一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，包括真空加热平台、三轴运动组件、微量注射泵、高压电源和喷涂组件；所述真空加热平台包括阵列微孔板、真空泵和加热单元，所述阵列微孔板用于承载待镀覆材料，阵列微孔板内部通过真空泵形成负压使待镀覆材料吸附于阵列微孔板表面，阵列微孔板表面通过加热单元提供热量使催化剂中的溶剂挥发；所述三轴运动组件用于控制喷涂组件在进深、垂直与水平的三个方向上运动；所述喷涂组件包括至少一毛细管喷头，所述毛细管喷头悬挂于真空加热平台上方，且与真空加热平台间距至少为预设的临界距离。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置
本技术属于燃料电池电极制造领域，具体涉及一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有低温启动、零排放、高转化效率与大功率密度等特点，被认为是一种具有广阔应用前景的能量转换装置。膜电极中的催化层是电化学反应发生的场所,其制备工艺及结构特征对燃料电池成本和性能稳定性具有决定性影响。目前被最广泛研究和接受的催化层为由碳黑基团负载铂纳米颗粒形成的多孔通道结构并填充质子传导聚合物-Nafion离聚物，合理的电极微结构有助于燃料气体及水的传导和化学反应的进行因而有助于提升电池性能。因此催化层成分、结构及制备工艺的优化自始至终都是燃料电池研究者关注的焦点。催化层可以沉积在质子膜上(CCM)或者气体扩散层的微孔层上(CCS)。催化层的制备一般采用浸渍、刮刀涂覆、丝网印刷、转印、溅射、雾化喷涂等方式。浸渍、刮刀涂覆和丝网印刷原理相对简单,对设备和工艺要求不高因此在早期得到较多的应用,但遗憾的是这类方法制备的催化层薄膜的均匀性难以保证且还会导致催化剂颗粒团聚。转印法适用于膜电极大批量生产，能避免湿浆液直接涂覆到膜上导致膜膨胀或收缩问题,且具有涂层薄，界面阻抗小等优点。但转印过程需要在高温下进行且催化剂难以实现从转印基板到膜上的完全转印，一定程度上造成了催化剂的浪费。研究表明溅射法可以实现超薄催化层涂覆，通过严格控制铂与碳的比例，即使阴极铂载量低至0.1mg/cm2时，电池依然具有良好的极化特性以及界面接触阻抗，但受限于设备和工艺此方法尚难以实现规模化生产，且溅射过程中会出现催化剂的氧化损耗问题，溅射法制备的MEA的耐久性还有待进一步验证。喷涂法是通过对流体施加能量使其产生扰动和不稳定性，从而在整体中分离出小体积流体形成微小液滴的过程，包括高压气雾喷涂，超声喷涂和静电喷涂等。对于高压气雾喷涂，使粒子雾化的能量来自于高气压，受压力泵工作稳定性的限制，催化剂雾化所得到的粒子尺寸并不均匀；而超声喷涂技术则通过喷嘴高频振动为液体提供挣脱溶液表面张力的能量，高昂的超声波发生器限制了此工艺的推广。而静电喷涂是一种在纳米尺度上分散粒子的方法，与其它喷涂方法相比其最具吸引力的优势在于带电液滴的轨迹在理论上由电场决定的，因此可以根据需求改变电场参数产生多种尺度的液滴,即便如此，要获得具有较高的催化活性催化电极，还需精心设计静电喷涂装置和喷涂工艺步骤，以保证催化层喷涂的均匀性。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，解决了上述
技术介绍
中的问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，其特征在于：包括真空加热平台、三轴运动组件、微量注射泵、高压电源和喷涂组件；所述真空加热平台包括阵列微孔板、真空泵和加热单元，所述阵列微孔板用于承载待镀覆材料，阵列微孔板内部通过真空泵形成负压使待镀覆材料吸附于阵列微孔板表面，阵列微孔板表面通过加热单元提供热量使催化剂中的溶剂挥发；所述三轴运动组件连接有所述喷涂组件，用于控制喷涂组件在进深、垂直与水平的三个方向上运动；所述微量注射泵通过软质导管与喷涂组件连接，用于提供喷涂用的催化剂；所述高压电源通过导线与喷涂组件连接，用于提供喷涂所需静电；所述喷涂组件包括至少一毛细管喷头，所述毛细管喷头悬挂于真空加热平台上方，且与真空加热平台的间距至少为预设的临界距离。在本技术一较佳实施例中，还包括半开放壳体，所述半开放壳体在朝向操作者的一面设有开口。在本技术一较佳实施例中，所述三轴运动组件包括x轴、y轴以及z轴，呈三维坐标系分布；所述x轴设置于真空加热平台旁，y轴立设于x轴上且沿x轴的方向运动，z轴横跨真空加热平台设置且沿y轴方向运动。在本技术一较佳实施例中，所述z轴支架上装设滑块，所述滑块与喷涂组件连接，电机驱动滑块运动从而带动喷涂组件在z轴上运动。在本技术一较佳实施例中，所述喷涂组件还包括腔体，所述腔体内装有带静电的催化剂溶液，腔体与滑块固定连接。在本技术一较佳实施例中，所述y轴上设有限位保护开关，所述限位保护开关通过升降z轴实现毛细管喷头与真空加热平台间临界距离的限制。在本技术一较佳实施例中，所述临界距离不小于5mm，且毛细管喷头的出液状态呈伞状锥形射角。在本技术一较佳实施例中，所述待镀覆材料包括质子交换膜或气体扩散层。在本技术一较佳实施例中，所述毛细管喷头数量为两个及以上，且呈阵列分布。在本技术一较佳实施例中，所述微量注射泵和高压电源设置于半开放壳体的顶部。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：1.本专利技术的真空加热平台设置真空和加热两个功能，阵列微孔板内部由真空泵抽除空气形成负压，可使质子交换膜或碳纸等吸附在所述真空加热平台表面；所述真空加热平台的加热功能可使催化剂中的溶剂迅速挥发防止质子交换膜吸水膨胀变形。2.设有限位保护开关，当其所固定的毛细管喷头与真空加热平台距离小于或等于预设的临界距离时，所述三轴运动组件将自动向上抬升使所述毛细管喷头与所述真空加热平台远离，有效控制毛细管喷头喷出液体到达待镀覆材料表面的形状及大小，保证了各类不同尺度的催化剂溶液喷涂的均匀性；3.通过高压电源与微量注射泵在腔体内形成带静电的催化剂溶液，对原有催化剂溶液利用效率提升，可以根据需求改变电场参数产生多种尺度的液滴，即使在铂载量较低的情况下，此装置及方法制备的燃料电池电极依然具有较高的催化活性。附图说明图1为本技术结构示意图。图2为真空加热平台结构示意图。图3为微量注射泵结构示意图。图4为高压电源结构示意图。图5为喷涂组件结构示意图。其中，1-真空加热平台、11-阵列微孔板、2-三轴运动组件、21-限位保护开关、3-微量注射泵、31-软质导管、4-高压电源、41-导线、5-喷涂组件、51-腔体、52-毛细管喷头、6-半开放壳体。具体实施方式实施例1如图1，本实施例的一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，包括一半开放壳体6，所述半开放壳体6在朝向操作者的一面设有开口，所述半开放壳体6内设有真空加热平台1、三轴运动组件2、喷涂组件5；所述半开放壳体6上部放置有微量注射泵3和高压电源4；本实施例待镀覆材料为质子交换膜；所述真空加热平台1包括阵列微孔板11、真空泵和加热单元，所述阵列微孔板11用于质子交换膜，阵列微孔板11内部通过真空泵形成负压使质子交换膜吸附于阵列微孔板11表面，阵列微孔板11表面通过加热单元提供热量使催化剂中的溶剂挥发，防止质子交换膜吸水膨胀变形；所述三轴运动组件2连接有所述喷涂组件5，包括x轴、y轴以及z轴，呈三维坐标系分布，分别用于控制喷涂组件5在进深、垂直与水平的三个方向上运动；所述三轴运动组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，其特征在于：包括真空加热平台、三轴运动组件、微量注射泵、高压电源和喷涂组件；/n所述真空加热平台包括阵列微孔板、真空泵和加热单元，所述阵列微孔板用于承载待镀覆材料，阵列微孔板内部通过真空泵形成负压使待镀覆材料吸附于阵列微孔板表面，阵列微孔板表面通过加热单元提供热量使催化剂中的溶剂挥发；/n所述三轴运动组件连接有所述喷涂组件，用于控制喷涂组件在进深、垂直与水平的三个方向上运动；/n所述微量注射泵通过软质导管与喷涂组件连接，用于提供喷涂用的催化剂；/n所述高压电源通过导线与喷涂组件连接，用于提供喷涂所需静电；/n所述喷涂组件包括至少一毛细管喷头，所述毛细管喷头悬挂于真空加热平台上方，且与真空加热平台的间距至少为预设的临界距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，其特征在于：包括真空加热平台、三轴运动组件、微量注射泵、高压电源和喷涂组件；
所述真空加热平台包括阵列微孔板、真空泵和加热单元，所述阵列微孔板用于承载待镀覆材料，阵列微孔板内部通过真空泵形成负压使待镀覆材料吸附于阵列微孔板表面，阵列微孔板表面通过加热单元提供热量使催化剂中的溶剂挥发；
所述三轴运动组件连接有所述喷涂组件，用于控制喷涂组件在进深、垂直与水平的三个方向上运动；
所述微量注射泵通过软质导管与喷涂组件连接，用于提供喷涂用的催化剂；
所述高压电源通过导线与喷涂组件连接，用于提供喷涂所需静电；
所述喷涂组件包括至少一毛细管喷头，所述毛细管喷头悬挂于真空加热平台上方，且与真空加热平台的间距至少为预设的临界距离。


2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，其特征在于：还包括半开放壳体，所述半开放壳体在朝向操作者的一面设有开口。


3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池催化剂均匀镀覆的静电喷涂装置，其特征在于：所述三轴运动组件包括x轴、y轴以及z轴，呈三维坐标系分布；所述x轴设置于真空加热平台旁，y轴立设于x轴上且沿x轴的方向运动，z轴横跨真空加热平台设置且沿y轴方向运动。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，刘瑞亮，李非桁，李双利，袁丁，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建;35