[实用新型]一种膜电极涂布装置及膜电极生产线

说明书

本实用新型涉及燃料电池领域，涉及一种膜电极涂布装置。用于批量化制备单片催化剂载量阶梯状分布的膜电极。提供一种膜电极涂布装置，所述装置包括浆料装载器、进料泵、控制装置与运动装置，通过进料泵控制浆料的进料速度，控制涂布在质子膜上浆料中催化剂的百分比含量，制备催化剂载量阶梯状分布的膜电极。通过调节泵进料的速度变化方式，减小装载器中残留浆料对涂布的影响。本新型的另一效果为提供一种膜电极的生产线，所述生产线包括所述的涂布装置，通过涂布装置的设定可以减少涂布时间，提高生产效率，实现批量化制备催化剂载量阶梯状分布的膜电极。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极涂布装置及膜电极生产线。

背景技术

燃料电池电堆由多个至几百个膜电极依次以串联方式层叠的方法组成电堆。反应气空气和氢气从膜电极的一端入，从另外一端出，两种反应气可以是顺流方式(图2(A))或者逆流方式(图2(B))流动。从图中可见，无论哪种方式，由于空气中氧气含量只有21％，在氧气的流动方向上，随着反应的进行，从氧气的进口到出口，浓度是降低的。而燃料电池的性能是与氧气浓度有关的，氧气浓度越高性能越好，因而这样导致在整个膜电极中性能的不均匀，对膜电极的寿命产生影响。

为了实现膜电极整体性能的均匀性，一些模型研究表明可以通过调整膜电极中催化剂载量的高低来弥补(Firat C.Cetinbas,Suresh G.Advani,Ajay K.Prasad,ElectrochimicaActa 174 (2015)787-798；M.Prasanna,E.A.Cho,H.J.Kim,I.H.Oh,T.H.Lim,S.A.Hong,Journal of Power Sources 166(2007)53-58,Andrea Baricci,Matteo Bonanomi,Haoran Yu,KaureGuetaz, RadenkaMaric,Andrea Casalegno,Journalof Power Sources,405(2018)89-100)，在一定范围内催化剂载量越高，同样氧气浓度下的性能也越好。因而在氧气流动方向，从氧气进口到氧气出口方向，顺着氧气流动方向，催化剂载量具有从小到大的阶梯状分布可以提高膜电极的整体性能。虽然催化剂载量的变化也可以单纯地通过催化剂浆料的吐出量来控制，但是那样会改变催化层的厚度，在燃料电池电堆里，几百个膜电极组堆后，两端的厚度差别会达到数毫米，在电堆中给膜电极增加额外的应力，对膜电极性能或寿命造成一定的影响。如何在批量化制备中实现单片膜电极中催化剂载量的阶梯状分布目前还没有报道。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种膜电极涂布装置，用于批量化制备单片催化剂载量阶梯状分布的膜电极。

本实用新型采取的技术方案是，一种膜电极涂布装置，用于在质子膜上涂布催化剂，包括浆料装载器、进料泵、控制装置与运动装置，所述的浆料装载器与进料泵各有A、B、C三组，所述浆料装载器A与所述进料泵A相连，所述浆料装载器B与所述进料泵B相连，所述进料泵A与进料泵B分别通过管道连接在所述浆料装载器C上，浆料装载器C设置有搅拌装置，所述浆料装载器C与进料泵C相连，所述控制装置控制进料泵A与进料泵B，还包括涂布模头，所述进料泵C与涂布模头相连，所述运动装置连接涂布模头和/或质子膜，控制涂布模头与质子膜的相对运动。

本方案中，浆料装载器A装载有不含催化剂的辅料浆料A，浆料装载器B装载有常规的用于涂布燃料电池CCM用的催化剂浆料，浆料装载器A、B分别通过管道与对应的进料泵A、B相连，进料泵A、B通过管道将浆料A、B输送到相连的浆料装载器C中并控制浆料A、B 的进料速度，浆料装载器C内设置有搅拌装置，可以将进料均匀搅拌，进料泵C将浆料装载器C里混合均匀的浆料输送到涂布喷头处，涂布喷头外相对放置有质子膜，当浆料运抵涂布喷头处时，涂布模头将浆料涂布在质子膜上，同时运动装置开始控制涂布模头与质子膜进行相对运动，实现质子膜上的催化剂的阶梯状载量涂布。