相连，在料斗的底部或侧壁上设置有超声震荡器；喷枪喷嘴处设置有伞状加热罩。该装置主要解决催化剂的喷涂问题，针对膜电极制备的关键难点，质子交换膜易褶皱的问题并没有提及，没有从根本上解决膜电极的喷涂效率和一致性的问题。

中国专利202930477U公开了一种制备膜电极所用的带有防滑缓冲垫的夹具，通过螺钉禁锢和，防止质子交换膜在制备过程中出现的收缩和偏移等现象，但在夹具安装和螺钉禁锢过程中，很难保证质子交换膜表面平整，同时还会受到空气湿度的影响而产生微变形，影响喷涂效率和喷涂效果。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及其制备方法，提升膜电极的喷涂效率、喷涂质量和产品一致性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具，由两组双向夹紧装置、真空吸附加热平台组成，双向夹紧装置由箱体、动夹板、静夹板、螺杆和旋钮组成；所述箱体内组装有连接旋钮和螺杆，实现动夹板移动的齿轮传动装置；所述动夹板在靠近箱体一侧，包括上动夹板和下动夹板，螺杆穿过螺纹通孔与下动夹板连接，通过螺杆转动控制动夹板双向移动；所述静夹板在远离箱体一侧，包括上静夹板和下静夹板，螺杆穿过光孔通孔与下静夹板连接，在光孔通孔的两侧，螺杆上焊接有金属挡片；所述螺杆上的螺纹分布于箱体和静夹板之间，通过光孔通孔穿过箱体，在箱体后侧的光孔通孔两侧，螺杆上焊接有金属挡片；所述真空吸附加热平台由真空吸附加热板、平台底座和支撑台面组成，位于由双向夹紧装置组合形成的矩形空间内。