【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池隔膜制备领域，尤其是涉及一种制备聚电解质隔膜的装置及方法。
技术介绍
1、近几十年来，基于电化学反应的“能量/物质转化”受到广泛的关注，包括燃料电池、水电解、二氧化碳电还原等技术高速发展。为提高上述装置的能量密度和催化剂利用率，聚合物电解质被广泛使用，例如可以传导阳离子的全氟磺酸基聚合物(nafion)和可以传导阴离子的季铵化聚芳基哌啶共聚物(qappt、qappp等)。
2、对于目前研究已经十分深入的阴离子交换膜燃料电池(以下称aemfc)，其膜电极的组成如图1所示，膜电极通常采用对称的“五合一”结构，中间的膜起到传导氢氧根与水的作用，膜两侧是进行电化学反应的催化层，气体反应物或者产物则通过外侧的气体扩散层进行传导。膜电极中最关键的材料是中间的隔膜材料，隔膜自身的性能很大程度上决定了aemfc的性能表现。
3、目前碱性膜通常采用的传统制备方法主要为浇铸法、刮涂法和流延法，这些方法存在一些问题，如无法精确控制厚度，制备出来的膜过厚，需要长时间加热蒸干溶剂等。另一方面，不同的聚电解质材料混合可能带来隔膜性质的改善，而以上方法都只适用于单一材料膜的制备，难以进行多种材料混合制备。
技术实现思路
1、为了改善现有技术的不足，本申请提供一种制备聚电解质隔膜的装置及方法。
2、本申请提供的一种制备聚电解质隔膜的装置采用如下的技术方案：
3、一种制备聚电解质隔膜的装置，包括：
4、超声雾化面，呈竖直设置，用于雾化聚电
5、第一出液口，开设于所述超声雾化面的中心，所述第一出液口连接有第一注射泵，用于将聚电解质一分散液泵出至所述超声雾化面；
6、两个出液管，分别设置有第二出液口和第三出液口，所述第二出液口和所述第三出液口于所述第一出液口的两侧呈对称设置，两个所述出液管分别连接有第二注射泵和第三注射泵，用于将聚电解质二分散液和聚电解质三分散液泵出至所述超声雾化面；
7、导流气口，设置于所述超声雾化面的上方，所述导流气口连接有气源，用于将雾化的聚电解质沿所述超声雾化面竖直向下吹扫；
8、基底，设置于所述超声雾化面的下方，用于沉积聚电解质。
9、进一步地，还包括用于加热所述基底的加热装置。
10、进一步地，所述第一出液口、所述第二出液口和所述第三出液口位于同一水平面上，所述第一出液口与所述第二出液口的间距、所述第一出液口与所述第三出液口的间距均为2mm-3mm。
11、进一步地，所述超声雾化面的中心与所述基底之间的距离为3cm-4cm。
12、制备单一组分的聚电解质隔膜时，通过第一注射泵将聚电解质一分散液由第一出液口泵出至超声雾化面，导流气将雾化的聚电解质一吹扫至基底上沉积成膜，加热装置有利于加速基底上溶剂蒸发，从而使隔膜在基底上快速成型。
13、制备多组分混合聚电解质隔膜时，通过多个注射泵分别将不同的聚电解质分散液由相应的出液口同时泵出至超声雾化面，超声雾化面将多种聚电解质雾化并混匀，导流气将混合的雾化聚电解质吹扫至基底上沉积成膜，得到多组分混合聚电解质隔膜。
14、制备多层异组分聚电解质隔膜时，依次通过多个注射泵分别将不同的聚电解质分散液由相应的出液口泵出至超声雾化面，经过导流气吹扫，多种不同的聚电解质逐层沉积，得到多层异组分聚电解质隔膜。
15、本申请还提供的一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，采用一种制备聚电解质隔膜的装置，方法包括以下步骤：
16、多种聚电解质泵出及超声雾化：通过第一注射泵将聚电解质一分散液由第一出液口泵出至超声雾化面，通过第二注射泵将聚电解质二分散液由第二出液口泵出至超声雾化面，超声雾化面将多种聚电解质雾化并混匀；
17、导流气吹扫及聚电解质沉积成膜：导流气由导流气口吹出，将混合的雾化聚电解质吹扫至基底上沉积成膜；
18、将成型的多组分混合聚电解质隔膜从基底上分离。
19、进一步地，所述多种聚电解质泵出及超声雾化步骤还包括：通过第三注射泵将聚电解质三分散液由第三出液口泵出至超声雾化面。
20、进一步地，聚电解质分散液的泵出流速为3ml/h-9ml/h，导流气的气压为6kpa-18kpa，超声雾化频率不低于60000hz，喷涂时间为5min-10min。
21、本申请还提供的一种制备多层异组分聚电解质隔膜的方法，采用一种制备聚电解质隔膜的装置，方法包括以下步骤：
22、聚电解质一沉积成膜：通过第一注射泵将聚电解质一分散液由第一出液口泵出至超声雾化面，导流气将雾化的聚电解质一吹扫至基底上沉积成膜；
23、聚电解质二沉积成膜：通过第二注射泵将聚电解质二分散液由第二出液口泵出至超声雾化面，导流气将雾化的聚电解质二吹扫至成型的聚电解质一上沉积成膜；
24、将成型的多层异组分聚电解质隔膜从基底上分离。
25、进一步地，还包括以下步骤：
26、聚电解质三沉积成膜：通过第三注射泵将聚电解质三分散液由第三出液口泵出至超声雾化面，超声雾化面将聚电解质三雾化，导流气将雾化的聚电解质三吹扫至成型的聚电解质二上沉积成膜。
27、进一步地，聚电解质分散液的泵出流速为3ml/h-9ml/h，导流气的气压为6kpa-18kpa，超声雾化频率不低于60000hz，喷涂时间为5min-10min。
28、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
29、1.本申请采用喷涂法制备隔膜，其速度快于传统方法，制备同样大小的一张用于膜电极的隔膜采用喷涂法只需10分钟，采用浇铸法需要数小时；
30、2.通过调节喷涂时间、喷涂浓度、溶液泵出速度，本申请提供的方法可以实现隔膜厚度的精确控制；
31、3.本申请提供的方法适用于多组分混合聚电解质隔膜的制备，特别适用于多种完全不相容物质的混合制备，为研究多组分混合聚电解质隔膜的性质提供了支持；
32、4.本申请提供的方法适用于多层异组分聚电解质隔膜的制备，从而调控膜的纵向结构，以适应多种不同应用场景需要。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：还包括用于加热所述基底的加热装置。
3.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：所述第一出液口、所述第二出液口和所述第三出液口位于同一水平面上，所述第一出液口与所述第二出液口的间距、所述第一出液口与所述第三出液口的间距均为2mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：所述超声雾化面的中心与所述基底之间的距离为3cm-7cm。
5.一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，其特征在于：所述多种聚电解质泵出及超声雾化步骤还包括：通过第三注射泵将聚电解质三分散液由第三出液口泵出至超声雾化面。
7.根据权利要求5所述的一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，其特征在于：聚电解质分散液的泵出流速为3mL/h
8.一种制备多层异组分聚电解质隔膜的方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种制备多层异组分聚电解质隔膜的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
10.根据权利要求8所述的一种制备多层异组分聚电解质隔膜的方法，其特征在于：聚电解质分散液的泵出流速为3mL/h-9mL/h，导流气的气压为6kPa-18kPa，超声雾化频率不低于60000Hz，喷涂时间为5min-10min。
...【技术特征摘要】
1.一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：还包括用于加热所述基底的加热装置。
3.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：所述第一出液口、所述第二出液口和所述第三出液口位于同一水平面上，所述第一出液口与所述第二出液口的间距、所述第一出液口与所述第三出液口的间距均为2mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，其特征在于：所述超声雾化面的中心与所述基底之间的距离为3cm-7cm。
5.一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的一种制备聚电解质隔膜的装置，方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种制备多组分混合聚电解质隔膜的方法，其特征在于：所述多种聚电解质泵出及超声雾化步骤...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。