[实用新型]一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统

说明书

本发明涉及一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，所述喷射系统包括喷射头、氮气注入阀、放气阀、喷射头支撑、催化剂分散罐、电动调节阀、气动隔膜泵、分散桨以及回液阀；其中喷射头设置在喷射头支撑上，所述分散罐(5)中设置有分散桨，采用窄缝式催化剂的喷射方式，要求CCM膜上的催化剂厚度可控，催化剂层连续均匀，催化剂和质子交换膜结合力良好，同时提高催化剂的利用率，满足卷对卷生产CCM膜对催化剂的喷射要求。

技术领域

本发明涉及一种喷射系统，具体涉及一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，属于燃料电池中CCM膜的生产加工技术领域。

背景技术

电堆是燃料电池中的核心内容，是将物质能转化为电能的处所，实现这一转变依靠的是膜电极，为此膜电极常称为燃料电池的“芯片”，膜电极的性能决定整个燃料电池的性能优劣。燃料电池的膜电极由质子交换膜、催化剂和气体扩散层(碳布)等组成，而复合有阳极和阴极催化剂的质子交换膜(CCM)的制作则是整个膜电极制作的关键。

燃料电池中的物质能转变为电能的化学反应是在CCM膜的表面进行，这种化学反应的进行是依靠CCM膜表面催化剂，其厚度约为0.2-0.3mg/cm²之间，为此要求CCM膜表面的催化剂不仅均匀，还要与膜具有良好的结合力。质子交换膜表面催化剂层的制备通常是将催化剂经有机溶剂物理分散后，涂布于质子交换膜的表面，溶剂挥发后催化剂层与质子交换膜层形成良好的结合。当前涂布催化剂的常用的方法有：辊子转印法、打印法和窄缝挤出法。由于质子交换膜的厚度很薄，刚度很低，膜在接触到溶剂后会发生溶胀，难以保证催化剂层的厚度均匀性，辊子转印法尽管其适用于卷对卷的CCM生产，但厚度和均匀性难以保证。打印法是通过可平面移动的喷头，依靠喷头喷将催化剂浆料喷射到质子交换膜的表面，干燥后形成CCM膜，这种成型的方式尽管易于喷射出不同催化剂层的形状，但生产的效率低，难以满足卷对卷的CCM膜的生产。窄缝挤出法是将催化剂浆料从一条窄缝挤出，通过质子交换膜和喷头间的相对移动完成对质子交换膜表面催化剂层的涂布，这种涂布方式适应于卷对卷CCM的生产，生产效率高。

燃料电池的快速发展，膜电极的用量也在不断加大，卷对卷的膜生产方式已势在必行，同时对膜电极的性能和稳定性提出了更高的要求，要求质子交换膜表面的催化剂厚度可控、连续均匀、具有较高的附着力，这就要求新型的催化剂喷射方式来满足要求。因此发展一种能连续可控的催化剂浆料喷射方式，满足卷对卷CMM膜催化剂层的制作要求，对于提高CCM膜的制作水平对整个燃料电池产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题以及CCM膜对催化剂层的高要求，提供一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，采用窄缝式催化剂的喷射方式，要求CCM膜上的催化剂厚度可控，催化剂层连续均匀，催化剂和质子交换膜结合力良好，同时提高催化剂的利用率，满足卷对卷生产CCM膜对催化剂的喷射要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，所述喷射系统包括喷射头、氮气注入阀、放气阀、喷射头支撑、催化剂分散罐、电动调节阀、气动隔膜泵、分散桨以及回液阀，其中喷射头设置在喷射头支撑上，催化剂分散罐内设置有分散桨，氮气注入阀、放气阀设置在排气管上，其中排气管一端连接喷射头，另一端连接催化剂分散罐的顶部，回液阀设置在回液管上；电动调节阀设置在回流管上，气动隔膜泵7设置在供液管上。

作为本发明的一种改进，所述喷射头包括外层管，内层管、喷嘴、电磁阀、密封闸板，进液孔，闸板密封槽，放气和氮气注入口，催化剂浆料进口，排气口，夹持头以及催化剂浆料回流口；其中喷嘴设置在内层管的底部，喷嘴上设置有密封闸板和电磁阀，密封闸板设置有闸板密封槽，内层管设置在在外层管的内部，所述外层管上设置放气和氮气注入口、催化剂浆料进口和排气口。

作为本发明的一种改进，气动隔膜泵的扬程为0.3-0.6MPa，流量为喷嘴实际喷射量的10-50倍，气动隔膜泵的出口管道上设置有回流管，回流管上设有电动调节阀，电动调节阀与管道上的压力计P联动，实现喷嘴内的压力稳定，不同压力可产生不同的喷射量，控制质子交换膜表面催化剂层的厚度。