[发明专利]一种循环利用转印介质连续化制备燃料电池CCM的装置及方法

说明书

本发明公开了一种循环利用转印介质连续化制备燃料电池CCM的装置及方法，该装置沿着质子交换膜行进的方向，包括涂布装置、转印装置和循环利用装置，所述涂布装置包括第一转印介质涂布设备和第二转印介质涂布设备；所述转印装置依次包括质子交换膜放卷装置、去除质子交换膜背膜的收卷装置和热辊压转印装置，所述热辊压转印装置将质子交换膜、阳极转印介质膜与阴极转印介质膜压合；所述循环利用装置包括剥离后的转印介质清洗装置，所述转印介质清洗装置一侧设有干燥装置。本发明转印介质涂布工艺与转印工艺一体化，提高了生产效率，且转印介质的循环利用降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种循环利用转印介质连续化制备燃料电池CCM的装置及方法，属于电池膜电极技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池 (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC) 作为一种新型的清洁能源，由于其低污染甚至是无污染性被全球广泛关注。而PEMFC的核心部件膜电极 (Membrane Electrode Assembly, MEA)，是燃料电池发生氧化还原的主要场所，也是研究者们研究的重点，特别是对其制作工艺的研究。转印法是将预先配好的催化剂浆料涂布、印刷或者喷涂到某种转印介质上，经过干燥后将其催化剂层再转印到质子交换膜上，得到催化剂覆盖的质子交换膜 (Catalyst Coated Membrane, CCM)。由于在转印前已经去除了溶剂，质子交换膜不会出现溶胀的现象，而且催化剂层与质子交换膜的结合力增强，因此转印法被认为是适合商业连续化生产膜电极的一种方法。

传统的卷对卷转印法制备膜电极过程中，由于采用的是一组上下两个热转印辊，转印辊转动速率较快，导致热压过程较短，为了提高转印率，需提高转印温度以及增大转印压力，从而导致膜失水严重以及催化层比较密实，增加了传质阻力，而且转印完成后转印介质直接收卷，没有重复利用，生产成本较高。

日本专利JP特开2010-153188A公开了一种燃料电池膜电极的方法，采用平板转印工艺，将两张涂覆有催化剂层的转印片与质子交换膜上表面和下表面重叠，其特征是在转印片下方铺上一层凝胶构件，优选使用含硅凝胶片，凝胶构件略大于催化剂层转印片，其目的是提高转印过程中催化剂的利用率。但是该方法不适合大面积转印，不利于排除气泡导致转印率低，并且该方法工艺不利于工业化生产。

中国专利CN 109768290公开了一种燃料电池催化剂涂覆膜制备方法和制备装置，其中对质子交换膜进行涂布A面，对转移介质膜进行涂布B面，然后热压所述转移介质膜和所述质子交换膜，制备催化剂涂覆膜，该方法避免了双面涂布造成质子交换膜溶胀的问题，以及提高了燃料电池膜电极制备效率。但是质子交换膜经过一次高温干燥和一次热压，会导致膜失水进而影响传质。

中国专利CN 210429979 U提供了一种燃料电池膜电极生产装置，包括第一转印膜放卷机构、质子交换膜放卷机构以及第二转印膜放卷机构，三者经过辊压进行热转印，本方法提高了催化剂转印至质子交换膜上的转印率，进而提高膜电极产品的成品率。但是该方法需预先涂布好转印膜样品，而且转印完成后转印介质无法重复利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种循环利用转印介质连续化制备燃料电池CCM的装置及方法，转印介质涂布工艺与转印工艺一体化，提高了生产效率，且转印介质的循环利用降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种循环利用转印介质连续化制备燃料电池CCM的装置，沿着质子交换膜行进的方向，包括涂布装置、转印装置和循环利用装置，

所述涂布装置包括用于阴极转印浆料涂布的第一转印介质涂布设备和用于阳极转印浆料涂布的第二转印介质涂布设备，所述第一转印介质涂布设备一侧设有用于烘干所述转印介质的第一干燥设备，所述第二转印介质涂布设备一侧设有用于烘干所述转印介质的第二干燥设备；