燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备及方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备及方法，管式炉的炉体进料端设有输料管，炉体内设有多个与输料管相通的雾化喷头；炉体内设有构成炉体内的热处理区域的内衬层，内衬层与炉体之间设有储料隔层，内衬层上设有多个与储料隔层相通的微孔，炉体远离输料管的一端密封固定设有出料管，出料管与储料隔层相通，雾化喷头贯穿内衬层与热处理区域相通；炉体的底部设有多个贯穿炉体以及内衬层的导气管。本发明专利技术将雾化后的粉末在高温下迅速干燥后，再利用形态化气流的存在并结合使用超声振荡功能可以有效避免批量的催化剂热处理过程重新堆结成团，从而实现批量化、连续化热处理，避免热处理阶段中催化剂热处理不充分等不良现象。热处理不充分等不良现象。热处理不充分等不良现象。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备及方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池/水电解池
，具体而言，尤其涉及一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备及方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池/水电解池作为一种能量转换装置，具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单和环境友好等优点，在电动汽车、便携式电源及固定电站等领域具有广阔的应用前景。然而，质子交换膜燃料电池/水电解池产业化发展进程还受到了成本和耐久性制约，而其所使用的贵金属催化材料是造成燃料电池/水电解池成本高和稳定性差的主要原因之一。
[0003]在燃料电池/水电解池铂碳催化剂的制备完成后，后续需要通过热处理工序得到催化剂粉末，在此过程中，反应温度、升温时间、搅拌方式对铂碳催化剂的粒径及晶态都有很大影响，而铂纳米粒子的尺寸及分布又是决定催化剂性能的关键。然而现有铂碳催化剂的热处理方法，大多为反应釜干燥的方式，反应釜干燥时批量成堆的催化剂静止置于箱体内，因此会出现烘干不充分而导致催化剂具有结块现象，常规的做法是提高烘干温度，但此时又会导致成堆的外围的催化剂受高温影响结构被破坏，因此现有热处理方式制得的铂碳催化剂产量低、批次稳定性差、浪费现象严重，且能耗高。
[0004]另一方面，在使用反应釜进行热处理时，由于无法实现批量催化剂连续工作，需要将部分催化剂置入箱体内升温，完成后再降温取出，之后再放入部分催化剂再升温处理，如此反复的升温、降温过程，会造成能源、时间及人力的浪费，且对反应釜耐温度骤变的能力有了更为严苛的要求，难以实现大批量生产。
[0005]此外，碳黑或者残留的铂碳催化剂容易吸附在反应釜内部及其配件表面，不易清理，造成孔道堵塞，且浆料在管道中会分层，导致一致性变差，不利于同时间段连续生产。
[0006]另外，在催化剂高温处理阶段，催化剂的铂金属的晶格重组也决定着催化剂的催化性能，针对小批量的催化剂，以往的高温处理阶段都是在实验室阶段采用的高温管式炉，高温管式炉与反应釜相似，也为一个具有调温功能的炉体，即使小批量的催化剂热处理工序中依旧存在上述热处理不完全甚至成团的催化剂内部未热处理的状态。
[0007]因此，有必要提供一种新型的热处理设备，用以解决制备的催化剂结块严重，结块内部还有溶剂未彻底干燥，无法通过高温将结块内部的催化剂进行晶格重组，造成催化剂材料的浪费和性能差等缺陷。

技术实现思路

[0008]根据上述提出催化剂在制备过程中内部结块未干燥、产量低、能源浪费等技术问题，而提供一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备及方法。本专利技术主要利用将雾化后的粉末在高温下迅速干燥后，再利用形态化气流的存在并结合使用超声振
荡功能可以有效避免批量的催化剂热处理过程重新堆结成团，即可以在炉体内呈飞扬悬浮状态，保证批量催化剂在炉体内充分的热处理，并且两者的结合也可以有效减少有粉末/颗粒在炉体壁上的积留现象，减少浪费，从而实现批量化催化剂的连续化热处理，并避免热处理阶段中催化剂热处理不充分等不良现象。
[0009]本专利技术采用的技术手段如下：
[0010]一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，包括管式炉，所述管式炉包括炉体，所述炉体的进料端设有输料管，所述炉体内设有多个与输料管相通的雾化喷头；
[0011]所述炉体内同轴设有内衬层，所述内衬层构成炉体内的热处理区域，所述内衬层与炉体之间设有储料隔层，所述内衬层上圆周阵列设有多个与储料隔层相通的微孔，所述炉体远离输料管的一端密封固定设有出料管，所述出料管与储料隔层相通，所述雾化喷头贯穿内衬层与热处理区域相通；
[0012]所述管式炉内设有超声振荡器；
[0013]所述炉体的底部阵列设有多个贯穿炉体以及内衬层的导气管。
[0014]上述的在管式炉内设计储料隔层，可以实现催化剂粉末热处理和热处理完成后被抽料存储这两个工序的同时性和连续性；
[0015]本专利技术进一步设置为：所述导气管与空气压缩机连通，由空气压缩机向炉体内输送高温气体。
[0016]本专利技术进一步设置为：所述超声振荡器不少于两个，均设置在储料隔层内。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述内衬层为不锈钢材料制成，所述微孔的孔径为50
‑
100μm。
[0018]本专利技术进一步设置为：所述输料管远离炉体的一端与储料罐连通，所述储料罐的出料口处有开关阀，所述出料管远离储料隔层的一端与成品罐连通，所述出料管与成品罐之间设有抽料泵。出料采用真空抽取的方式，使得经过处理后的催化剂粉末更好的连续化的从炉腔内产出，不需要打开炉腔，实现了连续化生产。
[0019]本专利技术还公开了一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理方法，使用上述的高温热处理设备，所述处理方法包括以下步骤：
[0020]步骤一：配置催化剂溶液并置于储料罐中；
[0021]步骤二：打开抽料泵、空气压缩机、超声振荡器，使管式炉内空料工作；
[0022]步骤三：打开雾化喷嘴、开关阀、管式炉加温系统，使储料罐内的催化剂溶液由雾化喷嘴处呈雾化状喷出至热处理区域内；在催化剂溶液进行热处理工序前，首先打开各电器件，实现管式炉内空料工作一段时间，可以有效清除管式炉内积留各种杂质，提高后续催化剂的纯净度；
[0023]步骤四：喷出的雾化状催化剂溶液由管式炉内高温以及导气管的高温气流作用下迅速被加热至粉末状，即完成热处理工序，同时在导气管气流作用和超声振荡器的震荡作用下在炉体内呈悬浮状；
[0024]步骤五：在抽料泵作用下，完成热处理工序的催化剂粉末被抽至储料隔层，并沿储料隔层、出料管进入成品罐中得以保存。
[0025]本专利技术进一步设置为：步骤二和步骤三中空气压缩机导入的气体为氢气和氩气的
混合气体，其中氢气体积占比为5％，氩气体积占比为95％。
[0026]本专利技术进一步设置为：步骤二中所述管式炉内空料工作5
‑
10min。
[0027]本专利技术进一步设置为：步骤三中所述管式炉炉体的加热温度为400
‑
800℃。
[0028]本专利技术进一步设置为：步骤三中雾化喷头处的流速为1
‑
10mL/min；空气压缩机的气体流量为10
‑
50L/s，超声振荡器的震荡频率为50
‑
100KHz。
[0029]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0030]1、本专利技术热处理设备，首先采用雾化喷头将催化剂溶液呈雾化状喷射在炉体内，确保催化剂溶液呈小颗粒分散在炉体内，利用管式炉内高温系统实现快速加热进行催化剂溶液的热处理，在此过程中，同时空气压缩机通入的气体，一方面在炉体内形成高温的连续气流与催化剂充分接触，且所形成的有序气流可以快速将炉体内的液体排出，进一步加快热处理过程；另一方面形态化气流的存在并结合使用超声振荡功能可以有效避免批量的催化剂热处理过程重新堆结成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，包括管式炉，所述管式炉包括炉体(1)，所述炉体(1)的进料端设有输料管(1
‑
1)，其特征在于：所述炉体(1)内设有多个与输料管(1
‑
1)相通的雾化喷头(1
‑
2)；所述炉体(1)内同轴设有内衬层(2)，所述内衬层(2)构成炉体(1)内的热处理区域(3)；所述内衬层(2)与炉体(1)之间设有储料隔层(4)，所述内衬层(2)上圆周阵列设有多个与储料隔层(4)相通的微孔(2
‑
1)；所述炉体(1)远离输料管(1
‑
1)的一端密封固定设有出料管(1
‑
3)，所述出料管(1
‑
3)与储料隔层(4)相通，所述雾化喷头(1
‑
2)贯穿内衬层(2)与热处理区域(3)相通；所述管式炉内设有超声振荡器(5)；所述炉体(1)的底部阵列设有多个贯穿炉体(1)以及内衬层(2)的导气管(6
‑
1)。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，其特征在于：所述导气管(6
‑
1)与空气压缩机(6)连通，由空气压缩机(6)向炉体(1)内输送高温气体。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，其特征在于：所述超声振荡器(5)不少于两个，均设置在储料隔层(4)内。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，其特征在于：所述内衬层(2)为不锈钢材料制成，所述微孔(2
‑
1)的孔径为50
‑
100μm。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用高温热处理设备，其特征在于：所述输料管(1
‑
1)远离炉体(1)的一端与储料罐(7)连通，所述储料罐(7)的出料口处有开关阀(7
‑
1)，所述出料管(1
‑
3)远离储料隔层(4)的一端与成品罐(8)连通，所述出料管(1
‑
3)与成品罐(8)之间设有抽料泵(8
‑
1)。6.一种燃料电池/水电解池催化剂批量化生产用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，邵志刚，郝金凯，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：