一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于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。射要求。射要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统


[0001]本专利技术涉及一种喷射系统，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


技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，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。
[0007]作为本专利技术的一种改进，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。
[0008]作为本专利技术的一种改进，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。
[0009]作为本专利技术的一种改进，喷嘴的长度L与在质子膜上所要喷射催化剂的宽度相同，整个喷头的长度LL＝(1.3
‑
1.5)L。
[0010]作为本专利技术的一种改进，喷嘴的窄缝内表面和喷头内层管的内表面均涂覆有10μm厚的聚四氟乙烯层，喷头窄缝的间隙为10
‑
50μm。
[0011]作为本专利技术的一种改进，内层管的直径ΦD2＝(1500
‑
3000)t，单位mm，内层管两端为抛物线的曲面，外层管的直径ΦD1＝(1
‑
1.5)ΦD2，内层管设置有排气孔，排气孔设置在内层管的中部上方位置，排气孔19的直径的Φd2＝3
‑
6mm。
[0012]作为本专利技术的一种改进，内层管上设置有圆孔，催化剂浆料通过二排直径为Φd3圆孔从外层管流入到内层管，Φd3＝(100
‑
150)t，圆孔的间距L1＝0.25L，每排圆孔线性排布，圆孔与水平中心线的夹角A＝(45
°‑
60
°
)，t为喷嘴窄缝的宽度。
[0013]作为本专利技术的一种改进，喷头的外层管上方设置有放气和氮气注入口(17)，该口的直径与浆料注入口的直径相同。
[0014]作为本专利技术的一种改进，窄缝喷嘴上设置有闸板式电磁阀10，通过闸板开启和关闭，可以质子交换膜的表面制备斑马块式催化剂层，满足CCM膜连续卷对卷生产的需求。
[0015]相对于现有技术，本专利技术具有如下优点，CCM膜制备最为重要的是要保持催化剂层的均匀和厚度可控，本喷射系统在充分考虑质子膜表面催化剂特性和卷对卷成型催化剂层的要求，通过供液系统的合理配置，喷头内部的合理流道，可以确保催化剂的喷射均匀性，通过稳定控制喷射压力，可以得到喷射得到的催化剂层厚度。采用这一喷射系统可以满足卷对卷CCM的制备，最大限度确保催化剂的有效利用。
附图说明
[0016]图1为喷射系统整体结构示意图；
[0017]图2、图3为喷射头不同侧面结构示意图；
[0018]图4为斑马块式的催化剂层示意图。
[0019]图中：1喷射头，2氮气注入阀，3放气阀，4喷射头支撑，5催化剂分散罐，6电动调节阀，7加压泵，8分散桨，9回液阀，10电磁阀，11密封闸板，12喷头外层管，13喷头内层管，14进液孔，15闸板密封槽，16喷嘴，17放气和氮气注入口，18催化剂浆料进口，19排气口，20夹持头，21催化剂浆料回流口，22供液管，23、回流管，24回液管，25排气管。
具体实施方式
[0020]为了加深对本专利技术的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
[0021]实施例1：参见图1，一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，所述喷射系统包括喷射头1、氮气注入阀2、放气阀3、喷射头支撑4、催化剂分散罐5、电动调节阀6、气动隔膜泵7、分散桨8以及回液阀9；其中喷射头1设置在喷射头支撑4上，所述分散罐5中设置有分散桨8，催化剂分散罐5内设置有分散桨8，氮气注入阀2、放气阀3设置在排气管25本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，其特征在于，所述喷射系统包括喷射头(1)、氮气注入阀(2)、放气阀(3)、喷射头支撑(4)、催化剂分散罐(5)、电动调节阀(6)、气动隔膜泵(7)、分散桨(8)以及回液阀(9)，其中喷射头(1)设置在喷射头支撑(4)上，所述分散罐(5)中设置有分散桨(8)，催化剂分散罐(5)内设置有分散桨(8)，氮气注入阀(2)、放气阀(3)设置在排气管(25)上，其中排气管一端连接喷射头(1)，另一端连接催化剂分散罐的(5)的顶部，回液阀(9)设置在回流液(24)上；电动调节阀(6)设置在回流管(23)上，气动隔膜泵(7)设置在供液管(22)上。2.根据权利要求1所述的用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，其特征在于，所述喷射头(1)包括外层管(12)，内层管(13)、喷嘴(16)、电磁阀(10)、夹持头(20)、密封闸板(11)、进液孔(14)、闸板密封槽(15)、放气和氮气注入口(17)、催化剂浆料进口(18)、排气口(19)以及催化剂浆料回流口(21)，其中喷嘴(16)设置在内层管的底部，喷嘴上设置有密封闸板(11)和电磁阀(10)，密封闸板(11)设置有闸板密封槽(15)，内层管(13)设置在在外层管(12)的内部，所述外层管(12)上设置放气和氮气注入口(17)、催化剂浆料进口(18)和排气口(19)。3.根据权利要求2所述的用于CCM膜制作的催化剂喷射系统，其特征在于，气动隔膜泵(7)的扬程为0.3
‑
0.6MPa，流量为喷嘴喷射量的10
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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(6)，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红良，屈军杰，阮健，
申请(专利权)人：上海务宝机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：